污水光譜分析儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于節(jié)能環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種污水光譜分析儀。
【背景技術(shù)】
[0002]鑒于環(huán)境保護(hù)需求的增加和水質(zhì)污染的日益嚴(yán)重，國家規(guī)定了多個(gè)水質(zhì)污染物含量的標(biāo)準(zhǔn)。廣泛應(yīng)用的水質(zhì)參數(shù)主要有兩類:一類是直接反映水中的具體成分，如金屬離子的濃度等；
[0003]另一類稱為替代參數(shù)，如C0D、B0D、T0C等。替代參數(shù)能簡便迅速地反映水的物理、化學(xué)及微生物的特征。國內(nèi)外有不少科研機(jī)構(gòu)和專業(yè)廠商都在研究如何能在線地測定這些水質(zhì)替代參數(shù)。目前，在線自動分析儀的主要技術(shù)，第I種是化學(xué)滴定法，第2種是電化學(xué)測量法，第3種是可見和紫外分光光度法。
[0004]第I種方法的原理是通過化學(xué)滴定來確定水質(zhì)參數(shù)的含量。其缺點(diǎn)是測量時(shí)間過長、操作維護(hù)復(fù)雜，運(yùn)行成本高，同時(shí)還會產(chǎn)生二次污染。
[0005]第2種方法的原理是利用水中有機(jī)物在工作電極表面被氧化的同時(shí)，工作電極上將有電流變化，當(dāng)工作電極的電位衡定時(shí)，電流的變化與水中的水質(zhì)參數(shù)成線性關(guān)系。通過計(jì)算電流的變化便可測出水質(zhì)參數(shù)。其主要特點(diǎn)是測量速度快，儀器結(jié)構(gòu)簡單，沒有二次污染。缺點(diǎn)是通過不同電化學(xué)法產(chǎn)生的電極電流變化只和一種替代參數(shù)有線性關(guān)系，和其他水質(zhì)參數(shù)則存在非線性的關(guān)系。因此一般以電化學(xué)法為原理的在線分析儀只能測量一種水質(zhì)參數(shù)。
[0006]第3種方法是建立在吸收定律之上的一種利用被測物質(zhì)的分子或離子對特征電磁輻射的吸收程度進(jìn)行定量分析的方法。實(shí)驗(yàn)證明，紫外吸光度能反映水中有機(jī)污染的程度，特別是對水中的一大類芳香族有機(jī)物和帶雙鍵有機(jī)物尤為靈敏。許多資料亦表明紫外吸光度和一些主要水質(zhì)替代參數(shù)具有一定的相關(guān)性，因此，通過分析紫外吸光度來獲得水質(zhì)參數(shù)具有極為重要的理論與實(shí)際意義。
[0007]影響水質(zhì)的參數(shù)有:水中懸浮物、藻類、化學(xué)物質(zhì)、溶解性有機(jī)物、熱釋放物、病原體和油類物質(zhì)等。隨著遙感技術(shù)的革新和對物質(zhì)光譜特征研究的深入，可以監(jiān)測的水質(zhì)參數(shù)種類也在逐漸增加，除了熱污染和溢油污染等突發(fā)性水污染事故的監(jiān)測外，用遙感監(jiān)測的水質(zhì)數(shù)據(jù)大致可以分為以下四大類:渾濁度、浮游植物、溶解性有機(jī)物、化學(xué)性水質(zhì)指標(biāo)。
[0008]水質(zhì)遙感監(jiān)測常用的光譜數(shù)據(jù)獲取的工具:成像光譜儀；也稱高光譜成像儀，實(shí)質(zhì)上是將二維圖像和地物光譜測量結(jié)合起來的圖譜合一的遙感技術(shù)，其光譜分辨率高達(dá)納米數(shù)量級。高光譜成像的數(shù)據(jù)是一疊連續(xù)多個(gè)波段成像獲得的樣品的圖像。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明提供能夠避免干擾且儀器運(yùn)行穩(wěn)定的一種污水光譜分析儀。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)方案:一種污水光譜分析儀，包括水循環(huán)系統(tǒng)、采樣系統(tǒng)、水質(zhì)分析儀和顯示系統(tǒng)。
[0011]采樣系統(tǒng)安裝在水循環(huán)系統(tǒng)中，采樣系統(tǒng)的輸出連接水質(zhì)分析儀的輸入，水質(zhì)分析儀的輸出連接顯示系統(tǒng)的輸入。
[0012]所述水循環(huán)系統(tǒng)包括進(jìn)水系統(tǒng)和出水系統(tǒng)。
[0013]所述進(jìn)水系統(tǒng)由水栗、電磁閥和管道組成。
[0014]所述出水系統(tǒng)由水栗、電磁閥和管道組成。
[0015]進(jìn)水系統(tǒng)能持續(xù)不斷地向分析儀提供水樣，進(jìn)水水栗和電磁閥在分析儀配套的內(nèi)置軟件的控制下，把污水導(dǎo)入采樣系統(tǒng)。出水系統(tǒng)則將從采樣系統(tǒng)出來的污水排出，并獲取當(dāng)前污水樣品。
[0016]所述采樣系統(tǒng)包括水質(zhì)理化參數(shù)采集系統(tǒng)和光譜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；所述水質(zhì)理化參數(shù)采集系統(tǒng)包括傳感器和變送器；傳感器獲得包括PH值、溫度、電導(dǎo)率的水質(zhì)參數(shù)。變送器則將傳感器的水質(zhì)參數(shù)送到工控機(jī)中。
[0017]所述光譜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括光源、光纖、分光計(jì)。光源用于提供穩(wěn)定的紫外激光，紫外激光經(jīng)過污水由分光計(jì)接收并處理后送入工控機(jī)。光纖是光信號的傳輸介質(zhì)。
[0018]水質(zhì)分析顯示系統(tǒng)對采樣系統(tǒng)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并顯示最終結(jié)果。
[0019]水質(zhì)分析顯示系統(tǒng)包括工控機(jī)，A/D卡、繼電器、IXD觸摸屏。工控機(jī)可完成大部分計(jì)算機(jī)的功能，除了內(nèi)置智能分析軟件外，還提供諸多擴(kuò)展槽。A/D卡用于數(shù)據(jù)的采集和通過繼電器對水循環(huán)系統(tǒng)中的硬件進(jìn)行控制。LCD觸摸屏不僅能顯示水質(zhì)參數(shù)，而且可直接對分析儀進(jìn)行各項(xiàng)操作。
[0020]本發(fā)明采用的是混合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。
[0021]所述混合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型由一個(gè)多項(xiàng)式模型和一個(gè)多層前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)疊加而成。
[0022]前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò):其過程中采用了 BP (ErrorBack-propagat1n)算法，故又稱為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。標(biāo)準(zhǔn)的BP網(wǎng)絡(luò)由三層神經(jīng)元組成，最下面為輸入層，中間為隱含層，最上面為輸出層，網(wǎng)絡(luò)中相鄰層采取全互連方式連接，同層各神經(jīng)元之間沒有任何連接，輸出層與輸入層之間也沒有直接的聯(lián)系。各神經(jīng)元接收前一層的輸入，并輸出給下一層，沒有反饋。節(jié)點(diǎn)分為兩類，即輸入節(jié)點(diǎn)和計(jì)算節(jié)點(diǎn)，每一個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)可有多個(gè)輸入，但只有一個(gè)輸出，輸入與輸出節(jié)點(diǎn)與外界相連，而其它中間層則稱為隱層。這種網(wǎng)絡(luò)依靠系統(tǒng)的復(fù)雜程度，通過調(diào)整內(nèi)部大量節(jié)點(diǎn)之間相互連接的關(guān)系，從而達(dá)到處理信息的目的。
[0023]多項(xiàng)式模型:即根據(jù)已知數(shù)據(jù)，找出相應(yīng)函數(shù)的系數(shù)，統(tǒng)計(jì)不同變量間的關(guān)系。利用多項(xiàng)式模型算式，精準(zhǔn)的計(jì)算出所需數(shù)據(jù)。
[0024]本發(fā)明采用模塊化設(shè)計(jì)，除了以后便于擴(kuò)充不同的測量單元外，
[0025]還具備防止模塊之間的相互干擾的性能。
[0026]本發(fā)明的檢測精度高，采樣測算頻率高、運(yùn)行穩(wěn)定、減少了其它雜質(zhì)對分析儀的干擾。
【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖2是本發(fā)明實(shí)施例中的光譜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的其中一個(gè)放大電路圖。
[0029]圖3是單片機(jī)的接線圖。
[0030]圖中，1、輸水管道，2、光纖，3、紫外線激光器，4、蓄電池，5、滑線，6、顯示器，7、水質(zhì)分析儀，8、工控機(jī)，9、分光計(jì)。
【具體實(shí)施方式】
[0031]實(shí)施例:圖1所示，本實(shí)施例包括水循環(huán)系統(tǒng)、采樣系統(tǒng)、水質(zhì)分析顯示系統(tǒng)。
[0032]采樣系統(tǒng)安裝在水循環(huán)系統(tǒng)中，采樣系統(tǒng)的輸出連接水質(zhì)分析儀的輸入，水質(zhì)分析儀的輸出連接顯示系統(tǒng)的輸入。
[0033]所述水循環(huán)系統(tǒng)由水栗、電磁閥和輸水管道I組成。
[0034]采樣系統(tǒng)包括水質(zhì)理化參數(shù)采集系統(tǒng)和光譜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；
[0035]圖2、圖3所示，采樣系統(tǒng)將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺⒔?jīng)過電子電路放大、區(qū)分后送入單片機(jī)芯片內(nèi)；單片機(jī)與工控機(jī)通過485通訊連接，由工控機(jī)進(jìn)行分析。
[0036]單片機(jī)采用89S51。
[0037]水質(zhì)理化參數(shù)采集系統(tǒng)包括傳感器和變送器；傳感器設(shè)置在輸水管道I的進(jìn)水口，傳感器的輸出連接變送器的輸入，變送器的輸出與工控機(jī)的輸入連接。
[0038]傳感器獲得包括pH值、溫度、電導(dǎo)率等普通水質(zhì)參數(shù)。
[0039]變送器則將水質(zhì)參數(shù)送到工控機(jī)中。
[0040]所述光譜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由紫外線激光器3、光纖2、分光計(jì)9組成。紫外線激光器3發(fā)出紫外光源，紫外光源通過光纖傳輸給分光計(jì)9。
[0041]紫外光源用于提供穩(wěn)定的紫外激光，經(jīng)過污水由分光計(jì)接收，處理后送入工控機(jī)。光纖是光信號的傳輸介質(zhì)。
[0042]水質(zhì)分析系統(tǒng)對由采樣系統(tǒng)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并顯示最終結(jié)果。
[0043]水質(zhì)分析系統(tǒng)包括工控機(jī)，A/D卡、繼電器、顯示用IXD觸摸屏。
[0044]工控機(jī)的輸出連接顯示系統(tǒng)的輸入，A/D卡與采樣系統(tǒng)連接；繼電器與水循環(huán)系統(tǒng)中的電磁閥連接。
[0045]工控機(jī)可完成大部分計(jì)算機(jī)的功能，它配置分析軟件及諸多擴(kuò)展槽。A/D卡用于數(shù)據(jù)的采集和通過繼電器對水循環(huán)系統(tǒng)中的硬件進(jìn)行控制。LCD觸摸屏不僅能顯示水質(zhì)參數(shù)，直接對分析儀進(jìn)行各項(xiàng)操作。
[0046]與硬件配套的計(jì)算機(jī)程序軟件通過繼電器控制水栗和電磁閥形成一個(gè)水路循環(huán)系統(tǒng)。當(dāng)被測污水進(jìn)入樣本池后，采樣系統(tǒng)打開光源，充分預(yù)熱后，獲得光譜數(shù)據(jù)。其他水質(zhì)參數(shù)則通過樣本池中的探頭，通過變送器送入。最后排放污水和清洗。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種污水光譜分析儀，測量污水的化學(xué)需氧量COD、總氮、總磷、水溫、pH、色度；其特征是包括水循環(huán)系統(tǒng)、采樣系統(tǒng)、水質(zhì)分析儀和顯示器；采樣系統(tǒng)安裝在水循環(huán)系統(tǒng)中，采樣系統(tǒng)的輸出連接水質(zhì)分析儀的輸入，水質(zhì)分析儀的輸出連接顯示器的輸入；所述采樣系統(tǒng)包括水質(zhì)理化參數(shù)采集系統(tǒng)和光譜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；所述水質(zhì)理化參數(shù)采集系統(tǒng)包括傳感器和變送器；傳感器獲得水質(zhì)參數(shù)，變送器則將傳感器的水質(zhì)參數(shù)送到工控機(jī)中； 所述光譜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括光源、光纖、分光計(jì)；光源用于提供穩(wěn)定的紫外激光，紫外激光經(jīng)過污水由分光計(jì)接收并處理后送入工控機(jī)；光纖是光信號的傳輸介質(zhì)； 所述水質(zhì)分析儀包括工控機(jī)，A/D卡、繼電器，A/D卡用于數(shù)據(jù)的采集和通過繼電器對水循環(huán)系統(tǒng)中的電磁閥進(jìn)行控制。
【專利摘要】一種污水光譜分析儀，屬于節(jié)能環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，它包括水循環(huán)系統(tǒng)、采樣系統(tǒng)、水質(zhì)分析儀和顯示系統(tǒng)；采樣系統(tǒng)安裝在水循環(huán)系統(tǒng)中，采樣系統(tǒng)的輸出連接水質(zhì)分析儀的輸入，水質(zhì)分析儀的輸出連接顯示系統(tǒng)的輸入；所述采樣系統(tǒng)包括水質(zhì)理化參數(shù)采集系統(tǒng)和光譜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；所述水質(zhì)理化參數(shù)采集系統(tǒng)包括傳感器和變送器；傳感器獲得水質(zhì)參數(shù)，變送器則將傳感器的水質(zhì)參數(shù)送到工控機(jī)中。本實(shí)用新型的檢測精度高，采樣測算頻率高、運(yùn)行穩(wěn)定、減少了其它雜質(zhì)對分析儀的干擾。
【IPC分類】G01N35/00, G01D21/02
【公開號】CN204902875
【申請?zhí)枴緾N201520380601
【發(fā)明人】王清正
【申請人】郝煒
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年6月5日