CN106644991A - 锰锌陈化液胶体化过程金属离子浓度智能化在线实时监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电解锰锌行业陈化液胶体化过程中金属离子浓度智能化在线实时监测系统及方法，包括三维空间在线采样系统、待测样品质量控制系统、智能化原位实时监测系统。本发明基于不同种类和浓度金属离子的色度学差异，精准获取目标金属离子的光敏性参数；以复杂相金属离子非接触识别为基础，利用高精度机器视觉连续表达液体动态输送过程颜色的数字化信息，通过人工智能分析将其转化为大数据瞬时离子浓度，并经过数据优化去除异常值获取平均值，实现在线采集、样品均化、检测识别、实时分析、闭环控制的智能化分析。通过在线实时监测陈化液胶体化过程中三维空间内目标金属离子的浓度，提高了电流效率，在重金属废水源头控制方面发挥了重要作用。

Description

锰锌陈化液胶体化过程金属离子浓度智能化在线实时监测系 统及方法

技术领域

本发明涉及一种锰锌陈化液胶体化过程中金属离子浓度智能化在线实时监测系统及方法，属于湿法冶金行业电解液制备工段的装置方法领域。

背景技术

电解金属锰和锌均采用硫酸盐水溶液电解法。由于锌矿和锰矿中不同程度伴生有钙、镁、铁、铜、钴、镍、锗和铅等杂质，而Zn⁺²和Mn⁺²为高负电性金属(-0.762v、-1.18v)，电解的重要条件是要求硫酸盐溶液中尽量不含有其它竞争性金属离子，所以硫酸锌和锰溶液必须在电解前充分净化。

目前，锌锰企业在除铁和净化除重金属后，需要将净化液静置陈化若干小时不等(4-72小时)，陈化过程中铁离子随时间发生不可逆的结构变化，形成晶核不断长大的胶体粒子，并同时絮凝沉降净化过程中过滤液中残留的有害杂质，如重金属硫化物或置换物、SiO₂，Al₂O₃、砷、锑及锗等，同时除去过饱和的MgSO₄，CaSO₄结晶物，保证电解新液质量满足使用标准，获得较高的电效和较低的电耗。

电解锰锌企业在对陈化液中铁及重金属离子的检测分析存在的主要问题：一是在检测结果质量控制和时间滞后方面，企业一般采用传统的目视比色法进行定性分析或化学滴定法进行定量分析，也有的企业用仪器设备(如原子吸收、ICP-MS等)进行检测分析。比色法由于陈化液中复杂伴生重金属离子难以实现对微量元素的精准测定，导致定性判断结果严重失真；滴定法粗放不精准，不易准确获取微量金属离子的浓度值；也有少部分企业采用ICP-MS等仪器设备法，但由于陈化液中硫酸盐浓度高并易于结晶等的影响，预处理复杂导致检测分析时间长，获得结果时间严重滞后于生产需求。二是陈化效果直接关系到电解效率和产品的质量，陈化时间过短则铁离子胶体化过程未能完成，残余金属离子浓度超标，电解过程电流效率降低(沉积量少、反溶量大)、电解能耗增高、重金属清洗废水大幅增加。陈化时间过长将导致制液负荷过大，处理成本过高，企业难以承受。三是其它弊端，化验工数量多、化验用时量大、药剂消耗大，且无法做到时效第一。

综上所述，锰锌电解液陈化过程缺乏快速识别铁及重金属离子胶体化过程稳态离子浓度的技术，陈化时间过短导致电流效率降低、清洗废水量增加，陈化时间过长导致制液负荷过大，产品成本过高。

发明内容

本发明是提供一种锰锌陈化液胶体化过程中金属离子浓度智能化在线实时监测系统及方法，所要解决的技术问题是打破传统在线监测传感器易被电解锰溶液中硫酸铵结晶包裹的难题，根据不同金属离子的色度学差异，获取其特定的敏感性光学参数，有效排除其它共存重金属离子的干扰，并基于不同种类和浓度金属离子的色度学差异，精准获取目标金属离子的光敏性参数；以复杂相金属离子非接触识别为基础，利用高精度机器视觉连续表达液体动态输送过程颜色的数字化信息，通过人工智能分析将其转化为大数据瞬时离子浓度，并经过数据优化去除异常值获取平均值，实现在线采集、样品均化、检测识别、实时分析、闭环控制的智能化分析。通过在线实时监测陈化液胶体化过程中三维空间内目标金属离子的浓度，提高了电流效率，在重金属废水源头控制方面发挥了重要作用。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种锰锌陈化液胶体化过程金属离子浓度智能化在线实时监测系统，包括三维空间在线采样系统、待测样品质量控制系统、智能化原位实时监测系统；

所述三维空间在线采样系统包括质量控制系统、三维运动系统、伸缩采样管、保温装置和液样输送系统，由质量控制系统通过三维运动系统控制伸缩采样管和液样输送系统实现样品的采集和样品的输送，整个系统在样品采集和样品输送过程带有保温装置，确保其与陈化池内温度一致性，所述伸缩采样管下端采样口浸没在陈化池中，所述伸缩采样管在三维运动系统的控制下可实现在陈化池内不同高度及同一高度不同角度进行取样，所述保温装置包裹所述伸缩采样管和液样输送系统外侧；

所述待测样品质量控制系统包括质量控制系统、温度控制系统、均质槽、液位监测传感器、搅拌系统、空气压缩装置和清洗装置，三维空间在线采样系统采集的液体样品输送至带有温度控制系统的均质槽内，在均质槽进液过程中质量控制系统控制搅拌系统进行样品的均质，均质槽液位高度通过质量控制系统控制液位监测传感器实时反馈液位信息传输给质量控制系统实现样品的采集和预处理，所述液位监测传感器的液位监测探头放置在均质槽中，当均质槽中的液位上升至设定高度时，所述液位监测传感器将液位信号传输至质量控制系统，所述质量控制系统将相应信号传输至三维运动系统控制伸缩采样管停止采样；所述空气压缩装置和清洗装置通过管路切换装置实现各管路的清洗和吹洗，保证管路的清洁；

所述智能化原位实时监测系统包括智能进样装置、非接触识别装置、光学参数系统、高精度机器视觉系统和智能分析控制系统，智能化原位实时监测系统通过液位监测传感器(8)将液面高度信息实时反馈给智能分析控制系统(16)，智能分析控制系统控制智能进样装置进行样品从均质槽内至非接触识别装置的输送，样品输送过程通过温度控制系统实现温度控制，所述智能分析控制系统分别连接光学参数系统和高精度机器视觉系统，智能分析控制系统控制光学参数系统发出对应光源于非接触识别装置，智能分析控制系统控制高精度机器视觉系统进行样品的结果分析，所述智能进样装置与非接触识别装置通过管路相连，所述非接触识别装置材质透明，且所盛液体的体积一定，液样在非接触识别装置检测完后从排出端排出，所述智能分析控制系统根据设定的目标元素控制所述光学参数系统切换相对应的特定光源，所述光学参数系统得到控制信号发出相应的光源照射并穿透所述非接触识别装置，所述光学参数系统发出的色度信号穿透所述非接触识别装置后并被所述高精度机器视觉系统接收，所述高精度机器视觉系统将接收的信号传输至智能分析控制系统，所述智能分析控制系统根据接收的色度信号通过数学模型转化获取对应的元素浓度参数；

所述管路切换装置分别与液样输送装置、均质槽、空气压缩装置、清洗装置和智能进样装置通过管路连通，所述均质槽和所述非接触识别装置分别与样品回收池通过管路连通。

本发明的有益效果是：本发明打破传统在线监测传感器易被溶液中高酸腐蚀或硫酸盐结晶包裹的技术瓶颈，采用复杂相金属离子非接触识别模式，根据不同金属离子的色度差异，利用高精度光学设备实现对陈化液的透射式检测，采用高精度机器视觉系统进行捕捉识别，开发了在线采集、样品均化、检测识别、实时分析、结果反馈、闭环控制的智能化分析平台，可实时、快速、准确分析陈化过程中三维空间陈化液胶体化过程中金属离子浓度的变化，有助于企业确定最佳陈化时间时间期，同时，还降低了制液负荷、提高了电流效率，实现了高酸、高盐体系实时监测技术的突破，从源头削减了重金属废水的产生。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述伸缩采样管竖直或水平设置，所述升降机构可带动伸缩采样管在竖直方向上上下移动,使伸缩采样管的下端伸入陈化池内，其移动高度可通过三维运动系统对升降机构进行设定执行。

进一步，所述伸缩采样管的下端连通有可以自由旋转取样的抽样吸头，抽样吸头水平设置可实现360°吸取陈化池内同一液面不同角度的液体样品，其随伸缩采样管的上下移动可吸取陈化池内不同液面高度不同角度的液体样品。

采用上述进一步方案的有益效果是升降机构可在竖直方向上等距离移动，其移动高度可通过三维运动系统进行设定，从而带动伸缩采样管下端的抽样吸头至设定的高度和角度进行取样。

三维空间在线采样系统采用在垂直方向上的设定参数距离移动和陈化池内水平面上多点均匀分布取样点，可减少取样点过少而不能反映真实情况的影响，同时可检测整个陈化池不同高度的离子情况，有利于推演出陈化液体中各个高度的离子与时间长短的变化规律，为生产带来实际指导。

进一步，所述管路切换装置为三通控制阀，其包括一个进口和两个出口，管路切换装置需要对连通关系进行切换，使得清洗装置和空气压缩装置中的一个与液样输送装置、均质槽和智能进样装置连通，具体可以通过一个进口和两个出口之间的连通关系切换来实现，可以通过控制阀的启动来实现一个进口与两个出口中的一个连通，还可以通过对两个出口的控制来实现连通关系，即在两个出口处均设置单独控制的控制阀，两个控制阀中一个打开，另一个关闭，使得打开的控制阀对应的进口与出口连通。

进一步，所述均质槽设置在温度控制系统中，所述均质槽内部设有搅拌系统，可使均质槽液体均匀混合，所述均质槽底端设有排空管，所述排空管上设有控制阀。

采用上述进一步方案的有益效果是均质槽设置在温度控制系统中可以保持温度恒定，配合管路上的保温、隔热及加热的功能，确保其与陈化池内温度一致性，保证样品从采集到检测，再到排至样品回收池中，不出现结晶、蒸发等影响检测结果的现象。搅拌装置可以搅拌均质槽的液体样品，一般搅拌30s。排空管是用于在监测完成时，排空均质槽中的液体样品，具体的，可以通过其上的控制阀控制，控制阀可通过质量控制系统进行控制。

进一步，所述智能化原位实时监测系统通过智能分析控制系统设定待测元素类型，控制光学参数系统切换对应待测元素的特定光源，同时非接触识别装置中充满待测液样，光学参数系统的光源照射非接触识别装置的一侧，在非接触识别装置的另一侧有高精度机器视觉系统，所述高精度机器视觉系统能实时接收穿透非接触识别装置的色度信号，并将所接收的光信号传输至所述智能分析控制系统，通过智能进样装置不间断的输送液样进入非接触识别装置进行动态连续识别，所述高精度机器视觉系统将接收的大量实时信号传输至智能分析控制系统，所述智能分析控制系统通过数学模型将吸收光谱转化为大数据瞬时的离子浓度，经过数据优化去除离散度高的值，再进行均化获得平均值。

采用上述进一步方案的有益效果是智能化原位实时监测系统的检测方式为光学检测，可避免与液体样品直接接触，可快速、连续进行液样检测。具体的，可以将液样检测容器设置成透明或半透明，通过光学参数系统和高精度机械视觉系统对非接触识别装置中的液样进行检测，光学参数系统和高精度机器视觉系统可以选择高精度光谱设备，利用色度学原理，针对各种金属离子的对光敏感度不同的特性，选择待测元素对应的光学参数，可进行快速检测，对微量金属离子浓度检测精度可达0.01mg/L，与人工实验室分析相比，相对误差＜2％，且具有精准性高、适应性强、测量范围大的优势。

进一步，所述均质槽内部设有液面上限位感应装置和液面下限位感应装置，根据质量控制系统初步设定的采样角度，进行吸取样品，当液体样品进入均质槽内，液体样品的液面达到限位高度时，信号传送给质量控制系统，质量控制系统通过三维运动系统执行下一个采样命令直至均质槽内液样达到上限位时，液面上限位感应装置发出信号至质量控制系统，质量控制系统控制三维运动系统停止取样；当均质槽中液体样品通过智能进样装置抽离输送至非接触识别装置进行检测分析时，至均质槽内液体样品的液面低于下限位时，液面下限位感应装置发出信号至智能分析控制系统，智能分析控制系统控制智能进样装置停止抽离液体样品，同时液面下限位感应装置发出信号至质量控制系统，质量控制系统控制均质槽进行排空液样至样品回收池。

采用上述进一步方案的有益效果是本发明在液体样品取样前后都进行了管路清洗(清洗装置中的去离子水和空气压缩装置中的带压洁净气体)，保证了样液的准确性，所述均质槽可用较小容器，均质槽设有液位监测传感器探头，可精确抽取定量液样，同时防止液样盲目抽取而导致过多溢出或抽取过多导致气泡进入待测非接触识别装置而影响检测结果，采用智能化原位实时监测系统，实现在线连续精准检测，同时可避免仪器遭受带腐蚀性液体的腐蚀。

进一步，所述伸缩采样管与液样输送装置、样品回收池与均质槽、液样输送装置与管路切换装置、空气压缩装置与管路切换装置、均质槽与管路切换装置、清洗装置与管路切换装置、管路切换装置与智能进样装置、智能进样装置与非接触识别装置、非接触识别装置与样品回收池之间均通过管路连通，上述管路上均具有保温、隔热及加热的功能，确保其与陈化池内温度一致性。

采用上述进一步方案的有益效果是本发明中连通各装置的管路可以是软管，在软管中间或内外侧可以设置保温层、隔热层等保温结构，还可以设置加热结构，保证软管中液体样品的温度，使监测系统确保其与陈化池内温度一致性。

本发明还涉及一种锰锌陈化液胶体化过程金属离子浓度智能化在线实时监测的方法,采用所述的监测系统进行监测，包括以下步骤：

1)通过质量控制系统设定空气压缩装置和清洗装置输送时间，排空三维空间在线采样系统管路中剩余液样；

2)通过质量控制系统对三维运动系统预先设定一个取样高度及角度，并控制伸缩采样管至陈化池内预先设定的取样高度及旋转角度；

3)质量控制系统控制三维运动系统及液样输送装置运行，抽取液体样品至均质槽中；温度控制系统运行，保持待测样品质量控制系统的温度达到预设温度，同时搅拌系统依据质量控制系统设定的搅拌时间及速度参数运行；

4)液体样品输送至均质槽，通过液位检测传感器将检测的液样液面信号传输至质量控制系统，当液位达到设定高度时，所述质量控制系统将液位信号传输至智能分析控制系统，所述智能分析控制系统接收信号后控制光学参数系统运行，所述光学参数系统依据设定的待测元素所对应的色系空间参数，调节并发射对应的特定光源，光源照射在非接触识别装置的一侧，并透射穿过非接触识别装置，在所述非接触识别装置另一侧有高精度机器视觉系统接收透过的色度信号，所述高精度机器视觉系统将接收的信号传输至智能分析控制系统，通过智能分析控制系统设定光学参数系统和非接触识别装置运行时间，在规定时间内完成对液体样品的多次连续检测，所述高精度机器视觉系统将连续接收的信号实时传输至智能分析控制系统，所述智能分析控制系统对接收的信号进行实时处理反馈；

5)智能分析控制系统控制液位检测传感器和智能进样装置，使均质槽中液样通过管路切换装置、智能进样装置与非接触识别装置连通；启动智能进样装置液体样品在智能进样装置的驱动下，输送至非接触识别装置中，检测后的液样从所述非接触识别装置中的出口进行排出，同时，所述智能分析控制系统设定检测持续时间参数，检测期间，液样按照设定的流速从均质槽中输送至非接触识别装置中，直至达到设定的时间参数，结束样品的检测分析，关闭液样输送装置、智能进样装置；

6)智能分析控制系统与质量控制系统协同控制清洗装置和智能进样装置，将清洗装置通过管路切换装置与智能进样装置连通；控制开启智能进样装置，清洗装置中的纯水在智能进样装置的驱动下，通过非接触识别装置至排出，同时，所述智能分析控制系统协同质量控制系统设定智能进样装置和清洗装置运行时间参数，达到对智能化原位实时监测系统中管路的清洗；

7)智能分析控制系统协同质量控制系统控制清洗装置和均质槽，使均质槽和清洗装置通过管路切换装置连通；所述质量控制系统控制打开均质槽底部排液阀，当均质槽中液样完全排空，液位检测传感器传输信号至质量控制系统，所述质量控制系统控制开启清洗装置，纯水输送至均质槽中，并同时通过质量控制系统设定清洗装置和均质槽运行时间，达到对待测样品质量控制系统中管路的清洗；

8)智能分析控制系统协同质量控制系统控制空气压缩装置和智能进样装置，使空气压缩装置通过管路切换装置与智能进样装置连通；启动空气压缩装置和智能进样装置，空气压缩装置产生的带压气体经过管路切换装置、智能进样装置和非接触识别装置后排出，并设定空气压缩装置和智能进样装置运行时间，完成对智能化原位实时监测系统中管路的吹洗工作；

9)智能分析控制系统结合质量控制系统控制空气压缩装置和均质槽，使均质槽通过管路切换装置与空气压缩装置连通；启动空气压缩装置和均质槽气体输送至均质槽后，由均质槽底部阀门排出，并定空气压缩装置和均质槽运行时间，达到对待测样品质量控制系统中管路的吹洗效果；

10)关闭三维运动系统和液样输送装置，升降机构带动伸缩采样管提升至最高处，使其最下端脱离陈化池内的液体，完成检测任务，样品均质槽内的液体样品从底部的排空管排空；

11)质量控制系统重新设定取样高度，重复1)-10)开始新的一轮检测分析。

本发明的监测方法，先通过空气压缩装置和清洗装置对整个系统的管路和容器进行清洗，预设取样高度和取样角度，通过伸缩采样管取样至均质槽，然后将液体样品通入至智能化原位实时监测系统中进行检测，检测完成后，采用高压空气将智能化原位实时监测系统及管路中粘附的残余液体携带出去，再用带压气体对管路进行洗吹，最终完成清洗，清洗后排空均质槽内的液体样品，还可以对均质槽进行清洗，完成一次完整的取样检测过程，重复上述步骤即可开始新一轮的检测。通过在检测前的去离子水清洗装置及管路，还有后续的带压空气清洗装置及管路，使得相邻两次液体样品检测之间影响小，可以降低相邻批次液样的干扰，提高检测液体样品的准确率。

附图说明

图1为本发明监测系统各个装置之间的连接示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、质量控制系统，2、三维运动系统，3、伸缩采样管，4、保温装置，5、液样输送装置，6、温度控制系统，7、均质槽，8、液位监测传感器，9、搅拌系统，10、空气压缩装置，11、清洗装置，12、智能进样装置，13、非接触识别装置，14、光学参数系统，15、高精度机器视觉系统，16、智能分析控制系统。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，本发明涉及一种锰锌陈化液胶体化过程金属离子浓度智能化在线实时监测系统，包括三维空间在线采样系统、待测样品质量控制系统、智能化原位实时监测系统；

所述三维空间在线采样系统包括质量控制系统1、三维运动系统2、伸缩采样管3、保温装置4和液样输送系统5，由质量控制系统1通过三维运动系统2控制伸缩采样管3和液样输送系统5实现样品的采集和样品的输送，整个系统在样品采集和样品输送过程带有保温装置4，确保其与陈化池内温度一致性，所述伸缩采样管3下端采样口浸没在陈化池中，所述伸缩采样管3在三维运动系统2的控制下可实现在陈化池内不同高度及同一高度不同角度进行取样，所述保温装置4包裹所述伸缩采样管3外侧；

所述待测样品质量控制系统包括质量控制系统1、温度控制系统6、均质槽7、液位监测传感器8、搅拌系统9、空气压缩装置10和清洗装置11，三维空间在线采样系统采集的液体样品输送至带有温度控制系统6的均质槽7内，在均质槽7进液过程中质量控制系统1控制搅拌系统9进行样品的均质，均质槽7液位高度通过质量控制系统1控制液位监测传感器8实时反馈液位信息传输给质量控制系统1实现样品的采集和预处理，所述液位监测传感器8的液位监测探头放置在均质槽7中，当均质槽7中的液位上升至设定高度时，所述液位监测传感器8将液位信号传输至质量控制系统1，所述质量控制系统1将相应信号传输至三维运动系统2控制伸缩采样管3停止采样；所述空气压缩装置10和清洗装置11通过管理切换装置实现各管路的清洗和吹洗，保证管路的清洁；

所述智能化原位实时监测系统包括智能进样装置12、非接触识别装置13、光学参数系统14、高精度机器视觉系统15和智能分析控制系统16，智能化原位实时监测系统通过液位监测传感器8将液面高度信息实时反馈给智能分析控制系统16，智能分析控制系统16控制智能进样装置12进行样品从均质槽7内至非接触识别装置13的输送，样品输送过程通过温度控制系统6实现温度控制，所述智能分析控制系统16分别连接光学参数系统14和高精度机器视觉系统15，智能分析控制系统16控制光学参数系统14发出对应光源于非接触识别装置13，智能分析控制系统16控制高精度机器视觉系统15进行样品的结果分析，所述智能进样装置12与非接触识别装置13通过管路相连，所述非接触识别装置13材质透明，且所盛液体的体积一定，液样在非接触识别装置13检测完后从排出端排出，所述智能分析控制系统16根据设定的目标元素控制所述光学参数系统14切换相对应的特定光源，所述光学参数系统14得到控制信号发出相应的光源照射并穿透所述非接触识别装置13，所述光学参数系统14发出的色度信号穿透所述非接触识别装置13后并被所述高精度机器视觉系统15接收，所述高精度机器视觉系统15将接收的信号传输至智能分析控制系统16，所述智能分析控制系统16根据接收的色度信号通过数学模型转化获取对应的元素浓度参数；

所述管路切换装置分别与液样输送装置5、均质槽7、空气压缩装置10、清洗装置11和智能进样装置12通过管路连通，所述均质槽7和所述非接触识别装置13分别与样品回收池通过管路连通。

本发明的有益效果是：本发明打破传统在线监测传感器易被溶液中高酸腐蚀或硫酸盐结晶包裹的技术瓶颈，采用复杂相金属离子非接触识别模式，根据不同金属离子的色度差异，利用高精度光学设备实现对陈化液的透射式检测，采用高精度机器视觉系统进行捕捉识别，开发了在线采集、样品均化、检测识别、实时分析、结果反馈、闭环控制的智能化分析平台，可实时、快速、准确分析陈化过程中三维空间陈化液胶体化过程中金属离子浓度的变化，有助于企业确定最佳陈化时间时间期，同时，还降低了制液负荷、提高了电流效率，实现了高酸、高盐体系实时监测技术的突破，从源头削减了重金属废水的产生。

所述伸缩采样管3竖直或水平设置；所述三维运动系统2可控制伸缩采样管3在陈化池内竖直方向上上下移动和同一平面不同角度的运动；所述伸缩采样管3的下端连通有可以自由旋转取样的抽样吸头，抽样吸头水平设置可实现360°具有代表性的吸取陈化池内同一液面不同角度的液体样品；伸缩采样管3竖直方向和水平方向的移动高度和旋转角度可通过三维运动系统2进行设定，整个三维空间在线采样系统在液样输送系统5输送液体过程中，所有的管路均通过保温装置4进行保温、隔热及加热，确保其与陈化池内温度一致性。

所述温度控制系统6可确保从液样输送装置5到智能进样装置12之间管路的液体温度保持在设定的温度范围，所述液样通过液样输送装置5输送至均质槽7中，在搅拌系统9作用下实现均质后，通过智能进样装置12的抽取，液样从均质槽7输送至非接触识别装置13中。

所述均质槽7内部设有液面上限位感应装置和液面下限位感应装置，根据质量控制系统1初步设定的采样角度，进行吸取样品，当液体样品进入均质槽7内，液体样品的液面达到限位高度时，信号传送给质量控制系统1，质量控制系统1通过三维运动系统2执行下一个采样命令直至均质槽7内液样达到上限位时，液面上限位感应装置发出信号至质量控制系统1，质量控制系统1控制三维运动系统2停止取样；当均质槽7中液体样品通过智能进样装置12抽离输送至非接触识别装置13进行检测分析时，至均质槽7内液体样品的液面低于下限位时，液面下限位感应装置发出信号至智能分析控制系统16，智能分析控制系统16控制智能进样装置12停止抽离液体样品，同时液面下限位感应装置发出信号至质量控制系统1，质量控制系统1控制均质槽7进行排空液样至样品回收池。

所述智能化原位实时监测系统通过智能分析控制系统16设定待测元素类型，控制光学参数系统14切换对应待测元素的特定光源，同时非接触识别装置13中充满待测液样，光学参数系统14的光源照射非接触识别装置13的一侧，在非接触识别装置13的另一侧有高精度机器视觉系统15，所述高精度机器视觉系统15能实时接收穿透非接触识别装置13的色度信号，并将所接收的光信号传输至所述智能分析控制系统16，通过智能进样装置12不间断的输送液样进入非接触识别装置13进行动态连续识别，所述高精度机器视觉系统15将接收的大量实时信号传输至智能分析控制系统16，所述智能分析控制系统16通过数学模型将吸收光谱转化为大数据瞬时的离子浓度，经过数据优化去除离散度高的值，再进行均化获得平均值。

所述智能分析控制系统16可设定待测元素类型，根据设定的待测元素类型，所述光学参数系统14可快速切换设定的待测元素特定的光源，有效排除其它重金属离子的干扰，实现多元素快速在线监测。

所述智能化原位实时监测系统利用色度学原理确定目标离子在色空间的基本坐标位置，通过改变目标金属离子浓度，建立其与基本坐标位置的对应关系，获得相应的色系空间；选择对应色系空间的特定光源参数，采用复杂相金属离子非接触识别模式，用数字化或定量化的信息来表达颜色，建立色度～浓度的关系，并实现智能化和自动化监测。

所述伸缩采样管3与液样输送装置5、样品回收池与均质槽7、液样输送装置5与管路切换装置、空气压缩装置10与管路切换装置、均质槽7与管路切换装置、清洗装置11与管路切换装置、管路切换装置与智能进样装置12、智能进样装置12与非接触识别装置13、非接触识别装置13与样品回收池之间均通过管路连通，上述管路上均具有保温、隔热及加热的功能，确保其与陈化池内温度一致性。

本发明还涉及一种锰锌陈化液胶体化过程金属离子浓度智能化在线实时监测的方法,采用所述的监测系统进行监测，包括以下步骤：

1)通过质量控制系统1设定空气压缩装置10和清洗装置11输送时间，排空三维空间在线采样系统管路中剩余液样；

2)通过质量控制系统1对三维运动系统2预先设定一个取样高度及角度，并控制伸缩采样管3至陈化池内预先设定的取样高度及旋转角度；

3)质量控制系统1控制三维运动系统2及液样输送装置5运行，抽取液体样品至均质槽7中；温度控制系统6运行，保持待测样品质量控制系统的温度达到预设温度，同时搅拌系统9依据质量控制系统1设定的搅拌时间及速度参数运行；

4)液体样品输送至均质槽7，通过液位检测传感器8将检测的液样液面信号传输至质量控制系统1，当液位达到设定高度时，所述质量控制系统1将液位信号传输至智能分析控制系统16，所述智能分析控制系统16接收信号后控制光学参数系统14运行，所述光学参数系统14依据设定的待测元素所对应的色系空间参数，调节并发射对应的特定光源，光源照射在非接触识别装置13的一侧，并透射穿过非接触识别装置13，在所述非接触识别装置13另一侧有高精度机器视觉系统15接收透过的色度信号，所述高精度机器视觉系统15将接收的信号传输至智能分析控制系统16，通过智能分析控制系统16设定光学参数系统14和非接触识别装置13运行时间，在规定时间内完成对液体样品的多次连续检测，所述高精度机器视觉系统15将连续接收的信号实时传输至智能分析控制系统16，所述智能分析控制系统16对接收的信号进行实时处理反馈；

5)智能分析控制系统16控制液位检测传感器8和智能进样装置12，使均质槽7中液样通过管路切换装置、智能进样装置12与非接触识别装置13连通；启动智能进样装置12液体样品在智能进样装置12的驱动下，输送至非接触识别装置13中，检测后的液样从所述非接触识别装置13中的出口进行排出，同时，所述智能分析控制系统16设定检测持续时间参数，检测期间，液样按照设定的流速从均质槽7中输送至非接触识别装置13中，直至达到设定的时间参数，结束样品的检测分析，关闭液样输送装置5、智能进样装置12；

6)智能分析控制系统16与质量控制系统1协同控制清洗装置11和智能进样装置12，将清洗装置11通过管路切换装置与智能进样装置12连通；控制开启智能进样装置12，清洗装置11中的纯水在智能进样装置12的驱动下，通过非接触识别装置13至排出，同时，所述智能分析控制系统16协同质量控制系统1设定智能进样装置12和清洗装置11运行时间参数，达到对智能化原位实时监测系统中管路的清洗；

7)智能分析控制系统16协同质量控制系统1控制清洗装置11和均质槽7，使均质槽7和清洗装置11通过管路切换装置连通；所述质量控制系统1控制打开均质槽7底部排液阀，当均质槽7中液样完全排空，液位检测传感器8传输信号至质量控制系统1，所述质量控制系统1控制开启清洗装置11，纯水输送至均质槽7中，并同时通过质量控制系统1设定清洗装置11和均质槽7运行时间，达到对待测样品质量控制系统中管路的清洗；

8)智能分析控制系统16协同质量控制系统1控制空气压缩装置10和智能进样装置12，使空气压缩装置10通过管路切换装置与智能进样装置12连通；启动空气压缩装置10和智能进样装置12，空气压缩装置10产生的带压气体经过管路切换装置、智能进样装置12和非接触识别装置13后排出，并设定空气压缩装置10和智能进样装置12运行时间，完成对智能化原位实时监测系统中管路的吹洗工作；

9)智能分析控制系统16结合质量控制系统1控制空气压缩装置10和均质槽7，使均质槽7通过管路切换装置与空气压缩装置10连通；启动空气压缩装置10和均质槽7气体输送至均质槽7后，由均质槽7底部阀门排出，并定空气压缩装置10和均质槽7运行时间，达到对待测样品质量控制系统中管路的吹洗效果；

10)关闭三维运动系统2和液样输送装置5，升降机构带动伸缩采样管3提升至最高处，使其最下端脱离陈化池内的液体，完成检测任务，样品均质槽7内的液体样品从底部的排空管排空；

11)质量控制系统1重新设定取样高度，重复1)-10)开始新的一轮检测分析。

所述的检测方法，先通过空气压缩装置和清洗装置对整个系统的管路和容器进行清洗，预设取样高度和取样角度，通过伸缩采样管取样至均质槽，然后将液体样品通入至智能化原位实时监测系统中进行检测，检测完成后，采用高压空气将智能化原位实时监测系统及管路中粘附的残余液体携带出去，再用带压气体对管路进行洗吹，最终完成清洗，清洗后排空均质槽内的液体样品，还可以对均质槽进行清洗，完成一次完整的取样检测过程，重复上述步骤即可开始新一轮的检测。通过在检测前的纯水清洗装置及管路，还有后续的带压空气清洗装置及管路，使得相邻两次液体样品检测之间影响小，可以降低相邻批次液样的干扰，提高检测液体样品的准确率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种锰锌陈化液胶体化过程金属离子浓度智能化在线实时监测系统，其特征在于，包括三维空间在线采样系统、待测样品质量控制系统、智能化原位实时监测系统；

所述三维空间在线采样系统包括质量控制系统(1)、三维运动系统(2)、伸缩采样管(3)、保温装置(4)和液样输送系统(5)，由质量控制系统(1)通过三维运动系统(2)控制伸缩采样管(3)和液样输送系统(5)实现样品的采集和样品的输送，整个系统在样品采集和样品输送过程带有保温装置(4)，确保其与陈化池内温度一致性，所述伸缩采样管(3)下端采样口浸没在陈化池中，所述伸缩采样管(3)在三维运动系统(2)的控制下可实现在陈化池内不同高度及同一高度不同角度进行取样，所述保温装置(4)包裹所述伸缩采样管(3)外侧；

所述待测样品质量控制系统包括质量控制系统(1)、温度控制系统(6)、均质槽(7)、液位监测传感器(8)、搅拌系统(9)、空气压缩装置(10)和清洗装置(11)，三维空间在线采样系统采集的液体样品输送至带有温度控制系统(6)的均质槽(7)内，在均质槽(7)进液过程中质量控制系统(1)控制搅拌系统(9)进行样品的均质，均质槽(7)液位高度通过质量控制系统(1)控制液位监测传感器(8)实时反馈液位信息传输给质量控制系统(1)实现样品的采集和预处理，所述液位监测传感器(8)的液位监测探头放置在均质槽(7)中，当均质槽(7)中的液位上升至设定高度时，所述液位监测传感器(8)将液位信号传输至质量控制系统(1)，所述质量控制系统(1)将相应信号传输至三维运动系统(2)控制伸缩采样管(3)停止采样；所述空气压缩装置(10)和清洗装置(11)通过管路切换装置实现各管路的清洗和吹洗，保证管路的清洁；

所述智能化原位实时监测系统包括智能进样装置(12)、非接触识别装置(13)、光学参数系统(14)、高精度机器视觉系统(15)和智能分析控制系统(16)，智能化原位实时监测系统通过液位监测传感器(8)将液面高度信息实时反馈给智能分析控制系统(16)，智能分析控制系统(16)控制智能进样装置(12)进行样品从均质槽(7)内至非接触识别装置(13)的输送，样品输送过程通过温度控制系统(6)实现温度控制，所述智能分析控制系统(16)分别连接光学参数系统(14)和高精度机器视觉系统(15)，智能分析控制系统(16)控制光学参数系统(14)发出对应光源于非接触识别装置(13)，智能分析控制系统(16)控制高精度机器视觉系统(15)进行样品的结果分析，所述智能进样装置(12)与非接触识别装置(13)通过管路相连，所述非接触识别装置(13)材质透明，且所盛液体的体积一定，液样在非接触识别装置(13)检测完后从排出端排出，所述智能分析控制系统(16)根据设定的目标元素控制所述光学参数系统(14)切换相对应的特定光源，所述光学参数系统(14)得到控制信号发出相应的光源照射并穿透所述非接触识别装置(13)，所述光学参数系统(14)发出的色度信号穿透所述非接触识别装置(13)后并被所述高精度机器视觉系统(15)接收，所述高精度机器视觉系统(15)将接收的信号传输至智能分析控制系统(16)，所述智能分析控制系统(16)根据接收的色度信号通过数学模型转化获取对应的元素浓度参数；

所述管路切换装置分别与液样输送装置(5)、均质槽(7)、空气压缩装置(10)、清洗装置(11)和智能进样装置(12)通过管路连通，所述均质槽(7)和所述非接触识别装置(13)分别与样品回收池通过管路连通。

2.根据权利要求1所述一种锰锌陈化液胶体化过程金属离子浓度智能化在线实时监测系统，其特征在于，所述伸缩采样管(3)竖直或水平设置；所述三维运动系统(2)可控制伸缩采样管(3)在陈化池内竖直方向上上下移动和同一平面不同角度的运动；所述伸缩采样管(3)的下端连通有可以自由旋转取样的抽样吸头，抽样吸头水平设置可实现360°的吸取陈化池内同一液面不同角度的液体样品；伸缩采样管(3)竖直方向和水平方向的移动高度和旋转角度可通过三维运动系统(2)进行设定，整个三维空间在线采样系统在液样输送系统(5)输送液体过程中，所有的管路均通过保温装置(4)进行保温、隔热及加热，确保其与陈化池内温度一致性。

3.根据权利要求1所述一种锰锌陈化液胶体化过程金属离子浓度智能化在线实时监测系统，其特征在于，所述温度控制系统(6)可确保从液样输送装置(5)到智能进样装置(12)之间管路的液体温度保持在设定的温度范围，所述液样通过液样输送装置(5)输送至均质槽(7)中，在搅拌系统(9)作用下实现均质后，通过智能进样装置(12)的抽取，液样从均质槽(7)输送至非接触识别装置(13)中。

4.根据权利要求1所述一种锰锌陈化液胶体化过程金属离子浓度智能化在线实时监测系统，其特征在于，所述均质槽(7)内部设有液面上限位感应装置和液面下限位感应装置，根据质量控制系统(1)初步设定的采样角度，进行吸取样品，当液体样品进入均质槽(7)内，液体样品的液面达到限位高度时，信号传送给质量控制系统(1)，质量控制系统(1)通过三维运动系统(2)执行下一个采样命令直至均质槽(7)内液样达到上限位时，液面上限位感应装置发出信号至质量控制系统(1)，质量控制系统(1)控制三维运动系统(2)停止取样；当均质槽(7)中液体样品通过智能进样装置(12)抽离输送至非接触识别装置(13)进行检测分析时，至均质槽(7)内液体样品的液面低于下限位时，液面下限位感应装置发出信号至智能分析控制系统(16)，智能分析控制系统(16)控制智能进样装置(12)停止抽离液体样品，同时液面下限位感应装置发出信号至质量控制系统(1)，质量控制系统(1)控制均质槽(7)进行排空液样至样品回收池。

5.根据权利要求1所述一种锰锌陈化液胶体化过程金属离子浓度智能化在线实时监测系统，其特征在于，所述智能化原位实时监测系统通过智能分析控制系统(16)设定待测元素类型，控制光学参数系统(14)切换对应待测元素的特定光源，同时非接触识别装置(13)中充满待测液样，光学参数系统(14)的光源照射非接触识别装置(13)的一侧，在非接触识别装置(13)的另一侧有高精度机器视觉系统(15)，所述高精度机器视觉系统(15)能实时接收穿透非接触识别装置(13)的色度信号，并将所接收的光信号传输至所述智能分析控制系统(16)，通过智能进样装置(12)不间断的输送液样进入非接触识别装置(13)进行动态连续识别，所述高精度机器视觉系统(15)将接收的大量实时信号传输至智能分析控制系统(16)，所述智能分析控制系统(16)通过数学模型将吸收光谱转化为大数据瞬时的离子浓度，经过数据优化去除离散度高的值，再进行均化获得平均值。

6.根据权利要求5所述一种锰锌陈化液胶体化过程金属离子浓度智能化在线实时监测系统，其特征在于，所述智能分析控制系统(16)可设定待测元素类型，根据设定的待测元素类型，所述光学参数系统(14)可切换设定的待测元素特定的光源，有效排除其它重金属离子的干扰，实现多元素快速在线监测。

7.根据权利要求1所述一种锰锌陈化液胶体化过程金属离子浓度智能化在线实时监测系统，其特征在于，所述智能化原位实时监测系统利用色度学原理确定目标离子在色空间的基本坐标位置，通过改变目标金属离子浓度，建立其与基本坐标位置的对应关系，获得相应的色系空间；选择对应色系空间的特定光源参数，采用复杂相金属离子非接触识别模式，用数字化或定量化的信息来表达颜色，建立色度和浓度的关系，并实现智能化和自动化监测。

8.根据权利要求1至7任一项所述一种锰锌陈化液胶体化过程金属离子浓度智能化在线实时监测系统，其特征在于，所述伸缩采样管(3)与液样输送装置(5)、样品回收池与均质槽(7)、液样输送装置(5)与管路切换装置、空气压缩装置(10)与管路切换装置、均质槽(7)与管路切换装置、清洗装置(11)与管路切换装置、管路切换装置与智能进样装置(12)、智能进样装置(12)与非接触识别装置(13)、非接触识别装置(13)与样品回收池之间均通过管路连通，上述管路均具有保温、隔热及加热的功能，确保其与陈化池内温度一致性。

9.一种锰锌陈化液胶体化过程金属离子浓度智能化在线实时监测的方法，其特征在于，采用如权利要求1至8任一项所述的监测系统进行监测，包括以下步骤：

1)通过质量控制系统(1)设定空气压缩装置(10)和清洗装置(11)输送时间，排空三维空间在线采样系统管路中剩余液样；

2)通过质量控制系统(1)对三维运动系统(2)预先设定一个取样高度及角度，并控制伸缩采样管(3)至陈化池内预先设定的取样高度及旋转角度；

3)质量控制系统(1)控制三维运动系统(2)及液样输送装置(5)运行，抽取液体样品至均质槽(7)中；温度控制系统(6)运行，保持待测样品质量控制系统的温度达到预设温度，同时搅拌系统(9)依据质量控制系统(1)设定的搅拌时间及速度参数运行；

4)液体样品输送至均质槽(7)，通过液位检测传感器(8)将检测的液样液面信号传输至质量控制系统(1)，当液位达到设定高度时，所述质量控制系统(1)将液位信号传输至智能分析控制系统(16)，所述智能分析控制系统(16)接收信号后控制光学参数系统(14)运行，所述光学参数系统(14)依据设定的待测元素所对应的色系空间参数，调节并发射对应的特定光源，光源照射在非接触识别装置(13)的一侧，并透射穿过非接触识别装置(13)，在所述非接触识别装置(13)另一侧有高精度机器视觉系统(15)接收透过的色度信号，所述高精度机器视觉系统(15)将接收的信号传输至智能分析控制系统(16)，通过智能分析控制系统(16)设定光学参数系统(14)和非接触识别装置(13)运行时间，在规定时间内完成对液体样品的多次连续检测，所述高精度机器视觉系统(15)将连续接收的信号实时传输至智能分析控制系统(16)，所述智能分析控制系统(16)对接收的信号进行实时处理反馈；

5)智能分析控制系统(16)控制液位检测传感器(8)和智能进样装置(12)，使均质槽(7)中液样通过管路切换装置、智能进样装置(12)与非接触识别装置(13)连通；启动智能进样装置(12)液体样品在智能进样装置(12)的驱动下，输送至非接触识别装置(13)中，检测后的液样从所述非接触识别装置(13)中的出口进行排出，同时，所述智能分析控制系统(16)设定检测持续时间参数，检测期间，液样按照设定的流速从均质槽(7)中输送至非接触识别装置(13)中，直至达到设定的时间参数，结束样品的检测分析，关闭液样输送装置(5)、智能进样装置(12)；

6)智能分析控制系统(16)与质量控制系统(1)协同控制清洗装置(11)和智能进样装置(12)，将清洗装置(11)通过管路切换装置与智能进样装置(12)连通；控制开启智能进样装置(12)，清洗装置(11)中的纯水在智能进样装置(12)的驱动下，通过非接触识别装置(13)至排出，同时，所述智能分析控制系统(16)协同质量控制系统(1)设定智能进样装置(12)和清洗装置(11)运行时间参数，达到对智能化原位实时监测系统中管路的清洗；

7)智能分析控制系统(16)协同质量控制系统(1)控制清洗装置(11)和均质槽(7)，使均质槽(7)和清洗装置(11)通过管路切换装置连通；所述质量控制系统(1)控制打开均质槽(7)底部排液阀，当均质槽(7)中液样完全排空，液位检测传感器(8)传输信号至质量控制系统(1)，所述质量控制系统(1)控制开启清洗装置(11)，纯水输送至均质槽(7)中，并同时通过质量控制系统(1)设定清洗装置(11)和均质槽(7)运行时间，达到对待测样品质量控制系统中管路的清洗；

8)智能分析控制系统(16)协同质量控制系统(1)控制空气压缩装置(10)和智能进样装置(12)，使空气压缩装置(10)通过管路切换装置与智能进样装置(12)连通；启动空气压缩装置(10)和智能进样装置(12)，空气压缩装置(10)产生的带压气体经过管路切换装置、智能进样装置(12)和非接触识别装置(13)后排出，并设定空气压缩装置(10)和智能进样装置(12)运行时间，完成对智能化原位实时监测系统中管路的吹洗工作；

9)智能分析控制系统(16)结合质量控制系统(1)控制空气压缩装置(10)和均质槽(7)，使均质槽(7)通过管路切换装置与空气压缩装置(10)连通；启动空气压缩装置(10)和均质槽(7)气体输送至均质槽(7)后，由均质槽(7)底部阀门排出，并定空气压缩装置(10)和均质槽(7)运行时间，达到对待测样品质量控制系统中管路的吹洗效果；

10)关闭三维运动系统(2)和液样输送装置(5)，升降机构带动伸缩采样管(3)提升至最高处，使其最下端脱离陈化池内的液体，完成检测任务，样品均质槽(7)内的液体样品从底部的排空管排空；

11)质量控制系统(1)重新设定取样高度，重复1)-10)开始新的一轮检测分析。