CN107036985A

CN107036985A - 一种透明度检测方法、系统及网络

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Publication number: CN107036985A
Application number: CN201710239128.7A
Authority: CN
Inventors: 薛永富
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-01-12
Filing date: 2017-04-13
Publication date: 2017-08-11

Abstract

本发明公开了一种透明度检测方法、系统及网络，所述方法包括：建立透明度设备测定时临界图像的判定依据；其中，所述透明度检测方法包括使用光源（5）发出光线，摄像装置（3）观察待测液体中标识片（2）的图像，并将图像信号传回控制系统（4），控制系统（4）通过图像信号判断识别透明度的临界图像；实现标识片（2）与待测液体检测界面的相对移动，直至捕捉到所述临界图像；测定所述标识片（2）距离所述待测液体检测界面的距离，即为所述透明度的数值。本发明方法用以解决测定人员视力差别影响测定结果、外界光线亮度差别影响测定准确度、不能精确的体现透明度测量值、手工检测效率较低且不利于全天候连续测定等问题。

Description

一种透明度检测方法、系统及网络

技术领域

本发明涉及液体检测技术领域，尤其涉及液体透明度检测技术领域。

背景技术

水是液体的典型代表，水质透明度是指水样的澄清程度，结晶的水是透明的，水中存在悬浮物和胶体时，透明度便降低。通常地下水的透明度较高，由于洪水和环境条件不同，其透明度可能不断变化。透明度与浊度相反，水中悬浮物越多，其透明度就越低。目前还没有全自动监测方法，在水利行业和环保行业中使用的两种手工方法如下：

铅字法说明：

传统手工方法中使用铅字法手工测定水质透明度，铅字法是根据检验人员的视力来观察水样的澄清程度。采用的设备是透明度计，它是一种长33cm，内径2．5cm的具有刻度的玻璃筒，筒底有一磨光玻璃片。检验时，检验人员从透明度计的筒口垂直向下观察。

塞氏盘法说明：

塞氏盘法是一种现场测定透明度的方法，利用一个圆盘沉入水中后，观察到不能看见它时的深度。

透明度盘（又称赛氏圆盘）：以较厚的白铁片剪成直径200mm的圆板，在板的一面从中心平分成四部分，以黑白漆相间涂布。正中心开小孔，穿一铅丝，下面加一铅锤，上面系小绳。

传统手工方法无法实现现代对水质透明度自动测定的需求，急需先进的测定科技方法支持，为物质透明度分析、评估、预警与防治提供重要的科学技术支持。

手工测定方法缺点：

比较而言，手工方法受到测定人员视力差别、光线差别的影响，不能精确的体现物质透明度量值，且受到夜晚光照影响，无法实现连续测定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种透明度检测方法、系统及网络，所述方法包括：使用光源（5）发出光线，摄像装置（3）观察待测液体中的标识片（2）图像，并将图像信号传回控制系统（4），控制系统（4）通过图像信号判断识别透明度的临界图像，测定满足判定临界图像时标识片（2）距离待测液体检测界面的距离即是此待测液体透明度数值。用以解决测定人员视力差别影响、外界光线照射差别影响、不能精确的体现水体透明度测量值、手工检测效率较低不利于全天候连续测定等问题。

为实现上述目的，本发明提供一种透明度检测方法，所述透明度仪器测定时临界图像判定依据的方法为图像分析方法，所述方法包括：建立透明度设备测定时临界图像的判定依据；其中，所述透明度检测方法包括发出光线的光源5，用于放入待测液体中的标识片2以及用于采集所述标识片2图像的摄像装置3以及控制系统4，所述临界图像来自所述摄像装置3，所述光线来自光源5；

所述摄像装置3通过待测液体检测界面观测标识片2，当捕捉到图像，控制系统4判断图像满足透明度临界图像的判定依据；

测定所述标识片2距离所述待测液体检测界面的距离，即为所述透明度的数值。

优选地，所述标识片（2）包括塞氏盘法所使用的塞氏盘和铅字法使用带有标准字符的磨光玻璃片、以及具有黑白相间圆形图形或标准字符图形的物体。

优选地，所述建立透明度仪器测定时临界图像判定依据的方法为图像分析方法。

例如，透明度计法判定方法为，将充分混合均匀的水样转移至透明度圆筒，逐渐降低试样高度，直到从上面刚好能清晰看到印刷标记，此时摄像装置所观察到的就是透明度计的临界图像。塞氏盘法判定方法为，用吊绳将圆盘放入水中，一直到从上面观察几乎看不见圆盘为止。此时摄像装置所观察到的就是塞氏盘的临界图像；

例如使用CCD图像传感，对标识片图像进行采集，将采集信号发至控制系统，由控制系统判断其是否满足透明度临界判定条件。

优选地，所述图像分析方法包括：测定图像中像素的数量；测定图像中各像素数量的比例；测定某段时间内图像中各像素的数量；测定某段时间内图像中各像素数量的比例；计算图像中各像素的数量或比例随时间的变化规律；测定图像中各像素的面积；测定图像中各像素面积的比例；测定某段时间内图像中各像素的面积；测定某段时间内图像中各像素面积的比例；计算图像中各像素形成图形面积随时间的变化规律；测定图像中像素形成图形的形状；测定某段时间内图像中像素形成图形的形状；计算图像中像素形成图形的形状随时间的变化规律。

例如当标识片（2）放入待测液体距离检测界面达到一定距离，使用摄像装置连续10秒测定，当10秒内所有亮度大于220的像素占总像素比介于20%至25%之间时，此时观测的图像符合测定透明度的临界图像要求，测定此时标识片距离检测界面的距离即是该待测液体的透明度数值；

例如，当标识片（2）放入待测液体与检测界面逐渐增加时，图像中亮度大于220的像素数量随距离增加而减小，当满足每厘米减少35%像素数量时，此时观测的图像符合测定透明度的临界图像要求，测定此时标识片距离检测界面的距离即是该待测液体的透明度数值；

例如，当标识片（2）放入待测液体与检测界面逐渐增加，图像中亮度大于220的像素面积占总图像面积小于20%时，此时观测的图像符合测定透明度的临界图像要求，测定此时标识片距离检测界面的距离即是该待测液体的透明度数值；

例如，当标识片（2）放入待测液体与检测界面逐渐增加，测定图像中亮度大于150的像素形成的图形，当形成的图形小于黑白盘中白色部分的40%，或形成的图形小于E字盘中白色部分的50%，此时观测的图像符合测定透明度的临界图像要求，测定此时标识片距离检测界面的距离即是该待测液体的透明度数值。

优选地，所述实现标识片与待测液体检测界面的相对移动的方法包括：由动力装置、传动装置、重力带动标识片（2）移动；

或由动力装置、传动装置、重力带动摄像装置（3）移动；

或通过泵、阀改变液体体积，检测界面与标识片（2）相对移动；

或电机、液压装置带动检测界面与标识片相对移动；

例如在垂直或水平方向，由液压装置、电动机、发动机、重力、螺杆、杠杆、齿轮、绳索、锁链、钢丝绳、化纤制品带动标识片移动；

例如在垂直或水平方向，由液压装置、电动机、发动机、重力、螺杆、杠杆、齿轮、绳索、锁链、钢丝绳、化纤制品带动摄像装置移动。

优选地，测定所述标识片距离所述待测液体检测界面的距离的方法包括：由计数器计算电气装置运动次数或时间，从而计算得到标识片（2）与检测界面的距离；

或者由电机运动时间计算得到标识片（2）与检测界面的距离；

或样品增加、减少的速度，由泵体或阀体工作时间计算样品进入或排出体积，从而计算标识片与检测界面的距离；

或采用如下任一方式：测距仪、标尺、声呐测距和激光测距、超声波测距、液位传感器、压力传感器。

例如，测定标识片与检测界面的相对距离可以有多种方式，如：

由测距仪测定检测界面与标识片、标志位置的距离；

或由标尺测定检测界面与标识片、标志位置的距离；

或由声呐测定检测界面与标识片的距离；

或由激光测距测定检测界面与标志位置的距离；

或由超声波测距测定检测界面与标志位置的距离；

或由液位传感器测定检测界面在测定系统中相对高度；

或由压力传感器测定标识片位置的液压，由压力与液体密度关系计算出，标识片与检测界面的距离；

以上所处电气装置指电动装置和气动装置，例如电动装置包括电机、阀门等由电驱动的装置，气动装置指气动阀门等由气压、液压驱动的装置；

以上所述标志位置指相对系统中运动物体固定的点位。

优选地，所述的方法，其特征在于，标识片2发出或反射出的光线，以直接、间接、反射、折射、衍射、散射方式到达摄像装置3。

优选地，所述的方法，其特征在于，标识片2所发射或反射的光线包括红外线、紫外线、可见光、荧光或X射线；摄像装置3所接收的光线包括红外线、紫外线、可见光、荧光或X射线。

优选的，在测定过程中使用搅拌装置(11)防止样品中悬浮物沉降；所述搅拌装置（11）搅拌方式为机械搅拌带动样品运动，或由磁力装置带动样品运动，或由气泡带动样品运动。

例如搅拌装置（11）由电机，叶轮、桨叶或磁性搅拌子组成；或，所述搅拌装置（11）由气体管路、气泵或压缩气体组成。

本发明还提供一种检测装置，所述检测装置连用使用或连用多个本发明所提供的透明度检测方法和/或其中的部件。

一种检测系统，包括用于采集待测样品的采样装置，用于控制采样装置的控制系统；其特征在于，所述检测系统具有透明度检测装置，所述装置包含本发明权利要求中任意一项所述的透明度检测方法和/或其中的部件。

例如，检测系统包含采集待测样品的采样水泵，用于控制采样装置的系统软件及系统硬件，并具有测定透明度、溶解氧、氧化还原电位、氨氮的设备，该系统具有通讯功能，可收集各设备数据，并传输数据。

一种环境监测网络，包括用于测定环境信息的设备，用于收集检测设备信息或检测系统信息的软件；其特征在于，所述环境监测网络具有透明度检测装置，所述装置包含包含本发明权利要求中任意一项所述的透明度检测方法和/或其中的部件。

例如，环境监测网络具有多个监测子系统，其子系统用于测定环境信息，并将环境信息上传至监测网络；监测网络能够收集整理环境信息；其子系统包括采集待测样品的采样水泵，用于控制采样装置的系统软件及系统硬件；子系统具有测定透明度、溶解氧、氧化还原电位、氨氮的设备。

需要说明的内容：

1、光源5泛指可发出光线的物体，例如太阳、月亮、日光灯、LED灯、灯泡、节能灯；

2、摄像装置泛指可以拍摄的装置，包括光学成像、数字成像。

在城市内的湖泊、河流中，由于需要通过水体透明度进行水体富营养化的表述，传统方法是使用手工检测，无法满足目前环境保护所需要的24小时监控。因此，在城市内的湖泊、河流中使用水质透明度在线监测设备，实现全自动透明度连续自动监测是该发明的典型案例。

相比于传统手工方法，该发明具有以下优点：

1、方法简单，性能稳定，造价低廉；

2、使用了照明技术，不受白天光照度影响，提高了测量准确度；

3、使用图像处理技术，判定液体临界点，不受测定人员视力影响，提高了测量的准确度；

4、使用电子计数技术，提高了测量的准确度；

5、不受环境光照情况影响，实现了全天候测定；

6、使用全自动控制技术，可以实现24小时在线监测；

7、能够广泛的应用于地表水水质监测、海水监测、地下水监测、常规液体透明度检测、工业废水监测与城市污水监测等领域；

8、在接近透明度临界图像时，进行连续采集标识片图像，避免待测液体中悬浮物对检测结果的影响。

本发明方法可广泛的应用于测定物质透明度的行业及领域，可实现自动连续检测物质透明度，提高人员工作效率和透明度的检测精度。

附图说明

图1是本发明设备一种具体实施方式的结构示意图。

图2是本发明设备一种具体实施方式的结构示意图。

图3是本发明标识片表面标识图形一种具体实施方式的示意图。

图4是本发明设备一种具体实施方式的结构示意图；

图5是本发明方法一种具体实施方式的结构示意图。

其中，

1 测量筒	2标识片	3 摄像装置
			4 控制系统	5 光源	11 搅拌装置

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明提供的透明度检测方法具体可以包括如下步骤：

步骤一：根据手工检测时临界值情况，建立透明度设备自动测定时临界观察视觉判定依据。

建立透明度测定时临界观察视觉判定依据，可使用方法为图像分析技术；

图像分析技术包括：

1、测定图像中各像素的数量；

2、测定图像中各像素数量的比例；

3、测定图像中像素形成图形的面积；

4、测定图像中各像素形成图形面积的比例；

5、测定图像中像素形成图形的形状。

步骤二：当设备自动测定透明度时，移动标识盘与被测液体的设备检测界面相对距离，根据所建立的临界判定依据判定此时是否符合透明度判定依据。

设备自动测定透明度时，移动标识盘与被测液体的设备检测界面相对距离，根据所建立的临界判定依据判定此时是否符合透明度判定依据，

标识盘与设备观测面相对距离可以由以下方式实现：

1、移动标识片，例如，在垂直或水平方向，由液压装置、电动机、发动机、重力、螺杆、杠杆、齿轮、绳索、锁链、钢丝绳、化纤制品标识片在垂直方向移动；

2、移动检测界面，由检测界面与水平面联动，改变容器内液体体积，或由液压装置、电动机、发动机、重力、螺杆、杠杆、齿轮、绳索、锁链、钢丝绳、化纤制品带动观测面移动。

步骤三：当符合透明度测定临界值的判定依据时，计算此时标识盘与液面的距离，即为透明度值。

当符合透明度测定临界值的判定依据时，计算此时标识片与检测界面的距离，即为透明度值。

计算透明度，即标识片与检测界面的距离，可以由以下方式

1、计算由计数器计算电气装置运动次数或时间，从而得到标识片与检测界面的距离；或者由电机运动时间计算标识片与检测界面的距离；

2、计算液体增加或减少速度，由泵体或阀体工作时间计算液体进入或排出量，从而计算标识片与检测界面的距离；

3、计算液体位置或压力，从而得到标识片与检测界面的距离；如液位传感器、压力传感器；

4、由其他设备测定两者距离，比如，测距仪、标尺、声呐测距、激光测距、超声波测距。

下面提供透明度在线监测设备的具体实施方式，但是并不因此而限制本发明。

如图1所示，本发明提供一种水质透明度在线监测设备，所述监测设备包括用于发光的光源5，用于放入待测液体中的标识片2和用于采集所述标识片2图像的摄像装置3以及控制所述光源5、摄像装置3的控制系统4。本发明能够广泛的应用于地表液体水质液体监测、海水监测、地下水监测、工业废水监测与城市污水监测等领域。在城市内的湖泊、河流中，由于需要通过水体透明度进行水体富营养化的表述，传统方法是使用手工检测，无法满足目前环境保护所需要的24小时监控。因此，在城市内的湖泊、河流中使用水质透明度在线监测设备，实现全自动透明度连续自动监测是该发明的典型案例。

如图2所示，所述设备还包括用于装入待测液体的测量筒。测量筒材质可以包括金属材料、无机非金属材料、高分子材料。摄像装置可以固定在测量筒上部。

如图3所示，所述设备标识片表面标识图形，该图形由黑白相间圆形、标准印刷字符组成；标识片为塞氏盘法使用的塞氏盘或具有标准字符的磨光玻璃片。

如图4所示，所述设备还可以将摄像装置潜入液体，透过检测界面测定水质透明度。检测界面可以为透明材质，包括玻璃、石英、水晶、亚克力、PET、PETG、PC、AS、PS、PMMA、透明ABS、透明PP、透明聚苯乙烯、透明聚氯乙烯。

本发明还提供一种检测装置，其特征在于，所述检测装置使用或连用多个本发明任意一项所述的透明度检测方法和/或其中的部件。

本发明还提供一种检测系统，其特征在于，所述检测系统或网络包含本发明任意一项所述的透明度检测方法和/或其中的部件。

本发明还提供一种监测网络，其特征在于，所述检测系统或网络包含本发明任意一项所述的透明度检测方法和/或其中的部件。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims

1.一种透明度检测方法，其特征在于，所述方法包括：使用光源（5）发出光线，摄像装置（3）观察待测液体中的标识片（2）图像，并将图像信号传回控制系统（4），控制系统（4）通过图像信号判断识别透明度的临界图像，测定满足判定临界图像时标识片（2）距离待测液体检测界面的距离即是此待测液体透明度数值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述透明度仪器测定时临界图像判定依据的方法为图像分析方法。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述图像分析方法包括：测定图像中像素的数量；测定图像中各像素数量的比例；测定某段时间内图像中各像素的数量；测定某段时间内图像中各像素数量的比例；计算图像中各像素的数量或比例随时间的变化规律；测定图像中各像素的面积；测定图像中各像素面积的比例；测定某段时间内图像中各像素的面积；测定某段时间内图像中各像素面积的比例；计算图像中各像素形成图形面积随时间的变化规律；测定图像中像素形成图形的形状；测定某段时间内图像中像素形成图形的形状；计算图像中像素形成图形的形状随时间的变化规律。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述实现标识片（2）与待测液体检测界面的相对移动的方法包括：

由动力装置、传动装置、重力带动标识片（2）移动；

或由动力装置、传动装置、重力带动摄像装置（3）移动；

或电机、液压装置带动检测界面与标识片相对移动。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，测定所述标识片（2）距离所述待测液体检测界面的距离的方法包括：

由计数器计算电气装置运动次数或时间，从而计算得到标识片（2）与检测界面的距离；

6.根据权利要求3-5任一项所述的方法，其特征在于，标识片（2）发出或反射出的光线，以直接、间接、反射、折射、衍射、散射方式到达摄像装置（3）。

7.根据权利要求3-6任一项所述的方法，其特征在于，标识片（2）所发射或反射的光线包括红外线、紫外线、可见光；摄像装置（3）所接收的光线包括红外线、紫外线、可见光。

8.根据权利要求3-7任一项所述的方法，其特征在于，所述所述标识片（2）包括塞氏盘法所使用的塞氏盘、铅字法使用带有标准字符的磨光玻璃片、以及具有黑白相间圆形图形或标准字符图形的物体。

9.根据权利要求3-8任一项所述的方法，其特征在于，在测定过程中使用搅拌装置(11)防止样品中悬浮物沉降；所述搅拌装置（11）搅拌方式为机械搅拌带动样品运动，或由磁力装置带动样品运动，或由气泡带动样品运动。

10.一种检测系统，包括用于采集待测样品的采样装置，用于控制采样装置的控制系统；其特征在于，所述检测系统具有透明度检测装置，所述装置包含本发明权利要求1-8中任意一项所述的透明度检测方法和/或其中的部件。

11.一种环境监测网络，包括用于测定环境信息的设备，用于收集检测设备信息或检测系统信息的软件；其特征在于，所述环境监测网络具有透明度检测装置，所述装置包含本发明权利要求1-8中任意一项所述的透明度检测方法和/或其中的部件。