CN110146595A - 基于超声波的水质浑浊度测量方法 - Google Patents

基于超声波的水质浑浊度测量方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110146595A
CN110146595A CN201910328779.2A CN201910328779A CN110146595A CN 110146595 A CN110146595 A CN 110146595A CN 201910328779 A CN201910328779 A CN 201910328779A CN 110146595 A CN110146595 A CN 110146595A
Authority
CN
China
Prior art keywords
turbidity
ultrasonic
water
standard solution
pairs
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910328779.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110146595B (zh
Inventor
姚灵
王欣欣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ningbo Water Meter Group Co Ltd
Original Assignee
Ningbo Water Meter Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ningbo Water Meter Co Ltd filed Critical Ningbo Water Meter Co Ltd
Priority to CN201910328779.2A priority Critical patent/CN110146595B/zh
Publication of CN110146595A publication Critical patent/CN110146595A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110146595B publication Critical patent/CN110146595B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/02—Analysing fluids
    • G01N29/032—Analysing fluids by measuring attenuation of acoustic waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/01—Indexing codes associated with the measuring variable
    • G01N2291/015—Attenuation, scattering
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/022—Liquids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/10—Number of transducers
    • G01N2291/105—Number of transducers two or more emitters, two or more receivers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/20—Controlling water pollution; Waste water treatment

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于超声波的水质浑浊度测量方法，其包括以下步骤：(S1)提供两对超声波换能器；(S2)通过两对超声波换能器同时分别测量在浑浊度为零的标准溶液中接收到的超声波信号y1和在被测水中接收到的超声波信号y2，保持标准溶液的浑浊度恒定为零，同时使两对所述超声波换能器处于相同的工作环境条件下，对被测水的浑浊度进行测量；(S3)对超声波信号y1和超声波信号y2做相减处理，消除影响量，得到Δy；(S4)结合预设关系表查询得到与Δy相对应的被测水浑浊度值h。本发明消除了环境温度与湿度变化、换能器特性随时间变化等影响量对超声波测量水质浑浊度的影响，提高了超声波水质浑浊度测量的长期稳定性和测量准确性。

Description

基于超声波的水质浑浊度测量方法
技术领域
本发明涉及水质检测技术领域，更详而言之涉及一种基于超声波的水质浑浊度测量方法。
背景技术
目前，利用超声波对颗粒物散射的敏感性可以进行水质浑浊度特性的测量。超声波在水中传播时，超声波信号的幅值会受到被测水的浑浊度影响，超声波发射换能器在被测水中向超声波接收换能器发送超声波信号，超声波接收换能器接收到超声波信号的幅值V(峰-峰值)与被测水中的浑浊度h值成反比，两者之间存在关系函数。因此，通过测量超声波接收信号的幅值V，就能获知被测水的浑浊度h值。
但是，超声波信号在水中传播时会受到温度变化、时间变化等因素的影响，导致测量结果内同时含有影响量，从而导致测量结果存在偏差，计量精确度有待提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于超声波的水质浑浊度测量方法，在一定程度上解决了上述问题，消除了环境温度与湿度变化、换能器特性随时间变化等影响量对超声波测量水质浑浊度的影响，提高了超声波水质浑浊度测量的长期稳定性和测量准确性。
为了实现上述目的，本发明提供一种基于超声波的水质浑浊度测量方法，其包括以下步骤：
(S1)提供两对超声波换能器；
(S2)通过两对所述超声波换能器同时分别测量在浑浊度为零(h等于0)的标准溶液中接收到的超声波信号y1和在被测水中接收到的超声波信号y2，保持标准溶液的浑浊度恒定为零，同时使两对所述超声波换能器处于相同的工作环境条件下，对被测水的浑浊度进行测量，设
y1＝C+ε
y2＝V(h)+ε
其中C为在浑浊度为零的标准溶液中的超声波接收信号幅值，V(h)为在被测水中的超声波接收信号幅值，ε为环境温度与湿度变化、换能器特性随时间变化所产生的影响量；
(S3)对超声波信号y1和超声波信号y2做相减处理，消除影响量ε，得到：
Δy＝y1-y2＝(C+ε)-[V(h)+ε]＝C-V(h)；
(S4)结合预设关系表查询得到与Δy相对应的被测水浑浊度值h。
通过控制环境温度与湿度变化、换能器特性随时间变化等影响因素，两路测量信号的影响量ε可以基本被视为相同量，所述步骤(S3)的处理将影响量ε消除，仅留下Δy与C、V(h)的关系式，而浑浊度为零的标准溶液中的超声波接收信号幅值C保持不变作为常数，因此可以在消除影响量的情况下得到Δy与浑浊度h的线性关系，结合预设关系表进行查询即可得到与Δy相对应的被测水浑浊度值h，提高了计量准确度。
根据本发明的优选实施例，所述步骤(S2)中的相同的工作环境条件包括相同的环境温度及湿度。
根据本发明的优选实施例，在所述步骤(S1)中，提供的两对超声波换能器产自相同的材料、结构和制造工艺，以确保这两对超声波换能器具有相近的工作特性，避免超声波换能器工作特性的差异对计量结果造成较大偏差。
根据本发明的优选实施例，在所述步骤(S2)中，提供标准水样测量容器和待测水样测量容器，用于分别盛放浑浊度为零的标准溶液和被测水，两对所述超声波换能器分别设置在所述标准水样测量容器的内壁和所述待测水样测量容器的内壁。每对超声波换能器均由一个发射换能器和一个接收换能器所构成，同时配有相应的超声波发射驱动电路和超声波接收信号处理电路，发射换能器在一端向标准溶液和被测水发射稳定的超声波信号，接收换能器在标准溶液和被测水的另一端接收超声波信号。
优选地，所述浑浊度为零的标准溶液为蒸馏水。
本发明的上述以及其它目的、特征、优点将通过下面的详细说明和附图进一步明确。
附图说明
图1是根据本发明优选实施例的方法流程示意图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
参看附图之图1，根据本发明优选实施例的基于超声波的水质浑浊度测量方法将在接下来的描述中被阐明，其包括以下步骤：
(S1)提供两对超声波换能器；
(S2)通过两对所述超声波换能器同时分别测量在浑浊度为零(h等于0)的标准溶液中接收到的超声波信号y1和在被测水中接收到的超声波信号y2，保持标准溶液的浑浊度恒定为零，同时使两对所述超声波换能器处于相同的工作环境条件下，对被测水的浑浊度进行测量，设
y1＝C+ε
y2＝V(h)+ε
其中C为在浑浊度为零的标准溶液中的超声波接收信号幅值，V(h)为在被测水中的超声波接收信号幅值，ε为环境温度与湿度变化、换能器特性随时间变化所产生的影响量；
(S3)对超声波信号y1和超声波信号y2做相减处理，消除影响量ε，得到：
Δy＝y1-y2＝(C+ε)-[V(h)+ε]＝C-V(h)；
(S4)结合预设关系表查询得到与Δy相对应的被测水浑浊度值h。
本发明提供的方法的实施基于两对超声波换能器及信号处理电路所构成的超声波水质浑浊度测量系统，上述步骤中所述的两对超声波换能器将接收到的信号送入信号处理电路，本发明中所涉及的信号处理步骤均在信号处理电路中完成。
在所述步骤(S2)中，被测水的浑浊度值h是未知量，通过控制环境温度与湿度变化、换能器特性随时间变化等影响因素，两路测量信号的影响量ε可以基本被视为相同量，另外，在浑浊度为零的标准溶液中测量超声波信号y1可以对因环境温度变化及(或)换能器自身特性衰减等因素引起的超声波发射信号和接收信号强度变化进行补偿及修正，所述步骤(S3)的处理将影响量ε消除，得到不含环境温度湿度和换能器特性变化影响的测量结果Δy，仅留下Δy与C、V(h)的关系式，而浑浊度为零的标准溶液中的超声波接收信号幅值C保持不变作为常数，因此可以在消除影响量的情况下得到Δy与浑浊度h的线性关系，结合预设关系表查询即可得到与Δy相对应的被测水浑浊度值h，提高了超声波水质浑浊度的计量准确度。
测量结果Δy是浑浊度h的函数。由所述步骤(S3)可知，浑浊度h越小，V(h)越大，测量结果Δy越趋近于零；浑浊度h越大，V(h)越小，测量结果Δy越趋近于C。用已知的不同浑浊度数值的标准溶液(即不同浓度的福尔马肼溶液)对测量装置进行标定与校正，可以得到Δy与h两者之间正确的特性关系。因此，只要测得Δy的值，就能得到对应的被测水浑浊度值h。
所述步骤(S2)中的相同的工作环境条件包括相同的环境温度及湿度等环境变量。
优选地，所述浑浊度为零的标准溶液为采用密闭过滤的蒸馏水，其浑浊度可以被认定为零，在浑浊度为零的标准溶液中的超声波信号接收幅值C为最大值，其值可以长期保持恒定。
在所述步骤(S1)中，提供的两对超声波换能器产自相同的材料、结构和制造工艺，以确保这两对超声波换能器具有相近的工作特性，避免超声波换能器工作特性的差异对计量结果造成较大偏差。
在所述步骤(S2)中，还包括步骤：提供标准水样测量容器和待测水样测量容器，用于分别盛放浑浊度为零的标准溶液和被测水，两对所述超声波换能器分别设置在所述标准水样测量容器的内壁和所述待测水样测量容器的内壁。
每对超声波换能器均由一个发射换能器和一个接收换能器所构成，同时配有相应的超声波发射驱动电路和超声波接收信号处理电路，发射换能器在一端向标准溶液和被测水发射稳定的超声波信号，接收换能器在标准溶液和被测水的另一端接收超声波信号。
本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (5)

1.基于超声波的水质浑浊度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
(S1)提供两对超声波换能器；
(S2)通过两对所述超声波换能器同时分别测量在浑浊度为零(h等于0)的标准溶液中接收到的超声波信号y1和在被测水中接收到的超声波信号y2，保持标准溶液的浑浊度恒定为零，同时使两对所述超声波换能器处于相同的工作环境条件下，对被测水的浑浊度进行测量，设
y1＝C+ε
y2＝V(h)+ε
其中C为在浑浊度为零的标准溶液中的超声波接收信号幅值，V(h)为在被测水中的超声波接收信号幅值，ε为环境温度与湿度变化、换能器特性随时间变化所产生的影响量；
(S3)对超声波信号y1和超声波信号y2做相减处理，消除影响量ε，得到：
Δy＝y1-y2＝(C+ε)-[V(h)+ε]＝C-V(h)；
(S4)结合预设关系表查询得到与Δy相对应的被测水浑浊度值h。
2.根据权利要求1所述的基于超声波的水质浑浊度测量方法，其特征在于，所述步骤(S2)中的相同的工作环境条件包括相同的环境温度及湿度。
3.根据权利要求1所述的基于超声波的水质浑浊度测量方法，其特征在于，在所述步骤(S1)中，提供的两对超声波换能器产自相同的材料、结构和制造工艺。
4.根据权利要求1所述的基于超声波的水质浑浊度测量方法，其特征在于，在所述步骤(S2)中，每对超声波换能器均由一个发射换能器和一个接收换能器所构成，同时配有相应的超声波发射驱动电路和超声波接收信号处理电路，发射换能器在一端向标准溶液和被测水发射稳定的超声波信号，接收换能器在标准溶液和被测水的另一端接收超声波信号。
5.根据权利要求1所述的基于超声波的水质浑浊度测量方法，其特征在于，所述浑浊度为零的标准溶液为蒸馏水。
CN201910328779.2A 2019-04-23 2019-04-23 基于超声波的水质浑浊度测量方法 Active CN110146595B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910328779.2A CN110146595B (zh) 2019-04-23 2019-04-23 基于超声波的水质浑浊度测量方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910328779.2A CN110146595B (zh) 2019-04-23 2019-04-23 基于超声波的水质浑浊度测量方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110146595A true CN110146595A (zh) 2019-08-20
CN110146595B CN110146595B (zh) 2023-07-14

Family

ID=67593875

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910328779.2A Active CN110146595B (zh) 2019-04-23 2019-04-23 基于超声波的水质浑浊度测量方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110146595B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114487094A (zh) * 2021-12-24 2022-05-13 西安鹿谱工控有限公司 液体浓度测量方法、装置、系统及存储介质
CN115808930A (zh) * 2023-02-09 2023-03-17 南京傲翼飞控智能科技有限公司 一种水田除草机器人的控制系统

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030058450A1 (en) * 2001-09-25 2003-03-27 Mosley R. Matthew Instrument and method for testing fluid characteristics
JP2004177122A (ja) * 2002-11-22 2004-06-24 Kurita Water Ind Ltd 水質検出方法及び水質浄化装置の運転方法
JP2005030839A (ja) * 2003-07-09 2005-02-03 Dkk Toa Corp 水質測定方法及び装置
CN102169079A (zh) * 2010-12-24 2011-08-31 宁波水表股份有限公司 一种浑浊度在线实时检测装置
CN102914519A (zh) * 2012-10-19 2013-02-06 中国科学院合肥物质科学研究院 一种光纤式激光液体浊度测量装置及测量方法
CN102967567A (zh) * 2012-11-21 2013-03-13 铜陵蓝光电子科技有限公司 一种比色法水质在线监测仪
CN104122325A (zh) * 2014-07-07 2014-10-29 芜湖美的厨卫电器制造有限公司 电热水器及其内胆水质的检测装置和检测方法
EP3112856A1 (en) * 2015-07-03 2017-01-04 Kamstrup A/S Turbidity sensor based on ultrasound measurements
US20170227463A1 (en) * 2014-10-14 2017-08-10 Starna Scientific Ltd. Determining an absorption or turbidity coefficient of a liquid
CN107144534A (zh) * 2017-04-21 2017-09-08 苏州源泓环保科技有限公司 Cod水质在线检测方法
CN107561157A (zh) * 2016-06-30 2018-01-09 重庆医科大学 水质检测仪及其方法
CN208443780U (zh) * 2018-07-24 2019-01-29 天津环科环境规划科技发展有限公司 一种水质检测分析系统及检测装置

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030058450A1 (en) * 2001-09-25 2003-03-27 Mosley R. Matthew Instrument and method for testing fluid characteristics
JP2004177122A (ja) * 2002-11-22 2004-06-24 Kurita Water Ind Ltd 水質検出方法及び水質浄化装置の運転方法
JP2005030839A (ja) * 2003-07-09 2005-02-03 Dkk Toa Corp 水質測定方法及び装置
CN102169079A (zh) * 2010-12-24 2011-08-31 宁波水表股份有限公司 一种浑浊度在线实时检测装置
CN102914519A (zh) * 2012-10-19 2013-02-06 中国科学院合肥物质科学研究院 一种光纤式激光液体浊度测量装置及测量方法
CN102967567A (zh) * 2012-11-21 2013-03-13 铜陵蓝光电子科技有限公司 一种比色法水质在线监测仪
CN104122325A (zh) * 2014-07-07 2014-10-29 芜湖美的厨卫电器制造有限公司 电热水器及其内胆水质的检测装置和检测方法
US20170227463A1 (en) * 2014-10-14 2017-08-10 Starna Scientific Ltd. Determining an absorption or turbidity coefficient of a liquid
EP3112856A1 (en) * 2015-07-03 2017-01-04 Kamstrup A/S Turbidity sensor based on ultrasound measurements
CN107561157A (zh) * 2016-06-30 2018-01-09 重庆医科大学 水质检测仪及其方法
CN107144534A (zh) * 2017-04-21 2017-09-08 苏州源泓环保科技有限公司 Cod水质在线检测方法
CN208443780U (zh) * 2018-07-24 2019-01-29 天津环科环境规划科技发展有限公司 一种水质检测分析系统及检测装置

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李哲等: "水质混浊度测试仪硬件系统研究", 《电子测量技术》 *
李盟军等: "色度和浊度对比色法测定猪场废水中氨氮的干扰及消除方法研究", 《广东农业科学》 *
罗继阳等: "水质COD检测用光谱法的水体环境浊度解算方法", 《环境科学与技术》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114487094A (zh) * 2021-12-24 2022-05-13 西安鹿谱工控有限公司 液体浓度测量方法、装置、系统及存储介质
CN115808930A (zh) * 2023-02-09 2023-03-17 南京傲翼飞控智能科技有限公司 一种水田除草机器人的控制系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN110146595B (zh) 2023-07-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US2707391A (en) Testing viscous liquids
CN110146595A (zh) 基于超声波的水质浑浊度测量方法
EP2223096B1 (en) Devices, methods and systems for measuring one or more characteristics of a suspension
CN103278561B (zh) 通用型超声波液体浓度检测装置
CN1993606A (zh) 利用超声波传播时间测量同步确定高压容器中压力和温度的方法与装置
CN103454643B (zh) 恒定声压fsk超声波渡越时间精确测量方法
US20160131565A1 (en) Method of determining a fill level of an oscillator of an oscillator tube, and oscillator tube
CN105824028A (zh) 一种激光相位测距方法
US10746581B2 (en) Field device with compensation circuit for eliminating environmental influences
US11579060B2 (en) Method and device for measuring fat in milk
US20150168204A1 (en) Method and device for determining a height of a fluid level in a fluid container
US10753783B2 (en) Method for determining an inner diameter of a sounding tube by a fill-level measuring device
CN205037943U (zh) 一种利用脉冲雷达测量工业槽液位的装置
WO2006134358A1 (en) Acoustic wave sensor for sensing fluid level
CN109870216B (zh) 超声流体测量校准探头
CN109632951A (zh) 用于使用超声确定流体类型的方法和组件
FI61246B (fi) Saett och anordning foer beraekning av en vaetskeytas nivao
KR20150009546A (ko) 유체의 충전 레벨을 측정하기 위한 방법
JP2002214203A (ja) 超音波反射式ガス濃度測定方法及び装置
Hozumi et al. 9D-1 precise calibration for biological acoustic impedance microscope
Wen et al. High-precision ultrasonic ranging system design and research
SU1742632A1 (ru) Способ определени температурного коэффициента скорости ультразвука
US3220249A (en) Calibrated ultrasonic inspection device
RU2141742C1 (ru) Способ градуировки гидрофонов
Unnikrishnan et al. Electro Milktestera Novel Method for Analysis of Milk Quality

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CP01 Change in the name or title of a patent holder
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: 355 Hongxing Road, Jiangbei District, Ningbo, Zhejiang 315000

Patentee after: Ningbo water meter (Group) Co.,Ltd.

Address before: 355 Hongxing Road, Jiangbei District, Ningbo, Zhejiang 315000

Patentee before: NINGBO WATER METER Co.,Ltd.