CN110726698B - 一种城市河道生态智能监测母站的浊度监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种城市河道生态智能监测母站的浊度监测方法，包括如下步骤：一、将城市河道生态智能监测母站放入超纯水中，开启声波发生器和光源，对位CCD传感器上形成对位原始光学检测信号OPA1，四个邻位CCD传感器形成原始光学检测信号OPA2、OPA3、OPA3、OPA4；二、将城市河道生态智能监测母放入待检测水体中，对位CCD传感器上形成对位原始光学检测信号OP1，四个邻位CCD传感器形成原始光学检测信号OP2、OP3、OP3、OP4；三、浊度Z的表达式为：
Figure DDA0003387553830000011
本发明的城市河道生态智能监测母站的浊度监测方法，同时采集光的直射信号和多个漫反射信号，能够提高测量精度，简化结构，降低设备成本。

Description

一种城市河道生态智能监测母站的浊度监测方法
技术领域
本发明涉及一种城市河道生态智能监测母站的浊度监测方法。
背景技术
浊度反应的是水中不同大小、比重、形状的悬浮物、胶体物和微生物等杂质多少的物理外观指标。现有的浊度测量仪，例如专利号为ZL201310391422.1的发明专利《双光路散射水质浊度测量仪》，均是采用光路散射式测量方法对水的浊度进行测量，结构复杂，测量数据单一，测量精度受到影响，如要想提高测量精度，就需要大大提高设备成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种城市河道生态智能监测母站的浊度监测方法，同时采集光的直射信号和多个漫反射信号，能够提高测量精度，简化结构，降低设备成本。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种城市河道生态智能监测母站的浊度监测方法，所述城市河道生态智能监测母站包括漂浮在水面的圆柱形浮体，圆柱形浮体上设有用于监测水质的传感器组和将该传感器组的监测数据传送给控制中心计算机的无线发射装置及控制装置，在圆柱形浮体的下面设置有防倾倒装置，所述防倾倒装置包括：四根固设在圆柱形浮体外周之下端前后左右的线缆，四根所述线缆均向下延伸汇聚于浮体的正下方并与球坠连接，在所述球坠与圆柱形浮体底面之间水平设有一个正方形平衡框，所述正方形平衡框的四个角分别与四根所述线缆固定连接，正方形平衡框的对角线尺寸大于圆柱形浮体的直径，所述传感器组包括：设置在正方形平衡框左后框撑上的一个光源，设置在与左后框撑平行的右前框撑上的一个对位CCD传感器，设置在右后框撑上的多个邻位CCD传感器，对应设置在与右后框撑平行的左前框撑上的多个声波发生器，包括如下步骤：
步骤一：纯水中光信号测量
将城市河道生态智能监测母站放入超纯水中，开启声波发生器，在声波的激励下，超纯水中的颗粒产生相应的振动，这时再开启光源产生激发光束，光束直射到对位CCD传感器上，形成对位原始光学检测信号OPA1，四个邻位CCD传感器形成原始光学检测信号OPA2、OPA3、OPA3、OPA4；
步骤二：待检测水体中光信号测量
将城市河道生态智能监测母站放入待检测水体中，开启声波发生器，在声波的激励下，待检测水体中的颗粒产生相应的振动，这时再开启光源产生激发光束，光束直射到对位CCD传感器上，形成对位原始光学检测信号OP1，四个邻位CCD传感器形成原始光学检测信号OP2、OP3、OP3、OP4；
步骤三：浊度值计算
设定声波的驱动强度为TE，那么由于水中颗粒物的存在而引起的对位光学检测信号变化可以计算为：Sig1＝OPA1-OP1；由于水中颗粒物的存在而引起的侧位光学检测信号变化可以计算为：
Figure GDA0003387553820000021
光学检测信号与浊度时间的关系：Sig1＝φ×Sig2×eNZW，其中，φ是检测系统参数，该参数为
Figure GDA0003387553820000022
表征的是漫反射信号相对于直射光信号的比例，反映了水中颗粒物的密度情况，N为调整常数，其取值范围为[8.9,13.5]，Z为浊度，W为浊度测量装置中光源到对位CCD传感器的距离，经过变换之后，浊度Z的表达式为：
Figure GDA0003387553820000023
圆柱形浮体上设置有支架，支架上设置有光伏板电源组件，无线发射装置及控制装置也设置在支架上。
所述正方形平衡框的四个角设有用于卡紧线缆的线缆固定卡。
与现有技术相比本发明的有益效果是：由于采用上述技术方案，同时采集光的直射信号和多个漫反射信号，能够提高测量精度，简化结构，降低设备成本。在水下利用声波发生器激励水中污染物微粒振动，能够放大污染物微粒的检测效果，通过一个对位CCD传感器和多个邻位CCD传感器对照射染物微粒后的光线的数据采集，然后通过无线发射装置将传感器组的监测数据传送给控制中心计算机，可以方便快捷准确的监测出水的浊度，为我们及时排除污物、修复河道提供重要数据。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明安装于河道生态智能监测母站的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案更加清晰，以下结合附图1至2，对本发明进行详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明的保护范围。
本发明是一种城市河道生态智能监测母站的浊度监测方法，所述城市河道生态智能监测母站包括漂浮在水面的圆柱形浮体1，圆柱形浮体1上设有用于监测水质的传感器组和将该传感器组的监测数据传送给控制中心计算机的无线发射装置3及控制装置，在圆柱形浮体1的下面设置有防倾倒装置，所述防倾倒装置包括：四根固设在圆柱形浮体1外周之下端前后左右的线缆4，四根所述线缆4均向下延伸汇聚于浮体1的正下方并与球坠5连接，在所述球坠5与圆柱形浮体1底面之间水平设有一个正方形平衡框6，所述正方形平衡框6的四个角分别与四根所述线缆4固定连接，正方形平衡框6的对角线尺寸大于圆柱形浮体1的直径，所述传感器组包括：设置在正方形平衡框6左后框撑上的一个光源63，设置在与左后框撑平行的右前框撑上的一个对位CCD传感器64，设置在右后框撑上的多个邻位CCD传感器62，对应设置在与右后框撑平行的左前框撑上的多个声波发生器61，监测方法包括如下步骤：
步骤一：纯水中光信号测量
将城市河道生态智能监测母站放入超纯水中，开启声波发生器61，在声波的激励下，超纯水中的颗粒产生相应的振动，这时再开启光源63产生激发光束，光束直射到对位CCD传感器64上，形成对位原始光学检测信号OPA1，四个邻位CCD传感器62形成原始光学检测信号OPA2、OPA3、OPA3、OPA4；
步骤二：待检测水体中光信号测量
将城市河道生态智能监测母站放入待检测水体中，开启声波发生器61，在声波的激励下，待检测水体中的颗粒产生相应的振动，这时再开启光源63产生激发光束，光束直射到对位CCD传感器64上，形成对位原始光学检测信号OP1，四个邻位CCD传感器62形成原始光学检测信号OP2、OP3、OP3、OP4；
步骤三：浊度值计算
设定声波的驱动强度为TE，那么由于水中颗粒物的存在而引起的对位光学检测信号变化可以计算为：Sig1＝OPA1-OP1；由于水中颗粒物的存在而引起的侧位光学检测信号变化可以计算为：
Figure GDA0003387553820000041
光学检测信号与浊度时间的关系：Sig1＝φ×Sig2×eNZW，其中，φ是检测系统参数，该参数为
Figure GDA0003387553820000042
表征的是漫反射信号相对于直射光信号的比例，反映了水中颗粒物的密度情况，N为调整常数，其取值范围为[8.9,13.5]，Z为浊度，W为浊度测量装置中光源63到对位CCD传感器64的距离，经过变换之后，浊度Z的表达式为：
Figure GDA0003387553820000043
作为优选，圆柱形浮体1上设置有支架，支架上设置有光伏板电源组件2，无线发射装置3及控制装置也设置在支架上。所述正方形平衡框6的四个角设有用于卡紧线缆4的线缆固定卡60。

Claims (3)

1.一种城市河道生态智能监测母站的浊度监测方法，所述城市河道生态智能监测母站包括漂浮在水面的圆柱形浮体(1)，圆柱形浮体(1)上设有用于监测水质的传感器组和将该传感器组的监测数据传送给控制中心计算机的无线发射装置(3)及控制装置，在圆柱形浮体(1)的下面设置有防倾倒装置，所述防倾倒装置包括：四根固设在圆柱形浮体(1)外周之下端前后左右的线缆(4)，四根所述线缆(4)均向下延伸汇聚于浮体(1)的正下方并与球坠(5)连接，在所述球坠(5)与圆柱形浮体(1)底面之间水平设有一个正方形平衡框(6)，所述正方形平衡框(6)的四个角分别与四根所述线缆(4)固定连接，正方形平衡框(6)的对角线尺寸大于圆柱形浮体(1)的直径，所述传感器组包括：设置在正方形平衡框(6)左后框撑上的一个光源(63)，设置在与左后框撑平行的右前框撑上的一个对位CCD传感器(64)，设置在右后框撑上的多个邻位CCD传感器(62)，对应设置在与右后框撑平行的左前框撑上的多个声波发生器(61)，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：纯水中光信号测量
将城市河道生态智能监测母站放入超纯水中，开启声波发生器(61)，在声波的激励下，超纯水中的颗粒产生相应的振动，这时再开启光源(63)产生激发光束，光束直射到对位CCD传感器(64)上，形成对位原始光学检测信号OPA1，四个邻位CCD传感器(62)形成原始光学检测信号OPA2、OPA3、OPA3、OPA4；
步骤二：待检测水体中光信号测量
将城市河道生态智能监测母站放入待检测水体中，开启声波发生器(61)，在声波的激励下，待检测水体中的颗粒产生相应的振动，这时再开启光源(63)产生激发光束，光束直射到对位CCD传感器(64)上，形成对位原始光学检测信号OP1，四个邻位CCD传感器(62)形成原始光学检测信号OP2、OP3、OP3、OP4；
步骤三：浊度值计算
设定声波的驱动强度为TE，那么由于水中颗粒物的存在而引起的对位光学检测信号变化可以计算为：Sig1＝OPA1-OP1；由于水中颗粒物的存在而引起的侧位光学检测信号变化可以计算为：
Figure FDA0003445309490000021
光学检测信号与浊度的关系：Sig1＝φ×Sig2×eNZW，其中，φ是检测系统参数，该参数为
Figure FDA0003445309490000022
表征的是漫反射信号相对于直射光信号的比例，反映了水中颗粒物的密度情况，N为调整常数，其取值范围为[8.9,13.5]，Z为浊度，W为浊度测量装置中光源(63)到对位CCD传感器(64)的距离，经过变换之后，浊度Z的表达式为：
Figure FDA0003445309490000023
2.根据权利要求1所述的城市河道生态智能监测母站的浊度监测方法，其特征在于：圆柱形浮体(1)上设置有支架，支架上设置有光伏板电源组件(2)，无线发射装置(3)及控制装置也设置在支架上。
3.根据权利要求2所述的城市河道生态智能监测母站的浊度监测方法，其特征在于：所述正方形平衡框(6)的四个角设有用于卡紧线缆(4)的线缆固定卡(60)。
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