CN112540050A - 一种水质检测仪及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水质检测仪，属于水质检测技术领域。其技术方案为：包括中空的壳体，壳体的一端外侧设置有外螺纹一，壳体的另一端通过螺纹连接设置有检测组件，所述检测组件从上到下依次设置有光源、上玻片、下玻片以及光电传感器，所述光电传感器和下玻片之间设置有滤光片，上玻片和下玻片之间具有间隔，检测组件的下方通过螺纹连接设置有堵头；检测组件还包括设置在壳体内通过检测电路与光电传感器连接的单片机，检测电路包括依次与光电传感器电连接的一级放大IV转换电路、带通滤波电路、二级放大电路和检波电路；一级放大IV转换电路和二级放大电路的反馈电阻采用的是T形电阻网络。本发明的有益效果为：一种新的水质检测仪，并设置了相应的检测方法。

Description

一种水质检测仪及其检测方法

技术领域

本发明涉及水质检测技术领域，尤其涉及一种水质检测方法。

背景技术

日常生活及工业生产过程中，都需要用到水，而水质的好坏，关系到人们饮用的健康卫生程度，也影响了工业生产加工的精细度及安全加工。因此需要对水体的质量参数进行检测。目前，最常用的检测方法是光学检测方法，水中的某些物质对光谱中特定波长的单色光有很强的吸收性，依据这一特性，根据Lambert—Beer定律，可以推算出物质含量，例如COD对254nm的紫外光有很强的吸收性；BOD对 280nm的紫外光有很强的吸收性。某些物质在光谱中有吸收峰和发射峰，当发射光谱吸收峰单色光照射时，待测物质会吸收单色光的能量，然后释放出另一种波长发射峰的单色光。因这种物质也是对光谱中特定波长的单色光有很强的吸收性，因此，也可以根据Lambert—Beer 定律，推算出物质含量，例如水中叶绿素就对430nm的单色光有强的吸收性，然后激发680nm的单色光。浊度是测量水中微小颗粒物的，颗粒物对单色光没有很好的吸收性，但是可以遮挡光线，改变光线照射路径，从而使接收端接收的光强变小。浊度虽然不吸收光，但是也使光强产生了变化，因此也可采用Lambert—Beer定律，推算浊度。另外，水温的变化，会引起水中生物活性的变化，也造成水中COD、 BOD和叶绿素含量的变化。

所以针对上述特性，设计了一种新的水质检测仪及检测方法。

发明内容

本发明的目的在于提供新的水质检测仪，并基于水质检测仪设置了相应的检测方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种水质检测仪，其特征在于，包括中空的壳体，所述壳体的一端外侧设置有外螺纹一，所述壳体的另一端通过螺纹连接设置有检测组件，所述检测组件从上到下依次设置有光源、上玻片、下玻片以及光电传感器，所述光电传感器和下玻片之间设置有滤光片，所述上玻片和下玻片之间具有间隔，所述检测组件的下方通过螺纹连接设置有堵头；

所述检测组件还包括设置在所述壳体内通过检测电路与所述光电传感器连接的单片机，所述检测电路包括依次与所述光电传感器电连接的一级放大IV转换电路、带通滤波电路、二级放大电路和检波电路；

所述一级放大IV转换电路和二级放大电路的反馈电阻采用的是 T形电阻网络。

所述壳体外侧设有防滑纹路。所述上玻片和下玻片均为石英板。

所述检测组件还包括圆柱体，所述圆柱体的侧面中间位置设置有缺口，所述圆柱体的上端同心设置有上环形板，下端同心设置有下环形板，所述圆柱体上贯通设置有通口，所述上玻片设置在所述缺口的上部，所述下玻片设置在所述缺口的下部，所述光源和所述光电传感器均设置在所述通口内，所述上环形板的外壁上设置有外螺纹二，所述壳体设置在所述上环形板上，所述下环形板的外壁上设置有内螺纹，所述堵头设置在所述下环形板上；

所述滤光片通过支架设置在所述通口内且位于所述光电传感器的上方。

所述上玻片和下玻片的外围均设置有安装架，所述安装架上开通有凹槽，所述凹槽上开通有与所述通口连通的通孔，所述凹槽的内壁上设置有若干个卡柱，所述上玻片和下玻片卡在所述凹槽内，所述安装架通过螺钉连接设置在所述圆柱体上。

所述上环形板的外径小于所述圆柱体的外径，所述上环形板上且位于所述外螺纹二的下方设置有环形挡板，所述环形挡板的上下两端均设置有密封圈。

所述光源以及光电传感器均对应设置有两个，一个光源用于检测浊度，另一个光源用于检测COD或叶绿素或BOD。例如，其中一个光源为900nm的红外灯，用于检测浊度；另一个光源为400-550nm的蓝紫灯，用于检测叶绿素，或者另一个光源为为200-300nm的紫外灯，用于检测COD或BOD。所述光电传感器可以根据光源而选定。

因为叶绿素、COD和BOD的检测都受到浊度的影响，所以在检测时，需要同时检测浊度，后期利用算法，排除浊度的影响。

所述检测电路包括一端与所述光电传感器的阳极连接的电阻R9、电阻R13和电容C6，放大器的管脚3与电传感器的阳极连接，电阻 R13和电容C6的另一端接地，电阻R9的另一端接电源，所述光电传感器的阴极与电阻R3和电容C1的一端以及放大器的管脚2连接，电阻R3的另一端与电阻R1和电阻R4的一端连接，电阻R1的另一端接地，放大器的管脚1与电阻R4和电容C1的另一端、以及电容C3的一端连接，放大器的管脚4接地；

电容C3的另一端与电阻R10和电阻R14的一端连接，电阻R14 的另一端接地，电容C7的一端与电阻R10的另一端、电阻R7和电阻 R15的一端连接以及放大器的管脚5连接，电容C7、电阻R15的另一端以及放大器的管脚11均接地，电阻R7的另一端接电源，放大器的管脚6与电阻R8、电容C2和电阻R5的一端连接，电阻R8的另一端接地，电阻R5的另一端与电阻R6和电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端接地，放大器的管脚7与电阻R6和电容C2的另一端、二极管 D2的阳极连接，二极管D2的阴极与电容C5、电阻R12以及电容C4 的一端连接，电容C5和电阻R12的另一端接地，电容C4的另一端与电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端为输出端。

所述圆柱体的上方设置有圆形电路板一，所述光源与所述圆形电路板一电连接，所述圆柱体的下方设置有圆形电路板二，所述光电传感器与所述圆形电路板二电连接。所述圆形电路板一上设有恒流驱动电路，以减少光源老化对检测数据的影响；所述圆形电路板二上设有数据采集电路。

所述圆柱体上开通有走线孔，所述圆形电路板一和圆形电路板二上与所述走线孔相对应的位置设置有走线缺口。

所述堵头上且位于螺纹连接处的下方设置有环形凹槽，所述环形凹槽内设置有密封垫，所述下环形板的下端紧压在所述密封垫上。

所述壳体的顶部设置挡板，所述挡板的中心位置设置有螺纹孔，所述挡板的外径小于所述壳体的外径。所述螺纹孔可安装接线柱或护线套，缆线则从所述螺纹孔进入所述壳体内。

所述壳体内设置有矩形电路板，所述检测电路设置所述矩形电路板上，所述矩形电路板上还设置有电源、通信模块、温度检测电路、单片机、工作指示灯；其中通信模块自带485模块，可选的 4-20MA\0-5V\0-10V模拟量输出模块。

一种应用根据权利要求1所述的水质检测仪的水质检测方法，其特征在于，具体包括：

S1：根据Lambert—Beer定律和检测原理，推导出浊度、温度、单项待检指标的浓度三者之间的相关性模型；

S2：根据所述相关性模型配置实验所需溶液，具体包括至少10 组浓度不同且浊度相同的溶液，至少10组浓度相同且浊度不同的溶液以及至少10组浓度不同且浊度不同的溶液；

S3：通过水质检测仪对溶液进行检测，获得浓度引起的电压模拟量变化值、浊度引起的电压模拟量变化值以及温度引起的电压模拟量变化值；

利用模拟量滤波算法，过滤水质检测仪中所述光电传感器的数据漂移，获得修正的电压值；

S4：通过修正的电压值以及温度引起的电压模拟量变化值调整相关性模型；

S5：对水质实际进行检测，得到水质的当前温度值、浊度引起的电压值以及浓度引起的电压值并带入调整后相关性模型得到浓度的实际值。

所述S1具体为：

根据Lambert—Beer定律和检测原理分别推导出浊度与浊度引起的电压值的关系、浓度与浓度引起的电压值的关系以及温度补偿函数；

浊度与浊度引起的电压值的关系为：g(x)＝a₂×lg(y+b₂)+c₂；

浓度与浓度引起的电压值关系为：

f(x)＝a₁×lg(x+b₁)+c₁；

温度补偿函数为：T(z)＝k×z+t₁；

通过上述关系确定相关性模型为：A＝f(x)+g(y)+T(z)；

其中，A为浓度的实际值，f(x)为浓度的测量值，g(y)为浊度的测量值，T(z)为温度补偿值，a₁、b₁、c₁为f(x)的线性变换系数，a₂、b₂、c₂为g(y)的线性变换系数，k、t₁为T(z)的线性变换系数，x、y、z表示电压值。

所述S3具体为：

S31：常温下，分别对浓度不同且浊度相同的溶液、浓度相同且浊度不同的溶液以及浓度不同且浊度不同的溶液进行检测，并得到相应的电压模拟量变化值；

S32：通过模拟量滤波算法对电压模拟量进行修正；

S33：根据修正的电压值得到以下关系曲线：

浓度不同且浊度相同下，电压值变化关系曲线一；浓度相同且浊度不同下，电压值的变化曲线二；浓度不同且浊度不同下，电压值的变化曲面一；

S34：对曲线一和曲线二进行数学拟合得到曲面二，并与曲面一进行对比，根据对比情况调整曲线一和曲线二的线性变换系数，直至曲面二与曲面一吻合，曲面二为A1＝f(x)+g(y)；

S35、在不同温度下，对浊度相同且浓度不同的至少一组溶液进行测量，至少测量十组，获得温度补偿函数T(z)＝k×z+t₁的系数值；将温度补偿函数带入曲面二中，建成数学模型A＝f(x)+g(y)+T(z)，其数学模型为动态的曲面图。

所述模拟量滤波算法采用一元线性回归模型过滤传感器数据漂移，获得修正的电压值；所述一元线性回归模型具体为：

其中Vadc为模拟量数值、t为时间线、a为曲线斜率、b为曲线初值、N为采集样本个数。

此一元线性回归模型用于软件带通滤波和数值拟合，其输入量为单位时间点时的模拟量数值和时间。式中样本个数n为程序中可调量，样本越大精度越高。式中曲线斜率a为解算出来的变化标志位。当测量装置稳定时，a值会趋近于零；当数值升高时，a值大于零；当数值减小时，a值小于零；当a数值趋于零并且稳定时，b的值即为模拟量拟合数值。

本发明的有效效果：水质检测仪可以检测多种待测项，节约开发成本；检测设备充分利用空间，结构小巧；电路分三块电路板设计，便于更换不同的电路板，更实用，节约维修成本。检测方法的建模过程采用数学建模与实验标定结合的方法，检测结果更符合实际；相关性模型是一个动态的四维模型，考虑了浊度、温度对检测的影响，检测精度更高；其中四维模型不能用静止的图形表示，只在算法上做了温度补偿处理。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为壳体的结构示意图。

图3为圆形柱相关件的结构示意图。

图4为安装架的结构示意图。

图5为堵头的结构示意图。

图6为圆形电路板一的结构示意图。

图7为圆形电路板二的结构示意图。

图8为内部结构示意图。

图9为本发明的检测电路图。

图10为浊度、单项物质浓度与电压之间的相关性模型。

图11为模型计算的叶绿素值与标准值之间的对比一。

图12为模型计算的叶绿素值与标准值之间的对比二。

图13为模型计算的叶绿素值与标准值之间的对比三。

图14为模型计算的叶绿素值与标准值之间的对比四。

其中，附图标记为：1、壳体；2、检测组件；3、堵头；101、挡板；102、螺纹孔；201、圆柱体；202、缺口；203、通口；204、上环形板；205、下环形板；206、内螺纹；207、走线孔；208、圆形电路板一；209、上玻片；210、下玻片；211、安装架；212、卡柱；213、圆形电路板二；214、光电传感器；215、支架；216、密封圈；217、矩形电路板；218、凹槽；219、通孔；220、走线缺口；221、环形挡板；222、光源；301、外螺纹三；302、环形凹槽；303、密封垫。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。

参见图1-图8，一种水质检测仪，其特征在于，包括中空的壳体，所述壳体1的一端外侧设置有外螺纹一，所述壳体1的另一端通过螺纹连接设置有检测组件2，所述检测组件2从上到下依次设置有光源 222、上玻片209、下玻片210以及光电传感器214，所述光电传感器 214和下玻片210之间设置有滤光片，所述上玻片209和下玻片210 之间具有间隔，检测组件2的下方通过螺纹连接设置有堵头3；

检测组件2还包括设置在壳体1内通过检测电路与光电传感器 214连接的单片机，检测电路包括依次与光电传感器214电连接的一级放大IV转换电路、带通滤波电路、二级放大电路和检波电路；检测电路用于信号的处理。

一级放大IV转换电路和二级放大电路的反馈电阻采用的是T形电阻网络。

所述壳体外侧设有防滑纹路。所述上玻片和下玻片均为石英板。

检测组件2还包括圆柱体201，圆柱体201的侧面中间位置设置有缺口202，圆柱体201的上端同心设置有上环形板204，下端同心设置有下环形板205，所述圆柱体201上贯通设置有通口203，上玻片209设置在缺口202的上部，下玻片210设置在缺口202的下部，光源222和光电传感器214均设置在通口203内，上环形板204的外壁上设置有外螺纹二，壳体1设置在上环形板204上，下环形板205 的外壁上设置有内螺纹206，堵头3设置在下环形板(205)上；

滤光片通过支架215设置在通口203内且位于光电传感器214的上方。支架215处的通口203可以根据支架215的尺寸适应性的扩大。

上玻片209和下玻片210的外围均设置有安装架211，安装架211 上开通有凹槽218，凹槽218上开通有与通口203连通的通孔219，凹槽218的内壁上设置有若干个卡柱212，上玻片209和下玻片210 卡在凹槽(218)内，安装架211通过螺钉连接设置在圆柱体201上。

上环形板204的外径小于圆柱体201的外径，上环形板204上且位于外螺纹二的下方设置有环形挡板221，环形挡板221的上下两端均设置有密封圈216。

光源222以及光电传感器214均对应设置有两个，一个光源用于检测浊度，另一个光源用于检测COD或叶绿素或BOD。例如，其中一个光源为900nm的红外灯，用于检测浊度；另一个光源为400-550nm 的蓝紫灯，用于检测叶绿素，或者另一个光源为为200-300nm的紫外灯，用于检测COD或BOD。所述光电传感器可以根据光源而选定。

因为叶绿素、COD和BOD的检测都受到浊度的影响，所以在检测时，需要同时检测浊度，后期利用算法，排除浊度的影响。

圆柱体201的上方设置有圆形电路板一208，光源222与圆形电路板一208电连接，圆柱体201的下方设置有圆形电路板二213，探测器214与圆形电路板二213电连接。圆形电路板一208上设有恒流驱动电路，以减少光源老化对检测数据的影响；圆形电路板二213上设有数据采集电路。

圆柱体201上开通有走线孔207，圆形电路板一207和圆形电路板二213上与走线孔207相对应的位置设置有走线缺口220。

堵头3上且位于螺纹连接处的下方设置有环形凹槽302，环形凹槽302内设置有密封垫303，下环形板205的下端紧压在密封垫303 上，堵头3上设置有外螺纹三301。

壳体1的顶部设置挡板101，挡板101的中心位置设置有螺纹孔 102，挡板101的外径小于壳体1的外径。螺纹孔102可安装接线柱或护线套，缆线则从螺纹孔102进入壳体1内。

壳体1内设置有矩形电路板217，检测电路设置矩形电路板217 上，矩形电路板217通过螺钉固定在上环形板204是上，矩形电路板 217上设置有电源、通信模块、放大电路、温度检测电路、单片机、工作指示灯；其中通信模块自带485模块，可选的4-20MA\0-5V\0-10V模拟量输出模块；放大电路包括一级放大IV转换电路、带通滤波电路、二级放大电路、检波电路，其中一级放大IV转换电路和二级放大电路的反馈电阻部分采用的是T形电阻网络。

检测电路包括一端与光电传感器的阳极连接的电阻R9、电阻R13 和电容C6，放大器的管脚3与电传感器的阳极连接，电阻R13和电容C6的另一端接地，电阻R9的另一端接电源，所述光电传感器的阴极与电阻R3和电容C1的一端以及放大器的管脚2连接，电阻R3的另一端与电阻R1和电阻R4的一端连接，电阻R1的另一端接地，放大器的管脚1与电阻R4和电容C1的另一端、以及电容C3的一端连接，放大器的管脚4接地；

电容C3的另一端与电阻R10和电阻R14的一端连接，电阻R14 的另一端接地，电容C7的一端与电阻R10的另一端、电阻R7和电阻 R15的一端连接以及放大器的管脚5连接，电容C7、电阻R15的另一端以及放大器的管脚11均接地，电阻R7的另一端接电源，放大器的管脚6与电阻R8、电容C2和电阻R5的一端连接，电阻R8的另一端接地，电阻R5的另一端与电阻R6和电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端接地，放大器的管脚7与电阻R6和电容C2的另一端、二极管 D2的阳极连接，二极管D2的阴极与电容C5、电阻R12以及电容C4 的一端连接，电容C5和电阻R12的另一端接地，电容C4的另一端与电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端为输出端。

光电传感器接收到电流信号后，经过一级放大IV转换电路、带通滤波电路、二级放大电路、检波电路后，获得电压值V1’、V2’，其中V1’是浊度引起的电压模拟量变化值，V2’是待测物质引起的电压模拟量变化值。

其中一级放大IV转换电路和二级放大电路的反馈电阻部分采用的是T形电阻网络。

具体计算为：

1)、基准电压

基准电压1：U_base1

基准电压2：U_base2

其中，VCC为放大器输入电压，在电路中根据需要可设定基准电压趋近于零或电源电压的中值

2)、左放大器1脚电压：U_IV

其中，I_in为D1的输入电流

3)、右放大器7脚电压：U_out

4)、带通滤波通频带

根据截止频率公式：

可以根据电路板灯的闪烁频率，自行通过计算定义自己放大器的通频带

5)、检波器

经过包络检波后的电路为接近直流的波形峰值电压。

细节说明：

如图中，D1为光电传感器，作为整个放大电路的输入信号，该信号为电流信号(即更换负载时电压不变)，电路通过电流变化解算其接受到的光强。

R9、R13、C6组成做放大器的同相输入端基准电平，通过增大R9 减小R13，可以使得左放大器的3脚输入电平稳定于接近0V但是并不是地的电平上，该电平用于保护放大器的长期稳定性(即空载时仍旧有输入，稳定失调电压变化)；C6用于针对R13滤波，降低电阻本身阻值漂移的影响。

R1、R3、R4、C1与左放大器组成IV转换电路(即电流信号输入转换为电压信号输出)；其中R1、R3、R4共同组成T型电阻网络，可实现根据欧姆定律将电流信号转换为电压值；C1与C6功能相同。

C3、C7、R10、R14共同组成带通滤波器，其中C3、R14组成高通滤波器，R10、C7组成低通滤波器；其作用在于筛选信号，滤除空间工频干扰(50Hz)、高频无线电干扰和环境光干扰。

R2、R5、R6、R8、C2与右放大器共同组成同向电压放大器，用于二级电压信号放大；其中R2、R5、R6与R8共同决定当大倍数，R2、 R5、R6作用同R1、R3、R4；C2作用同C1、C6

D2、C5、R12共同组成峰值包络检波电路，用于筛选出高频信号中的直流分量，用于后续单片机的模拟量检测读取计算。

C4用于后方隔离，滤除单片机引脚错误操作或引脚尖端放电效应对放大电路产生的反向干扰；R11用于隔离测试，当不焊接R11时，可对本电路直接使用示波器进行输出信号测试。

一种应用根据权利要求1所述的水质检测仪的水质检测方法，其特征在于，具体包括：

S1：根据Lambert—Beer定律和检测原理，推导出浊度、温度、单项待检指标的浓度三者之间的相关性模型；

S2：根据所述相关性模型配置实验所需溶液，具体包括至少10 组浓度不同且浊度相同的溶液，至少10组浓度相同且浊度不同的溶液以及至少10组浓度不同且浊度不同的溶液；

S3：通过水质检测仪对溶液进行检测，获得浓度引起的电压模拟量变化值、浊度引起的电压模拟量变化值以及温度引起的电压模拟量变化值；

利用模拟量滤波算法，过滤水质检测仪中所述光电传感器的数据漂移，获得修正的电压值；

S4：通过修正的电压值以及温度引起的电压模拟量变化值调整相关性模型；

S5：对水质实际进行检测，得到水质的当前温度值、浊度引起的电压值以及浓度引起的电压值并带入调整后相关性模型得到浓度的实际值。

所述S1具体为：

根据Lambert—Beer定律和检测原理分别推导出浊度与浊度引起的电压值的关系、浓度与浓度引起的电压值的关系以及温度补偿函数；

Lambert—Beer定律和检测原理分别为：

根据Lambert—Beer定律，可得出吸光度计算公式为：

CandelaLED：入射光强；Candelasensor：透射光强；

A：吸光率；P：光功率；S：发光范围(角度)；T：温度补偿系数；I：光电流；L：距离。

由公式可知，与吸光率有关的变量为光功率，其他量在数值上和传感器本身参数有关，这是一个对数函数。

吸光度的变化量是因为待测物质的吸收(或反射)引起的，而吸光度的变化就会引起电压的变化，两者是对应关系，因此可确定物质浓度和电压的变化存着对数的线性关系，为一条曲线，但曲线相关的系数不能确定，需要通过实验的方法获得。

浊度与浊度引起的电压值的关系为：g(x)＝a₂×lg(y+b₂)+c₂；

浓度与浓度引起的电压值关系为：

f(x)＝a₁×lg(x+b₁)+c₁；

温度补偿函数为：T(z)＝k×z+t₁；

温度补偿函数为：T(z)＝k×z+t₁；根据能量守恒定律，在分子级别上，E＝Q＝cmΔT，ΔT为温度的变化量，这是一个线性方程。现有技术已知，分子的温度越低、能级越低、吸收的光能就越多，那么传感器能检测的电压信号就越小，温度变化与电压信号成线性关系，电压信号与待测物质浓度是对应关系，因此温度变化和物质浓度是线性关系，是一条直线，但具体直线系数不确定，需要通过实验的方法获得。

通过上述关系确定相关性模型为：A＝f(x)+g(y)+T(z)；

其中，A为浓度的实际值，f(x)为浓度的测量值，g(y)为浊度的测量值，T(z)为温度补偿值，a₁、b₁、c₁为f(x)的线性变换系数，a₂、b₂、c₂为g(y)的线性变换系数，k、t₁为T(z)的线性变换系数，x、y、z表示电压值。(其中a₁、a₂、a₃表示曲线幅值；b₁、 b₂、b₃表示曲线的左右调节；c₁、c₂、c₃表示曲线的上下调节)。

所述S3具体为：

S31：常温下，分别对浓度不同且浊度相同的溶液、浓度相同且浊度不同的溶液以及浓度不同且浊度不同的溶液进行检测，并得到相应的电压模拟量变化值；

S32：通过模拟量滤波算法对电压模拟量进行修正；

S33：根据修正的电压值得到以下关系曲线：

浓度不同且浊度相同下，电压值变化关系曲线一；浓度相同且浊度不同下，电压值的变化曲线二；浓度不同且浊度不同下，电压值的变化曲面一；

S34：对曲线一和曲线二进行数学拟合得到曲面二，并与曲面一进行对比，根据对比情况调整曲线一和曲线二的线性变换系数，直至曲面二与曲面一吻合，曲面二为A1＝f(x)+g(y)；

S35、在不同温度下，对浊度相同且浓度不同的至少一组溶液进行测量，至少测量十组，获得温度补偿函数T(z)＝k×z+t₁的系数值；将温度补偿函数带入曲面二中，建成数学模型A＝f(x)+g(y)+T(z)，其数学模型为动态的曲面图。

所述模拟量滤波算法采用一元线性回归模型过滤传感器数据漂移，获得修正的电压值；所述一元线性回归模型具体为：

其中Vadc为模拟量数值、t为时间线、a为曲线斜率、b为曲线初值、N为采集样本个数。

此一元线性回归模型用于软件带通滤波和数值拟合，其输入量为单位时间点时的模拟量数值和时间。式中样本个数n为程序中可调量，样本越大精度越高。式中曲线斜率a为解算出来的变化标志位。当测量装置稳定时，a值会趋近于零；当数值升高时，a值大于零；当数值减小时，a值小于零；当a数值趋于零并且稳定时，b的值即为模拟量拟合数值。

实施例二：

参见图11-14，在叶绿素标准值为84、185、300以及400下，使用水质检测仪通过上述检测方法对水质进行检测，并对计算的叶绿素值与标准值之间进行对比，从中可知得到的物质浓度值在误差范围内，证明这个检测方法是可行的。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“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为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，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，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述，当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种水质检测仪，其特征在于，包括中空的壳体(1)，所述壳体(1)的一端外侧设置有外螺纹一，所述壳体(1)的另一端通过螺纹连接设置有检测组件(2)，所述检测组件(2)从上到下依次设置有光源(222)、上玻片(209)、下玻片(210)以及光电传感器(214)，所述光电传感器(214)和下玻片(210)之间设置有滤光片，所述上玻片(209)和下玻片(210)之间具有间隔，所述检测组件(2)的下方通过螺纹连接设置有堵头(3)；

所述检测组件(2)还包括设置在所述壳体(1)内通过检测电路与所述光电传感器(214)连接的单片机，所述检测电路包括依次与所述光电传感器(214)电连接的一级放大IV转换电路、带通滤波电路、二级放大电路和检波电路；

所述一级放大IV转换电路和二级放大电路的反馈电阻采用的是T形电阻网络。

2.根据权利要求1所述的水质检测仪，其特征在于，所述检测组件(2)还包括圆柱体(201)，所述圆柱体(201)的侧面中间位置设置有缺口(202)，所述圆柱体(201)的上端同心设置有上环形板(204)，下端同心设置有下环形板(205)，所述圆柱体(201)上贯通设置有通口(203)，所述上玻片(209)设置在所述缺口(202)的上部，所述下玻片(210)设置在所述缺口(202)的下部，所述光源(222)和所述光电传感器(214)均设置在所述通口(203)内，所述上环形板(204)的外壁上设置有外螺纹二，所述壳体(1)设置在所述上环形板(204)上，所述下环形板(205)的外壁上设置有内螺纹(206)，所述堵头(3)设置在所述下环形板(205)上；

所述滤光片通过支架(215)设置在所述通口(203)内且位于所述光电传感器(214)的上方。

3.根据权利要求2所述的水质检测仪，其特征在于，所述上玻片(209)和下玻片(210)的外围均设置有安装架(211)，所述安装架(211)上开通有凹槽(218)，所述凹槽(218)上开通有与所述通口(203)连通的通孔(219)，所述凹槽(218)的内壁上设置有若干个卡柱(212)，所述上玻片(209)和下玻片(210)卡在所述凹槽(218)内，所述安装架(211)通过螺钉连接设置在所述圆柱体(201)上。

4.根据权利要求3所述的水质检测仪，其特征在于，所述上环形板(204)的外径小于所述圆柱体(201)的外径，所述上环形板(204)上且位于所述外螺纹二的下方设置有环形挡板(221)，所述环形挡板(221)的上下两端均设置有密封圈(216)。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的水质检测仪，其特征在于，所述光源(222)以及光电传感器(214)均对应设置有两个，一个光源用于检测浊度，另一个光源用于检测COD或叶绿素或BOD。

6.根据权利要求1-4任意一项所述的水质检测仪，其特征在于，所述检测电路包括一端与所述光电传感器的阳极连接的电阻R9、电阻R13和电容C6，放大器的管脚3与电传感器的阳极连接，电阻R13和电容C6的另一端接地，电阻R9的另一端接电源，所述光电传感器的阴极与电阻R3和电容C1的一端以及放大器的管脚2连接，电阻R3的另一端与电阻R1和电阻R4的一端连接，电阻R1的另一端接地，放大器的管脚1与电阻R4和电容C1的另一端、以及电容C3的一端连接，放大器的管脚4接地；

电容C3的另一端与电阻R10和电阻R14的一端连接，电阻R14的另一端接地，电容C7的一端与电阻R10的另一端、电阻R7和电阻R15的一端连接以及放大器的管脚5连接，电容C7、电阻R15的另一端以及放大器的管脚11均接地，电阻R7的另一端接电源，放大器的管脚6与电阻R8、电容C2和电阻R5的一端连接，电阻R8的另一端接地，电阻R5的另一端与电阻R6和电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端接地，放大器的管脚7与电阻R6和电容C2的另一端、二极管D2的阳极连接，二极管D2的阴极与电容C5、电阻R12以及电容C4的一端连接，电容C5和电阻R12的另一端接地，电容C4的另一端与电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端为输出端。

7.一种应用根据权利要求1所述的水质检测仪的水质检测方法：其特征在于，具体包括：

S1：根据Lambert—Beer定律和检测原理，推导出浊度、温度、单项待检指标的浓度三者之间的相关性模型；

S2：根据所述相关性模型配置实验所需溶液，具体包括至少10组浓度不同且浊度相同的溶液，至少10组浓度相同且浊度不同的溶液以及至少10组浓度不同且浊度不同的溶液；

S3：通过水质检测仪对溶液进行检测，获得浓度引起的电压模拟量变化值、浊度引起的电压模拟量变化值以及温度引起的电压模拟量变化值；

利用模拟量滤波算法，过滤水质检测仪中所述光电传感器的数据漂移，获得修正的电压值；

S4：通过修正的电压值以及温度引起的电压模拟量变化值调整相关性模型；

S5：对水质实际进行检测，得到水质的当前温度值、浊度引起的电压值以及浓度引起的电压值并带入调整后相关性模型得到浓度的实际值。

8.根据权利要求7所述的水质检测方法，其特征在于，所述S1具体为：

根据Lambert—Beer定律和检测原理分别推导出浊度与浊度引起的电压值的关系、浓度与浓度引起的电压值的关系以及温度补偿函数；

浊度与浊度引起的电压值的关系为：g(x)＝a₂×lg(y+b₂)+c₂；

浓度与浓度引起的电压值关系为：

f(x)＝a₁×lg(x+b₁)+c₁；

温度补偿函数为：T(z)＝k×z+t₁；

通过上述关系确定相关性模型为：A＝f(x)+g(y)+T(z)；

其中，A为浓度的实际值，f(x)为浓度的测量值，g(y)为浊度的测量值，T(z)为温度补偿值，a₁、b₁、c₁为f(x)的线性变换系数，a₂、b₂、c₂为g(y)的线性变换系数，k、t₁为T(z)的线性变换系数，x、y、z表示电压值。

9.根据权利要求8所述的水质检测方法，其特征在于，所述S3具体为：

S31：常温下，分别对浓度不同且浊度相同的溶液、浓度相同且浊度不同的溶液以及浓度不同且浊度不同的溶液进行检测，并得到相应的电压模拟量变化值；

S32：通过模拟量滤波算法对电压模拟量进行修正；

S33：根据修正的电压值得到以下关系曲线：

浓度不同且浊度相同下，电压值变化关系曲线一；浓度相同且浊度不同下，电压值的变化曲线二；浓度不同且浊度不同下，电压值的变化曲面一；

S34：对曲线一和曲线二进行数学拟合得到曲面二，并与曲面一进行对比，根据对比情况调整曲线一和曲线二的线性变换系数，直至曲面二与曲面一吻合，曲面二为A1＝f(x)+g(y)；

S35、在不同温度下，对浊度相同且浓度不同的至少一组溶液进行测量，至少测量十组，获得温度补偿函数T(z)＝k×z+t₁的系数值；将温度补偿函数带入曲面二中，建成数学模型A＝f(x)+g(y)+T(z)，其数学模型为动态的曲面图。

10.根据权利要求7所述的水质检测方法，其特征在于，所述模拟量滤波算法采用一元线性回归模型过滤传感器数据漂移，获得修正的电压值；所述一元线性回归模型具体为：

其中Vadc为模拟量数值、t为时间线、a为曲线斜率、b为曲线初值、N为采集样本个数。

Images