CN116718653A - 一种水质检测装置、数据处理方法及检测系统 - Google Patents

一种水质检测装置、数据处理方法及检测系统 Download PDF

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CN116718653A CN202310427904.1A CN202310427904A CN116718653A CN 116718653 A CN116718653 A CN 116718653A CN 202310427904 A CN202310427904 A CN 202310427904A CN 116718653 A CN116718653 A CN 116718653A
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刘兴慧
苏琪艺
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Abstract

本发明提供了一种水质检测装置、数据处理方法及检测系统，涉及检测技术领域。该水质检测装置包括基板、溶解氧检测模块、PH检测模块和数据输出模块，溶解氧检测模块、PH检测模块和数据输出模块均集成在基板上；溶解氧检测模块包括至少1个溶解氧传感器和第一温度传感器；PH检测模块包括至少1个PH传感器和第二温度传感器；数据输出模块与溶解氧检测模块和PH检测模块连接，且用于接收并输出溶解氧检测模块和PH检测模块的数据。本发明将溶解氧传感器和PH传感器以及温度检测和补偿功能集成一体，达到快速且精确地检测出多项水质参数的效果。

Description

一种水质检测装置、数据处理方法及检测系统
技术领域
本发明涉及检测技术领域，具体而言，涉及一种水质检测装置、数据处理方法及检测系统。
背景技术
检测水质一般包括检测水体溶解氧含量、PH值和水温等多项参数，而现有技术中的检测系统一般需要独立使用到多个传感器探头才能完成多项参数的检测，实际应用时，各个传感器探头用于接收信号和数据处理的外部电路也都相互独立，系统中各个部分集成程度低，导致检测过程繁琐且低效。
针对上述问题，目前尚未有有效的技术解决方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水质检测装置、数据处理方法及检测系统，将溶解氧传感器和PH传感器以及温度检测和补偿功能集成一体，达到快速且精确地检测出多项水质参数的效果。
第一方面，本发明提供一种水质检测装置，包括基板、溶解氧检测模块、PH检测模块和数据输出模块，所述溶解氧检测模块、所述PH检测模块和所述数据输出模块均设置在所述基板上；
所述溶解氧检测模块包括至少1个溶解氧传感器和第一温度传感器；
所述PH检测模块包括至少1个PH传感器和第二温度传感器；
所述数据输出模块与所述溶解氧检测模块和所述PH检测模块连接，且用于接收并输出所述溶解氧检测模块和所述PH检测模块的数据。
本发明提供的水质检测装置，将PH传感器、溶解氧传感器和温度传感器集成一体，能够同时检测出溶解氧含量和PH值两项水质参数并且集合温度检测和补偿功能，整个水质检测装置集成程度高，实现精确检测、检测效率高、体积小、造价低廉。
进一步的，所述溶解氧传感器包括电极层，所述电极层包括依次设置且间隔排布的第一工作电极、第一参比电极和对电极，所述对电极面积大于所述第一工作电极的面积和所述第一参比电极的面积。
增加对电极的面积能够有效提高电流强度，使电流信号更容易被探测，同时当对电极面积远大于第一工作电极时，对电极的阻抗可以忽略，使得测量结果更加精确。
进一步的，所述PH传感器包括第二工作电极、第二参比电极和处理电路，所述第二工作电极上覆盖有氮化硅薄膜或二氧化硅薄膜；
所述处理电路包括第一薄膜晶体管和第二薄膜晶体管，所述第一薄膜晶体管和所述第二薄膜晶体管均为双栅薄膜晶体管且均包括顶栅极和底栅极；
所述第一薄膜晶体管的底栅极与所述第一薄膜晶体管的源极连接，所述第一薄膜晶体管的源极与电源连接，所述第一薄膜晶体管的漏极与所述第二薄膜晶体管的源极连接，所述第二薄膜晶体管的漏极接地；
所述第二薄膜晶体管的底栅极作为输入端且所述第二薄膜晶体管的源极作为输出端；所述第一薄膜晶体管的顶栅极用于根据输入的第一输入电压调控所述第一薄膜晶体管的工作区间；所述第二薄膜晶体管的顶栅极用于根据输入的第二输入电压调控所述第二薄膜晶体管的工作区间。
PH传感器基于TFT器件设计，整体体积更小、响应速度快且成本低廉。
进一步的，所述第一温度传感器和所述第二温度传感器均包括第三薄膜晶体管和第四薄膜晶体管，所述第三薄膜晶体管和所述第四薄膜晶体管均为双栅薄膜晶体管且均包括顶栅极和底栅极；
所述第三薄膜晶体管的源极和所述第四薄膜晶体管的源极连接，所述第三薄膜晶体管的源极接地，所述第三薄膜晶体管的底栅极与所述第三薄膜晶体管的漏极连接，所述第三薄膜晶体管的漏极与第一电阻连接，所述第一电阻与第二电阻串接，所述第二电阻与所述第四薄膜晶体管的漏极连接，所述第四薄膜晶体管的漏极与所述第四薄膜晶体管的底栅极连接；所述第一电阻和所述第二电阻的阻值不同；
所述第三薄膜晶体管的顶栅极和所述第四薄膜晶体管的顶栅极均用于输入相同的第三输入电压以调控所述第三薄膜晶体管和所述第四薄膜晶体管的工作区间。
温度传感器传感器基于TFT器件设计，整体体积更小、响应速度快且成本低廉。
第二方面，本发明提供了一种数据处理方法，包括以下步骤：
S1.获取所有溶解氧传感器的第一电流测量数据和第一温度传感器的第一温度数据；
S2.基于所述第一温度数据，将所述第一电流测量数据输入到预设的温度补偿电流模型中，以获得第二电流测量数据；
S3.根据所述第二电流测量数据获得对应的第一溶解氧测量数据；
S4.根据所述第一溶解氧测量数据计算经过温度补偿后的溶解氧精确值；
S5.获取所有PH传感器的电压测量数据和第二温度传感器的第二温度数据；
S6.将所述电压测量数据和所述第二温度数据输入到预设的温度补偿PH计算模型中，以获得第一PH测量数据；
S7.根据所述第一PH测量数据计算经过温度补偿后的精确PH值。
第一电流测量数据会先经过预设的温度补偿电流模型处理，以此修正第一电流测量数据，得到精度更高的第二电流测量数据，有利于确保第一溶解氧测量数据的精确度。
进一步的，步骤S4中的具体步骤包括：
S41.对所述第一溶解氧测量数据进行检验以去除失效的第一溶解氧测量数据，获得有效的第一溶解氧测量数据；
S42.根据所述有效的第一溶解氧测量数据计算得到所述溶解氧精确值。
采用有效的第一溶解氧测量数据进行计算，以确保计算所得的溶解氧精确值有较高可信度。
进一步的，步骤S7中的具体步骤包括：
S71.对所述第一PH测量数据进行检验以去除失效的第一PH测量数据，获得有效的第一PH测量数据；
S72.根据所述有效的第一PH测量数据计算得到所述精确PH值。
只采用有效的第一PH测量数据进行计算，以确保计算所得的精确PH值有较高可信度。
进一步的，步骤S42中的具体步骤包括：
S421.根据所述有效的第一溶解氧测量数据，计算对应的溶解氧传感器的第一加权因子；
S422.根据所述第一加权因子计算所述溶解氧精确值。
进一步的，步骤S72中的具体步骤包括：
S721.根据所述有效的第一PH测量数据，计算对应的PH传感器的第二加权因子；
S722.根据所述第二加权因子计算所述精确PH值。
第三方面，本发明提供了一种检测系统，包括上述的水质检测装置和处理器，处理器用于接收所述水质检测装置发送的数据并用于执行上述数据处理方法中的步骤。
由上可知，本发明提供的水质检测装置，将溶解氧传感器和PH传感器集成一体，相比传统的检测系统，本发明的水质检测装置体积更小、检测效率更高、操作更方便且使用更灵活；此外，根据温度数据修正溶解氧传感器的电流测量数据，有利于确保溶解氧测量数据的精确度，达到精确检测的效果；同时，温度补偿电流模型和温度补偿PH计算模型均参考了温度数据，对后续计算得到的溶解氧精确值和精确PH值起到温度补偿作用。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其它优点可通过在所写的说明书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
图1为本发明实施例提供的水质检测装置的结构示意图。
图2为本发明实施例中溶解氧传感器的结构示意图。
图3为本发明实施例中溶解氧传感器的截面图。
图4为本发明实施例中PH传感器的结构示意图。
图5为本发明实施例中处理电路的电路图。
图6为本发明实施例中温度传感器的电路图。
图7为本发明实施例提供的数据处理方法的一种流程图。
标号说明：
100、溶解氧检测模块；110、溶解氧传感器；111、电极层；111a、第一工作电极；111b、第一参比电极；111c、对电极；112、Nafion固体导电层；113、PTFE分子渗透层；120、第一温度传感器；200、PH检测模块；210、PH传感器；211、第二工作电极；TFT1、第一薄膜晶体管；TFT2、第二薄膜晶体管；Vin、输入端；Vout、输出端；Vbias1、第一输入电压；Vbias2、第二输入电压； TFT3、第三薄膜晶体管；TFT4、第四薄膜晶体管；Vbias3、第三输入电压；R1、第一电阻；R2、第二电阻；212、第二参比电极；220、第二温度传感器；300、数据输出模块。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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的限制。
在本发明的描述中，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”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，也可以是电连接或可以相互通讯；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其它工艺的应用和/或其它材料的使用。
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。此外，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
请参照图1，图1是本发明水质检测装置的结构示意图。该水质检测装置，包括基板、溶解氧检测模块100、PH检测模块200和数据输出模块300，溶解氧检测模块100、PH检测模块200和数据输出模块300均设置在基板上；
溶解氧检测模块100包括至少1个溶解氧传感器110和第一温度传感器120；
PH检测模块200包括至少1个PH传感器210和第二温度传感器220；
数据输出模块300与溶解氧检测模块100和PH检测模块200连接，且用于接收并输出溶解氧检测模块100和PH检测模块200的数据。
本实施例中，通过将溶解氧检测模块100和PH检测模块200集成在基板上配合数据输出模块300形成的水质检测装置能够同时测量水体中的溶解氧浓度和PH值，无需再单独使用溶解氧检测探头和PH检测探头，使用时只需将溶解氧检测模块100和PH检测模块200浸没于水体中，即可获得相关参数，操作简单，检测效率高，体积小且造价低廉。
基板可以为玻璃基板或柔性基板；基板上设置有密封区和入水区，数据输出模块300位于密封区中以此避免液体意外进入导致数据输出模块300内的元器件损坏；而溶解氧检测模块100和PH检测模块200则设置在入水区中，使用时入水区浸没在水体中。
此外，数据输出模块300可以设置有外接口，后续可以通过FPC绑定工艺将外接口连接到处理器中对溶解氧检测模块100和PH检测模块200的数据进行进一步处理。
在某些实施例中，参考附图2和附图3，溶解氧传感器110包括电极层111，电极层111包括依次设置且间隔排布的第一工作电极111a、第一参比电极111b和对电极111c，对电极111c面积大于第一工作电极111a的面积和第一参比电极111b的面积。
本实施例中，电极层111之下为基板，溶解氧传感器110还包括Nafion固体导电层112和PTFE分子渗透层113，Nafion固体导电层112覆盖在电极层111上，PTFE分子渗透层113覆盖在Nafion固体导电层112上。溶解氧传感领域中为测量液体的溶解氧浓度，常采用克拉克法进行检测，溶解氧传感器110的设计正是基于该原理，该原理为现有技术，其具体内容在此不再赘述。
此外，增加对电极111c的面积能够有效提高电流强度，使电流信号更容易被探测，同时当对电极111c面积远大于第一工作电极111a时，对电极111c的阻抗可以忽略，使得测量结果更加精确。
进一步的，电极的几何构型对电极的质量转移系数有影响，优选的实施方式中可以将第一工作电极111a、第一参比电极111b和对电极111c均设置为带状结构，带状电极的质量转移系数较高。
进一步的，第一工作电极111a和对电极111c涂覆有碳材料并作为阳极；第一参比电极111b涂覆有银/氯化银材料并作为阴极。
实际应用时，向第一工作电极111a施加合适的电压，读取第一工作电极111a的电流，以此获得第一电流测量数据，进而获得第一溶解氧测量数据。由于溶解氧渗透进电极层111，溶解氧扩散的程度与溶解氧浓度相关，溶解氧扩散到电极层111时，第一工作电极111a会发生氧化还原反应，使得电子浓度提高，从而改变第一工作电极111a的电流强度，因此通过读取第一工作电极111a的电流大小即可区别溶解氧浓度。
在某些实施例中，参考附图4和附图5，PH传感器210包括第二工作电极211、第二参比电极212和处理电路，第二工作电极211上覆盖有氮化硅薄膜或二氧化硅薄膜；
处理电路包括第一薄膜晶体管TFT1和第二薄膜晶体管TFT2，第一薄膜晶体管TFT1和第二薄膜晶体管TFT2均为双栅薄膜晶体管且均包括顶栅极和底栅极；
第一薄膜晶体管TFT1的底栅极与第一薄膜晶体管TFT1的源极连接，第一薄膜晶体管TFT1的源极与电源连接，第一薄膜晶体管TFT1的漏极与第二薄膜晶体管TFT2的源极连接，第二薄膜晶体管TFT2的漏极接地；
第二薄膜晶体管TFT2的底栅极作为输入端Vin且第二薄膜晶体管TFT2的源极作为输出端Vout；第一薄膜晶体管TFT1的顶栅极用于根据输入的第一输入电压Vbias1调控第一薄膜晶体管TFT1的工作区间；第二薄膜晶体管TFT2的顶栅极用于根据输入的第二输入电压Vbias2调控第二薄膜晶体管TFT2的工作区间。
基于PH传感领域中的PH选择性电极的原理，设计了本实施例中的PH传感器210，该原理为现有技术，其具体内容在此不再赘述。
在实际应用时，第一薄膜晶体管TFT1和第二薄膜晶体管TFT2组成共源放大器以放大信号，使电压信号更容易被探测，而其中第一薄膜晶体管TFT1作为负载管，第二薄膜晶体管TFT2作为驱动管，第二工作电极211和第二参比电极212之间有电势差因此产生电压信号即PH信号，所产生的电压信号从第二薄膜晶体管TFT2的底栅极即输入端Vin输入到第二薄膜晶体管TFT2中，控制电源电压为3V，从第二薄膜晶体管TFT2的源极即输出端Vout读取电压信号，以此获得第一电压测量数据，进而获得第一PH测量数据。具体的，第二工作电极211和第二参比电极212将氢离子浓度转换为电压信号A，电压信号A经过处理电路进行预处理后输出电压信号B（预处理能有效提高信噪比，从而有效抑制干扰），由于离子浓度与电势差之间的关系满足能斯特方程，根据输出的电压信号B可以计算出PH值。
进一步的，第二参比电极212的材料为银/氯化银。
需要说明的是，由于第二工作电极211有适用的工作区间，因此需要调节第一薄膜晶体管TFT1的顶栅极的第一输入电压Vbias1和第二薄膜晶体管TFT2的顶栅极的第二输入电压Vbias2以使第一薄膜晶体管TFT1和第二薄膜晶体管TFT2适配第二工作电极211的工作区间。
在某些实施例中，参考附图6，第一温度传感器120和第二温度传感器220均包括第三薄膜晶体管TFT3和第四薄膜晶体管TFT4，第三薄膜晶体管TFT3和第四薄膜晶体管TFT4均为双栅薄膜晶体管且均包括顶栅极和底栅极；
第三薄膜晶体管TFT3的源极和第四薄膜晶体管TFT4的源极连接，第三薄膜晶体管TFT3的源极接地，第三薄膜晶体管TFT3的底栅极与第三薄膜晶体管TFT3的漏极连接，第三薄膜晶体管TFT3的漏极与第一电阻R1连接，第一电阻R1与第二电阻R2串接，第二电阻R2与第四薄膜晶体管TFT4的漏极连接，第四薄膜晶体管TFT4的漏极与第四薄膜晶体管TFT4的底栅极连接；第一电阻R1和第二电阻R2的阻值不同；
第三薄膜晶体管TFT3的顶栅极和第四薄膜晶体管TFT4的顶栅极均用于输入相同的第三输入电压Vbias3以调控第三薄膜晶体管TFT3和第四薄膜晶体管TFT4的工作区间。
本实施例中的第一温度传感器120和第二温度传感器220均利用薄膜晶体管的电流强度对温度具有敏感性的特性进行设计的，当温度增大时，电流强度随之增大，增大程度取对数后与温度呈线性关系；由此通过组成差分电路，制造不同电流密度以得到差分电压，根据差分电压即可得到精确的温度，此原理为现有技术，其具体内容在此不再赘述。
实际应用时，通过向第一电阻R1和第二电阻R2相连的一端施加相同的电压偏置，再读取第三薄膜晶体管TFT3的漏极和第四薄膜晶体管TFT4的漏极之间的电压差以此获得与温度相关的电压信号，进而获得温度数据。
需要说明的是，由于温度传感器（包括第一温度传感器120和第二温度传感器220）有适用的工作区间，因此需要调节第三薄膜晶体管TFT3的顶栅极和第四薄膜晶体管TFT4的顶栅极均以相同的第三输入电压Vbias3输入以使第三薄膜晶体管TFT3和第四薄膜晶体管TFT4适配温度传感器的工作区间。
还需要说明的是，本发明中的薄膜晶体管（包括第一薄膜晶体管TFT1、第二薄膜晶体管TFT2、第三薄膜晶体管TFT3和第四薄膜晶体管TFT4）作为TFT器件有区别于CMOS器件，具体的，CMOS器件基于Si材料制造，价格昂贵、制造工艺复杂且体积较大，而TFT器件价格相对便宜、制造工艺简单且能够高度集成因此体积更小，相同制造面积下，TFT器件可以生产更多，因此生产成本更加低廉。
需要说明的是，下文所述的“溶解氧测量数据”具体指溶解氧浓度；“PH测量数据”具体指PH值；“电流测量数据”具体指电流值；“电压测量数据”具体指电压值；“温度数据”具体指温度值。
请参照图7，图7是数据处理方法的流程图。该数据处理方法，包括以下步骤：
S1.获取所有溶解氧传感器的第一电流测量数据和第一温度传感器的第一温度数据；
S2.基于第一温度数据，将第一电流测量数据输入到预设的温度补偿电流模型中，以获得第二电流测量数据；
S3.根据第二电流测量数据获得对应的第一溶解氧测量数据；
S4.根据第一溶解氧测量数据计算经过温度补偿后的溶解氧精确值；
S5.获取所有PH传感器的电压测量数据和第二温度传感器的第二温度数据；
S6.将电压测量数据和第二温度数据输入到预设的温度补偿PH计算模型中，以获得第一PH测量数据；
S7.根据第一PH测量数据计算经过温度补偿后的精确PH值。
本实施例中，在实际应用时，溶解氧传感器输出的是电流值，由于实际测量得到的电流值可能会受硬件原因（例如制造材料、受腐蚀程度）或人为原因（例如操作方式）等因素影响，导致测量结果与实际情况存在偏差，因此本实施为了减少这种偏差，溶解氧传感器输出的第一电流测量数据会先经过预设的温度补偿电流模型处理，以此修正第一电流测量数据，得到精度更高的第二电流测量数据，然后再根据第二电流测量数据获得对应第一溶解氧测量数据，有利于确保第一溶解氧测量数据的精确度。
在某些实施例中，温度补偿电流模型由以下步骤获得：
A1.获取多组第一测试数据，每组第一测试数据均包括第三电流测量数据、在特定温度下（例如20℃，但仅不限于此）测得的第四电流测量数据和第三温度数据（可以利用现有的溶解氧测量设备对水体进行溶解氧浓度测量，从而获得第三电流测量数据和第四电流测量数据，同时利用现有的温度测量设备对水体进行测温，从而获得第三温度数据。具体的，先通过现有的温度测量设备测量水体的温度，获得第三温度数据；保持水体不变，然后通过现有的溶解氧测量设备测量该水体的溶解氧浓度，溶解氧测量设备所输出的电流值即为第三电流测量数据；保持水体不变，将该水体的温度从第三温度改变至特定温度，再次通过现有的溶解氧测量设备测量特定温度下水体的溶解氧浓度，溶解氧测量设备所输出的电流值即为第四电流测量数据，至此获得一组第一测试数据。同理，以相同步骤测量不同水体的温度和溶解氧浓度，即可获得多组第一测试数据）；
A2.根据第一测试数据计算出多个第一比例因子；
A3.计算多个第一比例因子的均值，得到第二比例因子；
A4.将第二比例因子代入温度补偿电流模型中使用。
第二比例因子由多组测试数据计算所得，其精度更加高，代入温度补偿电流模型中使用则能够确保温度补偿电流模型的计算精度，进而实现将输入的第一电流测量数据修正成精度更高的第二电流测量数据；此外，温度补偿电流模型参考了温度数据，对后续计算得到的溶解氧精确值起到温度补偿作用。
具体的，第一比例因子根据以下公式计算：
；
；
其中，为第N组第一测试数据中的第三电流测量数据，/>为第N组第一测试数据中的第四电流测试数据，/>为第N组第一测试数据计算得到第一比例因子，/>为第N组第一测试数据中的第三温度数据，/>为特定温度（例如20℃）对应的开尔文温度，/>为第一测试数据的总数量，/>为由所有第一比例因子确定的第二比例因子。
进一步的，得到的温度补偿电流模型具体为：
；
其中，为第二电流测量数据，/>为第一电流测量数据，/>为自然对数的底数，/>为第一温度数据。
需要说明的是，因为第二比例因子是基于特定温度下的第四电流测量数据计算得到的，因此在实际应用时，第一电流测量数据输入到温度补偿电流模型中后，除了能够得到精度更高的第二电流测量数据外，实际上还会将实际温度下测量的第一电流测量数据换算为特定温度下的第二电流测量数据，一般为20℃下的第二电流测量数据（但不仅限于此），换算为20℃下的第二电流测量数据的目的在于，使数据符合行业的表达规范，溶解氧浓度在行业中一般采用20℃下的数据进行表达，以便于对比20℃下的参考数据。
在某些实施例中，温度补偿PH计算模型具体为：
；
；
其中，为第二工作电极的电位，/>为第二参比电极的电位，/>为气体常数，/>为第二温度数据，/>为法拉第常数，/>为第一PH测量数据，/>为电压测量数据。
温度补偿PH计算模型参考了温度数据，对后续计算得到的精确PH值起到温度补偿作用。
需要说明的是，计算得到第一PH测量数据一般需要换算为特定温度下的第二PH测量数据，一般为25℃下的第二PH测量数据（但不仅限于此），由于PH值与温度呈线性关系，因此不同温度下的PH值之间的转换可以根据不同温度之间的温度差进行计算（实际测量时，水体的温度并不一定为25℃，因此无法直接获得第二PH测量数据，所以才需要根据温度差进行换算，此为现有技术，在此不再赘述），然后根据第二PH测量数据将第一PH测量数据或精确PH值换算为25℃下的数据（此为现有技术，在此不再赘述），其目的在于，使数据符合行业的表达规范，PH值在行业中一般采用25℃下的数据进行表达，以便于对比25℃下的参考数据。
在某些实施例中，步骤S4中的具体步骤包括：
S41.对第一溶解氧测量数据进行检验以去除失效的第一溶解氧测量数据，获得有效的第一溶解氧测量数据；
S42.根据有效的第一溶解氧测量数据计算得到溶解氧精确值。
步骤S41中的具体步骤包括：
根据以下条件区分失效的第一溶解氧测量数据和有效的第一溶解氧测量数据：
；
其中，为第i个第一溶解氧测量数据，/>为第j个第一溶解氧测量数据，/>为预设的第一参考值。
当某个第一溶解氧测量数据与多个（例如2个）其它第一溶解氧测量数据均不满足上述条件时，则将该第一溶解氧测量数据视为失效的第一溶解氧测量数据。
例如，第一溶解氧测量数据包括、/>、/>、/>和/>，若/>与/>、/>与/>、/>与均不满足上述条件，则将/>视为无效的第一溶解氧测量数据。
需要说明的是，实际应用时，要求至少获取两个第一溶解氧测量数据，若仅有两个第一溶解氧测量数据，例如，第一溶解氧测量数据包括和/>，且/>与/>不满足上述条件，则将/>和/>均视为无效的第一溶解氧测量数据，用户需要重新获取第一溶解氧测量数据。
失效的第一溶解氧测量数据应当剔除，只采用有效的第一溶解氧测量数据进行计算，以确保计算所得的溶解氧精确值有较高可信度。
在某些实施例中，步骤S7中的具体步骤包括：
S71.对第一PH测量数据进行检验以去除失效的第一PH测量数据，获得有效的第一PH测量数据；
S72.根据有效的第一PH测量数据计算得到精确PH值。
步骤S71中的具体步骤包括：
根据以下条件区分失效的第一PH测量数据和有效的第一PH测量数据：
；
其中，为第i个第一PH测量数据，/>为第j个第一PH测量数据，/>为预设的第二参考值。
当某个第一PH测量数据与多个（例如2个）其它第一PH测量数据均不满足上述条件时，则将该第一PH测量数据视为失效的第一PH测量数据。
例如，第一PH测量数据包括、/>、/>、/>和/>，若/>与/>、/>与/>、/>与/>均不满足上述条件，则将/>视为无效的第一PH测量数据。
需要说明的是，实际应用时，要求至少获取两个第一PH测量数据，若仅有两个第一PH测量数据，例如，第一PH测量数据包括和/>，且/>与/>不满足上述条件，则将/>和/>均视为无效的第一PH测量数据，用户需要重新获取第一PH测量数据。
失效的第一PH测量数据应当剔除，只采用有效的第一PH测量数据进行计算，以确保计算所得的精确PH值有较高可信度。
在某些实施例中，步骤S42中的具体步骤包括：
S421.根据有效的第一溶解氧测量数据，计算对应的溶解氧传感器的第一加权因子；
S422.根据第一加权因子计算溶解氧精确值。
步骤S421中的具体步骤包括：
S4211.根据有效的第一溶解氧测量数据，确定有效的溶解氧传感器；
S4212.根据有效的第一溶解氧测量数据，计算各个有效的溶解氧传感器对应的第二溶解氧测量数据；
S4213.根据第二溶解氧测量数据，计算各个有效的溶解氧传感器对应的溶解氧离均差平方;
S4214.根据溶解氧离均差平方，计算各个有效的溶解氧传感器对应的第一加权因子。
本实施例中，第一溶解氧测量数据的获取分为两种情况：
情况1、每个溶解氧传感器均按预设频率获得多个第一电流测量数据，即从每个溶解氧传感器中均能够得到多个第一溶解氧测量数据；
例如，水质检测装置共设置有2个溶解氧传感器，分别为溶解氧传感器A和溶解氧传感器B，从溶解氧传感器A中得到2个第一溶解氧测量数据，分别为和/>，从溶解氧传感器B中得到2个第一溶解氧测量数据，分别为/>和/>，则溶解氧传感器A的第二溶解氧测量数据/>；溶解氧传感器B的第二溶解氧测量数据；第二溶解氧测量数据/>和第二溶解氧测量数据/>统称为第二溶解氧测量数据，每个溶解氧传感器均只输出一个第二溶解氧测量数据（即每个溶解氧传感器输出的第二溶解氧测量数据为其实际测得的多个第一溶解氧测量数据的平均值）。
情况2、从每个溶解氧传感器中仅获得1个第一电流测量数据，即从每个溶解氧传感器中仅能够得到1个第一溶解氧测量数据，则第二溶解氧测量数据等于第一溶解氧测量数据；
例如，水质检测装置共设置有2个溶解氧传感器，分别为溶解氧传感器A和溶解氧传感器B，从溶解氧传感器A中得到第一溶解氧测量数据，则溶解氧传感器A的第二溶解氧测量数据/>，从溶解氧传感器B中得到第一溶解氧测量数据/>，则溶解氧传感器B的第二溶解氧测量数据/>。
对于情况1，执行步骤S4211时，若有效的第一溶解氧测量数据只包括、/>和，则有效的溶解氧传感器包括溶解氧传感器A和溶解氧传感器B；若有效的第一溶解氧测量数据只包括/>和/>，则由于溶解氧传感器B不存在有效的第一溶解氧测量数据，因此有效的溶解氧传感器只有溶解氧传感器A。对于情况2，执行步骤S4211同理。即，有效的溶解氧传感器是指包括有效的第一溶解氧测量数据的溶解氧传感器。
进一步的，执行步骤S4212和S4213时，若溶解氧传感器A和溶解氧传感器B均为有效的溶解氧传感器，则第二溶解氧测量数据包括和/>，则先计算出第二溶解氧测量数据的平均值/>，则/>，则溶解氧传感器A对应的溶解氧离均差平方；溶解氧传感器B对应的溶解氧离均差平方/>。
进一步的，步骤S4214中假设包括有n个有效的溶解氧传感器，对应的溶解氧离均差平方为，对应有n个第二溶解氧测量数据：/>（第二溶解氧测量数据均为溶解氧精确值的无偏估计），各个有效的溶解氧传感器对应的第三加权因子设为/>，由此根据以下公式推导出第一总均方误差：
；
；
其中，为第一总均方误差，/>表示求期望，/>为第p个第三加权因子，/>为第q个第三加权因子，/>为溶解氧精确值，/>为第p个第二溶解氧测量数据，/>为第q个第二溶解氧测量数据。
由于第二溶解氧测量数据均为溶解氧精确值的无偏估计，则有:
；
由此，可以得到：
；
其中，为第p个有效的溶解氧传感器对应的溶解氧离均差平方。
从推导过程可以得知，第一总均方误差是各第三加权因子的多元二次函数，因此第一总均方误差必然存在最小值。进一步的，根据多元函数求极值的理论（此为公知常识，再次不再赘述），可以推导出第一总均方误差最小时，第一加权因子的计算公式为：
；
其中，为第p个有效的溶解氧传感器对应的第一加权因子，/>为第i个有效的溶解氧传感器对应的溶解氧离均差平方。
需要说明的是，第三加权因子与第一加权因子有区别，第一加权因子是在第一总均方误差为最小值时计算得到的。
最后，步骤S422中，根据以下公式计算溶解氧精确值：
；
在某些实施例中，根据以下公式计算第一总均方误差最小值：
；
其中，为第一总均方误差最小值。
第一总均方误差最小值与预设的第三参考值比较，若第一总均方误差最小值大于第三参考值，则证明多个溶解氧传感器存在问题，则需要对溶解氧传感器逐一进行排查，以防止因硬件问题导致测量结果和计算结果不可信。
在某些实施例中，步骤S72中的具体步骤包括：
S721.根据有效的第一PH测量数据，计算对应的PH传感器的第二加权因子；
S722.根据第二加权因子计算精确PH值。
步骤S721中的具体步骤包括：
S7211.根据有效的第一PH测量数据，确定有效的PH传感器；
S7212.根据有效的第一PH测量数据，计算各个有效的PH传感器对应的第三PH测量数据；
S7213.根据第三PH测量数据，计算各个有效的PH传感器对应的PH离均差平方;
S7214.根据PH离均差平方，计算各个有效的PH传感器对应的第二加权因子。
本实施例中，第一PH测量数据的获取分为两种情况：
情况3、每个PH传感器均按预设频率获得多个电压测量数据，即从每个PH传感器中均能够得到多个第一PH测量数据；
例如，水质检测装置共设置有2个PH传感器，分别为PH传感器C和PH传感器D，从PH传感器C中得到2个第一PH测量数据，分别为和/>，从PH传感器D中得到2个第一PH测量数据，分别为/>和/>，则PH传感器C的第三PH测量数据/>；PH传感器D的第三PH测量数据/>；第三PH测量数据/>和第三PH测量数据/>统称为第三PH测量数据，每个PH传感器均只输出一个第三PH测量数据（即每个PH传感器输出的第三PH测量数据为其实际测得的多个第一PH测量数据的平均值）。
情况4、从每个PH传感器中仅获得1个电压测量数据，即从每个PH传感器中仅能够得到1个第一PH测量数据，则第三PH测量数据等于第一PH测量数据；
例如，水质检测装置共设置有2个PH传感器，分别为PH传感器C和PH传感器D，从PH传感器C中得到第一PH测量数据，则PH传感器C的第三PH测量数据/>，从PH传感器D中得到第一PH测量数据/>，则PH传感器D的第三PH测量数据/>。
对于情况3，执行步骤S7211时，若有效的第一PH测量数据只包括、/>和/>，则有效的PH传感器包括PH传感器C和PH传感器D；若有效的第一PH测量数据只包括/>和，则由于PH传感器D不存在有效的第一PH测量数据，因此有效的PH传感器只有PH传感器C。对于情况4，执行步骤S7211同理。即，有效的PH传感器是指包括有效的第一PH测量数据的PH传感器。
进一步的，执行步骤S7212和S7213时，若PH传感器C和PH传感器D均为有效的PH传感器，则第三PH测量数据包括第三PH测量数据和第三PH测量数据/>，则先计算出第三PH测量数据的平均值/>，则/>，则PH传感器C对应的PH离均差平方；PH传感器D对应的PH离均差平方/>。
进一步的，步骤S7214中假设包括有n个有效的PH传感器，对应的PH离均差平方为，对应有n个第三PH测量数据：/>（第三PH测量数据均为精确PH值的无偏估计），各个有效的PH传感器对应的第四加权因子设为/>，由此根据以下公式推导出第二总均方误差：
；
；
其中，为第二总均方误差，/>表示求期望，/>为第p个第四加权因子，/>为第q个第四加权因子，/>为精确PH值，/>为第p个第三PH测量数据，/>为第q个第三PH测量数据。
由于第三PH测量数据均为精确PH值的无偏估计，则有:
；
由此，可以得到：
；
其中，为第p个有效的PH传感器对应的PH离均差平方。
从推导过程可以得知，第二总均方误差是各第四加权因子的多元二次函数，因此第二总均方误差必然存在最小值。进一步的，根据多元函数求极值的理论（此为公知常识，再次不再赘述），可以推导出第二总均方误差最小时，第二加权因子的计算公式为：
；
其中，为第p个有效的PH传感器对应的第二加权因子，/>为第i个有效的PH传感器对应的PH离均差平方。
需要说明的是，第四加权因子与第二加权因子有区别，第二加权因子是在第二总均方误差为最小值时计算得到的。
最后，步骤S722中，根据以下公式计算精确PH值：
；/>
在某些实施例中，根据以下公式计算第二总均方误差最小值：
；
其中，为第二总均方误差最小值。
第二总均方误差最小值与预设的第四参考值比较，若第二总均方误差最小值大于第四参考值，则证明多个PH传感器存在问题，则需要对PH传感器逐一进行排查，以防止因硬件问题导致测量结果和计算结果不可信。
本发明在一些实施例中提供了一种检测系统，包括上述实施例中的水质监测装置和处理器，处理器用于接收水质检测装置发送的数据并用于执行上述实施例中的数据处理方法中的步骤。
再者，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种水质检测装置，包括基板，其特征在于，还包括溶解氧检测模块（100）、PH检测模块（200）和数据输出模块（300），所述溶解氧检测模块（100）、所述PH检测模块（200）和所述数据输出模块（300）均设置在所述基板上；
所述溶解氧检测模块（100）包括至少1个溶解氧传感器（110）和第一温度传感器（120）；
所述PH检测模块（200）包括至少1个PH传感器（210）和第二温度传感器（220）；
所述数据输出模块（300）与所述溶解氧检测模块（100）和所述PH检测模块（200）连接，且用于接收并输出所述溶解氧检测模块（100）和所述PH检测模块（200）的数据。
2.根据权利要求1所述的水质检测装置，其特征在于，所述溶解氧传感器（110）包括电极层（111），所述电极层（111）包括依次设置且间隔排布的第一工作电极（111a）、第一参比电极（111b）和对电极（111c），所述对电极（111c）面积大于所述第一工作电极（111a）的面积和所述第一参比电极（111b）的面积。
3.根据权利要求1所述的水质检测装置，其特征在于，所述PH传感器（210）包括第二工作电极（211）、第二参比电极（212）和处理电路，所述第二工作电极（211）上覆盖有氮化硅薄膜或二氧化硅薄膜；
所述处理电路包括第一薄膜晶体管（TFT1）和第二薄膜晶体管（TFT2），所述第一薄膜晶体管（TFT1）和所述第二薄膜晶体管（TFT2）均为双栅薄膜晶体管且均包括顶栅极和底栅极；
所述第一薄膜晶体管（TFT1）的底栅极与所述第一薄膜晶体管（TFT1）的源极连接，所述第一薄膜晶体管（TFT1）的源极与电源连接，所述第一薄膜晶体管（TFT1）的漏极与所述第二薄膜晶体管（TFT2）的源极连接，所述第二薄膜晶体管（TFT2）的漏极接地；
所述第二薄膜晶体管（TFT2）的底栅极作为输入端（Vin）且所述第二薄膜晶体管（TFT2）的源极作为输出端（Vout）；所述第一薄膜晶体管（TFT1）的顶栅极用于根据输入的第一输入电压（Vbias1）调控所述第一薄膜晶体管（TFT1）的工作区间；所述第二薄膜晶体管（TFT2）的顶栅极用于根据输入的第二输入电压（Vbias2）调控所述第二薄膜晶体管（TFT2）的工作区间。
4.根据权利要求1所述的水质检测装置，其特征在于，所述第一温度传感器（120）和所述第二温度传感器（220）均包括第三薄膜晶体管（TFT3）和第四薄膜晶体管（TFT4），所述第三薄膜晶体管（TFT3）和所述第四薄膜晶体管（TFT4）均为双栅薄膜晶体管且均包括顶栅极和底栅极；
所述第三薄膜晶体管（TFT3）的源极和所述第四薄膜晶体管（TFT4）的源极连接，所述第三薄膜晶体管（TFT3）的源极接地，所述第三薄膜晶体管（TFT3）的底栅极与所述第三薄膜晶体管（TFT3）的漏极连接，所述第三薄膜晶体管（TFT3）的漏极与第一电阻（R1）连接，所述第一电阻（R1）与第二电阻（R2）串接，所述第二电阻（R2）与所述第四薄膜晶体管（TFT4）的漏极连接，所述第四薄膜晶体管（TFT4）的漏极与所述第四薄膜晶体管（TFT4）的底栅极连接；所述第一电阻（R1）和所述第二电阻（R2）的阻值不同；
所述第三薄膜晶体管（TFT3）的顶栅极和所述第四薄膜晶体管（TFT4）的顶栅极均用于输入相同的第三输入电压（Vbias3）以调控所述第三薄膜晶体管（TFT3）和所述第四薄膜晶体管（TFT4）的工作区间。
5.一种数据处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.获取所有溶解氧传感器的第一电流测量数据和第一温度传感器的第一温度数据；
S2.基于所述第一温度数据，将所述第一电流测量数据输入到预设的温度补偿电流模型中，以获得第二电流测量数据；
S3.根据所述第二电流测量数据获得对应的第一溶解氧测量数据；
S4.根据所述第一溶解氧测量数据计算经过温度补偿后的溶解氧精确值；
S5.获取所有PH传感器的电压测量数据和第二温度传感器的第二温度数据；
S6.将所述电压测量数据和所述第二温度数据输入到预设的温度补偿PH计算模型中，以获得第一PH测量数据；
S7.根据所述第一PH测量数据计算经过温度补偿后的精确PH值。
6.根据权利要求5所述的数据处理方法，其特征在于，步骤S4中的具体步骤包括：
S41.对所述第一溶解氧测量数据进行检验以去除失效的第一溶解氧测量数据，获得有效的第一溶解氧测量数据；
S42.根据所述有效的第一溶解氧测量数据计算得到所述溶解氧精确值。
7.根据权利要求5所述的数据处理方法，其特征在于，步骤S7中的具体步骤包括：
S71.对所述第一PH测量数据进行检验以去除失效的第一PH测量数据，获得有效的第一PH测量数据；
S72.根据所述有效的第一PH测量数据计算得到所述精确PH值。
8.根据权利要求6所述的数据处理方法，其特征在于，步骤S42中的具体步骤包括：
S421.根据所述有效的第一溶解氧测量数据，计算对应的溶解氧传感器的第一加权因子；
S422.根据所述第一加权因子计算所述溶解氧精确值。
9.根据权利要求7所述的数据处理方法，其特征在于，步骤S72中的具体步骤包括：
S721.根据所述有效的第一PH测量数据，计算对应的PH传感器的第二加权因子；
S722.根据所述第二加权因子计算所述精确PH值。
10.一种检测系统，其特征在于，包括权利要求1-4中的任一项所述的水质检测装置和处理器，所述处理器用于接收所述水质检测装置发送的数据并用于执行如权利要求5-9中的任一项所述数据处理方法中的步骤。
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