CN117647489A - 一种水质检测方法、装置及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种水质检测方法、装置及设备。所述方法包括：获取待测样品流经预设吸收池的周期性信号；所述周期性信号包括直流信号和交流信号；利用预设电路对所述周期性信号进行处理，得到直流信号的低频信号；根据所述直流信号的低频信号和预设化学需氧量标准曲线，得到待测样品的化学需氧量浓度值。本发明通过获取待测样品流经预设吸收池的周期性信号，并对该周期性信号进行处理，得到与化学需氧量浓度值相关的直流信号的低频信号，进而计算得到待测样品的化学需氧量浓度值，解决了由于化学需氧量传感器窗口污染带来的测量数据不连续的问题，具有准确性高和方法操作简单的优点。
Description
技术领域
本发明涉及水质检测技术领域，还涉及一种水质检测方法、装置及设备。
背景技术
许多溶解于水中的有机物对紫外光具有吸收作用。因此，通过测量这些有机物对254nm波长紫外光的吸收程度，可以准确测量水中溶解的有机污染物的含量。智能型化学需氧量传感器采用两路光源，一路紫外光用于测量水中化学需氧量含量，一路参比光用于测量水体浊度，另外通过特定算法对光路衰减进行补偿并可在一定程度上消除颗粒状悬浮物杂质的干扰，从而实现更加稳定可靠的测量。
但因为废水中存在各类污染物质，长期使用会附着在光路上，或者滋生微生物，污染化学需氧量传感器的窗口，导致光的漫射、散射和吸收，也可能导致吸光度的增大，进而影响化学需氧量测量的准确性和精确性。针对窗口污染的补偿，当前大多采取清洁毛刷进行往复运动等清洁方式。窗口清洁后容易引起前后数据差别大，无可比性等问题，影响对测量数据连续性的分析，不能根据数据对化学需氧量污染情况进行持续跟踪，进而丧失在线监测的意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种水质检测方法、装置及设备，以解决现有化学需氧量传感器的窗口被污染后影响测量数据准确性的问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
本发明的第一个方面，提供了一种水质检测方法，包括：
获取待测样品流经预设吸收池的周期性信号；所述周期性信号包括直流信号和交流信号；
利用预设电路对所述周期性信号进行处理，得到直流信号的低频信号；
根据所述直流信号的低频信号和预设化学需氧量标准曲线，得到待测样品的化学需氧量浓度值。
可选的，所述预设吸收池包括：
获取内装有电源的第一石英筒、内装有探测器的第二石英筒、待测样品；所述第一石英筒和所述第二石英筒按照相同的频率和方向连续旋转，且所述第一石英筒和所述第二石英筒之间形成的空间为预设样品池；
所述待测样品流经所述预设样品池，得到预设吸收池。
可选的，获取待测样品流经预设吸收池的周期性信号，包括：
利用所述探测器对所述预设吸收池进行检测，得到周期性信号。
可选的，所述预设电路包括光敏电阻和与所述光敏电阻电连接的滤波器。
可选的，所述预设电路包括：电源Vcc、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、电容器C，其中，
所述第一电阻R1的一端与所述电源Vcc电连接，另一端与所述第二电阻R2的一端电连接，所述第二电阻R2的另一端接地；
所述第一电阻R1与所述第二电阻R2之间电连接有第三电阻R3，所述第三电阻R3与所述电容器C的一端电连接，所述电容器C的另一端接地，所述第三电阻R3与所述电容器C之间连接有输出端V。
可选的，利用预设电路对所述周期性信号进行处理，得到直流信号的低频信号，包括：
利用公式b=asin(wt)+d对所述周期性信号进行处理，得到低频信号；
根据预设电路对所述低频信号进行过滤，得到直流信号的低频信号；
其中，b是低频信号，a是振幅，w是频率，t是时间，d是垂向位移。
可选的，根据所述直流信号的低频信号和预设化学需氧量标准曲线，得到待测样品的化学需氧量浓度值，包括：
根据所述直流信号的低频信号，得到吸光度值；
根据所述吸光度值，对预设化学需氧量标准曲线进行查找，得到对应的待测样品的化学需氧量浓度值。
本发明的第二个方面，提供了一种水质检测装置，包括：
获取模块，用于获取待测样品流经预设吸收池的周期性信号；所述周期性信号包括直流信号和交流信号；
处理模块，用于利用预设电路对所述周期性信号进行处理，得到直流信号的低频信号；
计算模块，用于根据所述直流信号的低频信号和预设化学需氧量标准曲线，得到待测样品的化学需氧量浓度值。
本发明的第三个方面，提供了一种计算设备，包括：处理器、存储有计算机程序的存储器，所述计算机程序被处理器运行时，执行如第一个方面所述的方法。
本发明的第四个方面，提供了一种计算机可读存储介质，存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行如第一个方面所述的方法。
本发明的上述方案至少包括以下有益效果：
本发明的上述方案，通过获取待测样品流经预设吸收池的周期性信号，并对该周期性信号进行处理，得到与化学需氧量浓度值相关的直流信号的低频信号，进而计算得到待测样品的化学需氧量浓度值，解决了由于化学需氧量传感器窗口污染带来的测量数据不连续的问题，具有准确性高和方法操作简单的优点。
附图说明
图1是本发明实施例中的水质检测方法的流程示意图；
图2是本发明实施例中的石英筒旋转角度为0度的示意图；
图3是本发明实施例中的石英筒旋转角度为90度的示意图；
图4是本发明实施例中的石英筒旋转角度为180度的示意图；
图5是本发明实施例中的石英筒旋转角度为270度的示意图；
图6是本发明实施例中的预设电路的示意图；
图7是本发明实施例中的预设化学需氧量标准曲线；
图8是本发明实施例中的水质检测装置的结构示意图。
附图标记说明：21-第一石英筒，22-第二石英筒，23-圆形腔室，24-电源，25-探测器，26-第一切线，27-第二切线,28-距离d。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
如图1所示，本发明的实施例提出一种水质检测方法，包括以下步骤：
步骤11，获取待测样品流经预设吸收池的周期性信号；所述周期性信号包括直流信号和交流信号；
步骤12，利用预设电路对所述周期性信号进行处理，得到直流信号的低频信号；
步骤13，根据所述直流信号的低频信号和预设化学需氧量标准曲线，得到待测样品的化学需氧量浓度值。
本发明实施例提出的水质检测方法，通过获取待测样品流经预设吸收池的周期性信号，并对该周期性信号进行处理，得到与化学需氧量浓度值相关的直流信号的低频信号，进而计算得到待测样品的化学需氧量浓度值，解决了由于化学需氧量传感器窗口污染带来的测量数据不连续的问题，具有准确性高和方法操作简单的优点。
其中，待测样品可以是待检测的水样。
本发明的一可选实施例中，所述预设吸收池包括：
获取内装有电源的第一石英筒、内装有探测器的第二石英筒、待测样品；所述第一石英筒和所述第二石英筒按照相同的频率和方向连续旋转，且所述第一石英筒和所述第二石英筒之间形成的空间为预设样品池；
所述待测样品流经所述预设样品池，得到预设吸收池。
本发明的一可选实施例中，步骤11包括：
利用所述探测器对所述预设吸收池进行检测，得到周期性信号。
具体的，如图2所示，将两个半径相同的石英筒分别放置在半径相同且半径大于石英筒的圆形腔室23内，一个石英筒内装有电源24，作为第一石英筒21，另一个石英筒内装有探测器25，作为第二石英筒22，圆形腔室23的半径大于石英筒的半径，且两个圆形腔室23的距离固定，圆形腔室与石英筒的圆心不重合；两个石英筒在圆形腔室23内按照相同的频率、同时顺时针连续旋转，如图2至图5所示，两个石英筒的旋转角度θ分别为0度、90度、180度、270度和360度（因两个石英筒的旋转角度为360度时，石英筒的位置与0度时的位置相同，因此图2也可看做是两个石英筒的旋转角度为360度），从而产生一个同频率变化的周期性信号，两个石英筒之间形成一个长度周期性变化的空间，作为预设样品池，让待测样品（如邻苯二甲酸氢钾标准溶液，每克邻苯二甲酸氢钾的理论化学耗氧量为1.176g）流经所述预设样品池，作为预设吸收池。石英筒内的探测器随着吸收池吸收光径的周期性变化，可以检测得到一个同频率变化的周期性信号。如图2至图5所示，第一石英筒21右侧的第一切线26与第二石英筒22左侧的第二切线27之间的距离d28（可称作吸收光径）分别为d1、d2、d3、d4、d5（因两个石英筒的旋转角度为360度时，石英筒的位置与0度时的位置相同，因此图2也可看做是两个石英筒的旋转角度为360度时的距离）。
本发明的一可选实施例中，如图6所示，所述预设电路可以包括电容器和低通滤波器，输入信号经过电容器，输出为直流信号至低通滤波器，低通滤波器输出直流低频信号。
本发明的一可选实施例中，所述预设电路包括光敏电阻和与所述光敏电阻电连接的滤波器。
具体的，所述预设电路可以包括：电源Vcc、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、电容器C，其中，
所述第一电阻R1的一端与所述电源Vcc电连接，另一端与所述第二电阻R2的一端电连接，所述第二电阻R2的另一端接地；
所述第一电阻R1与所述第二电阻R2之间电连接有第三电阻R3，所述第三电阻R3与所述电容器C的一端电连接，所述电容器C的另一端接地，所述第三电阻R3与所述电容器C之间连接有输出端V。
其中，第一电阻R1与第二电阻R2构成一个电压分压器，第三电阻R3和电容器C构成一个低通滤波器，通过调整第三电阻R3和电容器C的数值，可以控制滤波器的截止频率，从而只保留低频信号。
本发明的一可选实施例中，步骤12包括：
步骤121，利用公式b=asin(wt)+d对所述周期性信号进行处理，得到低频信号；
步骤122，根据预设电路对所述低频信号进行过滤，得到直流信号的低频信号；
其中，b是低频信号，a是振幅，w是频率，t是时间，d是垂向位移。
这里，周期性信号里包含着直流信号和交流信号，只有直流信号与化学需氧量浓度有关，因此，首先利用公式对周期性信号进行处理得到低频信号，再利用光敏电阻和滤波器的组合形成的电路进行过滤，得到直流信号的低频信号，同时，也消除了因光源强度变化及化学需氧量传感器灵敏度长期操作情况下变化而可能导致的读数误差，提高了测量数据的准确性。
本发明的一可选实施例中，步骤13包括：
步骤131，根据所述直流信号的低频信号，得到吸光度值；
步骤132，根据所述吸光度值，对预设化学需氧量标准曲线进行查找，得到对应的待测样品的化学需氧量浓度值。
需要说明的是，直流信号的低频信号即是吸光度值。如图7所示的一个预设化学需氧量标准曲线，图中的横轴代表吸光度值，纵轴代表化学需氧量浓度值，已知吸光度值，因此，可以通过查询预设化学需氧量标准曲线得到对应的化学需氧量浓度值。
本发明实施例的水质检测方法的一个具体实施例是：
据朗伯比尔定律，溶液的吸光度与溶液的浓度和液层厚度成正比。公式为：A=Kcb。其中，A为吸光度，K为摩尔吸光系数，它与吸收物质的性质及入射光的波长λ有关，c为吸光物质的浓度,单位为mol/L，b为吸收层厚度，单位为cm。假设b随着时间正弦变化，即：b=asin(wt)+d，其中，a是振幅，w是频率,w=2π/T，d为常数，t是时间，b为自变量（低频信号）,d是垂向位移，
在某一段时间内，假设浓度是固定不变的，但浓度未知，经运算得：
lgA=lgK+lgc+lg[asin(wt)+d]
上式中：K是常数，所以，上式中lgA的值只与溶液浓度c和液层厚度b（周期t）有关。
在信号检测中，吸光物质的浓度c和吸收层厚度b表现为一个直流信号和一个交流信号。在电路中可以根据要求过滤直流信号或交流信号，因此，借助电路可以获得需要的直流信号或交流信号。
在实际过程中，系统检测到的信号中不仅仅包括理论分析中因浓度引起的直流信号和因吸收池吸收光程周期性变化引起的交流信号，还包括因窗口污染、光源强度波动和系统精度引起的不规则变化的信号，但信号中的直流信号只与化学需氧量浓度有关，因此用电路在检测信号中过滤出直流信号，此直流信号与化学需氧量浓度有关。
首先，利用距离调制技术，设计吸收光径可周期变化的吸收池。如图2所示，采用两个偏心的石英筒，一个内装有光源，另一个内装有探测器，两个石英筒按照相同的频率连续旋转。两个石英筒之间就形成了长度周期性变化的空间，让样品（指待测定化学需氧量浓度数值的溶液，如邻苯二甲酸氢钾标准溶液，每克邻苯二甲酸氢钾的理论化学耗氧量为1.176g）流经此空间，该空间就形成了吸收池，在探测器一端检测到的信号也随着吸收池吸收光径（即图2至图5中的第一切线与第二切线之间的距离d（或者说垂向位移））的周期性变化，而得到一个同频率变化的周期性信号，周期性信号可以用正弦函数b(t)=asin(wt)+d表示。
周期性变化的信号里包含着直流信号和交流信号。直流信号与化学需氧量浓度有关。交流信号与周期性变化的吸收光径和化学需氧量传感器的窗口污染引起的信号有关。
如图6所示，利用模拟电路消除高频信号，保留低频信号，模拟电路可以是使用一个光敏电阻（光敏电阻器）和滤波器的组合。第一电阻R1与第二电阻R2构成一个电压分压器，Vout是输出信号，光敏电阻的阻值随光照强度的变化而变化。通过合理选择光敏电阻的特性，在低频范围内对光强度的变化敏感，而对高频噪声不敏感；在光敏电阻的输出信号Vout后面添加一个低通滤波器，以去除高频噪声，第三电阻R3与电容器C构成一个低通滤波器，通过调整R3和C的数值，控制滤波器的截止频率，只保留低频信号。此电路可以通过控制光敏电阻的阻值，以及通过滤波器限制高频噪声来实现。
或者可以使用电子元器件包括低通滤波器、高通滤波器、频率调节器、比较器和减法器等消除高频信号。频率调节器用于调节吸收池吸收光径变化的频率；比较器用于比较检测后的信号于参比电压比较，在由比较后的信号进行补偿。减法器用于浊度的补偿，经减法器计算后的信号只与浊度有关。根据标准曲线可计算化学需氧量值。具体的，电子元器件主要包括电阻、电容、电感、二极管、三极管等。其中，电阻是电路中最基本的元器件之一，用来限制电流的流动。电阻有固定电阻和可变电阻两种类型。电容能够储存电荷的元器件，具有障碍电流、隔直通交等特性。电感对电感产生磁场的元器件，可以过滤特定频率的交流信号。二极管只能在一个方向上导电的元器件，相当于电路中的开关。三极管（晶体管）能够控制大电流和电压的半导体元器件，一般用于放大和开关电路。
利用上述电路能够消除因光源强度变化及系统灵敏度长期操作情况下变化而可能导致的读数误差。采用吸收光径周期性变化的吸收池后，即使吸收池因为污染严重而大量削弱光强强度，只要能有微弱的光通过吸收池依然能保证仪器的正常工作。
然后，绘制预设化学需氧量标准曲线。准备一组已知浓度的标准溶液，这些标准溶液的浓度应覆盖待测水样的浓度范围，如一组标准溶液的浓度为0、1 mg/L、2 mg/L、3 mg/L、4 mg/L、5 mg/L，待测水样的浓度范围为2 mg/L至4 mg/L。使用化学需氧量分析试剂将每个标准溶液与试剂反应，产生显色反应。在分光光度计上，以试剂空白为参比液，分别测量各浓度标准溶液的吸光度值。制作高量程标准系列化学需氧量浓度值对应测定的吸光值相对应的校准曲线，同样，使用低范围标准系列，使用溶液每个系列化学需氧量校准曲线的浓度值对应于其测定的吸光值，制作低量程。将吸光度值和对应的化学需氧量浓度值绘制在坐标纸上，或者使用软件进行绘制，即可得到一个预设化学需氧量标准曲线，如图7所示。
直流信号的低频信号即是吸光度值，因此，可以通过查找预设化学需氧量标准曲线中与吸光度值对应的化学需氧量浓度值，得到待测样品的化学需氧量浓度值。
如图8所示，本发明的实施例提出一种水质检测装置100，包括：
获取模块101，用于获取待测样品流经预设吸收池的周期性信号；所述周期性信号包括直流信号和交流信号；
处理模块102，用于利用预设电路对所述周期性信号进行处理，得到直流信号的低频信号；
计算模块103，用于根据所述直流信号的低频信号和预设化学需氧量标准曲线，得到待测样品的化学需氧量浓度值。
可选的，所述预设吸收池包括：
获取内装有电源的第一石英筒、内装有探测器的第二石英筒、待测样品；所述第一石英筒和所述第二石英筒按照相同的频率和方向连续旋转，且所述第一石英筒和所述第二石英筒之间形成的空间为预设样品池；
所述待测样品流经所述预设样品池，得到预设吸收池。
可选的，获取待测样品流经预设吸收池的周期性信号，包括：
利用所述探测器对所述预设吸收池进行检测，得到周期性信号。
可选的，所述预设电路包括光敏电阻和与所述光敏电阻电连接的滤波器。
可选的，所述预设电路包括：电源Vcc、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、电容器C，其中，
所述第一电阻R1的一端与所述电源Vcc电连接，另一端与所述第二电阻R2的一端电连接，所述第二电阻R2的另一端接地；
所述第一电阻R1与所述第二电阻R2之间电连接有第三电阻R3，所述第三电阻R3与所述电容器C的一端电连接，所述电容器C的另一端接地，所述第三电阻R3与所述电容器C之间连接有输出端V。
可选的，利用预设电路对所述周期性信号进行处理，得到直流信号的低频信号，包括：
利用公式b=asin(wt)+d对所述周期性信号进行处理，得到低频信号；
根据预设电路对所述低频信号进行过滤，得到直流信号的低频信号；
其中，b是低频信号，a是振幅，w是频率，t是时间，d是垂向位移。
可选的，根据所述直流信号的低频信号和预设化学需氧量标准曲线，得到待测样品的化学需氧量浓度值，包括：
根据所述直流信号的低频信号，得到吸光度值；
根据所述吸光度值，对预设化学需氧量标准曲线进行查找，得到对应的待测样品的化学需氧量浓度值。
本发明实施例提出的水质检测装置，通过获取待测样品流经预设吸收池的周期性信号，并对该周期性信号进行处理，得到与化学需氧量浓度值相关的直流信号的低频信号，进而计算得到待测样品的化学需氧量浓度值，解决了由于化学需氧量传感器窗口污染带来的测量数据不连续的问题，具有准确性高和装置结构简单的优点。
需要说明的是，该装置是与上述方法对应的装置，上述方法实施例中的所有实现方式均适用于该装置的实施例中，也能达到相同的技术效果。本实施例中不再赘述。
本发明实施例还提供一种计算设备，包括：处理器、存储有计算机程序的存储器，所述计算机程序被处理器运行时，执行如上述实施例中任一项所述的方法。上述方法实施例中的所有实现方式均适用于该装置的实施例中，也能达到相同的技术效果。本实施例中不再赘述。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行如上述实施例中任一项所述的方法。上述方法实施例中的所有实现方式均适用于该装置的实施例中，也能达到相同的技术效果。本实施例中不再赘述。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种水质检测方法，其特征在于，包括：
获取待测样品流经预设吸收池的周期性信号；所述周期性信号包括直流信号和交流信号；
利用预设电路对所述周期性信号进行处理，得到直流信号的低频信号；
根据所述直流信号的低频信号和预设化学需氧量标准曲线，得到待测样品的化学需氧量浓度值。
2.根据权利要求1所述的水质检测方法，其特征在于，所述预设吸收池包括：
获取内装有电源的第一石英筒、内装有探测器的第二石英筒、待测样品；所述第一石英筒和所述第二石英筒按照相同的频率和方向连续旋转，且所述第一石英筒和所述第二石英筒之间形成的空间为预设样品池；
所述待测样品流经所述预设样品池，得到预设吸收池。
3.根据权利要求2所述的水质检测方法，其特征在于，获取待测样品流经预设吸收池的周期性信号，包括：
利用所述探测器对所述预设吸收池进行检测，得到周期性信号。
4.根据权利要求1所述的水质检测方法，其特征在于，所述预设电路包括光敏电阻和与所述光敏电阻电连接的滤波器。
5.根据权利要求4所述的水质检测方法，其特征在于，所述预设电路包括：电源（Vcc）、第一电阻（R1）、第二电阻（R2）、第三电阻（R3）、电容器（C），其中，
所述第一电阻（R1）的一端与所述电源（Vcc）电连接，另一端与所述第二电阻（R2）的一端电连接，所述第二电阻（R2）的另一端接地；
所述第一电阻（R1）与所述第二电阻（R2）之间电连接有第三电阻（R3），所述第三电阻（R3）与所述电容器（C）的一端电连接，所述电容器（C）的另一端接地，所述第三电阻（R3）与所述电容器（C）之间连接有输出端（V）。
6.根据权利要求1所述的水质检测方法，其特征在于，利用预设电路对所述周期性信号进行处理，得到直流信号的低频信号，包括：
利用公式b=asin(wt)+d对所述周期性信号进行处理，得到低频信号；
根据预设电路对所述低频信号进行过滤，得到直流信号的低频信号；
其中，b是低频信号，a是振幅，w是频率，t是时间，d是垂向位移。
7.根据权利要求1所述的水质检测方法，其特征在于，根据所述直流信号的低频信号和预设化学需氧量标准曲线，得到待测样品的化学需氧量浓度值，包括：
根据所述直流信号的低频信号，得到吸光度值；
根据所述吸光度值，对预设化学需氧量标准曲线进行查找，得到对应的待测样品的化学需氧量浓度值。
8.一种水质检测装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取待测样品流经预设吸收池的周期性信号；所述周期性信号包括直流信号和交流信号；
处理模块，用于利用预设电路对所述周期性信号进行处理，得到直流信号的低频信号；
计算模块，用于根据所述直流信号的低频信号和预设化学需氧量标准曲线，得到待测样品的化学需氧量浓度值。
9.一种计算设备，其特征在于，包括：处理器、存储有计算机程序的存储器，所述计算机程序被处理器运行时，执行如权利要求1至7任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1至7任一项所述的方法。
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