CN1566958A - 一种多参数水质监测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多参数水质监测方法及装置，同时在线采用离子敏电极检测钠离子、亚硝态氮、氨、硫化氢、EC、和pH值，采用传感器检测温度、溶解氧、和水浊度，检测到的电压信号由电信号跟踪电路调理，使它所通过信号放大电路放大后，成为同一数量级的模拟信号，模拟信号经A/D转换电路转变为数字信号，数字信号进入单片机处理器进行数据处理，进行水产养殖知识库，进行智能分析、推理及评估，传送至液晶显示屏显示。本发明可以同时在线检测环境水质多项理化指标，并可以即时自动对水质的水产养殖适性进行智能分析、判断、给出评估结论，携带方便，操作简单，检测快速，成本低廉。

Description

一种多参数水质监测方法及装置

技术领域

本发明涉及对水质进行监测的方法和装置，特别是用于对水产养殖的淡水水域水质主要理化参数同时在线检测并且给予智能水产养殖适性评估的检测方法与检测装置。

背景技术

随着工农业生产的发展和人民生活水平的提高，我国江河湖堰等淡水水域均遭受不同程度的污染，给水产养殖业带来很大的影响。有必要随时随地对养殖水域的水质进行检测、监控，以保证水产养殖业的正常进行。

通常环境水质的检测须现场采集水样，送实验室用质谱仪、色谱仪或者化学分析的方法一一测定。这样检测的数据精度无疑很高，但其项目单一，费时费力，不能当场完成，成本较高。也可以采用电极直接插入水样的检测方法，电极的电性能随着水质理化性能的变化而变化，不同的理化参数需采用不同的电极分别检测，仍然不够方便。现有一些电极式水质速测仪大多只能检测单项指标，而且不可能根据检测数据直接在线分析水质，进行有关水产养殖迁性的自动评估。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的、集水质多种参数同时在线检测和智能分析、评估为一体的水质监测方法以及与此相适应的便携式水质检测装置。

本发明的水质监测方法的流程是：同时在线采用离子敏电极检测钠离子、亚硝态氮、氨、硫化氢、EC、和PH值，采用传感器检测溶解氧、温度和水浊度。电极(除EC电极外)以及溶氧计的检测电压信号由电信号跟踪电路进行信号跟踪，信号放大电路参照各响应特征，选用不同的放大倍数进行信号放大，以便成为同一数量级的模拟信号。模拟信号经A/D转换电路转变为数字信号。数字信号进入单片机处理器进行数据处理。数据处理之一是调用可编程存储器(EPROM)内固化的系数调整公式： $\mathrm{\α}=\frac{Y_h-Y_l}{V_{\max }-V_{\min }},$ 计算各项检测数据(V_max、V_min为各电极的响应电压的上、下限值，Y_h、Y_l为相应的检测标准电压的上、下极限值)，计算结果送液晶显示器同时显示。数据处理之二是通过EPROM中嵌入的水产养殖知识库，进行智能分析、推理及评估，评估结果在各项检测结果显示后，再传送至液晶显示器同时显示。数字信号也可由单片机处理器通过通信接口，传送至远端计算机进行数据处理。

本发明的水质检测装置由离子敏电极、传感器、信号跟踪器、信号放大器、A/D转换器、单片机处理器、EPROM、液晶显示器、通讯接口以及直流电源等组成，其中离子敏电极为钠离子、亚硝态氮、氨(NH₃)、硫化氢(H₂S)以及EC、PH电极，各电极除EC外须附加甘汞参比电极，传感器为溶氧计(O₂)、浊度计和温度传感器。信号跟踪器采用高阻抗运算放大器(≥1TΩ)，既可对高内阻电极(≥10MΩ)检测信号电压进行跟踪(EC电极、溶氧计除外)，也可对中内阻电极(≥1MΩ且＜10MΩ)检测信号电压进行跟踪，同时可增强信号的抗干扰性。信号放大器为通用信号放大器。A/D转换器为16路，单片处理器为16位。根据淡水养殖的主要种类，如鲤、鲫、鲢、草、鳗、罗非、团头等鱼类以及中国对虾、罗氏虾、河蟹等水质的要求，选择PH值、溶解氧、水温、盐度以及氨、亚硝酸盐、硫化氢等分析指标，建立分析指标与水产养殖的相关性数据模型，采用径向基函数网络给予学习并形成水产养殖知识库，再用C语言编程，将其实现并固化于EPROM中，成为嵌入式水产养殖知识库，供单片机处理调用，嵌入式水产养殖知识库包括：引导模块、主控模块、系数调整模块、推理机模块、显示模块和通信模块组成。液晶显示器先同时显示各项检测结果，1分钟后再显示总体评估结论。通讯接口供远程传输、数据共享使用。除电极、传感器外，所有元器件封装于便携式小盒内。

本发明的一个特点是，可以同时在线检测环境水质多项理化指标，并可以即时自动对水质的水产养殖适性进行智能分析、判断、给出评估结论。本发明的另一个特点是携带方便，操作简单，检测快速，成本低廉。本发明可广泛用于水产养殖和环境保护对水质主要参数指标现场检测以及综合评估的场合。

附图说明

图1为本发明的检测方法流程图。

图2为本发明检测装置的电原理框图。

图中，1为信号跟踪器，2为信号放大器，3为A/D转换器，4为液晶显示器，5为单片机处理器，6为通信接口，7为可编程存储器(EPROM)，8为钠电极，9为氨电极，10为硫化氢电极，11为亚硝态氮电极，12为PH电极，13为EC电极，14为溶氧计，15为浊度计，16为温度传感器，17为直流电源1，18为甘汞参比电极，19为直流电源2。

具体实施方式

参见图1、图2。

本发明信号跟踪器1采用运算放大器CA3140(A)，信号放大器2采用OP07，A/D转换器采3用ADC0816，单片机处理器5采用8031，通讯接口6采用RS485串口，直流电源1为5V，直流电源2为±15V，工作温度为0~50℃，装置外形尺寸50cm×20cm×20cm。

采用PH电极、EC电极、硫化氢、氨、钠、亚硝态氮离子敏电极、甘汞参比电极和溶氧计、浊度计、温度传感器；对环境水质进行在线检测，具体检测指标见下表：

电极名称	检测精度	响应时间
			PH	≤±0.036	≤30秒
EC	≤1.3％	≤30秒
			温度	≤±1-C	≤15秒
浊度	≤±5％	≤20秒
			溶氧	≤±3％	≤60秒
亚硝态氮	≤±5％	≤50秒
			钠	≤±3％	＜180秒
硫化氢	≤±5％	≤120秒
			氨	≤±5％	≤90秒

根据水产养殖的机理与经验，选择水质的重要指标PH值；水产养殖动物的生命要素溶解氧；影响水产动物生长的水温、盐度；以及水产养殖水域中存在的有害物质氨、亚硝酸盐和硫化氢作为分析指标，根据鱼类生长对环境水质的要求，建立以上指标与水产动物生长间的相关关系模型，采用径向基函数网络予以学习，用C语言编程实现并固化于EPROM中实现嵌入式水产养殖知识库。系统根据PH电极、EC电极、硫化氢、氨、钠、亚硝态氮离子敏电极和溶氧计、浊度计、温度传感器的检测值进行推理，并将结果送至液晶显示器显示。

举例如下：

(1)当水质检测值分别为：PH：7.0，溶氧：5.5mg/L，氨：0.27mg/L，亚硝态氮：2.4mg/L，硫化氢：0.08mg/L时，系统显示结果为：该水质最适合养殖鲢鱼；

(2)当水质检测值分别为：PH：8.0，溶氧：8.0mg/L，氨：0.02mg/L，亚硝态氮：0.20mg/L，硫化氢：0.08mg/L时，系统显示结果为：该水质适合养殖鲤鱼、鲢鱼、草鱼、中国对虾和罗非鱼等品种。

Claims (3)

1、一种多参数水质监测方法，其特征在于：同时在线采用离子敏电极检测钠离子、亚硝态氮、氨、硫化氢、EC、和PH值，采用传感器检测温度、溶解氧、和水浊度，检测到的电压信号由电信号跟踪电路调理，使它所通过信号放大电路放大后，成为同一数量级的模拟信号，模拟信号经A/D转换电路转变为数字信号，数字信号进入单片机处理器进行数据处理，处理之一是调用可编程存储器EPROM内固化的系数调整公式计算各项检测数据，计算结果送液晶显示器同时显示，处理之二是通过EPROM中嵌入的水产养殖知识库，进行智能分析、推理及评估，评估结果在各项检测结果显示后，再传送至液晶显示屏显示，数字信号也可由单片机处理器通过通信接口，传送至远端计算机进行数据处理。

2、根据权利要求1所述的多参数水质监测方法，其特征在于所述的系数调整公式： $\mathrm{\α}=\frac{Y_h-Y_l}{V_{\max }-V_{\min }},$ 计算各项检测数据，V_max、V_min为各电极的响应电压的上、下限值，Y_h、Y_l为相应的检测标准电压的上、下极限值。

3、一种多参数水质监测装置，其特征在于由离子敏电极、传感器、信号跟踪器、信号放大器、A/D转换器、单片机处理器、EPROM、液晶显示器、通讯接口以及直流电源组成，其中钠离子、亚硝态氮、氨、硫化氢，以及EC、PH电极为离子敏电极，甘泵参比电极配合除EC外的其他电极使用，传感器包括溶氧计、浊度计和温度传感器，信号跟踪器采用高阻抗运算放大器，A/D转换器为16路，单片处理器为16位，EPROM中固化有系数调整公式和嵌入式的水产养殖知识库，供单片机处理器调用，嵌入式水产养殖知识库包括：引导模块、主控模块、系数调整模块、推理机模块、显示模块和通信模块组成，液晶显示器先同时显示各项检测结果，一分钟后再显示总体评估结论。

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