阅读说明：本技术 一种在线式同时检测低浊和高浊的方法与系统 (method and system for online simultaneous detection of low turbidity and high turbidity ) 是由 孙琳 刘瑞杰 肖才斌 顾毅康 于 2019-10-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种在线式同时检测低浊和高浊的方法与系统,包含检测池单元、光学系统单元、软件计算处理数据单元。光学单元包含两个测试通道,一个测试通道用来进行散射测试,一个测试通道用来进行透射测试,两个测试通道包含一个发光元件,两个感光元件,光学系统单元内发光元件与散射感光元件在电路板上以非直线角度进行安装,透射感光元件安装在发光元件的直线对面位置,分别用来进行散射和透射测试；当光学单元对水样进行测试时,会同时对水样进行散射测试和透射测试；设置散射信号阈值,光强度阈值,多级散射电流,多级透射电流,散射、透射电流切换对水样浊度进行测试。本发明可以优化我国水体环境浊度监测的实际需求。(The invention discloses an method and a system for online simultaneous detection of low turbidity and high turbidity, which comprises a detection cell unit, an optical system unit and a software calculation processing data unit, wherein the optical unit comprises two test channels, test channels are used for performing scattering test, test channels are used for performing transmission test, the two test channels comprise light-emitting elements and two photosensitive elements, the light-emitting elements and the scattering photosensitive elements in the optical system unit are arranged on a circuit board at non-linear angles, the transmission photosensitive elements are arranged at positions opposite to the straight lines of the light-emitting elements and are respectively used for performing scattering test and transmission test, when the optical unit tests a water sample, the optical unit simultaneously performs scattering test and transmission test on the water sample, and sets scattering signal threshold values, light intensity threshold values, multi-stage scattering current, multi-stage transmission current, scattering and transmission current switching to test the turbidity of the water sample.)

一种在线式同时检测低浊和高浊的方法与系统

技术领域

本发明涉及领域检测领域，尤其涉及一种在线式同时检测低浊和高浊的方法与系统。

背景技术

浊度不仅仅是表征水质最重要的物理外观指标，还意味着水中含有各种有毒有害物质的含量，所以精确测量水中的浊度至关重要。

水作为生命之源直接关系到人的健康状况与工业生产质量，但水质的监测并非易事，在实际监测过程中衡量水质的指标非常多，而浊度正是衡量水质状况的重要指标之一，自来水厂从污染较少的地方远距离引水，虽然水质有所改善，但提高了制水成本，而且随着季节(潮汐河流)和气相不同，即使同一水源地的水也会有很大的浊度差别，为了使引进的水源水符合国家要求，必须对进水质进行严格的检测；自来水公司将未经处理的大量滤池反冲洗废水和沉淀池排泥水直接排入江河，不仅导致航道淤积，还对水体环境造成一定程度的负面影响，所以必须对污水进行处理再进行排放；前面所讲述的这两种情况下均需要投入大量的人力物力对水质浊度进行严格的检测。

常用浊度测定方法有分光光度法、目视比浊法、浊度计法。目视法控制水样浊度，误差较大。目前，浊度的测量均以光学方法为基础，测量比较复杂，浊度不仅与悬浮物有关，还与水中杂质的成分，颗粒大小及水的色度有关。透射光式浊度仪的原理简单，仪器设计也比较简单，采用透射式测量可以获得更大的浊度范围，但容易受水样本体颜色影响准确性，适用高浊水样的测量，但是测试低浊度水样时，由于大部分光直接透射了，微小的浊度变化是相当小的，误差会比较大；散射式浊度仪适用于浊度比较低的水样，散射光强度与水样浊度成正比。所以目前有关浊度的测量都存在信号的稳定性差，有效性及精确度低，量程小，误差大，稳定性低的现象，使得测量变得十分困难，实际应用中无法达到工程上的需要。

发明内容

1、本发明的目的

本发明提供一种在线式的可以同时监测低浊和高浊的方法与系统，综合散射和透射的优点，利用硬件结构设计和特性结合软件方法，只用一个红外灯可以实现1-10000NTU的全量程范围测量，该装置结构简单，与客户控制器连接后，以4-20MA电流信号输出，使用简单、灵敏度准确度高，根据实际水样，自动切换测试通道。

2、本发明所采用的技术方案

本发明公开了一种在线式同时检测低浊和高浊的系统，包含检测池单元、光学系统单元、软件计算处理数据单元。光学单元包含两个测试通道，一个测试通道用来进行散射测试，一个测试通道用来进行透射测试，两个测试通道包含一个发光元件，两个感光元件，发光元件与散射感光元件在电路板上以非直线角度进行安装，透射感光元件安装在发光元件的直线对面位置，分别用来进行散射和透射测试；当光学单元对水样进行测试时，会同时对水样进行散射测试和透射测试；设置散射信号阈值m₁，光强度阈值q，软件系统对光学单元测试的散射与透射信号进行读取，分别采用散射电流和透射电流切换，对水样浊度进行测试。

更进一步，光学单元壳体为空腔圆柱体，内部安装光学系统结构，发光元件和透射感光元件在同一对角线上，散射感光元件以非直线角度对应发光元件和透射感光元件。

更进一步，所述的散射电流为两级，透射电流也为两级。

本发明公开了一种在线式同时检测低浊和高浊的方法，按照如下步骤进行测试:

设置散射信号阈值m₁，透过光强_q，K_i,b_i为线性拟合系数，具体测试步骤如下：

步骤1、用散射电流一测试水样散射信号，如果散射信号小于m₁，则用散射电流一代入Y₁＝K₁X₁+b₁计算，X₁由散射电流一下的S_溶液信号/S_di信号得出，S_di信号为出厂内置的散射信号，S_溶液信号为散射电流一条件下测出的散射信号，Y₁为浊度浓度，反之跳转至步骤2；

步骤2、启动散射电流自调节功能调整该水样散射信号，散射信号小于等于m₁时，得到新的散射电流二，用散射电流二代入Y₃＝K₃X₃+b₃计算出散射电流二下的DI的散射信号，发光元件的驱动电流与发光强度是呈正比的，X₃为自调节后的散射电流二，Y₃为散射电流二下的DI散射信号S'_di信号；同时带入关系式Y₁＝K₁X₁+b₁计算浊度，其中X₁为散射电流二下S'_溶液信号/S'_di信号，S'_di信号为Y₃＝K₃X₃+b₃计算出的散射信号，S'_溶液信号为散射电流二条件下测出的散射信号；反之则跳转至步骤3；

步骤3、采用透射电流三测透射信号，如果透过信号大于_q时，用透射电流三测试水样的透过光强，用透射电流三计算出来的吸光度X₂带入关系式Y₂＝K₂X₂+b₂计算浊度，X₂由透射电流三下的-log(T_溶液信号/T_di信号)得出，T_di信号信号为出厂内置的透射信号参数,T_溶液信号是当前透射电流三条件下测得的透射信号参数，Y₂为浊度浓度；反之则跳转至步骤4；

步骤4、启动透射电流自调节功能调整该水样透射光强，如果透过光强大于q，得到新的透射电流四，则用新透射电流四代入Y₄＝K₄X₄+b₄计算出透射电流四下的DI的透过光强T'_di信号X₄为透射电流四的值，Y₄为T'_di信号，T'_溶液信号是当

，前透射电流四条件下测得的透射信号参数，发光元件的驱动电流与发光强度是呈正比的；可以通过-log(T'_溶液信号/T'_di信号)得出透射电流四下水样的吸光度，代入关系式Y₂＝K₂X₂+b₂计算浊度；如果透过光强小于q，则超量程报警。

3、本发明所采用的有益效果

(1)本发明基于散射法和透射法的技术，通过唯一光源进行两通道多电流散射透射测量，判断选择合适的测量通道和测试方法，利用光学结构和硬件特性，找出光学元件与散射和透射信号之间的关系，开发出一种可以同时检测低浊和高浊的方法与系统，在该装置上实现1NTU到10000NTU的浊度浓度范围的自动切换测定，该装置性能稳定、灵敏度高，低端采用多电流散射信号计算，高端采用多电流透射信号计算，准确度均可以控制在±5％以内。通过与客户控制器连接，实时在线传输数据，解决了需要人工24小时检测的困境，亦解决了单台仪器测量范围小的局面。此可用于多个行业的水质浊度监测，更能优化我国水体环境浊度监测的实际需求。

(2)本发明通过透射进行大范围的选定，散射进行精度选定，所以采用多级透射电流和散射电流，实现本发明的测试精度。

附图说明

图1为该装置的光学单元的剖面图；

图2为该装置的光学单元的剖面图；

图3为y＝0.997x+0.68，R²＝0.999的真值与实测值的线性关系图；

图4为y＝0.985x-1.543，R²＝0.998的真值与实测值的线性关系图；

图5为y＝1.044x-37.44，R²＝0.998的真值与实测值的线性关系图；

图6为y＝0.965x+270.3，R²＝0.999的真值与实测值的线性关系图。

具体实施方式

下面结合本发明实例中的附图，对本发明实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。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

下面将结合附图对本发明实例作进一步地详细描述。

实施例1

本装置为一种基于散射与透射原理开发的在线式同时检测低浊和高浊的装置，并运用软件进行数据处理计算与切换。

该装置包含检测池单元、光学系统单元、软件计算处理数据单元。光学单元包含两个测试通道，一个测试通道用来进行散射测试，一个测试通道用来进行透射测试，两个测试通道包含一个发光元件，两个感光元件，真正同时实现了一个光学元件多种功能的测量方法。

光学系统单元发光元件1与散射感光元件2以非直线角度进行安装，透射感光元件3安装在发光元件1的直线对面位置，分别用来进行散射和透射测试；当光学单元对水样进行测试时，会同时对水样进行散射测试和透射测试；

吸光度是随入射光强度和透射光强度比值的对数值变化而变化的。光强度的变化直接影响到光电检测的输出电压，所以在设计中，只要测得试样浊度变化前后的电压值即可求得吸光度值；由于液体中悬浮微粒引起光的散射，散射光的强度与浊度有关；测量散射光强可得到浊度信息。透射的测量范围较大，散射的测量范围较小，通过透射进行大范围的选定，散射进行精度选定，所以采用多级透射电流和散射电流，实现本发明的测试精度。

图1为该装置的光学单元的剖面图，为空腔圆柱体，内腔为发光元件与感光元件安装位置图。发光元件1号位置为950nm红外灯，以确保使样品颜色引起的干扰达到最小，2号位置为散射感光元件，两者呈90度角安装在电路板上，透射感光元件3与发光元件1呈直线安装在电路板上。

图2为该装置的光学单元的剖面图，为空腔圆柱体，内腔为发光元件与感光元件安装位置图。发光元件1号位置为950nm红外灯，2号位置为散射感光元件，两者呈非直线安装在电路板上，透射感光元件3与发光元件1呈直线安装在电路板上。

设置散射信号阈值m₁，透过光强_q，具体测试步骤如下：

在正式运用于实际水体测试之前，水体存在一定程度颜色，但是仍然有浊度，因为实际水体对光强存在吸收，此时电流一下测出的散射信号会比真实的散射信号小，需要通过吸光度对测的散射信号做补偿，还设有补偿步骤F1、预设散射信号阈值m₂，m₂＜m₁，软件系统对光学单元测试的散射与透射信号进行读取，分别采用散射电流一和透射电流三，如计算出透射电流三吸光度大于n₁且散射电流一下的散射信号小于m₂，用透射电流三计算出来的吸光度X₁带入关系式Y₁＝K₁X₁+b₁计算浊度，X₁由散射电流一下的S”_溶液信号/S_di信号得出，S_di信号为出厂内置的散射信号，S”_溶液信号为电流一经过吸光度补偿的散射信号，散射电流一条件下测出的散射信号S_溶液信号，(S”_溶液信号＝S_溶液信号/(T_溶液信号/T_di信号))，Y₁为浊度浓度；反之则跳转至步骤1；

步骤1、用散射电流一测试水样散射信号，如果散射信号小于m₁，则用散射电流一代入Y₁＝K₁X₁+b₁计算，X₁由散射电流一下的S_溶液信号/S_di信号得出，S_di信号为出厂内置的散射信号，S_溶液信号为散射电流一条件下测出的散射信号，Y₁为浊度浓度，反之跳转至步骤2；

步骤2、启动散射电流自调节功能调整该水样散射信号，散射信号小于等于m₁时，得到新的散射电流二，用散射电流二代入Y₃＝K₃X₃+b₃计算出散射电流二下的DI的散射信号，发光元件的驱动电流与发光强度是呈正比的，X₃为自调节后的散射电流二，Y₃为散射电流二下的DI散射信号S'_di信号；同时带入关系式Y₁＝K₁X₁+b₁计算浊度，其中X₁为散射电流二下S'_溶液信号/S'_di信号，S'_di信号为Y₃＝K₃X₃+b₃计算出的散射信号，S'_溶液信号为散射电流二条件下测出的散射信号；反之则跳转至步骤3；

步骤3、采用透射电流三测透射信号，如果透过信号大于_q时，用透射电流三测试水样的透过光强，用透射电流三计算出来的吸光度X₂带入关系式Y₂＝K₂X₂+b₂计算浊度，X₂由透射电流三下的-log(T_溶液信号/T_di信号)得出，T_di信号信号为出厂内置的透射信号参数,T_溶液信号是当前透射电流三条件下测得的透射信号参数，Y₂为浊度浓度；反之则跳转至步骤4；

步骤4、启动透射电流自调节功能调整该水样透射光强，如果透过光强大于q，得到新的透射电流四，则用新透射电流四代入Y₄＝K₄X₄+b₄计算出透射电流四下的DI的透过光强T'_di信号，X₄为透射电流四的值，Y₄为T'_di信号，T'_溶液信号是当前透射电流四条件下测得的透射信号参数，发光元件的驱动电流与发光强度呈正比；可以通过-log(T'_溶液信号/T'_di信号)得出透射电流四下水样的吸光度，代入关系式Y₂＝K₂X₂+b₂计算浊度；如果透过光强小于q，则超量程报警。

其中，散射信号阈值m₁＝3500，透过光强q＝500，K_i,b_i为线性拟合系数，允许误差±5％or±1ntu。

此装置通过与客户的控制器连接，以4-20MA电流输出。

该装置的软件系统拥有强大的数据处理和计算功能，硬件方面光源稳定，结构简单，性能稳定、灵敏度高。

称取0.9克高领土，加入1克50％PAA作为分散剂，定容于100ml以内。用外购浊度标液校准好某一品牌仪器，通过多次稀释溶液至400NTU以内，反推出容量瓶内浊度溶液浓度。以水为溶剂，配置系列不同浓度的浊度溶液进行测试，通过循环系统模拟现场测试，表一为测试数据，检测限为0.16NTU：

·当浊度溶液为1-100NTU时，一通道内置散射电流一下散射信号与浊度浓度线性关系R2＝0.9996

·当浊度溶液为100-1000NTU时，一通道新散射电流二下的散射信号与浊度浓度线性关系R2＝0.9985

·当浊度溶液为1000-6000NTU时，二通道内置透射电流三下透射信号与浊度浓度线性关系R2＝0.9983

·当浊度溶液为6000-10000NTU时，二通道新透射电流4下透射信号与浊度浓度线性关系R2＝0.9991

如图3-图6烧入仪器进行测试，测试结果见表一。

表一

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。