專利名稱：一種多參數水質監測方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及對水質進行監測的方法和裝置，特別是用于對水產養殖的淡水水域水質主要理化參數同時在線檢測并且給予智能水產養殖適性評估的檢測方法與檢測裝置。
背景技術：
隨著工農業生產的發展和人民生活水平的提高，我國江河湖堰等淡水水域均遭受不同程度的污染，給水產養殖業帶來很大的影響。有必要隨時隨地對養殖水域的水質進行檢測、監控，以保證水產養殖業的正常進行。
通常環境水質的檢測須現場采集水樣，送實驗室用質譜儀、色譜儀或者化學分析的方法一一測定。這樣檢測的數據精度無疑很高，但其項目單一，費時費力，不能當場完成，成本較高。也可以采用電極直接插入水樣的檢測方法，電極的電性能隨著水質理化性能的變化而變化，不同的理化參數需采用不同的電極分別檢測，仍然不夠方便。現有一些電極式水質速測儀大多只能檢測單項指標，而且不可能根據檢測數據直接在線分析水質，進行有關水產養殖遷性的自動評估。
發明內容
本發明的目的是提供一種新的、集水質多種參數同時在線檢測和智能分析、評估為一體的水質監測方法以及與此相適應的便攜式水質檢測裝置。
本發明的水質監測方法的流程是同時在線采用離子敏電極檢測鈉離子、亞硝態氮、氨、硫化氫、EC、和PH值，采用傳感器檢測溶解氧、溫度和水濁度。電極(除EC電極外)以及溶氧計的檢測電壓信號由電信號跟蹤電路進行信號跟蹤，信號放大電路參照各響應特征，選用不同的放大倍數進行信號放大，以便成為同一數量級的模擬信號。模擬信號經A/D轉換電路轉變為數字信號。數字信號進入單片機處理器進行數據處理。數據處理之一是調用可編程存儲器(EPROM)內固化的系數調整公式α=Yh-YlVmax-Vmin,]]>計算各項檢測數據(Vmax、Vmin為各電極的響應電壓的上、下限值，Yh、Yl為相應的檢測標準電壓的上、下極限值)，計算結果送液晶顯示器同時顯示。數據處理之二是通過EPROM中嵌入的水產養殖知識庫，進行智能分析、推理及評估，評估結果在各項檢測結果顯示后，再傳送至液晶顯示器同時顯示。數字信號也可由單片機處理器通過通信接口，傳送至遠端計算機進行數據處理。
本發明的水質檢測裝置由離子敏電極、傳感器、信號跟蹤器、信號放大器、A/D轉換器、單片機處理器、EPROM、液晶顯示器、通訊接口以及直流電源等組成，其中離子敏電極為鈉離子、亞硝態氮、氨(NH3)、硫化氫(H2S)以及EC、PH電極，各電極除EC外須附加甘汞參比電極，傳感器為溶氧計(O2)、濁度計和溫度傳感器。信號跟蹤器采用高阻抗運算放大器(≥1TΩ)，既可對高內阻電極(≥10MΩ)檢測信號電壓進行跟蹤(EC電極、溶氧計除外)，也可對中內阻電極(≥1MΩ且＜10MΩ)檢測信號電壓進行跟蹤，同時可增強信號的抗干擾性。信號放大器為通用信號放大器。A/D轉換器為16路，單片處理器為16位。根據淡水養殖的主要種類，如鯉、鯽、鰱、草、鰻、羅非、團頭等魚類以及中國對蝦、羅氏蝦、河蟹等水質的要求，選擇PH值、溶解氧、水溫、鹽度以及氨、亞硝酸鹽、硫化氫等分析指標，建立分析指標與水產養殖的相關性數據模型，采用徑向基函數網絡給予學習并形成水產養殖知識庫，再用C語言編程，將其實現并固化于EPROM中，成為嵌入式水產養殖知識庫，供單片機處理調用，嵌入式水產養殖知識庫包括引導模塊、主控模塊、系數調整模塊、推理機模塊、顯示模塊和通信模塊組成。液晶顯示器先同時顯示各項檢測結果，1分鐘后再顯示總體評估結論。通訊接口供遠程傳輸、數據共享使用。除電極、傳感器外，所有元器件封裝于便攜式小盒內。
本發明的一個特點是，可以同時在線檢測環境水質多項理化指標，并可以即時自動對水質的水產養殖適性進行智能分析、判斷、給出評估結論。本發明的另一個特點是攜帶方便，操作簡單，檢測快速，成本低廉。本發明可廣泛用于水產養殖和環境保護對水質主要參數指標現場檢測以及綜合評估的場合。
圖1為本發明的檢測方法流程圖。
圖2為本發明檢測裝置的電原理框圖。
圖中，1為信號跟蹤器，2為信號放大器，3為A/D轉換器，4為液晶顯示器，5為單片機處理器，6為通信接口，7為可編程存儲器(EPROM)，8為鈉電極，9為氨電極，10為硫化氫電極，11為亞硝態氮電極，12為PH電極，13為EC電極，14為溶氧計，15為濁度計，16為溫度傳感器，17為直流電源1，18為甘汞參比電極，19為直流電源2。
具體實施例方式
參見圖1、圖2。
本發明信號跟蹤器1采用運算放大器CA3140(A)，信號放大器2采用OP07，A/D轉換器采3用ADC0816，單片機處理器5采用8031，通訊接口6采用RS485串口，直流電源1為5V，直流電源2為±15V，工作溫度為0~50℃，裝置外形尺寸50cm×20cm×20cm。
采用PH電極、EC電極、硫化氫、氨、鈉、亞硝態氮離子敏電極、甘汞參比電極和溶氧計、濁度計、溫度傳感器；對環境水質進行在線檢測，具體檢測指標見下表
根據水產養殖的機理與經驗，選擇水質的重要指標PH值；水產養殖動物的生命要素溶解氧；影響水產動物生長的水溫、鹽度；以及水產養殖水域中存在的有害物質氨、亞硝酸鹽和硫化氫作為分析指標，根據魚類生長對環境水質的要求，建立以上指標與水產動物生長間的相關關系模型，采用徑向基函數網絡予以學習，用C語言編程實現并固化于EPROM中實現嵌入式水產養殖知識庫。系統根據PH電極、EC電極、硫化氫、氨、鈉、亞硝態氮離子敏電極和溶氧計、濁度計、溫度傳感器的檢測值進行推理，并將結果送至液晶顯示器顯示。
舉例如下(1)當水質檢測值分別為PH7.0，溶氧5.5mg/L，氨0.27mg/L，亞硝態氮2.4mg/L，硫化氫0.08mg/L時，系統顯示結果為該水質最適合養殖鰱魚；(2)當水質檢測值分別為PH8.0，溶氧8.0mg/L，氨0.02mg/L，亞硝態氮0.20mg/L，硫化氫0.08mg/L時，系統顯示結果為該水質適合養殖鯉魚、鰱魚、草魚、中國對蝦和羅非魚等品種。
權利要求
1.一種多參數水質監測方法，其特征在于同時在線采用離子敏電極檢測鈉離子、亞硝態氮、氨、硫化氫、EC、和PH值，采用傳感器檢測溫度、溶解氧、和水濁度，檢測到的電壓信號由電信號跟蹤電路調理，使它所通過信號放大電路放大后，成為同一數量級的模擬信號，模擬信號經A/D轉換電路轉變為數字信號，數字信號進入單片機處理器進行數據處理，處理之一是調用可編程存儲器EPROM內固化的系數調整公式計算各項檢測數據，計算結果送液晶顯示器同時顯示，處理之二是通過EPROM中嵌入的水產養殖知識庫，進行智能分析、推理及評估，評估結果在各項檢測結果顯示后，再傳送至液晶顯示屏顯示，數字信號也可由單片機處理器通過通信接口，傳送至遠端計算機進行數據處理。
2.根據權利要求1所述的多參數水質監測方法，其特征在于所述的系數調整公式α=Yh-YlVmax-Vmin,]]>計算各項檢測數據，Vmax、Vmin為各電極的響應電壓的上、下限值，Yh、Yl為相應的檢測標準電壓的上、下極限值。
3.一種多參數水質監測裝置，其特征在于由離子敏電極、傳感器、信號跟蹤器、信號放大器、A/D轉換器、單片機處理器、EPROM、液晶顯示器、通訊接口以及直流電源組成，其中鈉離子、亞硝態氮、氨、硫化氫，以及EC、PH電極為離子敏電極，甘泵參比電極配合除EC外的其他電極使用，傳感器包括溶氧計、濁度計和溫度傳感器，信號跟蹤器采用高阻抗運算放大器，A/D轉換器為16路，單片處理器為16位，EPROM中固化有系數調整公式和嵌入式的水產養殖知識庫，供單片機處理器調用，嵌入式水產養殖知識庫包括引導模塊、主控模塊、系數調整模塊、推理機模塊、顯示模塊和通信模塊組成，液晶顯示器先同時顯示各項檢測結果，一分鐘后再顯示總體評估結論。
全文摘要
本發明公開了一種多參數水質監測方法及裝置，同時在線采用離子敏電極檢測鈉離子、亞硝態氮、氨、硫化氫、EC、和pH值，采用傳感器檢測溫度、溶解氧、和水濁度，檢測到的電壓信號由電信號跟蹤電路調理，使它所通過信號放大電路放大后，成為同一數量級的模擬信號，模擬信號經A/D轉換電路轉變為數字信號，數字信號進入單片機處理器進行數據處理，進行水產養殖知識庫，進行智能分析、推理及評估，傳送至液晶顯示屏顯示。本發明可以同時在線檢測環境水質多項理化指標，并可以即時自動對水質的水產養殖適性進行智能分析、判斷、給出評估結論，攜帶方便，操作簡單，檢測快速，成本低廉。
文檔編號G01N33/18GK1566958SQ03131969
公開日2005年1月19日 申請日期2003年6月21日 優先權日2003年6月21日
發明者陳鋒, 陳宗海, 王兵 申請人:中國科學技術大學