水質檢測方法及系統與流程

本發明具體涉及一種水質檢測方法及系統。

背景技術：

隨著人們對城市末端供水和飲用水的持續關注，對傳統的自來水供水系統和凈化水的水質提出了更多的量化指標要求。一般取得水濁度、硬度和余氯含量的結果需取水樣送實驗室通過光譜分析得到數據，周期長，費用高，無法實現及時性、信息化、網絡化和民用實用化。特別是隨著互聯網+和物聯網等現代技術的發展，在環境監測，城市供水系統、家庭飲用水和水凈化都迫切需要一種可以持續在線監測水濁度、硬度和余氯的方法和設備，以提供城市供水系統各個末端水質數據結合GIS快速定位和預防城市供水危機、水凈化系統效果對比及監測關鍵耗材的劣化跟蹤及更換提醒，漏水報警等。

技術實現要素：

針對現有技術中的缺陷，本發明提供的水質檢測方法及系統，利用光學檢測方法實現了液體離子濃度和濁度的檢測、檢測方法簡單、高效，實現了全自動化、可持續在線監測水質。

第一方面，本發明提供的一種水質檢測方法，其特征在于，包括：獲取待測水樣；濁度檢測模塊檢測所述待測水樣的濁度值上傳至水質檢測模塊；PH值檢測模塊檢測所述待測水樣的PH值上傳至所述水質檢測模塊；溫度檢測模塊檢測所述待測水樣的溫度值上傳至水質檢測模塊；水質檢測模塊將所述待測水樣的濁度值、PH值、溫度值通過無線網絡傳輸至云平臺。

第二方面，本發明提供的水質檢測方法，包括：位于待測水樣一側的發光元件發出的入射光射入所述待測水樣，位于所述待測水樣另一側的正向受光元件接收經過所述待測水樣后的透射光，若所述正向受光元件的輸出信號大于檢測閾值，則根據所述正向受光元件的輸出信號得到正向標定光強，否則更換待測水樣重新測量；位于所述待測水樣側面的側向受光元件接收所述待測水樣散射的散射光，根據所述側向受光元件的輸出信號得到散射光光強，同時根據所述正向受光元件的輸出信號得到所述待測水樣的透射光光強，根據所述散射光光強與所述待測水樣的透射光光強計算得到所述待測水樣的水樣濁度；向待測水樣中添加試劑，待所述試劑與所述待測水樣充分混合后，得到混合溶液，所述發光元件發出的入射光射入所述混合溶液，所述正向受光元件接收經過所述混合溶液后的透射光，根據所述正向受光元件的輸出信號得到所述混合溶液的透射光光強，根據所述混合溶液的透射光光強、所述正向標定光強和入射光光強計算得到所述待測水樣的離子濃度。

第三方面，本發明提供了用于實現第二方面所述的水質檢測方法的水質檢測系統，包括：取樣裝置、試劑添加裝置、光電檢測裝置、主控裝置；所述取樣裝置包括進水口和出水口，所述出水口處設有取樣電磁閥；所述試劑添加裝置包括試劑添加口、試劑出口，所述試劑出口處設有試劑電磁閥；所述光電檢測裝置包括透明長方體容器、發光元件、正向受光元件、側向受光元件和處理分析電路，所述透明長方體容器的頂部設有進樣口和試劑投放口，所述出水口與所述進樣口連接，所述試劑出口與所述試劑投放口連接，所述透明長方體容器的底部設有廢水口，所述廢水口設有廢水電磁閥，所述發光元件的發光方向垂直于所述透明長方體容器的第一側面，所述正向受光元件的光敏面平行于所述透明長方體容器的第二側面，所述側向受光元件的光敏面平行于所述透明長方體容器的第三側面，所述第一側面與所述第二側面相對，所述處理分析電路分別與所述正向受光元件、所述側向受光元件的信號輸出端連接，所述處理分析電路用于根據所述正向受光元件、所述側向受光元件的輸出信號得到水質數據；所述主控裝置與所述取樣裝置、所述試劑添加裝置、所述光電檢測裝置連接，所述主控裝置用于根據預設的程序或用戶的操作控制所述取樣裝置、所述試劑添加裝置、所述光電檢測裝置。

優選地，所述透明長方體容器的材料為高透光玻璃。

優選地，所述透明長方體容器外壁或內壁上設有吸光層。

優選地，所述發光元件為LED光源。

優選地，所述光電檢測裝置還包括整流穩壓電路，所述整流穩壓電路與所述發光元件連接。

優選地，所述發光元件還包括弧形聚光結構。

優選地，所述正向受光元件和所述側向受光元件的前端還分別設有接收鏡，所述接收鏡用于會聚接收到的光。

優選地，主控裝置用于根據試劑投放量控制試劑電磁閥的打開的時間。

優選地，其特征在于，還包括通訊裝置，所述通訊裝置與所述光電檢測裝置連接，所述通訊裝置用于將水質數據上傳至云平臺。

本發明提供的水質檢測方法及系統，能夠全自動化、可持續在線監測水質，并能夠對多種水質參數(如濁度、硬度和余氯等)等進行測量，檢測方式簡單高效，設備體積小巧，便于安裝，系統通過與互聯網連接，實現了檢測數據的及時上傳、統計分析、反饋，方便用戶能及時查看各地的水質。

附圖說明

圖1為本發明實施例提供的離子濃度檢測原理圖；

圖2為本發明實施例提供的液體濁度檢測原理圖；

圖3為本發明實施例提供的水質檢測系統的結構示意圖；

圖4為本發明實施例提供的光電檢測裝置的俯視圖。

附圖標記：

1-取樣裝置；11-進水口；12-出水口；13-取樣電磁閥；

2-試劑添加裝置；20-試劑管；21-試劑添加口；22-試劑出口；23-試劑電磁閥；

3-光電檢測裝置；31-透明長方體容器；32-發光元件；33-正向受光元件；34-側向受光元件；35-進樣口；36-試劑投放口；37-廢水口；38-廢水電磁閥。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發明技術方案的實施例進行詳細的描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發明的技術方案，因此只是作為示例，而不能以此來限制本發明的保護范圍。

需要注意的是，除非另有說明，本申請使用的技術術語或者科學術語應當為本發明所屬領域技術人員所理解的通常意義。

實施例一

本發明實施例提供的一種水質檢測方法，包括：獲取待測水樣；濁度檢測模塊檢測待測水樣的濁度值上傳至水質檢測模塊；PH值檢測模塊檢測待測水樣的PH值上傳至水質檢測模塊；溫度檢測模塊檢測待測水樣的溫度值上傳至水質檢測模塊；水質檢測模塊將待測水樣的濁度值、PH值、溫度值通過無線網絡傳輸至云平臺。

上述水質檢測方法，通過集成多種傳感器，將檢測數據實時傳出給云平臺，可在線監控各種水質參數，提高了用水安全。

實施例二

本發明實施例提供的另一種水質檢測方法，包括以下三個步驟：

步驟一，位于待測水樣一側的發光元件發出的入射光射入待測水樣，位于待測水樣另一側的正向受光元件接收經過待測水樣后的透射光，若正向受光元件的輸出信號大于檢測閾值，則根據正向受光元件的輸出信號得到正向標定光強，否則更換待測水樣重新測量。

其中，當待測水樣太臟時，不利于后續濁度和離子濃度的測量，因此先進行透明度測量，保證待測水樣的水質滿足檢測的要求。

步驟二，位于待測水樣側面的側向受光元件接收待測水樣散射的散射光，根據側向受光元件的輸出信號得到散射光光強，同時根據正向受光元件的輸出信號得到透射光光強，根據待測水樣的散射光光強與待測水樣的透射光光強計算得到待測水樣的水樣濁度。

步驟三，向待測水樣中添加試劑，待試劑與待測水樣充分混合后，得到混合溶液，發光元件發出的入射光射入混合溶液，正向受光元件接收經過混合溶液后的透射光，根據正向受光元件的輸出信號得到混合溶液的透射光光強，根據混合溶液的透射光光強、正向標定光強和入射光光強計算得到待測水樣的離子濃度。

其中，入射光光強可以根據實際發光元件的型號參數和發光元件的當前工作狀態等得到。

如果在實際檢測時不需要檢測水樣濁度，也可以省略步驟二；同樣，如果不需要測量離子濃度，可省略步驟三。

上述方法檢測液體中的離子濃度的原理為：不同的離子和特定試劑混合后，因離子濃度的不同，混合液體會呈現不同的顏色深度，溶液呈現顏色是因為溶液選擇性地吸收了某種顏色的光而引起的，如表1給出了溶液顏色和其吸收光的顏色及波長。如圖1所示，用與混合液體的顏色互補的光源照射混合溶液，混合溶液中某種離子的含量越高，混合溶液的顏色越深，可穿透的互補光線越低，對穿透混合溶液后的透射光光強進行檢測，根據溶液顏色深度和單色光吸收量線性關系的原理，得到混合溶液的透射光強與步驟一中的待測水樣的正向標定光強的差值，計算出相對的離子含量的量化指標，作為水樣中該離子含量的量化指標。

選用不同顏色的發光元件和不同種類的試劑，本發明提供的水質檢測方法可廣泛用于其它離子濃度的測量。

表1

如圖2所示，上述方法檢測液體的渾濁度的原理為：利用光線在渾濁水樣中會發生散射，通過檢測待測水樣的散射光光強和透射光光強的比值，測算出液體濁度的量化參數。考慮到二次散射所引起的光強增強和濁液吸收所引起的光強衰減大體持平，其散射光在90度方向的總散射光強I_SS可有以下等式：

I_SS≈K₂I₀TΔx

其中，K₂為散射系數，T為濁度，Δx為測量光程長，I₀為透射光光強；由以上等式可知，低濁度情況下，散射光強與濁度成正比。

本發明實施例提供的水質檢測方法，利用不同離子和特定試劑混合后因離子濃度的不同呈現不同的顏色深度的混合溶液，檢測通過混合溶液的光的衰減程度檢測液體中的某種離子濃度，通過散射光和透射光的比值得到液體的濁度，測試裝置無需與待測水樣接觸，檢測方法安全、簡單、高效，可廣泛用于多種離子濃度的測量。

實施例三

為了更好地實現實施例二中的水質檢測方法，本發明實施例還提供了相應的水質檢測系統，如圖3所示，包括：取樣裝置1、試劑添加裝置2、光電檢測裝置3、主控裝置(圖1中未示出)。

取樣裝置1包括進水口11和出水口12，出水口12處設有取樣電磁閥13，進水口11通過管道與待測水樣的水源連接，通過取樣電磁閥13的開閉，控制待測液體的取樣，方便實時檢測水質。

試劑添加裝置2包括試劑管20，試劑管20包括試劑添加口21和試劑出口22，試劑出口22處設有試劑電磁閥23，通過試劑添加口21向試劑管20中添加測試水質用的試劑。測試時，主控裝置會根據試劑投放量控制試劑電磁閥23的打開的時間，精確掌控試劑投放量，提高了測量精度。試劑添加裝置2中可以設置多個試劑管20，用于存放不同的試劑，每個試劑管20的試劑電磁閥23均相互獨立控制，使得一臺設備能檢測不同的水質參數。

光電檢測裝置3包括透明長方體容器31、發光元件32、正向受光元件33、側向受光元件34和處理分析電路(圖1中未示出)。透明長方體容器31的頂部設有進樣口35和試劑投放口36，出水口12與進樣口35連接，試劑出口22與試劑投放口36連接，透明長方體容器31的底部設有廢水口37，廢水口37設有廢水電磁閥38，打開廢水電磁閥38即可排出透明長方體容器31內的待測水樣。如圖4所示，發光元件32的發光方向垂直于透明長方體容器31的第一側面，減少由于光從空氣、玻璃和液體穿透時候產生的反射和折射對測量的影響，正向受光元件33的光敏面平行于透明長方體容器31的第二側面，以增大正向受光元件33接收光的有效面積，第一側面與第二側面相對，側向受光元件34設在與入射光的光路垂直的方向，側向受光元件34的光敏面平行于透明長方體容器31的第三側面，以增大側向受光元件34接收光的有效面積；發光元件32發出的入射光從第一側面進入透明長方體容器31中，經待測水樣衰減后從第二側面射出的透射光被正向受光元件33接收，經待測水樣散射的散射光被側向受光元件34接收。處理分析電路分別與正向受光元件33、側向受光元件34的信號輸出端連接，處理分析電路用于根據正向受光元件33、側向受光元件34的輸出信號得到水質數據。

主控裝置與取樣裝置1、試劑添加裝置2、光電檢測裝置3連接，主控裝置用于根據預設的程序或用戶的操作控制取樣裝置1、試劑添加裝置2、光電檢測裝置3。

其中，透明長方體容器31的材料為高透光玻璃，減小容器材料對光的衰減，提高測量精度。透明長方體容器31的外壁或內壁上設有吸光層，減少光的二次反射和折射對測量精度的影響。

水質測量對光源的色度、光強等參數要求較高，為保證光源的質量和穩定性，發光元件32優選穩定性和單色性較好的LED光源。另外，還專門配有與發光元件32連接的整流穩壓電路，用于穩定發光元件32的供電電壓，提高出射光的穩定性。

待測水樣較差的水質會極大地衰減出射光和散射光，降低正向受光元件33和側向受光元件34的輸出信號，這不利于檢測，可以從以下兩個方面減弱上述影響，一是提高出射光的光強為了提高出射光的光強，二是提高受光元件接收光的面積。為了提高出射光的光強為了提高出射光的光強發光元件32還包括弧形聚光結構，發光元件32發出的光在弧形聚光結構的作用下集束發送，降低了出射光的發散角，提高了發光元件32出射光的光強，有利于受光元件接收到經待測水樣衰減、散射的光。為了提高受光元件接收光的面積，正向受光元件33和側向受光元件34的前端還分別設有接收鏡，接收鏡有利于會聚接收到的光，使得正向受光元件33和側向受光元件34能夠檢測光強的微弱改變，有助于提高系統的檢測精度。

本發明實施例提供的水質檢測系統還包括通訊裝置，通訊裝置與光電檢測裝置連接，通訊裝置用于將水質數據上傳至云平臺，利用云平臺對數據進行處理。本發明實施例提供的水質檢測系統可在環保水質檢測、城市供水分析、水質凈化分析等領域廣泛應用，解決互聯網+背景下水質大數據在線采集的需求。

為了更好地理解上述系統，下面以檢測水樣的濁度、水樣中的氯離子為例，簡述水質檢測系統的工作流程。由于余氯試劑與氯離子溶液呈黃色，利用黃色液體對藍色光的吸收作用，選用藍色LED光源作為發光元件32。具體工作流程如下：

1、主控裝置收到檢測濁度的指令后打開取樣電磁閥13，此時試劑電磁閥23和廢水電磁閥38處于關閉狀態，待測水樣在水壓作用下快速進入透明長方體容器31內，取樣量根據水樣水壓和取樣電磁閥13的開關時間進行控制，待透明長方體容器31內的待測水樣達到取樣量后，關閉取樣電磁閥13。

2、打開藍色LED光源，光源發出的光經過透明長方體容器31內的待測水樣后被正向受光元件33接收；處理分析電路將正向受光元件33的輸出信號與檢測閾值比較，若正向受光元件33的輸出信號大于檢測閾值，則根據正向受光元件的輸出信號得到正向標定光強，則否則打開廢水電磁閥38排出透明長方體容器31內的水樣，重新取樣進行測量。

3、處理分析電路接收正向受光元件33和側向受光元件34的輸出信號，得到待測水樣的散射光光強與透射光光強，并計算得到待測水樣的水樣濁度。

4、打開試劑電磁閥23，投入一定劑量的余氯試劑；待余氯試劑與待測水樣充分混合后得到混合溶液，打開藍色LED光源；處理分析電路接收正向受光元件33的輸出信號，得到混合溶液的透射光光強，結合正向標定光強和入射光光強計算得到待測水樣的氯離子濃度。

5、打開廢水電磁閥38，排出廢水；廢水排盡后，取樣電磁閥13進行沖洗清潔，為下次檢測做準備。

綜上所述，本發明實施例提供的水質檢測方法及系統，能夠全自動化、可持續在線監測水質，并能夠對多種水質參數(如濁度、硬度和余氯等)等進行測量，檢測方式簡單高效，設備體積小巧，便于安裝，系統通過與互聯網連接，實現了檢測數據的及時上傳、統計分析、反饋，方便用戶能及時查看各地的水質。

最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求和說明書的范圍當中。