營養液離子濃度在線檢測裝置及離子選擇電極標定方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及離子濃度在線檢測領域，具體涉及一種營養液離子濃度在線檢測裝置及使用該裝置對離子選擇電極進行標定的方法和裝置。
【背景技術】
[0002]目前，以營養液作為栽培介質進行商業化蔬菜生產已經從研究探索逐步演變為一種實用的生產技術。鑒于這種模式節水節肥，清潔高產，其面積迅速擴大，多種栽培模式(深液流栽培、營養液膜栽培、汽霧培、巖棉栽培、復合式栽培技術…)相繼被國內外科研工作者開發出來，相配套的栽培管理技術逐步完善。
[0003]在營養液栽培條件下，作物的根系浸沒在營養液中，所需水分、養分均由營養液提供。由于營養液緩沖能力遠遠弱于土壤，其組分特性的變化會對作物生長產生很大影響。目前所用的營養液均由氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫六大元素組成，而對于多數作物來說，對氮、磷、鉀的需求量往往大于對鈣、鎂、硫的需求量，這必然會導致營養液組分出現失衡狀況，若不及時調整，作物的生長狀況也會受到影響。因此，如何對營養液進行管理，避免出現組分失衡是水培技術管理中關鍵部分之一。
[0004]獲取營養液主要養分離子的動態變化過程是調控營養液組分的前提。目前應用最廣泛的是使用離子選擇電極對營養液相應養分離子濃度進行檢測。雖然該方法操作簡單，其精度也能夠滿足營養液管理的要求，但在使用過程中，需要將溶液中離子濃度信號轉變為電信號輸出，所以電位漂移直接影響所測離子濃度的準確性。因此需要對離子選擇電極進行頻繁標定，以消除電位漂移對檢測精度的影響。現在多采用人工標定手段，工作量大，費時費力。
[0005]進一步地，由于離子選擇電極在使用過程中需要頻繁地進行人為手工標定，而離子選擇電極的使用一般在實施現場，比如在無土栽培大棚里，而對離子選擇電極的標定通常都在實驗室里進行，這樣用戶需要頻繁往返于實施現場和實驗室，嚴重影響了離子濃度的檢測效率，制約了離子濃度在線檢測的實現。
【發明內容】
[0006]本發明所要解決的技術問題是，解決離子選擇電極使用前需要進行人工標定而帶來的工作量大，不能實現營養液離子濃度在線檢測的問題。
[0007]針對上述問題，本發明提出了一種離子濃度在線檢測裝置，包括水平導軌、水平絲杠、第一滑塊、垂直導軌、垂直絲桿、第二滑塊、至少一個待測溶液池、至少兩個標準溶液池、電極固定件、電壓采集器、第一電機、第二電機、運動控制器和電極清洗機構；其中，
[0008]所述至少一個待測溶液池和所述至少兩個標準溶液池均設置在所述水平導軌的一側，并沿著所述水平導軌排列；
[0009]所述水平導軌用于固定所述水平絲桿，所述垂直導軌用于固定所述垂直絲桿；
[0010]所述垂直絲桿通過所述第一滑塊固定在所述水平絲桿上，所述水平絲桿與所述第一電機相連；
[0011]所述電極固定件通過所述第二滑塊固定在所述垂直絲桿上，所述垂直絲杠與所述第二電機相連；
[0012]所述運動控制器與所述第一電機和所述第二電機相連，用于控制所述垂直導軌移動至任意一個所述待測溶液池的位置處或者任意一個所述標準溶液池的位置處，并用于控制所述電極固定件將設置在所述電極固定件上的離子選擇電極插入或拔出任意一個所述待測溶液池或者任意一個所述標準溶液池；
[0013]所述電壓采集器用于與離子選擇電極的電壓輸出端相連，以采集離子選擇電極輸出的電壓值；
[0014]所述電極清洗機構用于對離子選擇電極進行清洗，以清除附著在離子選擇電極敏感膜表面的離子。
[0015]優選地，
[0016]所述待測溶液池設置有供液管，用于將待測溶液導入所述待測溶液池中；
[0017]所述待測溶液池設置有回流管，用于將檢測完離子濃度的待測溶液導出所述待測溶液池。
[0018]優選地，
[0019]所述電極清洗機構的清洗池設置有進水管，用于將去離子水導入所述清洗池中；
[0020]所述電極清洗機構的清洗池設置有出水管，用于將使用過的去離子水導出所述清洗池。
[0021]優選地，所述裝置還包括電壓放大器，以預設放大倍數放大離子選擇電極輸出的電壓信號。
[0022]一種離子濃度在線檢測裝置，包括水平導軌、水平絲桿、第一滑塊、垂直導軌、垂直絲桿、第二滑塊、第三導軌、第三絲桿、第三滑塊、至少一個待測溶液池、至少兩個標準溶液池、電極固定件、電壓采集器、第一電機、第二電機、第三電機、運動控制器和電極清洗機構；其中，
[0023]所述水平導軌用于固定所述水平絲桿，所述垂直導軌用于固定所述垂直絲桿，所述第三導軌用于固定所述第三絲桿；
[0024]所述垂直絲桿通過所述第一滑塊固定在所述水平絲桿上，所述水平絲桿與所述第一電機相連；
[0025]所述第三絲桿通過所述第二滑塊固定在所述垂直絲桿上，垂直于所述水平絲桿和所述垂直絲桿，所述垂直絲桿與所述第二電機相連；
[0026]所述電極固定件通過所述第三滑塊固定在所述第三絲桿上，所述第三絲桿與所述第三電機相連；
[0027]所述運動控制器與所述第一電機、所述第二電機和所述第三電機相連，用于控制所述垂直導軌移動至任意一個所述待測溶液池的位置處或者任意一個所述標準溶液池的位置處，并用于控制所述電極固定件將設置在所述電極固定件上的離子選擇電極插入或拔出任意一個所述待測溶液池或者任意一個所述標準溶液池；
[0028]所述電壓采集器用于與離子選擇電極的電壓輸出端相連，以采集離子選擇電極輸出的電壓值；
[0029]所述電極清洗機構用于對離子選擇電極進行清洗，以清除附著在離子選擇電極的表面上的溶液。
[0030]一種使用上述的離子濃度在線檢測裝置對離子選擇電極進行標定的方法，其特征在于，包括:
[0031]通過所述運動控制器控制設置在所述電極固定件上離子選擇電極按照預定順序依次插入每一所述標準溶液池中，通過所述電極清洗機構在離子選擇電極每一次插入標準溶液池之前對離子選擇電極進行清洗，并通過所述電壓采集器采集離子選擇電極在每一所述標準溶液池中時輸出的電壓值；
[0032]對采集得到的電壓值與每一所述標準溶液池內的溶液濃度的對數值進行線性擬合，以得到對應于該離子選擇電極的電壓值與溶液濃度的對數值之間的線性關系。
[0033]優選地，所述通過所述電壓采集器采集離子選擇電極在每一所述標準溶液池中時輸出的電壓值，具體包括:
[0034]按預設放大倍數放大離子選擇電極在每一所述標準溶液池中時輸出的電壓信號，得到放大后的電壓信號；
[0035]當所述放大后的電壓信號在預設時間內的幅度變化低于預設值后，通過所述電壓采集器采集放大后的電壓值。
[0036]優選地，所述對采集得到的電壓值與每一所述標準溶液池內的溶液濃度進行線性擬合，以得到對應于該離子選擇電極的電壓值與溶液濃度之間的線性關系，具體包括:
[0037]對采集得到的電壓值與每一所述標準溶液池內的溶液濃度的對數值使用最小二乘法進行線性擬合，以得到對應于該離子選擇電極的電壓值與溶液濃度的對數值之間的線性關系。
[0038]—種使用上述的離子濃度在線檢測裝置對離子選擇電極進行標定的設備，其特征在于，包括:
[0039]與所述運動控制器和所述電壓采集器分別相連的控制模塊，用于通過所述運動控制器控制設置在所述電極固定件上離子選擇電極按照預定順序依次插入每一所述標準溶液池中，通過所述電極清洗機構在離子選擇電極每一次插入標準溶液池之前對離子選擇電極進行清洗，并通過所述電壓采集器采集離子選擇電極在每一所述標準溶液池中時輸出的電壓；
[0040]連接所述控制模塊的計算模塊，用于對所述控制模塊得到的電壓值與每一所述標準溶液池內的溶液濃度的對數值進行線性擬合，以得到對應于該離子選擇電極的電壓值與溶液濃度的對數值之間的線性關系。
[0041 ] 優選地，所述設備還包括:
[0042]人機交互模塊，用于接收用戶的觸發指令，以控制所述控制模塊開始工作；
[0043]還用于接收用戶輸入的標準溶液池內的溶液濃度值，并輸出給所述計算模塊；
[0044]還用于接收所述計算模塊輸出的所述離子選擇電極的電壓值與溶液濃度的對數值之間的線性關系。
[0045]本發明提供的一種營養液離子濃度在線檢測裝置及使用該裝置對離子選擇電極進行標定的方法和裝置，其中營養液離子濃度在線檢測裝置通過運動控制器與多個電機相連，實現了所述電極固定件上的離子選擇電極插入或拔出任意一個待測溶液池或者任意一個標準溶液池，并通過電壓采集器采集離子選擇電極輸出的電壓值；使用所述營養液離子濃度在線檢測裝置對離子選擇電極進行標定的方法，基于能斯特方程，通過對采集得到的電壓值與每一所述標準溶液池內的溶液濃度的對數值進行線性擬合，得到了對應于該離子選擇電極的電壓值與溶液濃度的對數值之間的線性關系。根據本發明提供的技術方案，既可實現對離子選擇電極的自動化標定，又可實現待測營養液離子濃度的在線檢測。
【附圖說明】
[0046]圖1為本發明一實施例提供的一種營養液離子濃度在線檢測裝置示意框圖；
[0047]圖2為本發明另一實施例提供的一種營養液離子濃度在線檢測裝置示意框圖；
[0048]圖3為本發明另一實施例提供的對離子選擇電極進行標定的方法流程示意圖；
[0049]圖4為本發明另一實施例提供的對離子選擇電極進行標定的設備示意框圖；
[0050]圖5為本發明另一實施例提供的一種營養液離子濃度在線檢測裝置結構示意圖；
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