[实用新型]基于鱼类生物电频谱的水质监测系统

说明书

技术领域

本实用新型属于环保监测中的水质监测系统领域，具体涉及一种利用生物电频谱对水质进行监测的基于鱼类生物电频谱的水质监测系统。

背景技术

鱼类在线监测系统的使用始于1929年，最初是以鱼类死亡或呼吸变化为指标。目前已发展为以鱼类正趋流性、回避行为、游泳行为、弱电脉冲或耗氧率等为指标的仪器系统，敏感性相比最初大为提高。

作为新兴技术，鱼类监测尚有一些重要技术问题有待解决：

（1）在判定受试鱼类的运动行为变化上尚没有明确标准；

（2）受试鱼类的行为运动受到多因素影响，导致结论偏差；

（3）低浓度的水体污染在短时间内影响鱼类的运动行为有限，给在线鱼类监测造成一定的难度；

（4）受技术水平的制约，在线鱼类监测技术目前还难以对污染物进行定量分析。

1993年，美国学者Costan G与Bermingham N提出了可以利用鱼类活动电位来实现对水质的监测，通过根据投入毒物后，电极间采集到的生物电位的抖动程度，来判断水体是否受到污染。

2005年，中国学者利用通过鱼类活动电位对水质进行监测的原理设计出《利用鱼的活动电位变化监测水中有毒物质的方法》，通过观测鲫鱼和锦鲤的活动电位来监测水质。但是，鱼的活动电位数量级一般为μV，非常微弱，由于未考虑到系统周边电磁环境，对采集到的信号未进行足够的减噪处理，因此对鱼的活动电位无法精确测量。并且通过活动电位监测水质存在以下两点问题：

（1）当投入的毒物浓度过低时，生物电位变化不是很强烈，所产生的电位信号抖动可能未超过预警线，但实际上已经对水体产生了污染；

（2）仅通过生物电位无法得知投入的毒物对鱼的哪种生理机能产生影响，从而导致在反应灵敏度上较弱，所以无法形成有效的判据。

国内还有几套利用了鱼的水质监测系统，如《基于鱼类多样本统计的水质污染预警系统及预警方法》。该方法对监测及参考图像帧分别处理后得到监测及参考小鱼的运动参数，分别判断监测鱼缸是否处于报警范围以及参考鱼缸中小鱼是否处于异常状态，在监测鱼缸处于报警范围且参考鱼缸中小鱼处于异常状态时确定原水受到污染。但通过小鱼的运动图像变化，势必需要较高浓度的毒物，否则对鱼体的影响不会太强烈、无法在短时间内引起鱼类的运动变化。因此该系统依然无法实现低浓度下的快速检测功能。

目前我国自主生产的生物水质监测仪器与国外知名品牌如美国哈希、日本岛津等相比存在较大差距，仍需要依赖进口；因此生产出精度高、反应灵敏、成本低的生物水质监测仪器是目前急需解决的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型提供一种基于鱼类生物电频谱的水质监测系统，通过采集电信号，对电信号进行降噪放大处理，再通过数据分析模块建立电信号与频率之间的相对应关系，细分为呼吸运动产生的活动电位与游泳运动产生的活动电位，根据各种运动活动电位算出相应的功率，通过各种运动功率在总运动功率中所占比值的变化对水质进行监测。

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种基于鱼类生物电频谱的水质监测系统，包括数据采集模块、数据处理模块以及数据分析模块；数据采集模块包括循环水槽、监视水槽和板状电极；数据处理模块为滤波增幅电路，滤波增幅电路包括高通滤波器、低通滤波器、功率放大器和陷波器；并按照输入端、高通滤波器、功率放大器、低通滤波器、功率放大器、陷波器、输出端的顺序进行连接；数据分析模块包括频谱仪和模数转换电路。

进行监测时，将试验用鱼只放入监视水槽当中，循环水槽中无鱼，两个水槽构成了一个对比系统，可通过两个水槽的信号相减，降低噪声30dB；数据处理模块用于对水槽中电极采集到的信号进行去噪声后放大处理，其中高通滤波器用于阻止过低的频率通过，低通滤波器用于阻止过高的频率通过，并且可以根据选择的试验用鱼所能产生的生物电信号频率范围选择合适型号的高通滤波器与低通滤波器；另外，我国使用的工业交流电频率是50Hz，为了消除工频干扰以及其2次、3次谐振噪声干扰，特意在滤波增幅电路中增加了陷波器，这样就可以有效消减50Hz，100Hz和150Hz工频噪声的干扰，提高数据采集精度；并且数据分析模块中采用频谱仪将幅度与频率结合之后进行观测，通过频率细分鱼类各种生理活动。

作为优选，板状电极为白金镀膜板状电极或铜质板状电极。