[发明专利]基于声光信息融合的水质氨氮检测装置与方法

说明书

本发明公开一种基于声光信息融合的水质氨氮检测装置与方法，注射泵针筒往声光池里依次注射水样、酒石酸钠试剂、纳氏试剂，纳氏试剂与水样中的氨氮反应，产生红棕色的络合物，即待测液体，声光池移动至声光信息检测盒内部中央，利用YAG激光器和发光二极管交替照射待测物质，当YAG激光器照射待测物质时，待测物质吸收激光能量释放声波，通过水听器采集声信号，当发光二极管照射待测物质时，待测物质吸收和反射一部分发光二极管发出的光，通过硅光电池采集透过待测物质的光信号；声信号不受容器内壁污染的影响，光信号不受水中透明杂质的影响，声光信息互补，有效的减弱容器内壁污染产生的吸光度误差和水中透明杂质带来的声信号误差。

技术领域

本发明涉及水质检测技术领域，具体是基于声光信息融合的水质氨氮检测方法与装置。

背景技术

水中的氨氮可以在一定条件下转化成亚硝酸盐，如果长期饮用，水中的亚硝酸盐将和蛋白质结合形成亚硝胺，这是一种强致癌物质，对人体健康极为不利，为能够及时掌握水质变化、提前做出应对措施，有效规避风险，对水质氨氮参数进行检测显得非常重要。现有的水质氨氮检测方法有纳氏试剂法和水杨酸-次氯酸盐比色法，这两种方法已经成为《国家环境保护标准》水质中氨氮测定的标准方法。由于这两种方法与氨氮反应生成的物质都会吸收光能，且浓度越大，吸光度越大，所以这两种氨氮检测方法都需要用到分光光度计进行吸光度检测，然后利用朗伯比尔公式计算出氨氮浓度。但是大部分还是在实验室中利用这两种方法进行氨氮检测，虽然检测精度较高，但需要人工采集水样后再进行分析且耗时长。部分检测装置能够实现现场自动加药反应，只利用分光光度计原理自动进行吸光度检测，通过吸光度的强弱判断氨氮浓度，能降低人工成本以及时间成本，但是由于化学反应完成后容器内壁有污染，对下一次的吸光度检测精度有影响，测量出的氨氮浓度也会产生较大误差。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述缺点，设计了一种基于声光信息融合的水质氨氮检测装置及其检测方法，不仅能实现无人化现场检测，而且解决了容器内壁污染带来的测量误差问题，并利用信息融合技术提高了水质氨氮检测精度。

本发明所述的基于声光信息融合的水质氨氮检测装置采用的技术方案是：具有一个装置框架，装置框架的底部设有废液池和左右水平的一号步进电机，一号步进电机经丝杆滑台机构带动由透明的声光池左右移动，装置框架的顶部从左至右并列布置三个注射泵，每个注射泵的上方各连接一个垂直布置的注射泵步进电机，每个注射泵的正下方连接一个垂直向下的注射泵针筒；声光池的正右侧是声光信息检测盒，声光信息检测盒内部中空且左侧是敞口；在三个注射泵以及声光信息检测盒、声光池的后方设有水泵、可伸缩水管、不可伸缩水管、三号伸缩电机、三号伸缩电机推杆和五号步进电机，垂直于地面的三号伸缩电机推杆的最上端固定连接五号步进电机，五号步进电机的输出轴同轴上端固定连接三个池子，从右到左分别为纳氏试剂池、酒石酸钠池和水样池，三个水池正上方分别一一正对着所述的三个注射泵，三个池子位于声光池和三个注射泵针筒之间；装置框架的顶部固定装有前后水平的一号伸缩电机，一号伸缩电机的伸缩轴向后且固定装有上下垂直的二号伸缩电机，在一号伸缩电机的旁边有水泵，水泵的两个端口分别连接可伸缩水管和不可伸缩水管的上端，二号伸缩电机的伸缩轴向下且下端固定连接可伸缩水管的下端，不可伸缩水管的下端对准所述的水样池；声光信息检测盒的前后内壁上各是发光二极管和硅光电池，声光信息检测盒的上内壁处固定装有YAG激光器，透镜在YAG激光器的正下方，声光池的底部嵌有水听器和电磁阀，电磁阀的下端经废液管连通所述的废液池。

本发明所述的基于声光信息融合的水质氨氮检测装置的检测方法采用的技术方案是：包括以下步骤：

步骤1)：建立RBF神经网络数据融合模型C＝f(A,B)，C为氨氮浓度，A为吸光度数据，B为声信号数据；

步骤2)：一号伸缩电机向前伸长，二号伸缩电机向下伸长，可伸缩水管最下端浸没在水面以下，水泵抽吸水样，水样经不可伸缩水管流入所述的水样池中；

步骤3)：三号伸缩电机向上伸长，使三个池子向上升高，直至三个池子里面的液体正好能被上方的三个注射泵针筒吸取；