[发明专利]一种营养液钾、钠离子浓度检测装置及检测方法

摘要

本发明提供了一种营养液钾、钠离子浓度检测装置及检测方法，所述装置包括钾离子选择电极、钠离子选择电极、参比电极、单片机、温度传感器和触摸显示屏。通过钾离子选择电极、钠离子选择电极和参比电极将营养液中的钾、钠离子浓度转化成电位信号，单片机实时采集离子选择电极的瞬态响应信号和稳态响应信号，采用CART树回归算法进行交叉敏感校正，同时温度传感器将检测营养液的温度转化成数字信号，输入到单片机中进行温度补偿，得出营养液中的钾、钠离子浓度，将结果进行显示。所述的检测装置具有成本低，性能稳定，精度高、操作方便简单、自动交叉敏感校正和温度补偿等优点。其校正方法能够有效地降低钾、钠离子选择电极的检测误差。

主权项

1.一种营养液钾、钠离子浓度检测装置，其特征在于，包括钾离子选择电极、钠离子选择电极、参比电极、多路信号选择器、信号处理电路、单片机、温度传感器和人机交互装置，所述钾离子选择电极、钠离子选择电极均与多路信号选择器连接，所述多路信号选择器、参比电极均通过信号处理电路与单片机相连；所述温度传感器、人机交互装置均与单片机相连；所述多路信号选择器用于根据人机交互装置的指令选择钾离子选择电极、钠离子选择电极中的一个与参比电极同时工作；所述钾离子选择电极与参比电极协同工作测量营养液中钾离子浓度；所述钠离子选择电极与参比电极协同工作测量营养液中钠离子浓度；所述信号处理电路根据钾离子选择电极、钠离子选择电极以及参比电极测得的数值计算钾离子浓度、钠离子浓度的电位信号，并将钾离子浓度、钠离子浓度的电位信号转化为单片机可识别的模拟信号，传输给单片机；所述温度传感器用于采集检测营养液的温度，并将温度信号传输给单片机；所述单片机对钾离子浓度、钠离子浓度电位信号以及营养液的温度进行模数转化，采用改进的CART树回归算法进行拟合与计算，通过解耦矩阵解出钾、钠离子浓度的比值，并代入到交叉敏感效应的校正模型中计算钾、钠离子浓度值，并根据营养液的温度对得到的钾、钠离子浓度值进行温度补偿，最后将结果输出到人机交互装置上进行显示；解出精确地钾、钠离子浓度具体为：首先，单片机中进行对钾离子浓度、钠离子浓度的模拟信号进行模数转化得到瞬态响应和稳态响应数据；然后，将得到的瞬态响应数据看作由纯KNO3溶液和纯NaCl溶液的瞬态响应曲线共同作用而成，采用CART树回归算法，建立树结构，采用递归的方式分裂输入空间的各个单元，遍历整个瞬态响应曲线，响应曲线划分方法是以特征点为分段依据进行切分和线性拟合(xi,f(xi))和(xi+1,f(xi+1))之间的直线方程，以线性拟合为基础对叶节点进行误差分析，整个瞬态响应曲线的误差总值其中，f(x)为瞬态响应曲线，点(xi,f(xi))为选取的特征点；当选取的整个曲线误差总值最小时，这k个特征点即为最佳切分特征点x1,x2,x3,…,xk；并以最佳切分特征点切分曲线，得到各树叶的回归直线；然后，以纯KNO3溶液和纯NaCl溶液瞬态响应的k‑1段拟合直线为矩阵的基，以钾、钠离子浓度比为影响系数，以混合溶液瞬态响应的k‑1段拟合直线为合成值，通过解耦矩阵解耦得到钾、钠离子的浓度比；解耦矩阵为：其中，c_k表示离子k的活度，b_k表示离子选择电极对离子k的选择系数，V_k表示离子选择电极的输出电势，表示参比电极电势、离子零电位与电桥电势之和；最后，由稳态响应数据和影响系数得到钾、钠离子选择电极的交叉敏感校正模型并满足以下条件：其中，R表示气体常数8.31(J/mol×K)，T表示绝对温度，Z_i表示离子i的电荷，F表示法拉第常数96487(C/mol)，b_i表示离子i对k离子选择电极的干扰系数，c_i表示离子i的浓度，表示离子i的零电位，表示参比电极电势，表示电桥电势；将上述钾、钠离子浓度比代入到钾、钠离子选择电极的交叉敏感校正模型中，得到钾、钠离子的浓度。