水质检测仪及其方法技术

本发明专利技术提供一种水质检测仪及其方法，包括发射换能器，用于根据激励电压产生的超声波信号输入至检测池；接收换能器，用于采集检测池内非均匀水媒质产生波形畸变的超声波信号，超声波信号包含各次谐波信号；滤波模块，用于滤除谐波信号中的基带噪声和高阶谐波，得到二、三次谐波信号；控制器，用于对二、三次谐波信号进行模数转换，并在预设时间内分别计算二、三次谐波信号对应的电压幅度值，及根据它们的电压幅度值分别与其对应的发射换能器的激励电压幅度值的平方、三次方的比值检测出水质状况；显示器，用于显示检测池的水质状况。本发明专利技术相对其它超声波水质检测方式，降低了因空化现象导致的水质检测精度和效率下降的问题，适于广大家庭使用。

【技术实现步骤摘要】
水质检测仪及其方法
本专利技术涉及超声测量
，特别是涉及一种水质检测仪及其方法。
技术介绍
生活饮用水的水质极大地影响着人们的日常生活和健康，对于饮水安全，世界各国政府和科学家们予以极大的关注。然而，随着经济的发展，人口的增加，不少地区水资源短缺，有的饮用水水源污染严重，居民生活饮用水安全受到威胁。为了保证饮用水的安全，卫生部和国家标准化管理委员会对1985年发布的《生活饮用水卫生标准》(GB5749－85)进行了修订，联合发布新的强制性国家《生活饮用水卫生标准》(GB5749－2006)。这样虽然保证了生产的饮用水安全，但由于饮用水的污染还可能产生于水的传输、储存和使用过程中，都可能使水质产生污染，特别是很多城市采用二次供水，使水污染机会大增加。为了保证用水安全，在使用终端方便的对水质进行检测非常有必要。饮用水的污染物质很多，按物质种类分为：有无机物污染、有机物污染、细菌污染和放射性污染。为了保证饮水安全，需要对对所有这些物质的含量进行检测，目前检测的方法主要是通过物质与物质的化学反应来确定含量，为了鉴别不同的化学物质，需要采用不同的化学分析法，由于这种方法涉及的化学反应多，需要的试剂种类很多，操作方法复杂，一般适用于工业检测。为了对水质进行快速、简便的分析，人们根据饮用水溶入污染物质后物理性质的变化，来快速的检测饮用水的污染情况。最简单有效的方法是根据污染物溶解不充分，在水中形成悬浮后，将入射到水中的光产生散射，从而使水容易产生浑浊，根据水的浑浊度来检测水的污染情况，但是，当污染物质溶解性很好，或者物质颗粒很小，光的散射很小，浑浊度的变化很小，难以用浑浊度来确定水的污染情况，另外，浑浊度随着背景照明情况很大，使得该方法只能做初步的判断。另一种方法是电导率检测方法，由于很多污染物质溶于水后，会使水中导电离子数量发生变化，从而引起水容易电导率的变化，因此，测量水中电导率就可以确定水的污染情况，溶液的电导率与其温度、电极上的极化现象、电极分布电容等因素有关，使得电导率的测试同操作过程和环境非常敏感，难以在家庭广泛使用。还有一种利用物理性质变化检测水污染，例如，氧溶量检测方法，当污染物溶于水后，将不可避免的使水中气体含量增加，通过检测水中的氧溶解量确定水的污染情况。目前，虽然有很多氧溶量水质检测仪，但一般的化学测量方法由于操作困难，不适宜简便测量。现有的简便测量方法为溶氧电极，电流测定法根据分子氧透过薄膜的扩散速率来测定水中溶解氧的含量，电流测定法的测量速度较快，操作简便，干扰少，能够现场自动连续检测，但是由于它的透氧膜和电极比较容易老化，当水样中含藻类、硫化物、碳酸盐、油类等物质时，会使透氧膜堵塞或损坏，需要注意保护和及时更换，又由于它是依靠电极本身在氧的作用下发生氧化还原反应来测定氧浓度的特性，测定过程中需要消耗氧气，所以在测量过程中样品要不停地搅拌，一般速度至少要求为0.3m/s，且需要定期更换电解液，致使它的测量精度和响应时间都受到扩散因素的限制。上述问题使得该方法难以在家庭中推广使用。为了简便、快速的检测饮用水污染情况，需要采用新的方法来饮用水的污染情况。由于物质溶入水中，会改变水的声学性质，如声速、吸收系数、散射系数等，因此，很早以前，人们就通过检测这些参数来确定物质在水中的含量。但是，只要物质溶入量不大，水的这些声学性质改变很小，使得这些方法只能用于污染非常严重的情况，而这种情况很容易为其他简易检测方法所代替。然而，利用污染物质越多，水中气体含量越大的特点，还可以用空化效应进行检测。当强度较大的超声波在水中，超声波在水中的振荡将使水中的小气泡逐渐增大，最后发生破裂，而破裂的气泡将发射出超声波，这种现象称为空化现象。通过检测空化效应产生的超声换能器输出的超声声压的阈值，原则上就可以对水中含气量进行评估，从而判断水的污染情况。但由于空化阈值不但与环境温度、物质种类、距换能器距离等很多因素有关，而且与空化泡的初始大小有关，而水中的空化泡大小不是一定的，而是按某种分布函数呈几率分布，因此，空化阈值实际不是一个确定的量，因此，利用空化现象测量的空化阈值实际是空化信号的接收灵敏度，利用这种方法难以确定水的污染情况。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种水质检测仪及其方法，用于解决现有技术中水质检测仪操作不方便和检测精度不高，无法推广到家庭使用的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种水质检测仪，所述水质检测仪包括检测池、发射换能器、接收换能器，控制器、滤波电路和显示器；所述发射换能器，用于根据激励电压产生的超声波信号输入至检测池；所述接收换能器，用于采集所述检测池内非均匀水媒质产生波形畸变的超声波信号，其中，所述超声波信号包含各次谐波信号；所述滤波模块，设置于所述接收换能器与所述控制器之间，用于滤除各次谐波信号中的基带噪声和高阶谐波，得到二、三次谐波电压信号；所述控制器，用于对所述二、三次谐波电压信号进行模数转换，并在预设时间内分别计算二、三次谐波电压信号对应的电压幅度值，以及根据二、三次谐波的电压幅度值分别与其对应的发射换能器的激励电压幅度值的平方、三次方比值检测出水质状况；所述显示器，连接于所述控制器的输出端，用于显示检测池的水质状况。本专利技术的另一目的在于提供一种水质检测的方法，包括：将待测水通入检测池内；在激励电压下，发射超声波信号至检测池内；接收换能器采集检测池内非均匀水媒质产生波形畸变的超声波信号，所述超声波信号包含各次谐波信号；滤除各次谐波信号中基带噪声和高阶谐波，得到二、三次谐波电压信号；对所述二、三次谐波电压信号进行模数转换，在预设时间内分别计算已模数转换的二、三次谐波信号对应的电压幅度值，根据二、三次谐波的电压幅度值分别与其对应的发射换能器的激励电压幅度值的平方、三次方比值检测出水质状况检测出水质状况；显示所述检测池内水质状况。如上所述，本专利技术的水质检测仪及其方法，具有以下有益效果：通过采集检测池内不均匀水环境下产生波形畸变的超声波信号，该超声波信号包含各次谐波信号，提取超声波信号内各次谐波信号中二次谐波与三次谐波，分别计算二次谐波与三次谐波的电压幅度值，根据其电压幅度值与发射换能器的激励电压幅度值的平方、三次方比值结果，结合预设的阈值范围检测出水质的状况。提供了一种简单易操作的水质检测仪及方法，同时，相对于其它超声波水质检测方式，降低了因空化现象导致的水质检测精度和效率下降的问题，且成本低廉，适于广大家庭使用。附图说明图1显示为本专利技术的水质检测仪的结构框图；图2-a、图2-b分别显示为本专利技术的水质检测仪中发射换能器超声波的波形图；图2-c、图2-d分别显示为本专利技术的水质检测仪中发射换能器超声波的连续波畸变图、脉冲波畸变图；图3显示为本专利技术的水质检测仪的完整结构框图；图4显示为本专利技术的水质检测的方法流程图；图5显示为本专利技术的水质检测的方法中步骤S5的详细流程图。元件标号说明：1检测池2发射换能器3接收换能器4滤波模块5控制器6显示器7放大电路41变换单元42带通滤波器51模数转换单元52计算单元53检测单元S1～S6步骤1～步骤6具体实施方式以下由特定的具体实施例说明本专利技术的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水质检测仪，其特征在于，所述水质检测仪包括检测池、发射换能器、接收换能器，控制器、滤波电路和显示器；所述发射换能器，用于根据激励电压产生的超声波信号输入至检测池；所述接收换能器，用于采集所述检测池内非均匀水媒质产生波形畸变的超声波信号，其中，所述超声波信号包含各次谐波信号；所述滤波模块，设置于所述接收换能器与所述控制器之间，用于滤除各次谐波信号中的基带噪声和高阶谐波，得到二、三次谐波电压信号；所述控制器，用于对所述二、三次谐波电压信号进行模数转换，并在预设时间内分别计算二、三次谐波电压信号对应的电压幅度值，以及根据二、三次谐波的电压幅度值分别与发射换能器的激励电压幅度值平方、三次方的比值检测出水质状况；所述显示器，连接于所述控制器的输出端，用于显示检测池的水质状况。

【技术特征摘要】
1.一种水质检测仪，其特征在于，所述水质检测仪包括检测池、发射换能器、接收换能器，控制器、滤波电路和显示器；所述发射换能器，用于根据激励电压产生的超声波信号输入至检测池；所述接收换能器，用于采集所述检测池内非均匀水媒质产生波形畸变的超声波信号，其中，所述超声波信号包含各次谐波信号；所述滤波模块，设置于所述接收换能器与所述控制器之间，用于滤除各次谐波信号中的基带噪声和高阶谐波，得到二、三次谐波电压信号；所述控制器，用于对所述二、三次谐波电压信号进行模数转换，并在预设时间内分别计算二、三次谐波电压信号对应的电压幅度值，以及根据二、三次谐波的电压幅度值分别与发射换能器的激励电压幅度值平方、三次方的比值检测出水质状况；所述显示器，连接于所述控制器的输出端，用于显示检测池的水质状况。2.根据权利要求1所述的水质检测仪，其特征在于，所述滤波模块包括变换单元和带通滤波器，所述变换单元，用于对各次谐波信号进行小波变换和快速傅氏变换以获取该谐波信号的基波频率，所述带通滤波器包含二次谐波带通滤波器与三次谐波带通滤波器，且二次谐波与三次谐波的频率根据发射换能器的基波频率而定。3.根据权利要求1所述的水质检测仪，其特征在于，所述控制器还包括模数转换单元、计算单元和检测单元；所述模数转换单元，用于分别对二次谐波电压信号、三次谐波电压信号进行模数转换，生成对应的二次谐波数字信号、三次谐波数字信号；所述计算单元，用于在预设时间内分别计算二、三次谐波数字信号对应的二次谐波电压幅度值与三次谐波电压幅度值；所述检测单元，用于根据二次谐波电压幅度值与发射换能器的激励电压幅度值的平方比值和三次谐波电压幅度值与发射换能器的激励电压幅度值的三次方比值，将测量的各自比值与预设阈值比较检测出检测池内水质的状况。4.根据权利要求3所述的水质检测仪，其特征在于，所述检测单元按如下公式计算二、三次谐波的电压幅度值分别与其对应的发射换能器的激励电压幅度值的平方、三次方的比值：C1＝A2X/V2(1)C2＝A3X/V3(2)式(1)与式(2)中，V为发射换能器的激励电压幅度值，A2x为二次谐波电压幅度值，A3x为三次谐波电压幅度值，C1、C2分别为二次、三次谐波电压幅度值与发射换能器的激励电压幅度值的平方、三次方比值。5.根据权利要求1所述的水质检测仪，其特征在于，还包括放大电路，其设置于所述控制器与发射换能器之间，用于根据控制器发送的控制信号产生激励电压，以驱使发射换能器工作。6.一种水质检测的方法，其特征在于，包括：将...

【专利技术属性】
技术研发人员：王华，洪声秀，杨增涛，方廖琼，
申请(专利权)人：重庆医科大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50