基于光谱感知的多参数全自动水质检测装置及检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于光谱感知的多参数全自动水质检测装置和检测方法，所述多参数全自动水质检测装置包括反应模块，所述反应模块与试剂箱中的蠕动泵阵列组连接，所述蠕动泵阵列组分别抽取检测试剂和待测水样，并输送至反应模块中；搅拌模块，所述搅拌模块安装在反应模块下方，用于搅拌反应模块中的液体，得到混合液；光谱测量模块，所述光谱测量模块与反应模块连接，反应模块中的混合液输送至光谱测量模块中，所述光谱测量模块用于测定光度值

【技术实现步骤摘要】
基于光谱感知的多参数全自动水质检测装置及检测方法


[0001]本专利技术涉及一种水质检测装置及检测方法，尤其涉及一种基于光谱感知的多参数全自动水质检测装置及检测方法，属于水质检测装备

。

技术介绍

[0002]水质对于水产养殖的健康和产量具有直接影响
。
水产养殖中的鱼类
、
虾类
、
贝类等生物对水质的敏感性较高，如果水质不符合适宜的要求，可能导致疾病爆发
、
生长受阻
、
死亡率增加等问题，严重影响养殖业的经济效益
。
故水质检测在水产养殖中扮演着至关重要的角色
。
[0003]传统的水质检测方法主要依赖于复杂的实验室化学分析技术，这些方法容易产生误差积累，降低检测结果的准确性
。
此外，在某些紧急情况下，需要快速获取水质信息以便及时采取措施，然而传统化学分析方法的处理和检测时间较长，无法满足这一需求
。
综上，目前传统的水质检测方法存在一系列问题和局限性，对设备和适用者的要求较高，需要专业技术人员进行操作，限制了其在实际应用中的进一步推广和应用
。
另外，传统方法通常每次只能监测个别水质指标，无法全面了解水质状况，而水质受多个因素的共同影响，需要实现对多个水质参数进行同时检测才能对水质情况进行有效评估
。
而目前市场上存在的原位快速水质检测设备虽然可以提供便捷和实时的水质监测，然而，这些设备存在传感器精度和可靠性的局限性，不同参数可能需要不同传感器，且其准确性和稳定性受环境和寿命影响
。
部分设备只能监测特定参数，无法全面评估水体状况
。
校准和维护对非专业用户较困难，且数据处理和分析能力有限，可能需要导出数据到其他平台进行进一步评估
。
[0004]因此，迫切需要研发一种新型水质检测设备，能够克服目前传统方法在水质原位快速检测过程中存在的问题和局限性
。
该设备应具备高准确性
、
快速检测
、
简便操作和多参数综合评估等特点，以满足水质检测的需求，并为水产养殖提供一种更为有效的工具
。
[0005]基于此，我们提出了一种基于光谱感知的多参数全自动水质检测装置，通过简便的操作，即能够快速
、
准确地检测水质中总磷
、
氨氮
、
总氮
、
亚硝酸盐
、
铜
、
锌多个参数指标
。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种低成本
、
高精度和易操作的基于光谱感知的多参数全自动水质检测装置，通过该多参数全自动水质检测，用户可以快速
、
方便地获取水质数据，并能全面了解水质状况，从而为水产养殖关键信息获取提供更有效的工具；本专利技术的另一目的是提供一种基于光谱感知的多参数全自动水质检测方法
。
[0007]技术方案：本专利技术的一种基于光谱感知的多参数全自动水质检测装置，所述多参数全自动水质检测装置包括
[0008]试剂箱，所述试剂箱包括用于存放检测试剂的检测试剂阵列组，与所述检测试剂阵列组连接的蠕动泵阵列组；
[0009]反应模块，所述反应模块与试剂箱中的蠕动泵阵列组连接，所述蠕动泵阵列组分
别抽取检测试剂和待测水样，并输送至反应模块中；
[0010]搅拌模块，所述搅拌模块安装在反应模块下方，用于搅拌反应模块中的液体，得到混合液；
[0011]光谱测量模块，所述光谱测量模块与反应模块连接，反应模块中的混合液输送至光谱测量模块中，所述光谱测量模块用于测定反应液的光度值；
[0012]控制模块，所述控制模块分别与蠕动泵阵列组
、
搅拌模块和光谱测量模块连接，用于控制多参数全自动水质检测装置的运行以及接收处理光谱测量模块中测得的光度值数据
。
[0013]进一步地，所述检测试剂阵列组内置显色试剂，所述显色试剂包括用于检测总磷
、
氨氮
、
总氮
、
亚硝酸盐
、
铜
、
锌中一种或多种检测指标的试剂
。
根据检测指标可控制蠕动泵阵列组抽取相应的显色试剂
。
[0014]进一步地，所述反应模块由支架
、
反应器皿
、
液体管道和塞子组成；所述反应器皿安装在支架上，所述塞子安装在反应器皿上，所述液体管道穿过塞子与反应器皿连通；所述液体管道包括液体抽取管道和液体送入管道；液体抽取管道采用耐酸碱平切硬管，用于将反应模块中的液体抽净；液体送入管道采用耐酸碱的斜切细管，用于将检测试剂和待测水样输送至反应器皿中
。
[0015]进一步，所述搅拌模块包括搅拌电机和搅拌子
。
搅拌电机可以是直流电机与椭圆形磁铁组成或者为步进电机与椭圆形磁铁组成
。
搅拌子可以是星型或椭圆形
。
当搅拌电机为步进电机时，可以通过间歇传输脉冲的方式控制液体的均匀搅拌
。
在搅拌状态下，小型旋涡且无噪音是最佳效果
。
当搅拌电机为直流电机时，可以使用
PWM
脉冲调节驱动电压，以消除过大功率带来的噪音和旋涡问题
。
[0016]进一步地，所述光谱测量模块包括步进电机，环绕步进电机布置的
N
个样品室，安装在步进电机的光谱传感器；样品室包括靠近光谱传感器方向设置的比色皿，设置在所述比色皿后方的光源；所述步进电机带动光谱传感器旋转至待测比色皿的正前方
。
[0017]更进一步地，步进电机采用的是脉冲数量为
N
相
N
线的步进电机，步进电机在运行时，会依次激活相邻的两个相位，以使步进电机按照一定的步进角度旋转
。
[0018]更进一步地，所述样品室包括避光支架，所述比色皿和光源安装在避光支架上；所述避光支架为上下半包围结构；所述光源采用仿制萤火虫冷光源
LED
，前端带有黑色材质的聚光罩；光源的驱动电压由控制模块调节，在装置运行之前，光谱测量模块进行自检，根据光谱传感器收集的数值调节光源的驱动电压，以将每次光源的功率固定在固定值
。
[0019]更进一步地，所述光谱测量模块内安装有温度传感器，所述温度传感器用于采集光谱测量模块内的温度值并传输给控制模块；控制模块根据预先校准过的温度与暗电流的非线性模型，对光谱传感器接收到的数据进行校准补偿
。
[0020]进一步地，所述多参数全自动水质检测装置还包括人机交互界面，所述人机交互界面与控制模块连接，所述人机交互界面用于向控制模块传输指令并接收控制模块传回的信息；所述人机交互界面的功能包括修正搅拌转速
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于光谱感知的多参数全自动水质检测装置，其特征在于，所述多参数全自动水质检测装置包括试剂箱，所述试剂箱包括用于存放检测试剂的检测试剂阵列组，与所述检测试剂阵列组连接的蠕动泵阵列组；反应模块，所述反应模块与试剂箱中的蠕动泵阵列组连接，所述蠕动泵阵列组分别抽取检测试剂和待测水样，并输送至反应模块中；搅拌模块，所述搅拌模块安装在反应模块下方，用于搅拌反应模块中的液体，得到混合液；光谱测量模块，所述光谱测量模块与反应模块连接，反应模块中的混合液输送至光谱测量模块中，所述光谱测量模块用于测定反应液的光度值；控制模块，所述控制模块分别与蠕动泵阵列组
、
搅拌模块和光谱测量模块连接，用于控制多参数全自动水质检测装置的运行以及接收处理光谱测量模块中测得的光度值数据
。2.
根据权利要求1所述的基于光谱感知的多参数全自动水质检测装置，其特征在于，所述反应模块由支架
、
反应器皿
、
液体管道和塞子组成；所述反应器皿安装在支架上，所述塞子安装在反应器皿上，所述液体管道穿过塞子与反应器皿连通；所述液体管道包括液体抽取管道和液体送入管道；液体抽取管道采用耐酸碱平切硬管，用于将反应模块中的液体抽净；液体送入管道采用耐酸碱的斜切细管，用于将检测试剂和待测水样输送至反应器皿中
。3.
根据权利要求1所述的基于光谱感知的多参数全自动水质检测装置，其特征在于，所述光谱测量模块包括步进电机，环绕步进电机布置的
N
个样品室，安装在步进电机的光谱传感器；样品室包括靠近光谱传感器方向设置的比色皿，设置在所述比色皿后方的光源；所述步进电机带动光谱传感器旋转至待测比色皿的正前方
。4.
根据权利要求3所述的基于光谱感知的多参数全自动水质检测装置，其特征在于，步进电机采用的是脉冲数量为
N
相
N
线的步进电机，步进电机在运行时，会依次激活相邻的两个相位，以使步进电机按照一定的步进角度旋转
。5.
根据权利要求3所述的基于光谱感知的多参数全自动水质检测装置，其特征在于，所述样品室包括避光支架，所述比色皿和光源安装在避光支架上；所述避光支架为上下半包围结构；所述光源采用仿制萤火虫冷光源
LED
；光源的驱动电压由控制模块调节，在装置运行之前，光谱测量模块进行自检，根据光谱传感器收集的数值调节光源的驱动电压，以将每次光源的功率固定在固定值
。6.
根据权利要求3所述的基于光谱感知的多参数全自动水质检测装置，其特征在于，所述光谱测量模块内安装有温度传感器，所述温度传感器用于采集光谱测量模块内的温度值并传输给控制模块；控制模块根据预先校准过的温度与暗电流的非线性模型，对光谱传感器接收到的数据进行校准补偿
。7.
根据权利要求1所述的基于光谱感知的多参数全自动水质检测装置，其特征在于，所述多参数全自动水质检测装置还包括人机交互界面，所述人机交互界面与控制模块连接，所述人机交互界面用于向控制模块传输指令并接收控制模块传回的信息；所述人机交互界面的功能包括修正搅拌转速
、
参数调整
、
数据拟合
、
曲线绘制
、
检测结果显示和数据存储；所述修正搅拌转速为通过修改人机交互界面上的设置，调节搅拌电机的驱动电压或脉冲数量；所述参数调整用于选择要检测的具体检测指标；所述数据拟合为通过启动抽取标准液
体并对初始建立的光谱与浓度模型进行重新拟合校准，曲线绘制功能根据收集的光谱与浓度数值进行曲线建立
。8.
根据权利要求1所述的基于光谱感知的多参数全自动水质检测装置，其特征在于，所述控制模块包括主机模块和从机模块，主机模块和从机模块都具有内置微处理器，微...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵国，张利涛，汪小旵，吕成，薛尹昊，丁俊安，刘静雯，
申请(专利权)人：南京农业大学，
类型：发明
国别省市：