【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水质检测，尤其涉及一种河水中磷酸盐含量检测系统及方法。
技术介绍
1、河水中磷酸盐含量是河水污染评价中的一项重要控制指标。农业中使用的化肥中含有大量的磷酸盐，当农田灌溉或降雨时，磷酸盐会被冲刷到河水中。工业废水中含有大量的磷酸盐，如果不经过处理直接排放到河水中，会导致河水中磷酸盐浓度升高。河水中磷酸盐的浓度对河水的生态环境和水质有重要影响。当磷酸盐浓度过高时，会导致水体中藻类过度生长，形成藻华，藻华会消耗河水中的氧气，造成河水富营养化和缺氧，对水生生物造成严重危害，藻华还会产生毒素，对人类健康造成危害。
2、目前，河水中磷酸盐含量的检测方法通常采用分光光度法，该方法不仅操作复杂、样品分析效率低下，且人工操作的诸多不确定因素会带来许多误差，影响结果的准确性。
技术实现思路
1、本专利技术为了解决上述技术问题，提供了一种河水中磷酸盐含量检测系统及方法，其能够快速准确的检测出河水中磷酸盐含量，操作简单，提高了检测效率。
2、为了解决上述问题，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
3、本专利技术的一种河水中磷酸盐含量检测系统，包括数据采集装置和数据处理装置，所述数据采集装置包括从上至下依次设置的套筒、连接管和检测桶，所述检测桶底部设有出水口，所述出水口处设有与出水口螺纹连接的盖体，所述检测桶顶部与连接管连通，所述套筒底部与连接管连通，所述检测桶内设有电化学传感器，所述检测桶侧壁设有进水口，所述进水口处设有与进水口匹配的盖板，所述检测桶内设有
4、在本方案中，检测时，用数据采集装置采集数据，将检测桶完全浸入河水中，驱动机构驱动盖板打开，河水从进水口进入检测桶，当河水灌满检测桶后，电化学传感器与检测桶内的河水接触，启动电化学传感器，电化学传感器输出检测电流数据i(t)到控制器，t为时间，控制器将检测电流数据i(t)通过无线通信模块发送给数据处理装置，数据处理装置对检测电流数据i(t)进行分析，计算出河水中磷酸盐含量。
5、作为优选，所述驱动机构包括竖直设置的管体，所述管体外侧套设有第一挡板和第二挡板，所述第一挡板位于第二挡板上方，所述盖板顶部与检测桶转动连接，所述盖板内侧壁下部通过连接杆与第二挡板底部连接，所述连接杆两端分别与盖板、第二挡板转动连接，所述套筒内设有用于驱动管体升降的升降机构，所述升降机构的伸缩端穿过连接管与管体连接。管体升降可带动第二挡板升降，从而带动盖板打开/关闭进水口。
6、作为优选，所述电化学传感器设置在连接柱底部，所述连接柱依次穿过管体、连接管与套筒连接。
7、作为优选，所述检测桶内设有用于对第一挡板限位的第一挡块、用于对第二挡板限位的第二挡块，所述第一挡块位于第一挡板上方，所述第二挡块位于第二挡板下方。
8、作为优选，所述电化学传感器包括工作电极、对电极、参比电极。
9、作为优选，所述工作电极为泡沫镍电极，对电极为铂电极，参比电极为饱和kcl溶液电极。泡沫镍电极的空间结构中填充有纳米钴颗粒和活性石墨烯修饰的纳米碳糊材料，作为水中磷酸盐检测的敏感物质。
10、本专利技术的一种河水中磷酸盐含量检测方法，用于上述的一种河水中磷酸盐含量检测系统，包括以下步骤：
11、s1：选取具有不同磷酸盐浓度的河水，检测每个磷酸盐浓度的河水对应的特征值y，将这些值进行拟合得到浓度计算公式：x＝a×y+b，x为河水中磷酸盐的浓度，a、b为常数；
12、s2：检测待测河水对应的特征值y，根据浓度计算公式：x＝a×y+b，计算出待测河水中磷酸盐的浓度；
13、所述检测某个磷酸盐浓度的河水对应的特征值y的方法包括以下步骤：
14、m1：将检测桶浸入河水中，驱动机构驱动盖板打开，河水从进水口进入检测桶，电化学传感器与检测桶内的河水接触，启动电化学传感器，电化学传感器输出检测电流数据i(t)到控制器，t为时间，控制器将检测电流数据i(t)通过无线通信模块发送给数据处理装置；
15、m2：数据处理装置对检测电流数据i(t)进行归一化处理，归一化到[1，15]区间内，得到对应的归一化数据l(t)；
16、m3：数据处理装置将归一化数据l(t)进行多项式曲线拟合，得到拟合曲线y(t)，y(t)＝α0+α1t+α2t2+α3t3，α0、α1、α2、α3为系数；
17、m4：数据处理装置计算出系数特征值得到修正拟合曲线z(t)＝β+α1t+α2t2+α3t3；
18、m5：数据处理装置将修正拟合曲线z(t)输入到自适应运筹模型，自适应运筹模型输出信号评估值nr，将信号评估值nr作为该磷酸盐浓度的河水对应的特征值y。
19、对检测电流数据i(t)进行归一化处理，可以让某些过度离散的数据点统一到[1，15]区间内，从而降低数据的离散程度，降低过度离散的数据点对整个数据分析过程产生的偏离影响。
20、由于本方法采用电化学传感器进行检测，其响应可以看作是0阶、一阶、二阶和三阶的信号的混合，如果直接对检测离散点进行拟合，则信号的特征将会受到不可预知的影响，导致检测精度降低。如果我们将检测离散的点拟合成为一条关于时间的响应值函数，并将检测信号分立为0阶、一阶、二阶和三阶的信号，那么原来检测信号的图形特征则转化成0阶、一阶、二阶和三阶信号的系数之中，再对系数进行一系列的计算，那么就可以准确的获取河水中磷酸盐含量的特征信息。在0阶、一阶、二阶和三阶信号的系数之中，0阶信号决定了分立信号y(t)在横轴方向的偏置位置，那么优化过的0阶信号则纠正了原始检测信号的偏离，使得分立信号y(t)得到了有效的校正。
21、作为优选，所述步骤m5包括以下步骤：
22、数据处理装置将修正拟合曲线z(t)输入到自适应运筹模型：
23、
24、p(x)＝0.5f×x-0.25g×x3，
25、其中，x为自适应运筹模型的优化模块，k为实参数，p(x)为运筹边界框架，ω为频率，θ为初始角度，b为运筹可变滑块质量，为是滑块本体信号，m、f、g为实数；
26、调整运筹可变滑块质量b的值，运筹可变滑块质量b的值从0.5开始增加，优化模块x呈现上升趋势并受到自适应运筹模型的阻力，当b＝br，t＝tr时，自适应运筹模型处于最优状态，优化模块x所承受的阻力最小，自适应运筹模型输出信号评估值nr，
27、
28、将信号评估值nr作为该磷酸盐浓度的河水对应的特征值y。
29、运筹可变滑块质量b的值从0.5开始增加，优化模块x呈现上升驱使，由于自适应运筹模型存在一定阻力，优化模块x的寻优过程受限，随着运筹可变滑块质量b的值的增加，当且仅当b＝br，t＝tr时，自适应运筹模型处于最优状态，优化模块x本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种河水中磷酸盐含量检测系统，其特征在于，包括数据采集装置和数据处理装置，所述数据采集装置包括从上至下依次设置的套筒(1)、连接管(2)和检测桶(3)，所述检测桶(3)底部设有出水口，所述出水口处设有与出水口螺纹连接的盖体(4)，所述检测桶(3)顶部与连接管(2)连通，所述套筒(1)底部与连接管(2)连通，所述检测桶(3)内设有电化学传感器(5)，所述检测桶(3)侧壁设有进水口(6)，所述进水口(6)处设有与进水口(6)匹配的盖板(7)，所述检测桶(3)内设有用于驱动盖板(7)打开/关闭进水口(6)的驱动机构，所述套筒(1)内设有控制器和无线通信模块，所述控制器分别与电化学传感器(5)、无线通信模块电连接，所述无线通信模块能够与数据处理装置无线通信。
2.根据权利要求1所述的一种河水中磷酸盐含量检测系统，其特征在于，所述驱动机构包括竖直设置的管体(8)，所述管体(8)外侧套设有第一挡板(9)和第二挡板(10)，所述第一挡板(9)位于第二挡板(10)上方，所述盖板(7)顶部与检测桶(3)转动连接，所述盖板(7)内侧壁下部通过连接杆(11)与第二挡板(10)底部连接，
3.根据权利要求2所述的一种河水中磷酸盐含量检测系统，其特征在于，所述电化学传感器(5)设置在连接柱(12)底部，所述连接柱(12)依次穿过管体(8)、连接管(2)与套筒(1)连接。
4.根据权利要求2所述的一种河水中磷酸盐含量检测系统，其特征在于，所述检测桶(3)内设有用于对第一挡板(9)限位的第一挡块(13)、用于对第二挡板(10)限位的第二挡块(14)，所述第一挡块(13)位于第一挡板(9)上方，所述第二挡块(14)位于第二挡板(10)下方。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种河水中磷酸盐含量检测系统，其特征在于，所述电化学传感器(5)包括工作电极(15)、对电极(16)、参比电极(17)。
6.根据权利要求5所述的一种河水中磷酸盐含量检测系统，其特征在于，所述工作电极(15)为泡沫镍电极，对电极(16)为铂电极，参比电极(17)为饱和KCL溶液电极。
7.一种河水中磷酸盐含量检测方法，用于权利要求1所述的一种河水中磷酸盐含量检测系统，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的一种河水中磷酸盐含量检测方法，其特征在于，所述步骤M5包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种河水中磷酸盐含量检测系统，其特征在于，包括数据采集装置和数据处理装置，所述数据采集装置包括从上至下依次设置的套筒(1)、连接管(2)和检测桶(3)，所述检测桶(3)底部设有出水口，所述出水口处设有与出水口螺纹连接的盖体(4)，所述检测桶(3)顶部与连接管(2)连通，所述套筒(1)底部与连接管(2)连通，所述检测桶(3)内设有电化学传感器(5)，所述检测桶(3)侧壁设有进水口(6)，所述进水口(6)处设有与进水口(6)匹配的盖板(7)，所述检测桶(3)内设有用于驱动盖板(7)打开/关闭进水口(6)的驱动机构，所述套筒(1)内设有控制器和无线通信模块，所述控制器分别与电化学传感器(5)、无线通信模块电连接，所述无线通信模块能够与数据处理装置无线通信。
2.根据权利要求1所述的一种河水中磷酸盐含量检测系统，其特征在于，所述驱动机构包括竖直设置的管体(8)，所述管体(8)外侧套设有第一挡板(9)和第二挡板(10)，所述第一挡板(9)位于第二挡板(10)上方，所述盖板(7)顶部与检测桶(3)转动连接，所述盖板(7)内侧壁下部通过连接杆(11)与第二挡板(10)底部连接，所述连接杆(11)两端分别与盖板(7)、第二挡板(10)转动连接，所述套筒(1)内设有用于驱动管体(8)升降的升降机构...
【专利技术属性】
技术研发人员：邓艳军，张显飞，惠国华，赵丽艳，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学平湖数字技术创新研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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