一种大流量UVC-LED模块化饮用水消毒方法与流程

本发明涉及消毒设备运行监测，具体为一种大流量uvc-led模块化饮用水消毒方法。

背景技术：

1、随着uvc-led光源技术的发展，基于uvc-led阵列的饮用水消毒系统因具有响应速度快、能耗低、体积小以及便于模块化集成等特点，逐渐应用于大流量饮用水处理场景，该类系统通常通过多个uvc-led模组组成并联式光源阵列，通过控制模块调节各模组驱动功率，使水体在流经反应腔体过程中获得满足消毒要求的紫外辐照剂量；

2、现有的大流量uvc-led模块化饮用水消毒方法，大流量uvc-led消毒系统长期运行后，结温光衰与石英窗口结垢表象重合，均表现为杀菌率下降，导致运维中极易产生双向误判，缺乏对壳温-光功率关联、窗口透过率及热惯性响应的同步监测，无法从物理层面实现根因精准分离，亦缺少阵列级态势感知机制，难以区分局部故障与系统性水质波动，造成过度干预，导致消毒不达标及模组损耗，其实用性存在一定的局限性。

技术实现思路

1、本发明提供了一种大流量uvc-led模块化饮用水消毒方法，具备实现对紫外输出衰减原因的准确识别，并根据不同根因执行对应的运行调节与维护策略的有益效果，解决了上述背景技术中所提到现有uvc-led饮用水消毒系统中，仅依据单一运行参数难以区分芯片结温光衰与石英窗口结垢衰减的问题。

2、本发明提供如下技术方案：一种大流量uvc-led模块化饮用水消毒方法，包括：

3、在uvc-led模组投运或更换后，于不同运行工况下采集壳温、入射辐照度及驱动电流，建立壳温与光功率之间的稳态映射关系，并获取洁净窗口透过率基准以及电流扰动下的热响应时间特征，构建诊断基准指纹库；

4、运行过程中同步采集壳温、入射辐照度、透射辐照度及驱动电流，并对采集数据进行有效性筛选；

5、基于所述诊断基准指纹库，计算当前壳温对应预测光功率与实际光功率之间的偏离程度，判断光功率衰减是否符合热衰减规律；

6、根据入射辐照度与透射辐照度计算窗口实时透过率，并与洁净窗口透过率基准进行比较，判断光传播路径是否存在衰减异常；

7、对uvc-led模组施加电流扰动，获取扰动过程中的光功率响应曲线，根据响应曲线的渐进变化特征辨识热响应时间常数，判断热传导路径状态；

8、根据热衰减规律偏离状态、窗口透过率状态以及热响应时间常数之间对应的物理关联关系，对光功率衰减原因进行解耦判定，输出结温异常、结垢异常或耦合异常诊断结果；

9、对多个uvc-led模组分别执行上述诊断过程，并根据模组间诊断结果差异确定局部异常或系统性异常；

10、根据诊断结果执行对应的功率调节、散热控制或窗口维护提示。

11、优选的，建立壳温与光功率之间的稳态映射关系，具体为：

12、获取led模组累计运行时长、模组更换状态标识及上一次标定完成时刻距当前时刻的时间间隔；判断是否满足标定触发条件；

13、判断进水水质是否处于稳定状态；

14、判断光学窗口是否处于洁净状态；

15、在每个设定工况点，获取壳温传感器输出的壳温值、入射辐照度传感器输出的入射辐照度值及驱动电流采样值；

16、判断该工况点是否达到热稳态；

17、遍历全部设定工况点后，形成覆盖低负荷至满负荷完整区间的壳温-入射辐照度稳态映射数据集；

18、在已确认光学窗口处于洁净状态的条件下，同步记录入射辐照度与透射辐照度；

19、将入射辐照度与透射辐照度的比值作为窗口基准透过率值，并与对应工况标识关联存储；

20、提取热响应动态指纹；

21、将壳温-入射辐照度稳态映射数据集、窗口基准透过率值及热响应特征时间尺度值整合为根因诊断基准指纹库，写入控制模块的非易失性存储器；

22、执行完整性校验。

23、优选的，对采集数据进行有效性筛选，具体为：

24、获取系统运行状态标识及当前时刻距上一次有效采集时刻的时间间隔；

25、判断是否满足采集触发条件；

26、获取各传感器及采样电路的通信状态反馈信号；

27、判断通信通道是否完整；

28、判断当前采集周期原始数据组的数值是否处于物理合理范围；

29、若当前采集周期原始数据组的数值超出物理合理范围，标记当前采集周期的原始数据组为物理异常无效数据，触发对应传感器或采样电路的校准检查；

30、若当前采集周期原始数据组的数值处于物理合理范围，获取当前采集周期原始数据组中各通道数据对应的时刻戳；

31、计算各时刻戳之间的最大偏差值；

32、判断当前采集周期原始数据组是否满足时间同步要求；

33、若当前采集周期原始数据组为有效数据，将该有效数据分别送入壳温-光功率稳态分析通道、窗口透过率分析通道及热惯性动态分析通道，判断光功率衰减是否符合热衰减规律；

34、若当前采集周期原始数据组为无效数据，丢弃该无效数据并重新获取系统运行状态标识及当前时刻距上一次有效采集时刻的时间间隔。

35、优选的，判断光功率衰减是否符合热衰减规律，具体为：

36、获取当前采集周期的壳温值及前序多个连续采集周期经对采集数据进行有效性筛选后的有效壳温值，计算壳温变化幅度；

37、若壳温变化幅度大于或等于预设稳态阈值，则判定当前模组处于热瞬态，暂停稳态偏离度分析并重新对采集数据进行有效性筛选；

38、若壳温变化幅度小于预设稳态阈值，则判定当前模组处于热稳态，获取当前壳温值，在基准指纹库中检索与该壳温值对应的标定记录；

39、若基准指纹库中存在壳温值与当前壳温值相等的标定记录，则直接提取该标定记录对应的入射辐照度作为预测入射辐照度；

40、若基准指纹库中不存在壳温值与当前壳温值相等的标定记录，则提取基准指纹库中与当前壳温值相邻的两个标定点，依据该两个标定点的壳温与入射辐照度对应关系确定预测入射辐照度；

41、获取当前实测入射辐照度；

42、计算预测入射辐照度与当前实测入射辐照度之间的相对偏离程度；

43、若相对偏离程度小于预设接近零阈值，则判定当前光功率衰减完全由壳温变化解释，输出结温光衰主导标签，并判定结垢影响轻微，稳态偏离度分析通道对当前采集周期的处理结束；

44、若相对偏离程度大于或等于预设接近零阈值，则判定存在无法用壳温变化解释的额外光功率衰减，进行壳温状态关联判定与根因标签输出。

45、优选的，判断光传播路径是否存在衰减异常，具体为：

46、获取入射辐照度传感器输出的入射辐照度值及透射辐照度传感器输出的透射辐照度值；

47、若入射辐照度值小于或等于预设最低有效辐照度阈值，或透射辐照度值小于或等于预设最低有效辐照度阈值，则判定入射辐照度值与透射辐照度值中至少一项处于无效量程，标记当前采集周期透过率分析数据为量程异常，触发对应传感器的状态检查，并退出透过率分析通道；

48、若入射辐照度值大于预设最低有效辐照度阈值，且透射辐照度值大于预设最低有效辐照度阈值，则判定入射辐照度值与透射辐照度值均处于有效量程，获取判定为处于有效量程的入射辐照度值与透射辐照度值，将透射辐照度值与入射辐照度值的比值作为窗口实时透过率；

49、获取窗口实时透过率及基准指纹库中记录的窗口基准透过率，确定窗口实时透过率与窗口基准透过率之间的差值；

50、若上述差值的绝对值小于预设基准偏离阈值，则判定窗口实时透过率维持在基准值附近，输出窗口光学状态良好标签，判定光功率衰减的根因不在窗口环节，透过率分析通道对当前采集周期的处理结束；

51、若上述差值的绝对值大于或等于预设基准偏离阈值，则判定窗口实时透过率偏离基准值，执行结垢发展趋势关联判定。

52、优选的，判断热传导路径状态，具体为：

53、获取当前出水端紫外剂量监测值、系统运行状态标识及上一次扰动注入时刻距当前时刻的时间间隔；

54、判断是否满足扰动注入条件；

55、若不满足扰动注入条件，跳过动态热惯性分析通道并重新对采集数据进行有效性筛选；

56、若满足扰动注入条件，执行小幅电流扰动注入与瞬态数据采集；

57、提取瞬态响应数据序列，分析入射辐照度从扰动前初始值向扰动后新稳态值的变化形态；

58、若入射辐照度从初始值向新稳态值的变化过程在电流切换瞬间即完成跃变且后续无渐进趋近形态，则判定响应曲线不存在渐进过程，输出光学瞬时响应标签，判定光功率变化不受热惯性约束，结垢或驱动电路异常嫌疑上升，动态热惯性分析通道对当前采集周期的处理结束；

59、若入射辐照度从初始值向新稳态值的变化过程呈现渐进趋近形态，则判定响应曲线存在渐进过程，对判定为存在渐进过程的响应曲线，提取该渐进过程从初始值趋近至新稳态值所需的时间尺度；

60、获取基准指纹库中该模组在代表性工况点标定的热响应特征时间尺度基准值；

61、将上述提取的时间尺度与上述基准值进行比对，确定两者之间的偏离方向及偏离程度；

62、执行时间尺度偏离度分级判定。

63、优选的，对光功率衰减原因进行解耦判定，具体为：

64、获取判断光功率衰减是否符合热衰减规律中的稳态偏离度分析通道输出的第一标签、判断光传播路径是否存在衰减异常中的透过率分析通道输出的第二标签及判断热传导路径状态中的热惯性分析通道输出的第三标签；

65、若第一标签、第二标签及第三标签中存在至少一个为无效输出状态，则判定三域结果不完整，触发对应分析通道重新执行，并暂停融合判定；

66、若第一标签、第二标签及第三标签均为有效输出状态，则判定三域结果获取成功，执行单一根因一致性判定；

67、当判定三域结论存在分歧时，执行分歧场景分级判定；

68、当判定该分歧场景不属于双通道正常单通道异常类型时，执行三通道均异常耦合态判定；

69、提取三通道均异常耦合态判定中未被覆盖的第一标签、第二标签及第三标签组合；

70、若第一标签为结温主导伴轻微结垢标签，且第三标签为散热路径老化标签，则判定结温机制为深层根因，输出结温光衰主导标签，融合判定结束；

71、若第一标签为非热因素并存标签，且第二标签为非结垢光学衰减标签，则判定非热因素主导，输出芯片老化主导标签，融合判定结束；

72、若上述条件均不满足，则判定当前三域数据不足以明确区分根因，输出继续监测标签，维持当前运行参数并提升三域分析刷新频率，融合判定结束。

73、优选的，根据模组间诊断结果差异确定局部异常或系统性异常，具体为：

74、获取多模组并联系统中各模组的标识信息及运行状态标识；

75、对每个运行状态标识为正常运行状态的模组独立执行建立壳温与光功率之间的稳态映射关系、对采集数据进行有效性筛选、判断光功率衰减是否符合热衰减规律、判断光传播路径是否存在衰减异常、判断热传导路径状态以及对光功率衰减原因进行解耦判定，获取各模组对应的根因标签及壳温值；

76、将上述各模组的标识信息、根因标签及壳温值按预设阵列格式组织，形成模组级根因诊断矩阵；

77、获取模组级根因诊断矩阵中各模组的根因标签输出状态；

78、判断诊断矩阵是否完整；

79、若诊断矩阵不完整，令根因标签为无效输出状态的模组重新执行建立壳温与光功率之间的稳态映射关系、对采集数据进行有效性筛选、判断光功率衰减是否符合热衰减规律、判断光传播路径是否存在衰减异常、判断热传导路径状态以及对光功率衰减原因进行解耦判定，并暂停阵列级态势感知；

80、若诊断矩阵完整，获取模组级根因诊断矩阵中各模组的根因标签；

81、统计不同根因标签的分布数量，将分布数量最多的根因标签确定为主态标签；

82、若全部模组的根因标签均与主态标签相同，则判定阵列级分布为全一致模式，执行共性因素同步趋同判定；

83、若存在至少一个模组的根因标签与主态标签不同，则判定阵列级分布为偏离模式，提取模组级根因诊断矩阵中根因标签与主态标签不同的模组作为偏离模组，统计偏离模组的数量；

84、若偏离模组的数量大于一，则判定存在多模组偏离，执行共性因素同步趋同判定；

85、若偏离模组的数量等于一，则判定存在单一模组偏离，获取单一偏离模组的壳温值及模组级根因诊断矩阵中全部正常模组的壳温值，计算全部正常模组的壳温平均值，确定单一偏离模组壳温值与上述壳温平均值之间的差值；

86、若上述差值大于预设壳温偏离阈值，则判定该单一偏离模组存在局部散热故障，输出局部散热故障标签，并限定干预范围为该单一偏离模组，阵列级态势感知结束；

87、若上述差值小于或等于预设壳温偏离阈值，则判定该单一偏离模组的异常不由局部散热故障导致，输出单一模组非散热异常标签，并限定干预范围为该单一偏离模组，阵列级态势感知结束；

88、提取限定的干预范围；

89、若干预范围为单一模组且其余模组均处于正常状态，则执行该单一模组的局部干预，避免将局部故障扩散为全系统干预；

90、若干预范围为全系统且各模组均处于异常状态，则执行全系统级干预，避免将系统性问题误判为局部故障。

91、优选的，根据诊断结果执行对应的功率调节、散热控制或窗口维护提示，具体为：

92、获取对光功率衰减原因进行解耦判定输出的根因标签或根据模组间诊断结果差异确定局部异常或系统性异常输出的阵列级态势感知标签，以及上述标签对应的干预范围标识；

93、若根因标签为结温光衰主导标签、芯片老化主导标签、结垢主导标签、耦合态优先散热标签、全系统共性老化标签或局部散热故障标签，则判定根因标签处于有效策略映射区间，执行结温主导场景降功率与散热控制；

94、若根因标签为继续监测标签，则判定当前根因尚未明确，维持当前运行参数并执行预测性维护趋势判定；

95、若根因标签不属于上述任一标签，则判定根因标签异常，触发控制模块复位诊断流程；

96、提取判定为处于有效策略映射区间的根因标签；

97、若根因标签为结垢主导标签或系统性结垢加速标签，则控制模块维持对应模组的当前驱动电流不变，获取当前窗口清洁周期预警阈值；

98、将上述窗口清洁周期预警阈值替换为缩短后的清洁周期预警阈值；

99、生成结垢清洁预警记录，并将其写入控制模块的非易失性存储器；

100、提取判定为处于有效策略映射区间的根因标签；

101、若根因标签为耦合态优先散热标签，则控制模块同时执行复合策略；

102、获取当前诊断刷新频率；

103、将上述诊断刷新频率替换为提升后的高频诊断刷新频率；

104、在复合策略执行后的预设跟踪时长内，持续获取该模组的壳温值及窗口实时透过率；

105、若壳温值低于预设壳温安全阈值，且窗口实时透过率与基准透过率之差小于预设恢复阈值，则判定复合干预有效，将诊断刷新频率恢复至原诊断刷新频率；

106、若壳温值高于或等于预设壳温安全阈值，或窗口实时透过率与基准透过率之差大于或等于预设恢复阈值，则判定复合干预未达预期，维持提升后的高频诊断刷新频率并继续跟踪；

107、获取当前采集周期内的根因标签、控制模块执行的控制动作标识、壳温传感器输出的壳温值、入射辐照度传感器输出的入射辐照度值、透射辐照度传感器输出的透射辐照度值及驱动电流采样电路输出的驱动电流值；

108、将上述数据按预设归档格式写入控制模块的非易失性存储器，形成历史运行数据序列；

109、执行预测性维护趋势判定。

110、本发明具备以下有益效果：

111、1、利用uvc-led芯片热状态变化与光输出之间的关联关系，通过比较实际光功率变化与热状态对应的理论变化规律，能够判断光衰是否符合结温变化特征，降低将热衰减误判为窗口污染的风险，通过构建壳温-光功率稳态映射关系，实现对热因素导致光输出衰减的识别。

112、2、利用窗口两侧辐照度变化计算实时透过率，使窗口结垢造成的光学衰减能够独立于芯片热状态进行检测，提高结垢识别准确性，通过窗口透过率原位检测，实现对光传播路径异常的独立识别。

113、3、通过主动施加驱动扰动并分析光功率动态响应过程，利用结温变化具有热惯性而窗口结垢属于光学即时衰减的差异，实现对热路径异常与光路径异常的进一步区分，通过动态热惯性辨识，提高不同衰减机制的区分能力。

114、4、融合稳态热光关联、窗口透过率变化以及动态热响应特征三个不同物理维度，避免单一检测参数造成的误判，实现结温光衰、窗口结垢以及二者耦合状态的根因级诊断，通过三域协同诊断机制，提高复杂运行状态下的故障定位能力。

115、5、针对多模组并联运行场景，可识别局部模组异常与系统性异常，并根据不同故障原因执行差异化控制策略，提高系统运行稳定性并延长uvc-led模组使用寿命，通过阵列级差异分析和诊断结果反馈，实现模块化消毒系统精准维护。