一种检测水质的补偿方法

1.本发明涉及水质检测技术领域，特别是涉及一种检测水质的补偿方法。


背景技术：

2.随着科技的不断发展以及可持续发展思路的不断转变，人们逐渐重视对生态环境的防护与治理。生态环境中最易受污染的一般是江河湖泊，江河湖泊自身具有一定的自我净化能力，但生活废水、工业废水无节制的排放导致水质富营养化，水质的不断恶化进一步导致生活在其中的水产生物生病、死亡，进入恶性循环。因此，需要人工介入，对水质进行检测，根据检测结果提前对水体进行防护和治理。
3.传统的水质检测技术为离线实验室化学分析方法，劳动强度大、测试周期长、操作复杂且会产生二次污染。近年来，分光光度法被广泛应用，该类方法基于lambert
–
beer定律，利用物质对一定波长光的吸收程度来测定物质含量，具有灵敏度高、操作简便、快速等优点。
4.目前，在测量过程中面临着如下难题，浊度颗粒会影响测量的吸光度数据、因温度变化同样带来的测量误差和自然光对水质检测相关数据造成干扰。
5.因此，提供一种可以有效避免浊度、温度和自然光因素对水质检测相关数据造成干扰的检测水质的补偿方法是本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种检测水质的补偿方法，该方法逻辑清晰，操作简单有效，能有效避免浊度、温度和自然光因素对水质检测吸光度数据造成干扰，使水质检测结果更加精确，有助于合理制定相应的防护和治理政策。
7.基于以上目的，本发明提供的技术方案如下：
8.一种检测水质的补偿方法，包括如下步骤：
9.获取水质样本的相关数据；
10.根据所述水质样本的相关数据对所述水质样本进行温度补偿；
11.根据所述水质样本的相关数据对所述水质样本进行自然光补偿；
12.根据所述水质样本的相关数据对所述水质样本进行浊度补偿；
13.综合所述水质样本补偿后的相关数据，对所述水质样本进行评测。
14.优选地，在获取水质样本的相关数据之后，对所述水质样本进行补偿之前，还包括如下步骤：
15.预设参照水样；
16.依次获取所述参照水样中处于预设标准温度t时的各预设波段的电压值v。
17.优选地，所述根据所述水质样本的相关数据对所述水质样本进行温度补偿包括如下步骤：
18.规律变化所述预设标准温度t，获取多个温度下各预设波段实时电压值；拟合所述
多个温度下各预设波段实时电压值与所述规律变化后的温度，获取温度-电压曲线。
19.优选地，步骤b2之后，还包括如下步骤：
20.获取所述水质样本的实时温度t1；
21.根据所述温度-电压曲线，计算获取各预设波段在所述参照水样处于所述实时温度t1时的电压值v1；
22.依次获取各预设波段在所述水质样本处于所述实时温度t1时的实测电压值v2；
23.根据朗伯比尔定律，根据所述电压值v1和所述实测电压值v2，获取各预设波段的吸光度数据。
24.优选地，在依次获取所述参照水样中处于预设标准温度t时的各预设波段的电压值v之后，还包括如下步骤：
25.从所述各预设波段中选取第一恒流光源和第二恒流光源；
26.其中，所述第一恒流光源和所述第二恒流光源均位于所述预设波长范围内；
27.所述第一恒流光源的波长小于所述第二恒流光源的波长。
28.优选地，根据所述水质样本的相关数据对所述水质样本进行自然光补偿包括如下步骤：
29.预设参比光源模块；
30.依次驱动所述第一恒流光源、所述第二恒流光源和所述参比光源模块照射所述水质样本；
31.分别采集所述水质样本中所述第一恒流光源、所述第二恒流光源和所述参比光源模块的电压值v1、v2和v3；
32.根据所述第一恒流光源的电压值v1和所述参比光源模块的电压值v3，获取所述第一恒流光源自然光补偿后的电压值v1’；
33.根据所述第二恒流光源的电压值v2和所述参比光源模块的电压值v3，获取所述第二恒流光源自然光补偿后的电压值v2’。
34.优选地，获取所述第一恒流光源自然光补偿后的电压值v1’与所述第二恒流光源自然光补偿后的电压值v2’之后，还包括如下步骤：
35.根据所述第一恒流光源自然光补偿后的电压值v1’与所述参照水样中所述第一恒流光源的电压值v1’，获取所述第一恒流光源自然光补偿后的吸光度数据；
36.根据所述第二恒流光源自然光补偿后的电压值v2’与所述参照水样中所述第二恒流光源的电压值v2’，获取所述第二恒流光源自然光补偿后的吸光度数据；
37.其中，所述参照水样中处于预设标准温度t时的各预设波段的电压值v 包括所述参照水样中处于预设标准温度t时的所述第一恒流光源的电压值v1’和所述第二恒流光源在所述参照水样处于预设标准温度t时的电压值v2’。
38.优选地，根据所述水质样本的相关数据对所述水质样本进行浊度补偿包括如下步骤：
39.获取所述水质样本中所述第二恒流光源的吸光度数据a2；
40.根据预设计算公式，获取浊度等效吸收光谱的斜率k；
41.根据所述水质样本中所述第二恒流光源的吸光度数据a2、所述水质样本中浊度等效吸收光谱的斜率k与所述第一恒流光源的波长，计算获取所述水质样本中所述第一恒流
光源的浊度等效吸光度数据a1；
42.获取水质样本中所述第一恒流光源实测吸光度数据a1’；
43.根据所述水质样本中所述第一恒流光源实测吸光度数据a1’与述水质样本中所述第一恒流光源的浊度等效吸光度数据a1，获取所述第一恒流光源浊度补偿后的吸光度数据a1"。
44.优选地，从所述各预设波段中选取第一恒流光源和第二恒流光源之后，还包括如下步骤：
45.获取所述第二恒流光源在各预设浊度浓度下的吸光度数据；
46.拟合所述第二恒流光源在各预设浊度浓度下的吸光度数据以获取所述浊度等效吸收光谱及其对应斜率k；
47.标定所述第二恒流光源在各预设浊度浓度下的吸光度数据和所述浊度等效吸收光谱的斜率。
48.优选地，获取所述预设计算公式具体为：拟合所述第二恒流光源在各预设浊度浓度下的吸光度数据与所述浊度等效吸收光谱。
49.本发明提供的一种水质检测补偿方法，主要用于对已采集的水质样本中的相关数据进行相应的补偿，以避免浊度、温度和自然光对水质样本的相关数据的不良影响，获取水质样本更为精确的数据，为制定水体防护和治理相应政策提供数据支撑。实际运用过程中，首先获取水质样本中的各项数据，随后根据水质样本中的相应数据与预设条件分别对水质样本进行浊度补偿、温度补偿和自然光补偿，随后综合统计水质样本补偿后的相关数据，根据补偿后的相关数据对水质样本进行评测，判断该水质样本污染情况。该方法水质样本的相关数据分别进行浊度、温度和自然光补偿，有效的避免浊度、温度和自然光因素对检测水质的吸光度数据造成干扰，使水质检测结果更加精确，有助于合理制定相应的防护和治理政策。
附图说明
50.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
51.图1为本发明提供的一种检测水质的补偿方法的方法流程图；
52.图2为本发明实施例提供的一种在步骤s1之后，对所述水质样本进行补偿之前的方法流程图；
53.图3为本发明实施例提供的步骤s2的方法流程图；
54.图4为本发明实施例提供的步骤s3的方法流程图
55.图5为本发明实施例提供的步骤s4的方法流程图
56.图6为本发明实施例提供的步骤d1之前的方法流程图；
57.图7为本发明实施例提供的250nm——450nm浊度吸收光谱图；
58.图8为本发明实施例提供的cod光谱图；
59.图9为本发明实施例提供的斜率k与385nm处吸光度之间的对应关系图。
具体实施方式
60.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
61.本发明实施例采用递进的方式撰写。
62.本发明实施例提供了一种检测水质的补偿方法。主要解决现有技术中，，浊度颗粒会影响测量的吸光度数据、因温度变化同样带来的测量误差和自然光对水质检测相关数据造成干扰的技术问题。
63.一种检测水质的补偿方法，包括如下步骤：
64.s1.获取水质样本的相关数据；
65.s2.根据水质样本的相关数据对水质样本进行温度补偿；
66.s3.根据水质样本的相关数据对水质样本进行自然光补偿；
67.s4.根据水质样本的相关数据对水质样本进行浊度补偿；
68.s5.综合水质样本补偿后的相关数据，对水质样本进行评测。
69.步骤s1中，水质样本的相关数据，主要是在检测过程中，受浊度、温度和自然光的影响导致某些数据不太精准，该数据需要进行相应的补偿。
70.步骤s2-s4中，对水质样本中的数据进行浊度、温度和自然光补偿，使水质样本数据排除掉浊度、温度和自然光的干扰，更加精确。
71.步骤s5中，综合水质样本中补偿后的数据，对水质样本的污染程度进行评测。
72.优选地，在获取水质样本的相关数据之后，对水质样本进行补偿之前，还包括如下步骤：
73.a1.预设参照水样；
74.a2.依次获取参照水样中处于预设标准温度t时的各预设波段的电压值v。
75.步骤a1中，对水质样本补偿需要设置参照水样，参照水样为去离子水样，即实验室环境内的无污染、无其他干扰因素的标准水样。
76.步骤a2中，获取各预设波段的电压值v具体操作为：首先设置光电转换装置，将光照强度转换为电压信号。随后将参照水样维持预设的标准温度t；之后依次使用各预设波段的光照射参照水样，检测获取各预设波段的电压值v。在本实施例中，预设标准温度t为25
°
，预设波段范围为250nm到450nm之间。
77.优选地，步骤s2包括如下步骤：
78.b1.规律变化预设标准温度t，获取多个温度下各预设波段实时电压值；
79.b2.拟合多个温度下各预设波段实时电压值与规律变化后的温度，获取温度-电压曲线。
80.步骤b1中，按照升序或降序从标准温度t开始，进行温度变化。该温度变化可以选择升序或者降序，在范围5
°‑
45
°
之间，以适应自然界中水样温度的变化。在本实施例中，温度变化升序，上升温度为1
°
。即从5
°
开始，每上升1
°
，获取当前温度的实时电压值。
81.步骤b2中，以温度为横坐标，电压值为纵坐标构建直角坐标系，并将由 b1步骤中获取的温度和实时电压值在坐标系中进行标定，拟合上述数据得到温度-电压曲线。其中，
温度对应的电压值，其与实际温度成正相关线性关系 (v＝0.68 k 0.00225*t，k为常数)。
82.优选地，步骤b2之后，还包括如下步骤：
83.b3.获取水质样本的实时温度t1；
84.b4.根据温度-电压曲线，计算获取各预设波段在参照水样处于实时温度 t1时的电压值v1；
85.b5.依次获取各预设波段在水质样本处于实时温度t1时的实测电压值v2；
86.b6.根据朗伯比尔定律，根据电压值v1和实测电压值v2，获取各预设波段的吸光度数据。
87.步骤b3中，通过温度测量设备，测量获取水质样本当前的实时温度t1。
88.步骤b4中，根据实时温度t1，结合温度-电压曲线，可计算得出多个预设波段的光照射处于实时温度t1的参照水样的电压值v1，此时的电压值v1 为温度补偿之前的理论电压值。
89.步骤s5中，测量获取多个预设波段的光照射处于实时温度t1时的水质样本所对应的实测电压值v2。
90.步骤b6中，由于v1是各预设波段在去离子水处于实时温度t1时的理论电压值，而v2是各预设波段在水质样本处于实时温度t1时的实测电压值，二者之前的电压差值可以表明水质样本中对光照强度的吸收程度。即根据v2 与v1的差值，以及朗伯比尔定律，可以计算获取各预设波段的吸光度数据。
91.其中，朗伯比尔定律(lambert-beer law)是分光光度法的基本定律，是描述物质对某一波长光吸收的强弱与吸光物质的浓度及其液层厚度间的关系。
92.优选地，在依次获取参照水样中处于预设标准温度t时的各预设波段的电压值v之后，还包括如下步骤：
93.从各预设波段中选取第一恒流光源和第二恒流光源；
94.其中，第一恒流光源和第二恒流光源均位于预设波长范围内；
95.第一恒流光源的波长小于第二恒流光源的波长。
96.实际运用过程中，需在各预设波段中选取出第一恒流光源和第二恒流光源，其中，第一恒流光源属于短波紫外光波段，第二恒流光源属于可见光波段，第一恒流光源可在波长范围内选取多个，但第二恒流光源只选取一个。在本实施例中，第一恒流光源波长为255nm，第二恒流光源波长为385nm。
97.优选地，步骤s3包括如下步骤：
98.c1.预设参比光源模块；
99.c2.依次驱动第一恒流光源、第二恒流光源和参比光源模块照射水质样本；
100.c3.分别采集水质样本中第一恒流光源、第二恒流光源和参比光源模块的电压值v1、v2和v3；
101.c41.根据第一恒流光源的电压值v1和参比光源模块的电压值v3，获取第一恒流光源自然光补偿后的电压值v1’；
102.c42.根据第二恒流光源的电压值v2和参比光源模块的电压值v3，获取第二恒流光源自然光补偿后的电压值v2’。
103.步骤c1中，对水质样本进行自然光补偿需要设置参比光源模块，参比光源模块本
身不发光。
104.步骤c2中，依次驱动第一恒流光源、第二恒流光源和参比光源模块照射水质样本是为了获取三个所处外界环境一致又互不干扰的三个电压值。
105.步骤c3中，分别采集第一恒流光源、第二恒流光源和参比光源模块所对应的电压值v1、v2和v3。即v1为第一恒流光源照射水质样本中所产生的电压值；v2为第二恒流光源照射水质样本中所产生的电压值；v3为自然光照射水质样本中所产生的电压值。
106.步骤c41中，v1与v3的差值即为第一恒流光源排除自然光的干扰补偿后的电压值；v2与v3的差值即为第二恒流光源排除自然光的干扰补偿后的电压值。
107.优选地，获取第一恒流光源自然光补偿后的电压值v1’与第二恒流光源自然光补偿后的电压值v2’之后，还包括如下步骤：
108.c51.根据第一恒流光源自然光补偿后的电压值v1’与参照水样中第一恒流光源的电压值v1’，获取第一恒流光源自然光补偿后的吸光度数据；
109.c52.根据第二恒流光源自然光补偿后的电压值v2’与参照水样中第二恒流光源的电压值v2’，获取第二恒流光源自然光补偿后的吸光度数据；
110.其中，参照水样中的各预设波段的电压值v包括第一恒流光源在参照水样中的电压值v1’和第二恒流光源在参照水样的电压值v2’。
111.实际运用过程中，根据第一恒流光源和第二恒流光源分别对参照水样的电压力值v1’和v2’。以及第一恒流光源自然光补偿后的电压值v1’与第二恒流光源自然光补偿后的电压值v2’。根据朗博比尔定律，计算得出第一恒流光源和第二恒流光源自然光补偿后的吸光度数据。
112.优选地，步骤s4包括如下步骤：
113.d1.获取水质样本中第二恒流光源的吸光度数据a2；
114.d2.根据预设计算公式，获取浊度等效吸收光谱的斜率k；
115.d3.根据水质样本中第二恒流光源的吸光度数据a2、水质样本中浊度等效吸收光谱的斜率k与第一恒流光源的波长，计算获取水质样本中第一恒流光源的浊度等效吸光度数据a1；
116.d4.获取水质样本中第一恒流光源实测吸光度数据a1’；
117.d5.根据水质样本中第一恒流光源实测吸光度数据a1’与述水质样本中第一恒流光源的浊度等效吸光度数据a1，获取第一恒流光源浊度补偿后的吸光度数据a1"。
118.步骤d1中，获取水质样本中第二恒流光源的吸光度数据a2，该数据可以由常规测量获取，也可由温度补偿或自然光补偿中计算得出。
119.步骤d2中，根据已预设的计算公式，计算获取浊度等效吸收光谱的斜率k。
120.步骤d3中，已知250nm——450nm波长范围内吸收光谱的叠加性与近似线性关系。可根据水质样本中第二恒流光源的吸光度数据a2、水质样本中浊度等效吸收光谱的斜率k与第一恒流光源的波长，计算得出第一恒流光源的浊度等效吸光度数据a1,此吸光度数据为理论中第一恒流源对应的待补偿吸光度数据。
121.步骤d4中，测量获取水质样本中第一恒流光源实测吸光度数据a1’。
122.步骤d5中，根据已知250nm——450nm波长范围内吸收光谱的叠加性，以及第一恒流光源实测吸光度数据a1’与第一恒流光源的浊度等效吸光度数据a1的差值，计算得出第
一恒流光源的真实吸光度数据即第一恒流光源浊度补偿后的吸光度数据a1"。
123.优选地，从所述各预设波段中选取第一恒流光源和第二恒流光源之后，还包括如下步骤：
124.e1.获取所述第二恒流光源在各预设浊度浓度下的吸光度数据；
125.e2.拟合所述第二恒流光源在各预设浊度浓度下的吸光度数据以获取所述浊度等效吸收光谱及其对应斜率k；
126.e3.标定所述第二恒流光源在各预设浊度浓度下的吸光度数据和所述浊度等效吸收光谱的斜率。
127.需要说明的是，传统的做法是，拟合全波段数据，因为浊度吸收光谱在全波段范围内，波长越小，其对应斜率越高，但申请人通过实验发现浊度吸收光谱250nm——450nm这个特定范围内，吸收光谱具备良好的线性拟合关系与叠加性(如图7所示)，线性拟合关系为我们采用单波段补偿提供可行性，叠加性为我们直接扣除提供了支撑，实验补偿效果(如图8所示)。
128.图8中位于最上方的这条线(60cod 80ntu)，代表80ntu与60mg/lcod 溶液的混合溶液，下方的实线(60cod)为60mg/lcod标准吸收光谱，经补偿后的虚线(60cod’)代表混合溶液经过补偿后，其吸收光谱与下方的60cod 标准光谱几乎重合，证明了该线性拟合 叠加扣除的方式具有可行性。
129.据此，申请人发现了浊度越大斜率越大，从而建立了斜率k与385nm处吸光度之间的对应关系，实现了单可见波段补偿浊度。其对应关系(如图9 所示)。
130.基于此，申请人设计了计算获取等效吸收光谱的公式，以及浊度补偿的方法步骤。步骤e1-e3是在浊度补偿之前，通过获取某单一可见波段吸光度数据来计算浊度等效吸收光谱斜率的公式的方法步骤。
131.步骤e1中，获取所述第二恒流光源在各预设浊度浓度下的吸光度数据，在本实施例中，预设浊度浓度为120ntu、80ntu、40ntu、20ntu、10ntu。
132.步骤e2中，拟合380nm——450nm之间的可见波段吸光度数据，得到近似线性的浊度等效吸收光谱及其对应斜率k。
133.步骤e3中，在上述380nm——450nm内选取某单一波段作为第二恒流光源，将该单一波段对应的吸光度数据与近似线性的浊度等效吸收光谱的斜率一一对应，完成标定。
134.优选地，获取所述预设计算公式具体为：拟合所述第二恒流光源在各预设浊度浓度下的吸光度数据与所述浊度等效吸收光谱。
135.实际运用过程中，将步骤e3中所选单一可见波段吸光度数据a与浊度等效吸收光谱斜率k，获取其对应关系进行拟合，得到可通过某单一可见波段吸光度数据来计算浊度等效吸收光谱斜率的公式。该公式应用于步骤d2中。
136.在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个模块或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。
137.另外，在本发明各实施例中的各功能模块可以全部集成在一个处理器中，也可以是各模块分别单独作为一个器件，也可以两个或两个以上模块集成在一个器件中；本发明各实施例中的各功能模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
138.本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令及相关的硬件来完成，前述的程序指令可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序指令在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(read only memory，rom)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
139.还需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
140.以上对本发明所提供的一种检测水质的补偿方法进行了详细介绍。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。