一种化学分析法水质检测装置及分析方法与流程

1.本发明涉及水质检测设备技术领域，尤其是涉及一种化学分析法水质检测装置及分析方法。


背景技术：

2.在目前的工厂化水产养殖中，检测水质的方式有2种，仪器分析法和化学分析法。仪器分析法作为一种主要的分析方法，利用传感器采集相关水质数据；化学分析法是人工采取水样，在水样中滴入相关检测数据类型的试剂后，与比色卡比对，得出相关的水质数据。
3.现有的水质传感器检测水质，存在以下几个方面的问题：
①
准确性，现有的水质传感器在使用前都需要校准，在使用过程中，根据水质情况的不同，传感器需要定时校正的周期也不同，从而导致传感器在使用了一段时间后检测数据的不准确，但是又无法及时准确判断传感器是否需要校正。
②
水质传感器每次校正的时间比较长，每个传感器大概需要15-20分钟时间，耗时耗力，维护周期短成本高。
③
有一些水质数据是水质传感器无法检测的，例如硝酸盐、亚硝酸盐等。
4.现有的化学试剂检测水质，需要大量的人工对不同类型的数据进行试剂检测并记录，耗时耗力，检测效率低，检测成本高。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种化学分析法水质检测装置及分析方法，以解决现有技术中化学试剂检测水质需要大量的人工，操作复杂，检测效率低的问题，本发明的化学分析法水质检测装置操作使用方便，检测效率高，大大降低了设备配置的成本。
6.本发明提供的一种化学分析法水质检测装置，包括水质采样机构、水质检测机构、水质分析机构和控制器，
7.所述水质采样机构、所述水质检测机构和所述水质分析机构均与所述控制器连接；
8.所述水质采样机构包括比色管和采样泵，所述比色管的入口端连接有与采样水体连接的采样进水管，所述采样泵设置于所述采样进水管上；
9.所述水质分析机构包括多个试剂罐和多个试剂泵，每个所述试剂罐均通过试剂进水管与所述比色管的入口端连接，多个所述试剂泵分别设置于不同的所述试剂进水管上；
10.所述水质分析机构包括图像采集器和水质图像分析模块，所述比色管为透明无色状，所述图像采集器与所述比色管相对设置并对所述比色管内溶液进行图像采集，所述水质图像分析模块提取采集的图像并分析得出采样水体的检测参数的数据。
11.作为本发明的一个优选方案，所述水质采样机构还包括震动设备，所述比色管与所述震动设备连接。
12.作为本发明的一个优选方案，所述比色管的出口端连接有排水管，所述排水管上
设置有排水阀，所述比色管的进口端设置于所述比色管的顶端，所述比色管的出口端设置于比色管的底端。
13.作为本发明的一个优选方案，还包括密闭式的箱体，所述水质采样机构、水质检测机构、水质分析机构和控制器均设置于所述箱体中。
14.作为本发明的一个优选方案，在所述箱体内还设置有照明设备，所述照明设备设置于所述箱体内的顶面上，在所述箱体内还设置有散热排风设备。
15.作为本发明的一个优选方案，在所述箱体内设置有纵向的第一隔板，所述第一隔板将所述箱体内腔分隔形成用于设置所述水质采样机构的采样区和用于设置所述水质检测机构的检测区，所述图像采集器设置于所述采样区内。
16.作为本发明的一个优选方案，在所述检测区内设置有多个横向的第二隔板和纵向的第三隔板，多个所述第二隔板将所述检测区分隔形成多个试剂区，每个所述试剂区内设置有一组所述试剂罐和试剂泵，所述第三隔板设置于每组所述试剂罐与试剂泵之间。
17.作为本发明的一个优选方案，在所述采样区内设置有横向的第四隔板，所述第四隔板将所述采样区分隔成接线区和容器区，所述采样泵设置于所述接线区内，所述比色管、所述图像采集器和所述照明设备设置于所述容器区内。
18.本发明还提供了一种所述水质图像分析模块的分析方法，其特征在于，包括：
19.将比色卡上参数的不同浓度标准溶液对应的不同色条转换为hsv值；
20.获取采样水体的hsv值；
21.将采样水体的hsv值与不同浓度标准溶液对应的hsv值进行比较，得出采样水体中的参数浓度。
22.作为本发明的一个优选方案，所述将采样水体的hsv值与不同浓度标准溶液对应的hsv值进行比较，得出采样水体中的参数浓度，包括：
23.将hsv模型中的色彩h占比设置为0，将饱和度s的占比设置为p，将明暗度v的占比为(1-p)，
24.将不同浓度标准溶液对应的hsv坐标值根据h、s、v的占比换算成具体数值，将采样水体的hsv坐标值换算成具体数值，
25.根据所述采样水体的hsv数值与不同浓度标准溶液对应hsv数值计算得出采样水体中的参数浓度。
26.与现有技术相比，本发明有以下积极效果：
27.1、本发明提供的化学分析法水质检测装置及分析方法，包括水质采样机构、水质检测机构、水质分析机构和控制器，水质采样机构、水质检测机构和水质分析机构均与控制器连接；水质采样机构包括比色管和采样泵，比色管的入口端连接有与采样水体连接的采样进水管，采样泵设置于采样进水管上；水质分析机构包括多个试剂罐和多个试剂泵，每个试剂罐均通过试剂进水管与比色管的入口端连接，多个试剂泵分别设置于不同的试剂进水管上；水质分析机构包括图像采集器和水质图像分析模块，比色管为透明无色状，图像采集器与比色管相对设置并对比色管内溶液进行图像采集，水质图像分析模块提取采集的图像并分析得出采样水体的检测参数的数据。本发明的化学分析法水质检测装置将水质采样机构、水质检测机构、水质分析机构集成为一体并通过控制器进行控制，能够通过控制器实现自动控制来进行水质的自动检测，结构简单、紧凑，工艺布局合理，检测装置体积小，节约空
间。相较于传统的通过水质传感器检测水质，不需要校准操作，检测结果更为准确可靠，日常维护管理简单，维护成本低，且检测水质参数多。相较于现有的人工化学试剂检测水质，操作使用方便，检测效率高，大大降低了设备配置的成本，包括设备制作成本、安装成本等。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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它的附图。
29.图1为本发明的化学分析法水质检测装置的检测原理图；
30.图2为本发明的化学分析法水质检测装置的主视图；
31.图3为本发明的化学分析法水质检测装置的俯视图。
32.图中：1、箱体；11、采样区；111、容器区；112、接线区；12、检测区；121、试剂区；13、第一隔板；14、第二隔板；15、第三隔板；16、第四隔板；21、采样泵；22、比色管；23、采样进水管；24、采样水体；31、试剂泵；32、试剂罐；33、试剂进水管；4、震动设备；51、排水管；52、排水阀；6、图像采集器；7、照明设备；8、散热排风设备；9、控制器；91、水质图像分析模块。
具体实施方式
33.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
34.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
35.下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步详细的说明。
36.实施例1：
37.本实施例提供的一种化学分析法水质检测装置，如图1-图3所示，包括水质采样机构、水质检测机构、水质分析机构和控制器，水质采样机构、水质检测机构和水质分析机构均与控制器9连接。控制器9用于对水质采样机构、水质检测机构和水质分析机构进行控制，使其实现自动检测，便于操作。
38.水质采样机构包括比色管22和采样泵21，比色管22的入口端连接有与采样水体24连接的采样进水管23，采样泵21设置于采样进水管23上。采样泵21将采样水体24通过采样进水管23输送至比色管22中。
39.水质分析机构包括多个试剂罐32和多个试剂泵31，每个试剂罐32均通过试剂进水管33与比色管22的入口端连接，多个试剂泵31分别设置于不同的试剂进水管33上。其中，采
样泵21和试剂泵31均为精度较高的蠕动泵，保证抽取检测水体量及试剂量的准确性。更具水质检测参数的不同选择相匹配的试剂罐32，并通过对应的试剂泵31将试剂罐32中的检测试剂通过试剂进水管33传送至比色管22中，采样水体24与检测试剂在比色管22中反应显色。
40.水质分析机构包括图像采集器6和水质图像分析模块91，比色管22为透明无色状，图像采集器6与比色管22相对设置并对比色管22内溶液进行图像采集。水质图像分析模块91提取采集的图像并分析得出采样水体的检测参数的数据。其中，采样泵21、试剂泵31、图像采集器6和水质图像分析模块91与控制器连接。控制器通过控制采样泵21和试剂泵31的运行时间来控制输送至比色管中的采样水体24和检测试剂的体积。图像采集器6为相机并对比色管22内反应后的溶液进行拍照，水质图像分析模块91提取拍摄的照片并对其进行分析处理，从而得出采样水体24检测参数的数据。
41.本实施例的化学分析法水质检测装置将水质采样机构、水质检测机构、水质分析机构集成为一体并通过控制器进行控制，能够通过控制器实现自动控制来进行水质的自动检测，结构简单、紧凑，工艺布局合理，检测装置体积小，节约空间。相较于传统的通过水质传感器检测水质，不需要校准操作，检测结果更为准确可靠，日常维护管理简单，维护成本低，且检测水质参数多。相较于现有的人工化学试剂检测水质，操作使用方便，检测效率高，大大降低了设备配置的成本，包括设备制作成本、安装成本等。
42.优选地，水质采样机构还包括震动设备4，比色管22与震动设备4连接。
43.本实施例中的比色管22设置于震动设备4上，震动设备4震动带动比色管22震动并使比色管22内的采样水体24与检测试剂混合均匀，充分发生显色反应，使及检测结果更准确。
44.优选地，比色管22的出口端连接有排水管51，排水管51上设置有排水阀52。比色管22的进口端设置于比色管22的顶端，比色管22的出口端设置于比色管22的底端。排水阀52与控制器连接。
45.本实施例中的比色管22在完成检测后，控制器控制排水阀52打开使比色管22内的检测溶液通过排水管51排放出。
46.优选地，本实施例提供的化学分析法水质检测装置还包括密闭式的箱体1，水质采样机构、水质检测机构、水质分析机构和控制器9均设置于箱体1中。
47.本实施例的化学分析法水质检测装置通过将水质采样机构、水质检测机构、水质分析机构和控制器9集成于同一个箱体1中，使结构紧凑，减小占用空间，便于移动、携带，增加使用的灵活性。
48.优选地，在箱体1内还设置有照明设备7，照明设备7设置于箱体1内的顶面上，在箱体1内还设置有散热排风设备8。照明设备7和散热排风设备8均与控制器9连接。其中，照明设备7能够为箱体内提供照明，以便于图像采集器6对比色管进行拍照，使对混合后的水样拍摄更清晰，计算的结果更可靠。
49.优选地，如图2和图3所示，在箱体1内设置有纵向的第一隔板13，第一隔板13将箱体1内腔分隔形成用于设置水质采样机构的采样区11和用于设置水质检测机构的检测区12，图像采集器6设置于采样区11内。试剂进水管33穿过第一隔板13至与比色管连接。第一隔板13将水质采样机构与水质检测机构分隔开使其相互不受影响，空间设置更合理，也减
小对检测结果的影响。
50.优选地，在检测区12内设置有多个横向的第二隔板14和纵向的第三隔板15，多个第二隔板14将检测区12分隔形成多个试剂区121，每个试剂区121内设置有一组试剂罐32和试剂泵31。第三隔板15设置于每组试剂罐32与试剂泵31之间。试剂罐为透明状，以便于观察试剂罐中的试剂量。第二隔板14和第三隔板15的设置将检测区12内的试剂罐32与试剂泵31分隔开，使其相互不影响，空间设置更合理。
51.优选地，在采样区11内设置有横向的第四隔板16，第四隔板16将采样区11分隔成接线区112和容器区111，采样泵21设置于接线区112内，比色管22、图像采集器6和照明设备7设置于容器区111内。接线区112用于安装控制器等电器元器件，避免受容器区111的影响，同时能够保证容器区111内检测结果的准确性。
52.本实施例的化学分析法水质检测装置主要检测步骤：首先，采样泵21抽取一定量的采样水体24对比色管22进行冲洗，冲洗完成后开启排水阀52排掉比色管内的水；然后，采样泵21再抽取一定量的采样水体24输送至比色管22；试剂泵31抽取一定量的检测试剂输送至比色管22内检测的水体中；启动震动设备4，将比色管22内的检测水体和检测试剂混合均匀，静置；图像采集器6及照明设备7同时启动，拍摄比色管22内的液体并上传；开启排水阀52，排干净比色管22内的液体后关闭排水阀52；水质图像分析模块91提取拍摄的图像分析出水质数据并记录；整个检测过程自动化，无需人工操作。检测装置能通过网络监测模块实现记录数据、报表、远程操作等控制，实现无人操控。
53.本实施例中还提供了一种所述水质图像分析模块的分析方法，其特征在于，包括：
54.将比色卡上参数的不同浓度标准溶液对应的不同色条转换为hsv值；
55.获取采样水体的hsv值；
56.将采样水体的hsv值与不同浓度标准溶液对应的hsv值进行比较，得出采样水体中的参数浓度。
57.本实施例中通过运用hsv模型将使不同浓度的标准溶液的颜色和采样水体的反应颜色能够表示为具体的数值，进而进行计算，而传统的通过液体的颜色与比色卡中的颜色对比，人为感知得到最终的检测结果，而人为感知得到的检测结果只能确定在一个区间内，无法得到精确的数据，本实施例的分析方法计算结果更精确。
58.优选地，所述将采样水体的hsv值与不同浓度标准溶液对应的hsv值进行比较，得出采样水体中的参数浓度，包括：
59.将hsv模型中的色彩h占比设置为0，将饱和度s的占比设置为p，将明暗度v的占比为(1-p)，
60.将不同浓度标准溶液对应的hsv坐标值根据h、s、v的占比换算成具体数值，将采样水体的hsv坐标值换算成具体数值，
61.根据所述采样水体的hsv数值与不同浓度标准溶液对应hsv数值计算得出采样水体中的参数浓度。
62.本实施例的分析方法的实现原理：首先将比色卡上参数的不同浓度标准溶液对应的不同色条转换为hsv模型的具体指标.这样有多少个标准溶液的色条就会得到n个hsv的色点
63.r1＝(h1，s1，v1)；r2＝(h2，s2，v2)；......rn＝(hn，sn，vn)。
64.每个不同的色条表示的不同的标准溶液的浓度值如d1＝0；d2＝0.005......d7＝0.5；dn＝...
65.从而得到不同浓度的标准溶液对应不同的hsv值。
66.由于比色卡上当标准溶液的浓度逐渐增加时，色条的变化为h(色彩)几乎无波动，v(明暗度)有波动但是波动不大，维度饱和度s的波动巨大，即色条的颜色是一致的，但是颜色是一个由浅及深的过程，最终反应在了hsv模型的s上，也就是饱和度上。
67.由此将比色卡上的标准溶液和采样水体的颜色计算转化成数学计算。排除h的波动影响，主要采用s(饱和度)与v(明暗度)的指标，来得到最终的结果。
68.将色彩h占比设置为0，饱和度的占比设置为p，那么明暗度的占比为(1-p)，则标准溶液的rn＝sn*p vn*(1-p)，定义最终采样水体的结果为h，s，v，那么最终采样水体的的计算结果为r＝s*p v*(1-p)
69.将r与原始色点r1，r2...rn进行排序，会得到r所在的区间。如处于rn,与rn 1之间，那么得出采样水体中的参数浓度为：
70.result＝dn (r-rn)*(dn 1-dn)/(rn 1-rn)
71.从而通过本实施例的分析方法计算得出采样水体的某个参数的浓度，如当检测水质中的亚硝酸盐浓度时，使用亚硝酸盐试剂作为检测试剂，并通过将亚硝酸亚比色卡上的各个线条转换成hsv值，进而对采样水体中亚硝酸盐的浓度进行计算。
72.以上所述的仅为本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在不脱离本发明创造构思的前提下，还可做出若干变形和改进，都应涵盖在本发明的保护范围之内。