CN103275872A - 沼气池自动检测与控制***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明的沼气池自动检测与控制***，包括沼气池和电路部分，特征在于：沼气池的内壁上固定有特征色条，发酵原料的上部设置有碱液喷头、摄像头、温度传感器、沼液采集器和搅拌叶轮，沼液池的中部和底部分别设置有抽沼液管和加热管路。实现方法包括：a).检测沼液高度；b).沼液高度判断；c).抽取沼液；d).温度、沼液样品采集；e).温度判断；f).加热步骤；g).PH值计算步骤；h).PH值判断；i).施加碱液。本发明***和方法，在沼液呈酸性时可添加碱性物质，使得沼气池可长期使用；温度低时可进行加热，有利于沼气的生成。可在加热、添加碱液时向对发酵原料进行搅拌，避免了发酵原料的固结。

Description

沼气池自动检测与控制***及方法

技术领域

 本发明涉及一种沼气池自动检测与控制***及方法，更具体的说，尤其涉及一种可检测和控制沼液的液位、温度和PH值的沼气池***及方法。

背景技术

沼气是有机物质在厌氧环境中，在一定的温度、湿度、酸碱度的条件下，通过微生物发酵作用，产生的一种可燃气体。建设沼气池不仅可以节约能源、改善和保护环境，还有节约化肥和农药、提高农作物的产量和质量、促进和带动饲养业的发展等诸多好处。

但沼气池在使用的过程中存在诸多弊端，沼气池中的原料在反应时一般需弱碱性环境，但随着沼气池内原料的使用，会出现长期呈酸性的情况，不利于沼气的生成。现在还没有对沼液PH值的自动检测装置，以及在PH值过低时向沼气池中自动添加碱性物质。在许多农村地区造成沼气池使用1年多就不能生产沼气了，殊不知这是由于沼气池中的PH值过低造成的。

沼气池在使用的过程中，还极易出现池内浮渣结壳、难于破碎的情形，致使发酵原料的利用率不高，沼气产量偏低。沼气池一般建立在室外，在寒冷的冬季沼气池内的温度比较低，同样会使发酵原料的沼气产量偏低。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种可检测和控制沼液的液位、温度和PH值的沼气池***及方法。

本发明的沼气池自动检测与控制***，包括内部存储有发酵原料的沼气池以及起采集、运算和控制的电路部分，其特别之处在于：所述沼气池的内壁上固定有特征色条，发酵原料的上部设置有碱液喷头、摄像头、温度传感器、沼液采集器和搅拌叶轮， 摄像头用于采集特征色条的图像，以判断发酵原料的液位；温度传感器和沼液采集器均固定于升降机构上，分别用于沼液的温度和PH值的检测，搅拌叶轮与搅拌装置相连接；沼液池的中部和底部分别设置有抽沼液管和加热管路，抽沼液管与沼气池相连通并与沼液抽取装置相连接，加热管路连接有加热装置。

发酵原料存放于沼气池中，用于产生沼气供人们使用。电路部分实现整个***的信号采集、数据运算和控制输出。摄像头通过采集特征色条的图像，可计算出特征色条露出液面部分的高度，进而判断出沼液的液面高度；以便当液面过高时将沼液抽出。温度传感器用于检测沼液温度，在温度较低的情况下，利用加热管路对其加热。通过沼液采集器采集出的样品，可分析出沼液的PH值，以便当沼液呈酸性时，通过碱液喷头向沼气池中添加碱性物质。

本发明的沼气池自动检测与控制***，所述碱液喷头与碱液喷淋装置相连接，碱液喷淋装置中存储有NaHCO₃或 CaCO₃溶液。

本发明的沼气池自动检测与控制***，所述搅拌叶轮通过可上下升降的连接轴与搅拌装置相连接；所述抽沼液管和加热管路上均设置有可进行开关控制的阀门。

本发明的沼气池自动检测与控制***，还包括PH值自动检测装置，所述PH值自动检测装置的底部存放有酚酞溶液，上部设置有用于图像信息采集的CCD图像传感器；所述沼液采集器通过输送管与PH值自动检测装置相连接；输送管上设置有抽液泵。酚酞溶液用于与沼液发生反应，一定量的酚酞溶液与一定量的沼液混合后，不同PH值的沼液会使得混合后的溶液呈现不同的颜色，CCD图像传感器采集溶液的颜色后，即可判断出沼液的PH值大小。

本发明的沼气池自动检测与控制***，所述沼气池内设置有与抽沼液管相连通的软管部，软管部通过传动机构连接有高度调节装置。高度调节装置通过传动机构可驱使软管部上下运动，以便在不同高度进行抽液。

本发明的沼气池自动检测与控制***的实现方法，其特别之处在于，包括以下步骤：a).检测沼液高度，电路部分首先通过摄像头（4）采集沼气池内无发酵原料状态下的特征色条的图像，并计算出图像对应的高度值；然后，通过摄像头采集有发酵原料状态下露出液面部分的特征色条的图像，并计算出露出液面部分特征色条的长度，进而得出沼气池中沼液的液面高度；b).沼液高度判断，通过电路部分判断步骤a)中得出的液面高度是否超出了上限值，如果超出了上限值，则执行步骤c)；如果没有超出上限值，则执行步骤d)；c).抽取沼液，控制沼液抽取装置通过抽沼液管抽取沼液，待抽取完毕后，则执行步骤d)；d).温度、沼液样品采集，电路部分通过升降机构驱使温度传感器和沼液采集器下降到沼液的液面以下，以便获取沼液的温度和采集沼液样品；e).温度判断，电路部分判断沼液的温度属于-20～50℃之间十个档次中的那个档，以便根据不同的档次控制加热管路上阀门的开度；f).加热步骤，电路部分根据沼液温度所属的档次，来控制加热管路上阀门的开关时间，沼液温度越高，加热管路上阀门的开启时间越短，反之越长；同时开启搅拌装置，利用搅拌叶轮对沼气池中的发酵原料进行搅拌；g).PH值计算步骤，对步骤d) ，在抽液泵的作用下将一定量的沼液抽取到PH值自动检测装置中，并与一定量的酚酞溶液相混合，不同PH值的沼液会使混合后的溶液呈现不同的颜色；在标准光源的照射下，通过CCD图像传感器可获取不同的图像，通过对图像灰度值的判断，即可计算出沼液的PH值；h).PH值判断，将PH值范围从7-2之间划分为10个档次，判断沼液的PH值属于那个档次；i).施加碱液，电路部分根据沼液PH值所属的档次，来控制碱液喷头的开关时间，沼液PH值越小，加热管路上阀门的开启时间越长，反之越短；同时开启搅拌装置，利用搅拌叶轮对沼气池中的发酵原料进行搅拌。

本发明的有益效果是：本发明的沼气池自动检测与控制***及方法，（1）通过采集的沼液样品测出沼液的PH值，在沼液呈酸性的情况下，可向沼气池中添加碱性物质，以维持沼气池内弱碱性环境，有利于发酵原料的反应和沼气池的长期使用。（2）通过温度传感器可实时检测沼液的温度，在温度过低时可通过加热装置进行加热，以维持沼气池较高的温度环境，有利于沼气的生成。（3）通过摄像头对特征色条图像的采集，可检测出沼液的高度，可将沼液及时地从沼气池中抽出，便于沼气池中剩余原料的充分发酵。（4）通过增加搅拌装置，可在加热、添加碱液时向对发酵原料进行搅拌，使得受热均匀和反应充分，并可避免发酵原料的固结。

附图说明

图1为本发明的沼气池自动检测与控制***的原理图；

图2为本发明中PH值自动检测装置的结构示意图。

图中：1沼气池，2碱液喷头，3特征色条，4 摄像头，5温度传感器，6沼液采集器，7升降机构，8抽沼液管，9沼液抽取装置，10加热管路，11加热装置，12搅拌叶轮，13搅拌装置，14 PH值自动检测装置，15酚酞溶液，16 CCD图像传感器，17输送管，18高度调节装置，19软管部，20标准光源，21抽液泵。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，给出了发明的沼气池自动检测与控制***的原理图，其包括沼气池1、碱液喷头2、特征色条3、摄像头4、温度传感器5、沼液采集器6、升降机构7、抽沼液管8、沼液抽取装置9、加热管路10、加热装置11、搅拌叶轮12、搅拌装置13、PH值自动检测装置14、酚酞溶液15、CCD图像传感器16、高度调节装置18以及电路部分；沼气池1内存放有发酵原料，通过原料的发酵作用，产生沼气，以供人们利用。电路部分具有信号采集、数据运算和控制输出作用。特征色条3粘贴于沼气池1的内壁上，特征色条3的外表面上为不同颜色依次间隔分布；摄像头4用于采集特征色条3的图像，以便通过特征色条3的图像判断出沼气池1中液面的高度。当电路部分判断出沼液的液面过高时，会控制沼液抽取装置9进行抽液。

温度传感器5和沼液采集器6均固定于升降机构7上，升降机构7在电路部分的控制作用下，可使得温度传感器5和沼液采集器6伸入到沼液的液面以下，以便检测沼液的温度以及采集沼液样品。碱液喷头2设置于沼气池1的上方，并与沼液喷淋装置相连接，用于向沼气池中添加碱性溶液。抽沼液管8设置沼气池1的中部，并与沼气池1的内部空腔相连通，在沼液抽取装置9的作用下，可将沼气池1中的多余物质抽出。加热管路10设置于沼气池1的底部，在加热装置11的作用下，可对沼气池1中的发酵原料进行加热。

PH值自动检测装置14的底部存放有一定量的酚酞溶液15，上部设置有图像信息采集的CCD图像传感器16；酚酞溶液15用于与中沼液进行反应，沼液采集器6通过输送管17将采集的沼液输入到PH值自动检测装置14的内部；输送管17上设置有抽液泵21，以便在电路部分的控制下，将一定量的沼液抽取至PH值自动检测装置14中，并与一定量的酚酞溶液15相混合。对于不同PH值的沼液，可使混合后的溶液呈现不同的颜色。在标准光源20的照射下，CCD图像传感器16可获取到不同灰度值的图像，通过对灰度值的计算，即可获取沼液的PH值大小。

当沼液的温度过低时，可通过加热装置11对加热管路10的控制，对沼气池1中的发酵原料进行加热，以便沼气池1中的发酵原料维持在较高的温度，便于沼气的转化。通过对采集的沼液样品的检测，可检测出沼液的PH值；根据沼液的PH值，当其呈酸性时，可通过碱液喷头2向沼气池1中添加碱性溶液。沼气池1内设置有固定于抽沼液管8端部的软管部19，软管部19通过传动机构与高度调节装置18相连接；在高度调节装置18的驱动下，可使软管部19进行升降，以便在合理液面高度进行抽沼液。

本发明的沼气池自动检测与控制***的实现方法，可通过以下步骤来实现：

a).检测沼液高度，电路部分首先通过摄像头4采集沼气池内无发酵原料状态下的特征色条的图像，并计算出图像对应的高度值；然后通过摄像头4采集有发酵原料状态下露出液面部分的特征色条3的图像，并计算出露出液面部分特征色条的长度，进而得出沼气池1中沼液的液面高度；

b).沼液高度判断，通过电路部分判断步骤a)中得出的液面高度是否超出了上限值，如果超出了上限值，则执行步骤c)；如果没有超出上限值，则执行步骤d)；

c).抽取沼液，控制沼液抽取装置9通过抽沼液管8抽取沼液，待抽取完毕后，则执行步骤d)；

d).温度、沼液样品采集，电路部分通过升降机构7驱使温度传感器5和沼液采集器6下降到沼液的液面以下，以便获取沼液的温度和采集沼液样品；

e).温度判断，电路部分判断沼液的温度属于-20～50℃之间十个档次中的那个档，以便根据不同的档次控制加热管路10上阀门的开度；

f).加热步骤，电路部分根据沼液温度所属的档次，来控制加热管路上阀门的开关时间，沼液温度越高，加热管路上阀门的开启时间越短，反之越长；同时开启搅拌装置，利用搅拌叶轮对沼气池中的发酵原料进行搅拌；

g).PH值计算步骤，对步骤d) ，在抽液泵21的作用下将一定量的沼液抽取到PH值自动检测装置中，并与一定量的酚酞溶液15相混合，不同PH值的沼液会使混合后的溶液呈现不同的颜色；在标准光源20的照射下，通过CCD图像传感器16可获取不同的图像，通过对图像灰度值的判断，即可计算出沼液的PH值；

h).PH值判断，将PH值范围从7-2之间划分为10个档次，判断沼液的PH值属于那个档次；

i).施加碱液，电路部分根据沼液PH值所属的档次，来控制碱液喷头的开关时间，沼液PH值越小，加热管路上阀门的开启时间越长，反之越短；同时开启搅拌装置，利用搅拌叶轮对沼气池中的发酵原料进行搅拌。

本发明的沼气池自动检测与控制***及方法，在沼液呈酸性的情况下，可向沼气池中添加碱性物质，以维持沼气池内弱碱性环境，有利于发酵原料的反应和沼气池的长期使用。在温度过低时可通过加热装置进行加热，以维持沼气池较高的温度环境，有利于沼气的生成。可检测出沼液的高度，可将沼液及时地从沼气池中抽出，便于沼气池中剩余原料的充分发酵。可在加热、添加碱液时向对发酵原料进行搅拌，使得受热均匀和反应充分，并可避免发酵原料的固结。

Claims (6)

1.一种沼气池自动检测与控制***，包括内部存储有发酵原料的沼气池（1）以及起采集、运算和控制的电路部分，其特征在于：所述沼气池的内壁上固定有特征色条（3），发酵原料的上部设置有碱液喷头（2）、摄像头（4）、温度传感器（5）、沼液采集器（6）和搅拌叶轮（12），摄像头用于采集特征色条的图像，以判断发酵原料的液位；温度传感器和沼液采集器均固定于升降机构（7）上，分别用于沼液的温度和PH值的检测，搅拌叶轮与搅拌装置（13）相连接；沼液池的中部和底部分别设置有抽沼液管（8）和加热管路（10），抽沼液管与沼气池相连通并与沼液抽取装置（9）相连接，加热管路连接有加热装置（11）。

2.根据权利要求1所述的沼气池自动检测与控制***，其特征在于：所述碱液喷头（2）与碱液喷淋装置相连接，碱液喷淋装置中存储有NaHCO₃或CaCO₃溶液。

3.根据权利要求1或2所述的沼气池自动检测与控制***，其特征在于：所述搅拌叶轮（12）通过可上下升降的连接轴与搅拌装置（13）相连接；所述抽沼液管（8）和加热管路（10）上均设置有可进行开关控制的阀门。

4.根据权利要求1或2所述的沼气池自动检测与控制***，其特征在于：还包括PH值自动检测装置（14），所述PH值自动检测装置的底部存放有酚酞溶液（15），上部设置有用于图像信息采集的CCD图像传感器（16）；所述沼液采集器（6）通过输送管（17）与PH值自动检测装置相连接；输送管上设置有抽液泵（21）。

5.根据权利要求1或2所述的沼气池自动检测与控制***，其特征在于：所述沼气池（1）内设置有与抽沼液管（8）相连通的软管部（19），软管部通过传动机构连接有高度调节装置（18）。

6.一种基于权利要求1所述的沼气池自动检测与控制***的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

a).检测沼液高度，电路部分首先通过摄像头（4）采集沼气池内无发酵原料状态下的特征色条的图像，并计算出图像对应的高度值；然后，通过摄像头（4）采集有发酵原料状态下露出液面部分的特征色条（3）的图像，并计算出露出液面部分特征色条的长度，进而得出沼气池（1）中沼液的液面高度；

b).沼液高度判断，通过电路部分判断步骤a)中得出的液面高度是否超出了上限值，如果超出了上限值，则执行步骤c)；如果没有超出上限值，则执行步骤d)；

c).抽取沼液，控制沼液抽取装置（9）通过抽沼液管（8）抽取沼液，待抽取完毕后，则执行步骤d)；

d).温度、沼液样品采集，电路部分通过升降机构（7）驱使温度传感器（5）和沼液采集器（6）下降到沼液的液面以下，以便获取沼液的温度和采集沼液样品；

e).温度判断，电路部分判断沼液的温度属于-20～50℃之间十个档次中的那个档，以便根据不同的档次控制加热管路（10）上阀门的开度；

f).加热步骤，电路部分根据沼液温度所属的档次，来控制加热管路上阀门的开关时间，沼液温度越高，加热管路上阀门的开启时间越短，反之越长；同时开启搅拌装置，利用搅拌叶轮对沼气池中的发酵原料进行搅拌；

g).PH值计算步骤，步骤d)中，在抽液泵（21）的作用下将一定量的沼液抽取到PH值自动检测装置中，并与一定量的酚酞溶液（15）相混合，不同PH值的沼液会使混合后的溶液呈现不同的颜色；在标准光源（20）的照射下，通过CCD图像传感器（16）可获取不同的图像，通过对图像灰度值的判断，即可计算出沼液的PH值；

h).PH值判断，将PH值范围从7-2之间划分为10个档次，判断沼液的PH值属于那个档次；

i).施加碱液，电路部分根据沼液PH值所属的档次，来控制碱液喷头的开关时间，沼液PH值越小，加热管路上阀门的开启时间越长，反之越短；同时开启搅拌装置，利用搅拌叶轮对沼气池中的发酵原料进行搅拌。

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