CN110044851A - 一种便携式低成本浊度检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种便携式低成本浊度检测装置，包括检测模块、温度传感器和数据处理模块，检测模块包括光信号发射器、第一光信号接收器、第二光信号接收器和光信号调理电路，两光信号接收器均连接光信号调理电路，光信号调理电路和温度传感器均连接数据处理模块，数据处理模块对两光信号比值计算，并根据两光信号、该比值和温度数据代入拟合函数中作支持向量回归计算，得到样本溶液的浊度数据，样本溶液的浊度数据通过蓝牙模块传输至远程终端。本发明的有益效果：装置体积小、成本低、操作简单方便、电路运行稳定，创新采用支持向量回归算法处理，可实现对样本溶液浊度进行精确检测，解决了不便携、成本高、操作繁琐、精确度低等问题。
Description
技术领域
本发明涉及水环境监测技术领域，尤其涉及一种便携式低成本浊度检测装置。
背景技术
水是我们人类生存所必需的，水质的好坏关乎我们的生存健康问题，浊度是衡量水质最直接的标准。无论是生活用水还是工业生产都有一定的浊度标准，因此，浊度检测非常种重要。然而现在市面上的一些浊度仪都普遍价格昂贵，并且有的体积庞大，还需要配置另外的清洁装置，对于大范围水域的水质监测，或者生活的应用来说都是具有较大的成本和不实际，所以对于这种便携的低成本的浊度传感器的需求是存在的。现有的浊度仪器读数比较固定，有的需要在电脑上安装特定的软件，且安装过程复杂，应用起来也比较麻烦。
另外，现在常用的浊度仪器的数据处理方法：多项式插值法，精度受样本点影响比较大，并且选择的样本点不同，也会对测量结果产生较大的影响；查表法非常简单，但是要具体到每台仪器，如果多台仪器用的是一对于张表，可能会造成偏差；分段线性是将测量曲线分成多个段，通过标定的点计算点与点之间的折线斜率，从而得出每一段的计算公式。当测量数据时，首先判断处于哪一段，再利用该段的计算公式求出浊度值，如果标准点产生误差，也就影响其附近的某一段，但对于精确度会在特定范围内产生一定的误差，从而使得整体误差偏大。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种便携式低成本浊度检测装置。
本发明的实施例提供一种便携式低成本浊度检测装置，包括检测模块、温度传感器和数据处理模块，所述检测模块包括光信号发射器、第一光信号接收器、第二光信号接收器和光信号调理电路，所述光信号发射器设置于样本皿一侧，所述样本皿用于存放待检样本溶液，所述第一光信号接收器设置于所述样本皿的另一相对侧，所述第二光信号接收器设置于所述第一光信号接收器和所述光信号发射器连线的垂线上，所述第一光信号接收器和所述第二光信号接收器分别连接所述光信号调理电路，所述光信号调理电路和所述温度传感器均连接所述数据处理模块，所述光信号发射器用于发射光信号，所述第一光信号接收器和所述第二光信号接收器用于接收穿过所述样本溶液的所述光信号并传输至所述光信号调理电路，所述光信号调理电路用于调理接收到的两光信号并传输至所述数据处理模块，所述温度传感器用于监测所述样本溶液温度并传输该温度数据至所述数据处理模块，所述数据处理模块对两所述光信号比值计算，并将两光信号、该比值和所述温度数据代入拟合函数中作支持向量回归计算，得到所述样本溶液的浊度数据。
进一步地，所述数据处理模块为主控芯片STM32F103RCT6。
进一步地，所述一种便携式低成本浊度检测装置包括电源模块，所述电源模块为带USB接口可充电的12V锂电池，所述光信号调理电路、所述数据处理模块和所述蓝牙模块均连接所述电源模块。
进一步地，所述光信号发射器是一个850nm的近红外光发光二极管，所述第一光信号接收器和所述第二光信号接收器均为硅光电池。
进一步地，所述温度传感器是DS18B20数字温度传感器。
进一步地，包括蓝牙模块，所述蓝牙模块为主从一体蓝牙串口模块，所述蓝牙模块连接所述数据处理模块，用于传输所述样本溶液的浊度数据至远程终端。
进一步地，所述蓝牙模块与所述远程终端无线连接，并向所述远程终端传送所述浊度数据，所述远程终端为手机或电脑，所述远程终端设有人机交互APP，所述APP用于控制所述蓝牙模块和显示所述样本溶液的浊度数据。
进一步地，所述拟合函数是所述数据处理模块根据检测国际标准溶液时的两光信号、该比值和所述温度数据作支持向量回归计算得到。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明一种便携式低成本浊度检测装置，在检测样本溶液浊度时，光信号发射器发射光信号透过样本溶液，第一光信号接收器和第二光信号接收器分别接收光信号发射器直线透射过样本溶液的光信号和光信号发射器垂直方向上透过样本溶液的光信号，第一光信号接收器和第二光信号接收器均将所接受到的光信号传输至光信号调理电路进行调理，光信号调理电路将调理后的光信号传输至数据处理模块，同时温度传感器检测样本溶液温度并将温度数据传输到数据处理模块，数据处理模块接收到光信号调理电路传递过来的光信号信息进行比值处理，并将两光信号、该比值和所述温度数据代入拟合函数中作支持向量回归(SVR)计算，得到所述样本溶液的浊度数据，整个装置体积小、使用方便快捷、电路运行稳定、检测数据精确，解决了现有浊度检测装置不便携、成本高、精确度低等问题。
附图说明
图1是本发明一种便携式低成本浊度检测装置的示意图。
图2是本发明一种便携式低成本浊度检测装置的工作原理图。
图3是本发明一种便携式低成本浊度检测装置的数据拟合图。
图中：1-检测模块，2-样本皿，3-光信号发射器，4-第一信号接收器，5-第二信号接收器，6-温度传感器，7-数据处理模块，8-蓝牙模块，9-样本溶液，10-光信号调理电路，11-电源模块，12-SD存储卡，13-远程终端。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1和图2，本发明的实施例提供了一种便携式低成本浊度检测装置，包括检测模块1、温度传感器6和数据处理模块7。
所述检测模块1包括光信号发射器3、第一光信号接收器4、第二光信号接收器5和光信号调理电路10，所述光信号发射器3用于发射光信号，所述光信号穿过所述样本溶液，所述光信号发射器3设置于样本皿2一侧，所述样本皿2用于存放待检样本溶液9，所述第一光信号接收器设置于所述样本皿2的另一相对侧，所述第二光信号接收器设置于所述第一光信号接收器和所述光信号发射器连线的垂线上，所述第一光信号接收器4和所述第二光信号接收器5用于接收穿过所述样本溶液9的所述光信号并传输至所述光信号调理电路，所述第一光信号接收器4和所述第二光信号接收器5应能避免接收到非所述光信号发射器3所发射的外界干扰光信号，本实施例中所述光信号发射器3是一个850nm的近红外光发光二极管，所述第一光信号接收器4和所述第二光信号接收器5均为硅光电池。
所述第一光信号接收器4和所述第二光信号接收器5分别连接光信号调理电路10，所述光信号调理电路10、所述SD存储卡12和所述温度传感器6均连接所述数据处理模块7，本实施例中所述温度传感器6是DS18B20数字温度传感器，所述数据处理模块7为主控芯片STM32F103RCT6，所述光信号调理电路10用于调理接收到的两光信号并传输至所述数据处理模块7，所述温度传感器6用于检测所述样本溶液9温度并传输该温度数据至所述数据处理模块7，所述数据处理模块7对两所述光信号比值计算，并将两光信号、该比值和所述温度数据代入所述拟合函数中作支持向量回归(SVR)计算，得到所述样本溶9液的浊度数据，所述SD存储卡12实时存储所述样本溶液9的所述浊度数据，所述支持向量回归(SVR)计算低泛化误差，容易解释，计算复杂度较低，可以解决高维问题，本实施例中利用所述第一光信号接收器4和所述第二光信号接收器5分别接收光信号发射器直线透射过样本溶液的光信号和光信号发射器垂直方向上透过样本溶液9的光信号作为支持向量回归计算的基础数据，并且进行了温度补偿调整，降低了环境温度对检测装置的影响，从而提高了抗干扰能力。
所述一种便携式低成本浊度检测装置包括电源模块11，所述电源模块11为带USB接口可充电的12V锂电池，所述光信号调理电路10、所述数据处理模块7和所述蓝牙模块8均连接所述电源模块11，并由所述电源模块11进行供电。
所述数据处理模块7连接蓝牙模块8，所述蓝牙模块8为主从一体蓝牙串口模块，所述蓝牙模块8传输所述样本溶液9的浊度数据至远程终端13，所述远程终端13为手机或电脑，所述远程终端13设有人机交互APP，所述APP用于控制所述蓝牙模块8和显示所述样本溶液9的浊度数据，所述APP用于人机交互，操作方便快捷，室内和野外均可使用。
所述拟合函数是所述数据处理模块根据检测国际标准溶液时的两光信号、该比值和所述温度数据作支持向量回归计算得到。
本一种便携式低成本浊度检测装置的具体工作过程为，所述光信号发射器3发射光信号至所述待检样本溶液9，所述第一光信号接收器4接收所述光信号发射器3直线透射过样本溶液9的光信号，所述第二光信号接收器5接收所述光信号发射器3垂直方向上透过样本溶液9的光信号，所述第一光信号接收器4和所述第二光信号接收器5均将所接受到的光信号信息传输至所述光信号调理电路10进行调理，所述光信号调理电路10将调理后的光信号信息传输至所述数据处理模块7，同时所述温度传感器6检测所述样本溶液9温度并将温度数据传输到所述数据处理模块7，所述数据处理模块7接收所述光信号调理电路10传递过来的光信号信息进行比值处理，并根据两光信号、该比值和所述温度数据作支持向量回归(SVR)计算，得到所述样本溶液9的浊度数据。
参考附图3，原始数据为国际标准溶液的已知浊度数据，回归数据为使用该装置检测国际标准溶液通过支持向量回归(SVR)算法得到的浊度数据，具体的，本实施案例是用所述第一光信号4接收器和所述第二光信号接收器5接收检测国际标准溶液时的光信号，并将所述光信号传输到所述光信号调理电路10进行调理，所述光信号调理电路10将调理后的光信号信息传输至所述数据处理模块7，同时所述温度传感器6检测所述国际标准溶液温度并将温度数据传输到所述数据处理模块7，所述数据处理模块7接收所述光信号调理电路10传递过来的光信号信息进行比值处理，并根据两光信号、该比值和所述温度数据作支持向量回归(SVR)计算，得到拟合函数，在本实施例中，比较所述回归数据与所述原始数据，所述拟合函数拟合效果很好，表明该检测装置检测浊度误差小准确可靠。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种便携式低成本浊度检测装置，其特征在于：包括检测模块、温度传感器和数据处理模块，所述检测模块包括光信号发射器、第一光信号接收器、第二光信号接收器和光信号调理电路，所述光信号发射器设置于样本皿一侧，所述样本皿用于存放待检样本溶液，所述第一光信号接收器设置于所述样本皿的另一相对侧，所述第二光信号接收器设置于所述第一光信号接收器和所述光信号发射器连线的垂线上，所述第一光信号接收器和所述第二光信号接收器分别连接所述光信号调理电路，所述光信号调理电路和所述温度传感器均连接所述数据处理模块，所述光信号发射器用于发射光信号，所述第一光信号接收器和所述第二光信号接收器用于接收穿过所述样本溶液的所述光信号并传输至所述光信号调理电路，所述光信号调理电路用于调理接收到的两光信号并传输至所述数据处理模块，所述温度传感器用于监测所述样本溶液温度并传输该温度数据至所述数据处理模块，所述数据处理模块对两所述光信号比值计算，并将两光信号、该比值和所述温度数据代入拟合函数中作支持向量回归计算，得到所述样本溶液的浊度数据。
2.如权利要求1所述的一种便携式低成本浊度检测装置，其特征在于：所述数据处理模块为主控芯片STM32F103RCT6。
3.如权利要求1所述的一种便携式低成本浊度检测装置，其特征在于：包括电源模块，所述电源模块为带USB接口可充电的12V锂电池，所述光信号调理电路、所述数据处理模块和所述蓝牙模块均连接所述电源模块。
4.如权利要求1所述的一种便携式低成本浊度检测装置，其特征在于：所述光信号发射器是850nm的近红外光发光二极管，所述第一光信号接收器和所述第二光信号接收器均为硅光电池。
5.如权利要求1所述的一种便携式低成本浊度检测装置，其特征在于：所述温度传感器是DS18B20数字温度传感器。
6.如权利要求1所述的一种便携式低成本浊度检测装置，其特征在于：包括蓝牙模块，所述蓝牙模块为主从一体蓝牙串口模块，所述蓝牙模块连接所述数据处理模块，用于传输所述样本溶液的浊度数据至远程终端。
7.如权利要求6所述的一种便携式低成本浊度检测装置，其特征在于：所述蓝牙模块与所述远程终端无线连接，并向所述远程终端传送所述浊度数据，所述远程终端为手机或电脑，所述远程终端设有人机交互APP，所述APP用于控制所述蓝牙模块和显示所述样本溶液的浊度数据。
8.如权利要求1所述的一种便携式低成本浊度检测装置，其特征在于：所述拟合函数是所述数据处理模块根据检测国际标准溶液时的两光信号、该比值和所述温度数据作支持向量回归计算得到。
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| CN116088382A (zh) * | 2023-01-14 | 2023-05-09 | 中国地质大学（武汉） | 一种可自主调整稳定输出浓度范围浊液的装置 |
Citations (1)
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| CN104596990A (zh) * | 2015-01-23 | 2015-05-06 | 中国农业大学 | 双通道光纤浊度测量方法及传感器 |
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