CN111551687A - 地下水多无机参数在线检测***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地下水多无机参数在线检测***及方法。***包括智能控制仪、水质检测传感器和水样流通池。智能控制仪包括CPU控制电路，CPU控制电路经由水泵控制电路对第一继电器和第二继电器的导通与关断进行同步控制，以借由第一继电器和第二继电器对采样泵的得电启动与断电停止进行控制。采样泵的水样出口与水样流通池的顶部安装的水样入口连接，水样流通池的底部安装有***口，CPU控制电路经由电磁阀对***口的打开与关闭进行控制，水样流通池内安装有水质检测传感器，水质检测传感器与CPU控制电路连接。本发明将地下水无机参数检测从实验室转移到野外在线进行，无需人员值守，自动化程度高，检测效率高，采样准确性高。

Description

地下水多无机参数在线检测***及方法

技术领域

本发明涉及一种地下水多无机参数在线检测***，以及基于该***实现的地下水多无机参数在线检测方法，属于地下水无机参数检测技术领域。

背景技术

目前国内外针对地下水无机参数的检测仍旧停留在现场快速检测和现场取样后带回实验室分析的阶段。现场的取样工具一般为便携式的取样器具，流量较小且单一，无法实现对井内取样样品进行理想判定。另外，目前现场所取样品一般为井内多层混合水，而非采集井下独立含水层原位水样，因此样品真值性差，检测结果指向性差，科研利用率低下。而且目前的这种野外跑点取样和手动检测的方式还存在劳动强度大，取得的数据样本少，数据不连续，数据不准确、可靠性不足，数据易丢失，数据整理困难等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种地下水多无机参数在线检测***及方法，其将地下水无机参数检测从实验室转移到野外在线进行，无需人员值守，自动化程度高，检测效率高，采样准确性高。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种地下水多无机参数在线检测***，其特征在于：它包括智能控制仪、水质检测传感器和水样流通池，其中：智能控制仪包括CPU控制电路，CPU控制电路经由水泵控制电路对第一继电器和第二继电器的导通与关断进行同步控制，以借由第一继电器和第二继电器对采样泵的得电启动与断电停止进行控制；采样泵的水样出口与水样流通池的顶部安装的水样入口连接，水样流通池的底部安装有***口，CPU控制电路经由电磁阀对***口的打开与关闭进行控制，水样流通池内安装有水质检测传感器，水质检测传感器与CPU控制电路连接。

一种基于所述的地下水多无机参数在线检测***实现的地下水多无机参数在线检测方法，其特征在于，它包括步骤：

1)睡眠；

2)判断是否接到远程下达的采样命令：若接到，则进入3)，否则返回1)；

3)判断采样命令的真实性：若真实，则进入4)，否则返回1)；

4)通过所述电磁阀控制所述***口关闭，然后通过所述水泵控制电路控制所述第一继电器和所述第二继电器导通来启动所述采样泵，所述水样流通池开始收集水样；

5)启动所述水质检测传感器；

6)基于所述水质检测传感器检测的压力信号来判断自身是否浸泡在水样中：若浸泡在水样中，则进入7)，否则重复执行6)；

7)所述水质检测传感器间隔检测实际电导率，并基于间隔连续检测的多次实际电导率来判断水样是否稳定：若认为水样稳定，则进入8)，否则重复执行7)；

8)所述水质检测传感器间隔检测温度、压力和实际电导率，并计算其它无机参数；

9)所述水质检测传感器将所有获得的无机参数数据进行存储并发送给远程中心；

10)远程中心下达停止采样命令，结束，返回1)。

本发明的优点是：

本发明***安装在野外，将地下水无机参数检测从实验室转移到野外在线进行，无需人员值守便可适时自动采样检测出地下水多种无机参数，省时省力，检测效率高，样品真值性高，检测结果指向性好，科研利用率高，且取得的数据样本多，数据连续、准确、可靠，数据可得到及时保存，便于整理，可广泛应用于水文地质调查、区域水污染质量调查、污染场地修复等工程。

本发明方法一方面具有对水样稳定性的判定功能，另一方面在数据采集时采取了零点漂移补偿，因此确保了样品的真值性，使得获取的数据准确性和可靠性得到提升。

附图说明

图1是本发明地下水多无机参数在线检测***的组成示意图。

图2是稳压电路原理图。

图3是水泵控制电路原理图。

图4是水质检测传感器的结构示意图。

图5是传感器芯体的结构示意图。

图6是水样流通池的结构示意图。

图7是图6的右视示意图。

图8是图6的左视示意图。

图9是获取电压信号的等效电路原理图。

图10是四个压敏电阻中心对称分布示意图。

具体实施方式

如图1至图8，本发明地下水多无机参数在线检测***设于野外采样井旁的地面上，如图1，本发明地下水多无机参数在线检测***包括智能控制仪30、水质检测传感器60和水样流通池50，其中：智能控制仪30包括CPU控制电路32，CPU控制电路32经由水泵控制电路33对第一继电器K1和第二继电器K2的导通与关断进行同步控制，以借由第一继电器K1和第二继电器K2对采样泵20的得电启动与断电停止进行控制；采样泵20设置于采样井井下的检测点，用于采集井下独立含水层原位水样，采样泵20的水样出口经由管道与水样流通池50的顶部安装的水样入口53连接，水样流通池50的底部安装有***口54，CPU控制电路32经由电磁阀58对***口54的打开与关闭进行控制，水样流通池50内安装有水质检测传感器60，水质检测传感器60的信号端口通过标准通讯接口RS485与CPU控制电路32的相应信号端口连接。

在本发明中，具有低扰动性能的采样泵20选用本领域的已有水泵，其可根据井下实际情况选择不同型号的水泵，例如蠕动泵或螺杆泵等。

如图1，智能控制仪30包括电源电路，电源电路包括将220V交流电转换为12V直流电的电压转换电路311和对12V直流电进行稳压控制输出的稳压电路312，其中，电压转换电路311的输入端与220V交流电10连接，电压转换电路311的输出端经由稳压电路312与CPU控制电路32、水泵控制电路33的供电端连接来为它们提供电力。

在本发明中，电压转换电路311可采用本领域的已有成熟的电子电路，在此不做详述。

如图2，稳压电路312包括芯片U1(如MC34063芯片)，其在强电与弱电转化时稳定性好，承载的电流量程宽，适用条件宽泛，电压稳定性好，且可根据需求控制输出电压VO，VO＝1.25(1+R1/R2)。

在本发明中，CPU控制电路32包括CPU，其可采用本领域的成熟CPU集成电路来实现，故在此不做详述。

如图3，水泵控制电路33包括光耦U2，CPU控制电路32的控制端IO 220V与光耦U2的输入侧连接，光耦U2的隔离输出侧经由三极管控制电路与第一继电器K1和第二继电器K2的线圈连接，第一继电器K1和第二继电器K2的动触头均与220V交流电10连接而第一继电器K1和第二继电器K2的常开静触头分别与采样泵20的零线输入端口、火线输入端口连接，其中：第一继电器K1和第二继电器K2呈常开状态；三极管控制电路包括NPN型三极管Q4和控制电阻R31，控制电阻R31与第一继电器K1和第二继电器K2的线圈并联后连接在NPN型三极管Q4的集电极上，或说，控制电阻R31与第一继电器K1和第二继电器K2的线圈并联后连接在隔离电源VCC_JDQ_ISO与NPN型三极管Q4的集电极之间，NPN型三极管Q4的基极与光耦U2的隔离输出侧连接。

在本发明中，水泵控制电路33属于弱电信号控制强电关断。使用中可发现，弱电设备和强电设备集成应用时易造成误触发及使用安全问题，因此，本发明的水泵控制电路33采取双通道控制，即同步控制采样泵20的零线和火线的导通与关断，这种方式不仅能够避免采样泵20的误触发及误关断，还能够避免发生用户触电事故。另外，水泵控制电路33中采用了光耦U2的隔离设计，这是因为采样泵20属于感性负载，易带来干扰，利用高速光耦实现的电源隔离可以很好地解决干扰问题。

如图1，在实际应用时，CPU控制电路32还与存储器34连接。

如图1，CPU控制电路32还通过标准通讯接口RS485/232与远程通讯装置40连接，以响应远程中心发送的各种命令以及向远程中心反馈采样数据。

在本发明中，远程通讯装置40采用本领域的成熟无线通讯设备来实现，故在此不做详述。

如图1、图6至图8，水样流通池50为一封闭池体，水样流通池50内借由隔离板501分割出底部隔离不连通、顶部连通的第一流通室51和第二流通室52，水样入口53位于第一流通室51上方，第一流通室51和第二流通室52的下面各安装有一***口54，第一流通室51和第二流通室52安装的两个***口54可单独控制或同步控制，水质检测传感器60安装于第二流通室52的下部，即靠近但不接触第二流通室52的底面，水样流通池50的上部设有溢水口55，溢水口55的设计目的在于出现水量控制不当时可排掉多余的废水样，整个水样流通池50可由底座59支撑高于地面。

在本发明中，第一流通室51和第二流通室52两个流通室的设计可以使第一流通室51对水样中的泥沙等杂质起到沉淀、过滤作用，从而使流入第二流通室52中的水样为不带泥沙等杂质、最接近真实状态的水样，确保水质检测传感器60对水样的准确检测。

在实际设计中，水样流通池50的侧壁上还安装有大流量取样口57和微流量取样口56，其中，大流量取样口57通常设于水样流通池50侧壁的中部或下部，大流量取样口57经由开关阀门与相关检测仪器连接，微流量取样口56通常设于水样流通池50侧壁的上部，微流量取样口56上连接一向上翘起的导流管560，导流管560内安装有过滤装置，导流管560的出口高于水样入口53，使用时，微流量监测设备从导流管560的出口吸入水样进行检测。

在本发明中，水质检测传感器60用于实时检测水样的温度、压力和实际电导率，并基于检测数据可以计算给出水位、确切电导率(25摄氏度时的电导率)、盐度、总溶解固体、电阻率和水密度，也就是说，水质检测传感器60可对地下水的上述九种无机参数进行采集。

如图4和图5，水质检测传感器60包括传感器筒62，传感器筒62的内腔中卡设有传感器芯体63，传感器筒62的底口通过头部堵塞61密封，即头部堵塞61螺接于传感器筒62底口上，传感器筒62的顶口安装有线路板筒64，即传感器筒62的顶口与线路板筒64的底口螺接连接，线路板筒64的内腔中安装有线路板65，线路板筒64的顶口安装有公接头66，即线路板筒64的顶口与公接头66的底口螺接连接，公接头66的顶部通过公母接头固定螺帽67连接有母接头68，公接头66和母接头68上穿设有用于固定四针插头661的四针插头固定套660，即四针插头固定套660的通腔中安装有四针插头661，母接头68的顶口上安装有尾部压帽69，即母接头68的顶口与尾部压帽69的底口螺接连接，从传感器芯体63引出的导线与线路板65的信号输入端口连接，从线路板65的信号输出端口引出的导线穿过线路板筒64后经由四针插头661依次穿过公接头66、母接头68、尾部压帽69上设有的导线通道后通过探测线缆与CPU控制电路32的相应信号端口连接。

在实际应用时，当不使用水质检测传感器60时，尾部压帽69的顶部扣设盖帽690即可，如图4所示。

如图4，图中示出的水质检测传感器60在实际使用时应竖直放置，左边的头部堵塞61在底，右边的尾部压帽69在顶。

如图5，传感器芯体63包括主壳630，主壳630的顶部设有充油腔631，充油腔631呈上大下小的结构，充油腔631向下延伸至与主壳630的底部开设的上凹槽6301相贯通，上凹槽6301的槽底放置有激光蚀刻出测压电路的硅膜片635，硅膜片635上朝向充油腔631的表面上设有测温元件637，充油腔631内充入硅油632后通过封盖638密封，波纹片634(已有部件)通过环状压环633固定于主壳630的底部，波纹片634与硅膜片635之间保持间隙且间隙内充有硅油636，压环633内安装有电导率传感器639，电导率传感器639位于波纹片634下方而不与波纹片634接触且不覆盖遮挡住波纹片634，从测压电路和测温元件637引出的导线穿过充油腔631内的硅油632、封盖638后与封盖638外侧安装的输出管脚接口6380连接，从电导率传感器639引出的导线贯穿压环633和主壳630上开设的通孔(图中未示出)后与输出管脚接口6380连接，电导率传感器639引出的导线不穿过充油腔631内的硅油632，输出管脚接口6380与线路板65的信号输入端口连接。

如图4，头部堵塞61上设有呈T字型的进水通道，进水通道具有两个进水口613，进水口613外露，进水通道的出水口614与传感器筒62的内腔连通，传感器芯体63的电导率传感器639朝向出水口614，从出水口614流出的液体对传感器芯体63产生均匀的压力作用，确保电压信号的测量准确性，头部堵塞61的底部设有便于水质检测传感器60下入液体环境中时减小阻力的锥形头611。

如图4，传感器筒62的顶部向上延伸有支撑固定壁622，支撑固定壁622可呈圆筒状、半筒状、板状等，不受局限，其中：支撑固定壁622伸入线路板筒64的内腔内而使线路板65稳固地固定；支撑固定壁622上设有用于排布线路板65引出导线的导线通道621。线路板筒64顶部、公接头66、母接头68、尾部压帽69上的导线通道可参见支撑固定壁622上的导线通道621来理解。

在实际设计中，传感器筒62与线路板筒64相连的部位之间，线路板筒64与公接头66相连的部位之间，公接头66与公母接头固定螺帽660相连的部位之间，等等，可安装有确保密封性能、实现腔内防水的O型防水圈(图中未标出)，O型防水圈选用耐高温高压的O型橡胶密封圈为宜。

在实际设计中，测温元件637优选选用铂电阻。

在实际设计中，硅膜片635采用单晶硅制成，测压电路为在硅膜片635的表面上激光蚀刻出的四个压敏电阻搭接形成的电桥电路，如图9所示，其中：四个压敏电阻的电阻值相等，且四个压敏电阻中心对称分布，如图10所示。

在本发明中，将测压电路或说电桥电路设计为向外引出三根导线，一根导线输出电压信号，另外两根导线用于连接电源正负极，将测温元件637设计为向外引出用于输出温度信号的一根导线。将电导率传感器639设计为向外引出用于输出实际电导率信号的一根导线。这些导线与输出管脚接口6380上的输出管脚连接。

传感器芯体63采用的压力测量原理为：

如图9和图10，利用硅膜片635的压阻效应，在硅膜片635的表面上激光蚀刻出用于感测电压信号、电阻值相等的压敏电阻，记为R1～R4，压敏电阻R1～R4作为桥臂电阻对称分布并搭接成电桥电路的形式。

当硅膜片635受到压力作用时，其外形和电阻率改变，从而导致硅膜片635自身材料的阻值发生变化，也就是说，压力(应变)与电阻值之间具有映射关系，可表示为下式：

上式中：π为硅膜片635自身材料的压阻系数，E为硅膜片635自身材料的杨氏模量，ε为硅膜片635自身材料的应变率，υ为硅膜片635自身材料的泊松比。

由此可以看出，硅膜片635这种半导体的电阻值变化

是由几何尺寸的改变和载流子运动状态的改变共同作用形成的。

在实际应用时，当水质检测传感器60浸泡于水样中时，液体介质通过头部堵塞61的进水通道进入，绕过电导率传感器639直接向波纹片634施加压力P，于是波纹片634将感应的压力P经由硅油636传递给硅膜片635。

当硅膜片635上的压敏电阻的阻值因所受压力P的作用而发生变化时，电桥电路的平衡状态遭到破坏，导致电桥电路输出非零的电压信号Vout，电压信号Vout即反映了压力，从而达到测量压力参数的目的。

进一步来说，理想情况下，电桥电路中的压敏电阻R1～R4的阻值是完全相同的，它们受温度等外界因素的影响是一致的，但是当外界压力P作用于硅膜片635时，电桥电路的电压响应呈线性变化。

如图9和图10，设定电桥电路输出的电压信号Vout为B、D两点的电势差，A、C两点用于输入电源电压，则得到下式：

Vout＝V_B-V_D

式中：

Vin为输入的电源电压，ΔR表示压敏电阻的阻值变化，R1′、R2′、R3′、R4′分别为压敏电阻R1～R4发生阻值变化后的电阻值。

在理想状态下，假设桥臂电阻，即压敏电阻统一记为R，硅膜片635所受压力为P，则电桥电路输出的电压变化ΔVout为：

由上式可以看出，在压力P作用下，水质检测传感器60输出的电压信号变化ΔVout由电桥电路中的桥臂电阻R的阻值变化ΔR决定。因此，可以得出，电桥电路输出的电压信号Vout可以很好地反映压力参数。

如图5，电导率传感器639包括绝缘座6391，绝缘座6391上设有四个电导率电极6392，电导率传感器639借由绝缘座6391绝缘卡固于压环633内。

在本发明中，温度、电导率两种无机参数分别通过温度传感器637、电导率传感器639的获取为本领域的熟知技术，故不在这里详述。

在本发明中，线路板65上设计有处理电路，处理电路的主要作用为接收温度、电压、实际电导率数据，基于接收的电压信号计算出压力参数，基于压力、实际电导率等计算出确切电导率、盐度、总溶解固体、电阻率和水密度等其它参数，以及将这些参数向外传输，另外，线路板65还负责向传感器芯体63供电(低电压)。线路板65及其上的处理电路为本领域的熟知技术，故不在这里详述。

基于上述本发明地下水多无机参数在线检测***，本发明还提出了一种地下水多无机参数在线检测方法，它包括如下步骤：

1)睡眠；

2)CPU控制电路32借由远程通讯装置40判断是否接到远程下达的采样命令：若接到，则进入3)，否则返回1)；

3)判断采样命令的真实性：若真实，则进入4)，否则返回1)；

4)借由CPU控制电路32，通过电磁阀58控制***口54关闭，然后通过水泵控制电路33控制第一继电器K1和第二继电器K2导通来启动采样泵20，于是水样从水样入口53流入水样流通池50，水样流通池50开始收集水样；

5)借由CPU控制电路32启动水质检测传感器60，水质检测传感器60的采样频率可根据采样泵20的出水量来设定，通常可设定为1分钟/次；

6)基于水质检测传感器60检测的压力信号来判断水质检测传感器60自身是否浸泡在水样流通池50的水样中：若浸泡在水样中，则进入7)，否则重复执行6)；

7)水质检测传感器60按照设定的采样频率间隔检测实际电导率，并基于间隔连续检测的多次实际电导率来判断水样是否稳定：若认为水样稳定，则进入8)，否则重复执行7)；

8)水质检测传感器60按照设定的采样频率间隔检测温度、压力和实际电导率这三种无机参数，并基于检测的温度、压力和实际电导率计算其它无机参数，其中：其它无机参数可为水位、确切电导率、盐度、总溶解固体、电阻率或水密度中的任一种或任几种；

9)水质检测传感器60将所有获得的无机参数数据进行存储并反馈给CPU控制电路32，CPU控制电路32借由远程通讯装置40发送给远程中心；

10)远程中心下达停止采样命令，结束，即借由CPU控制电路32停止水质检测传感器60，通过水泵控制电路33控制第一继电器K1和第二继电器K2关断来停止采样泵20工作，以及通过电磁阀58控制***口54打开泄掉水样，返回1)。

在实际实施时，采样命令的真实性可通过诸如判断命令字串的末尾字符来实现，为常规技术，不受局限。

在实际实施时，根据水质检测传感器60在第二流通室52内的安装位置，通常当基于压力信号计算出的第二流通室52水位大于等于0.5米时，认为水质检测传感器60此时浸泡在水样中。换句话说，基于水质检测传感器60检测的压力数据即可计算出水位数据。

在实际实施时，水质检测传感器60基于检测的温度、压力和实际电导率数据来计算水位、确切电导率、盐度、总溶解固体、电阻率和水密度这些无机参数，是本领域的熟知技术，故具体计算过程不在这里详述。

鉴于野外采样通常依赖工作人员的经验判定水样真实情况存在局限大、效率下、误差大、费时费力等缺点，本发明方法中采取了普适性强、效率高、误差小、省时省力的水样稳定判定方法，水样稳定判定方法依靠实际检测的实际电导率的稳定情况来确定水样的真实情况，大大提升了野外采集水样的效率和质量。较佳地方案是，在步骤7)中，判断水质检测传感器60间隔地连续检测的三次实际电导率是否满足Δ实际电导率小于等于±3％，Δ实际电导率为三次实际电导率的均值：若满足，则认为水样稳定，否则，则认为水样不稳定。

由于水质检测传感器60需要放置于水样流通池50中进行长期检测，而水质检测传感器60所处水位不应高于1米，因此，小量程的检测需求需要水质检测传感器60进行误差归零处理，并且水质检测传感器60长期户外运行会带来零点漂移误差，因此，本发明中使用的水质检测传感器60采取了零点漂移补偿方法来消除上述误差，确保检测精度，具体来说：

水质检测传感器60在检测温度、压力和实际电导率每一种无机参数数据时均采用如下零点漂移补偿方法，包括步骤：

A)确定正确的检测零点，检测零点即检测起始时刻：

A-1)在开始检测无机参数数据之前和之后分别采集M个离散数据，除去最大值y_max和最小值y_min后，对剩下的M-2个离散数据通过下式1)求出均值μy：

在式1)中：

i＝1，2，…，M，M为大于2的正整数，但y(i)≠y_max且y(i)≠y_min，

对于在开始检测无机参数数据之前采集的M个离散数据y(1)、y(2)、……、y(M)，基于式1)求得检测前均值μy1，

对于在开始检测无机参数数据之后采集的M个离散数据y(1)、y(2)、……、y(M)，基于式1)求得检测后均值μy2；

A-2)基于下式2)求出采样方差δy：

在式2)中：

i＝1，2，…，M，M为大于2的正整数，但y(i)≠y_max且y(i)≠y_min，

对于在开始检测无机参数数据之前采集的M个离散数据y(1)、y(2)、……、y(M)，除去最大值y_max和最小值y_min后，基于式2)求得检测前采样方差δy1，

对于在开始检测无机参数数据之后采集的M个离散数据y(1)、y(2)、……、y(M)，除去最大值y_max和最小值y_min后，基于式2)求得检测后采样方差δy2；

A-3)设定阈值δ1进行如下判断：

判断检测前采样方差δy1与检测前均值μy1的差是否大于δ1：若是，则说明此时的检测零点不满足检测要求，不是正确的检测零点，重新选择新的检测零点后重复执行A-1)～A-3)，否则，进入下一步；

判断检测后采样方差δy2与检测后均值μy2的差是否大于δ1：若是，则说明此时的检测零点不满足检测要求，不是正确的检测零点，重新选择新的检测零点后重复执行A-1)～A-3)，否则，此时的检测零点被认为是正确的检测零点；

B)判断零点漂移的类型：

B-1)基于下式3)求得μy1与μy2的差值平均值δ12：

B-2)设定阀值δ2进行如下判断：

对于检测后均值μy2，判断δ12/μy2是否小于δ2：若是，则认为在开始检测无机参数数据之后发生了基线零点漂移，否则，则认为在开始检测无机参数数据之后发生了斜率零点漂移；

C)针对不同类型的零点漂移进行校正补偿：

对于基线零点漂移，基于下式4)进行校正补偿：

y(i)′＝y(i)-μy12 4)

在式4)中：

y(i)为从正确的检测零点开始检测无机参数数据所采集的N个离散数据，i＝0，1，2，…，N-1，N为大于2的正整数，

y(i)’为对y(i)进行校正补偿后的修正值；

对于斜率零点漂移，基于下式5)进行校正补偿：

y(i)′＝y(i)-[k×y(i+1)×T+μy1] 5)

在式5)中：

T为无机参数数据采集周期，k为给定的斜率，

y(i)为从正确的检测零点开始检测无机参数数据所采集的N个离散数据，i＝0，1，2，…，N-1，N为大于2的正整数，N为离散数据的采集个数，

y(i)’为对y(i)进行校正补偿后的修正值。

在上述零点漂移补偿方法中，无机参数数据是指温度、压力和实际电导率中的一个，换句话说，在检测温度时，在检测压力时，以及在检测实际电导率时，均使用了上述零点漂移补偿方法来校正补偿误差，提高检测精度。

在实际检测中，零点漂移一般分为基线零点漂移和斜率零点漂移。

本发明的优点是：

本发明***安装在野外，将地下水无机参数检测从实验室转移到野外在线进行，无需人员值守便可适时自动采样检测出地下水多种无机参数，省时省力，检测效率高，样品真值性高，检测结果指向性好，科研利用率高，且取得的数据样本多，数据连续、准确、可靠，数据可得到及时保存，便于整理，可广泛应用于水文地质调查、区域水污染质量调查、污染场地修复等工程。

本发明方法一方面具有对水样稳定性的判定功能，另一方面在数据采集时采取了零点漂移补偿，因此确保了样品的真值性，使得获取的数据准确性和可靠性得到提升。

以上所述是本发明较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种地下水多无机参数在线检测***，其特征在于：它包括智能控制仪、水质检测传感器和水样流通池，其中：智能控制仪包括CPU控制电路，CPU控制电路经由水泵控制电路对第一继电器和第二继电器的导通与关断进行同步控制，以借由第一继电器和第二继电器对采样泵的得电启动与断电停止进行控制；采样泵的水样出口与水样流通池的顶部安装的水样入口连接，水样流通池的底部安装有***口，CPU控制电路经由电磁阀对***口的打开与关闭进行控制，水样流通池内安装有水质检测传感器，水质检测传感器与CPU控制电路连接。

2.如权利要求1所述的地下水多无机参数在线检测***，其特征在于：

所述智能控制仪包括电源电路，电源电路包括电压转换电路和稳压电路，其中，电压转换电路的输入端与220V交流电连接，电压转换电路的输出端经由稳压电路与所述CPU控制电路、所述水泵控制电路的供电端连接来提供电力。

3.如权利要求1所述的地下水多无机参数在线检测***，其特征在于：

所述水泵控制电路包括光耦，所述CPU控制电路与光耦的输入侧连接，光耦的隔离输出侧经由三极管控制电路与所述第一继电器和所述第二继电器的线圈连接，所述第一继电器和所述第二继电器的动触头均与220V交流电连接而常开静触头分别与所述采样泵的零线输入端口、火线输入端口连接，其中：所述第一继电器和第二继电器呈常开状态；三极管控制电路包括NPN型三极管和控制电阻，控制电阻与所述第一继电器和所述第二继电器的线圈并联后连接在NPN型三极管的集电极上，NPN型三极管的基极与光耦的隔离输出侧连接。

4.如权利要求1所述的地下水多无机参数在线检测***，其特征在于：

所述水样流通池为一封闭池体，所述水样流通池内借由隔离板分割出底部隔离不连通、顶部连通的第一流通室和第二流通室，所述水样入口位于第一流通室上方，第一流通室和第二流通室的下面各安装有一所述***口，所述水质检测传感器安装于第二流通室的下部，所述水样流通池的上部设有溢水口。

5.如权利要求4所述的地下水多无机参数在线检测***，其特征在于：

所述水样流通池安装有大流量取样口和微流量取样口，其中，微流量取样口上连接一向上翘起的导流管，导流管内安装有过滤装置，导流管的出口高于所述水样入口。

6.如权利要求1所述的地下水多无机参数在线检测***，其特征在于：

所述水质检测传感器包括传感器筒，传感器筒的内腔中卡设有传感器芯体，传感器筒的底口通过头部堵塞密封，传感器筒的顶口安装有线路板筒，线路板筒的内腔中安装有线路板，线路板筒的顶口安装有公接头，公接头的顶部通过公母接头固定螺帽连接有母接头，公接头和母接头上穿设有用于固定四针插头的四针插头固定套，母接头的顶口上安装有尾部压帽，从传感器芯体引出的导线与线路板的信号输入端口连接，从线路板的信号输出端口引出的导线穿过线路板筒后经由四针插头依次穿过公接头、母接头、尾部压帽后通过探测线缆与所述CPU控制电路连接。

7.如权利要求6所述的地下水多无机参数在线检测***，其特征在于：

所述传感器芯体包括主壳，主壳的顶部设有充油腔，充油腔向下延伸至与主壳的底部开设的上凹槽相贯通，上凹槽的槽底放置有激光蚀刻出测压电路的硅膜片，硅膜片上朝向充油腔的表面上设有测温元件，充油腔内充入硅油后通过封盖密封，波纹片通过环状压环固定于主壳的底部，波纹片与硅膜片之间保持间隙且间隙内充有硅油，压环内安装有电导率传感器，电导率传感器位于波纹片下方，从测压电路和测温元件引出的导线穿过充油腔内的硅油、封盖后与封盖外侧安装的输出管脚接口连接，从电导率传感器引出的导线贯穿压环和主壳上开设的通孔后与输出管脚接口连接，输出管脚接口与所述线路板的信号输入端口连接。

8.一种基于权利要求1至7中任一项所述的地下水多无机参数在线检测***实现的地下水多无机参数在线检测方法，其特征在于，它包括步骤：

1)睡眠；

2)判断是否接到远程下达的采样命令：若接到，则进入3)，否则返回1)；

3)判断采样命令的真实性：若真实，则进入4)，否则返回1)；

4)通过所述电磁阀控制所述***口关闭，然后通过所述水泵控制电路控制所述第一继电器和所述第二继电器导通来启动所述采样泵，所述水样流通池开始收集水样；

5)启动所述水质检测传感器；

6)基于所述水质检测传感器检测的压力信号来判断自身是否浸泡在水样中：若浸泡在水样中，则进入7)，否则重复执行6)；

7)所述水质检测传感器间隔检测实际电导率，并基于间隔连续检测的多次实际电导率来判断水样是否稳定：若认为水样稳定，则进入8)，否则重复执行7)；

8)所述水质检测传感器间隔检测温度、压力和实际电导率，并计算其它无机参数；

9)所述水质检测传感器将所有获得的无机参数数据进行存储并发送给远程中心；

10)远程中心下达停止采样命令，结束，返回1)。

9.如权利要求8所述的地下水多无机参数在线检测方法，其特征在于：

在所述步骤7)中，判断所述水质检测传感器间隔连续检测的三次实际电导率是否满足△实际电导率小于等于±3％：若满足，则认为水样稳定，否则，则认为水样不稳定。

10.如权利要求8所述的地下水多无机参数在线检测方法，其特征在于：

所述水质检测传感器在检测温度、压力和实际电导率每一种无机参数数据时采用零点漂移补偿方法，零点漂移补偿方法包括步骤：

A)确定正确的检测零点：

A-1)在开始检测无机参数数据之前和之后分别采集M个离散数据，除去最大值y_max和最小值y_min后，对剩下的M-2个离散数据通过下式1)求出均值μy：

在式1)中：

i＝1，2，…，M，M为大于2的正整数，但y(i)≠y_max且y(i)≠y_min，

对于在开始检测无机参数数据之前采集的M个离散数据y(1)、y(2)、……、y(M)，基于式1)求得检测前均值μy1，

对于在开始检测无机参数数据之后采集的M个离散数据y(1)、y(2)、……、y(M)，基于式1)求得检测后均值μy2；

A-2)基于下式2)求出采样方差δy：

在式2)中：

i＝1，2，…，M，M为大于2的正整数，但y(i)≠y_max且y(i)≠y_min，

对于在开始检测无机参数数据之前采集的M个离散数据y(1)、y(2)、……、y(M)，除去最大值y_max和最小值y_min后，基于式2)求得检测前采样方差δy1，

对于在开始检测无机参数数据之后采集的M个离散数据y(1)、y(2)、……、y(M)，除去最大值y_max和最小值y_min后，基于式2)求得检测后采样方差δy2；

A-3)设定阈值δ1进行如下判断：

判断检测前采样方差δy1与检测前均值μy1的差是否大于δ1：若是，则说明此时的检测零点不是正确的检测零点，重新选择新的检测零点后重复执行A-1)～A-3)，否则，进入下一步；

判断检测后采样方差δy2与检测后均值μy2的差是否大于δ1：若是，则说明此时的检测零点不是正确的检测零点，重新选择新的检测零点后重复执行A-1)～A-3)，否则，此时的检测零点被认为是正确的检测零点；

B)判断零点漂移的类型：

B-1)基于下式3)求得μy1与μy2的差值平均值δ12：

B-2)设定阀值δ2进行如下判断：

对于检测后均值μy2，判断δ12/μy2是否小于δ2：若是，则认为在开始检测无机参数数据之后发生了基线零点漂移，否则，则认为在开始检测无机参数数据之后发生了斜率零点漂移；

C)针对不同类型的零点漂移进行校正补偿：

对于基线零点漂移，基于下式4)进行校正补偿：

y(i)′＝y(i)-μy12 4)

在式4)中：

y(i)为从正确的检测零点开始检测无机参数数据所采集的N个离散数据，i＝0，1，2，…，N-1，N为大于2的正整数，

y(i)’为对y(i)进行校正补偿后的修正值；

对于斜率零点漂移，基于下式5)进行校正补偿：

y(i)′＝y(i)-[k×y(i+1)×T+μy1] 5)

在式5)中：

T为无机参数数据采集周期，k为给定的斜率，

y(i)为从正确的检测零点开始检测无机参数数据所采集的N个离散数据，i＝0，1，2，…，N-1，N为大于2的正整数，

y(i)’为对y(i)进行校正补偿后的修正值。

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