專利名稱：基于溶液圖像技術(shù)的水質(zhì)堿度在線測量裝置及其測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于工業(yè)水處理和環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域水質(zhì)堿度在線檢測裝置。
背景技術(shù)：
堿度是指水中能與強(qiáng)酸發(fā)生中和作用的物質(zhì)的總量，這類物質(zhì)包括強(qiáng)堿、弱堿、強(qiáng)堿弱酸鹽等。在工業(yè)水處理領(lǐng)域，堿度是衡量循環(huán)冷卻水和鍋爐用水質(zhì)量的指標(biāo)之一，水在循環(huán)冷卻過程中，由于水分的蒸發(fā)，溶解鹽類濃縮，二氧化碳的逸出，外界污染物的進(jìn)入等原因，會(huì)產(chǎn)生結(jié)垢、腐蝕及菌藻繁殖等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響循環(huán)水系統(tǒng)的正常運(yùn)行，甚至引起生產(chǎn)工藝上的失調(diào)，其中水質(zhì)堿度是循環(huán)冷卻水重要控制指標(biāo)之一，直接關(guān)系到整個(gè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在環(huán)境監(jiān)測方面，堿度是判斷水質(zhì)和廢水處理控制的重要指標(biāo)，也常用于評價(jià)水體的緩沖能力及金屬在其中的溶解性和毒性等。目前水質(zhì)堿度常用的測量方法1、酸堿指示劑滴定法，又稱目視比色法或堿度容量法，該方法可采用多種指示劑、 標(biāo)準(zhǔn)溶液、緩沖溶液，對滴定終點(diǎn)(或顏色突變點(diǎn))進(jìn)行目視比色判斷，但當(dāng)水質(zhì)堿度突變點(diǎn)色差較小或水體有顏色時(shí)，對滴定終點(diǎn)判斷和滴定液用量計(jì)算易產(chǎn)生人為誤差，手工操作復(fù)雜，分析結(jié)果處理繁瑣，無法實(shí)現(xiàn)水質(zhì)堿度在線測量。2、電位滴定法，利用自動(dòng)電位測量曲線突變點(diǎn)檢測水質(zhì)堿度，水體顏色不會(huì)影響終點(diǎn)判斷，準(zhǔn)確度較高，但是對于不同的堿度采用不同的滴定方式和計(jì)算公式，操作繁瑣。3、pH值法，具有簡單、快速等特點(diǎn)，但(X)2會(huì)影響pH值的測定，導(dǎo)致測定結(jié)果產(chǎn)生較大的誤差。4、堿度檢測試紙法，能夠快速檢測水質(zhì)堿度，但檢測靈敏度低、相對誤差較大，不適于精密測量。圖像處理作為一項(xiàng)新興檢測技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、交通、航空、軍事等領(lǐng)域， 而用于化學(xué)定量分析方面的研究還為數(shù)不多。中國專利申請?zhí)?3136142.0公布了 “基于圖像技術(shù)的比色成分分析方法及其裝置”，它主要包括不透光的測量室和其內(nèi)部的流通池、 光源、圖像傳感器以及圖像處理設(shè)備等，光源設(shè)置于白色背景板的前方，根據(jù)物質(zhì)濃度與顏色值成線性關(guān)系原理測定待測濃度。文獻(xiàn)[E. da Nobrega Gaiao, V. Lacerda Martins, W. da Silva Lyre, et al. Digital image-based titrations. ANALYTICA CHIMICA ACTA, 2006(570) :283-290]提出了基于數(shù)字圖像的堿度滴定分析方法，它利用常規(guī)滴定管手工滴加鹽酸和顯色劑，利用蠕動(dòng)泵把被測溶液注入圖像檢測器，根據(jù)圖像RGB值判斷滴定終點(diǎn)，人工計(jì)算鹽酸滴加量和水質(zhì)堿度，該方法存在設(shè)備分散、操作步驟繁瑣、影響因素多、自動(dòng)化程度低等缺點(diǎn)。文獻(xiàn)[吳日儉，張庭，孫墨杰，曹生現(xiàn).基于圖像技術(shù)的循環(huán)冷卻水堿度測量裝置研究.中國電機(jī)工程學(xué)會(huì)第十屆青年學(xué)術(shù)會(huì)議，2008年9月.吉林提出了利用目視觀察圖像RGB值突變點(diǎn)作為滴定終點(diǎn)，人工目視測量計(jì)算滴定液用量和堿度，同樣存在操作步驟繁瑣、影響因素多、自動(dòng)化程度低等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種基于溶液圖像技術(shù)的水質(zhì)堿度在線測量裝置及其測量方法。水質(zhì)堿度測量原理通常水質(zhì)堿度可分為酚酞堿度和甲基橙堿度(全堿度)兩種， 分別使用酚酞和甲基橙作為指示劑，利用滴定管把鹽酸滴入一定體積的待測水樣中，以目視比色測量溶液顏色突變點(diǎn)作為計(jì)量終點(diǎn)，根據(jù)滴定管中滴加鹽酸的用量和濃度，手工計(jì)算待測溶液的水質(zhì)堿度?；谑止し治龇ǖ味ńK點(diǎn)指示劑顏色突變反應(yīng)原理，本發(fā)明利用圖像傳感器作為滴定終點(diǎn)指示器，采集整個(gè)滴定過程溶液顏色，根據(jù)圖像顏色值突變點(diǎn)對應(yīng)的滴定體積，判斷滴定終點(diǎn)，計(jì)算溶液堿度，該方法可允許滴定溶液過量，并應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和人工智能方法處理圖像顏色值，以建立顏色恒常性算法消除顏色和光源波動(dòng)干擾，提高檢測靈敏度，利用計(jì)算機(jī)、恒流加藥泵、電磁閥等部件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)滴定和水質(zhì)堿度在線自動(dòng)計(jì)算。本發(fā)明采用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練估計(jì)圖像色彩，實(shí)現(xiàn)顏色恒常性的計(jì)算，以達(dá)到消除顏色和光源波動(dòng)干擾、校正顏色、提高檢測靈敏度和準(zhǔn)確度的目的。該算法采用多層(隱含層)感知機(jī)結(jié)構(gòu)，輸入層中的各個(gè)神經(jīng)元對應(yīng)測試試樣色譜范圍內(nèi)的各種色彩，如果測試圖像中某色彩出現(xiàn)則對應(yīng)的輸入神經(jīng)元為1，否則為0，隱含層包括兩層，即第一隱含層、第二隱含層，而輸出層由兩個(gè)或三個(gè)神經(jīng)元組成，分別對應(yīng)測量圖像的色彩估計(jì)值。由于實(shí)際訓(xùn)練和測試所碰到的圖像色彩是整個(gè)理論色彩空間的一部分，因此神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的第一隱含層通常只包括在訓(xùn)練中至少被激活過一次的節(jié)點(diǎn)，而任何時(shí)候都不是活動(dòng)的結(jié)點(diǎn)，連同它們到第一隱含層的鏈接一起被清除掉，對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的修改只發(fā)生在第一次訓(xùn)練周期中。修改后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可縮短訓(xùn)練時(shí)間10倍以上。第二隱含層的輸入神經(jīng)元值為前一層的加權(quán)累計(jì)，再經(jīng)過本層神經(jīng)元的一個(gè)激勵(lì)函數(shù)得到下一個(gè)隱含層的輸入。 訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的過程是根據(jù)當(dāng)前場景光源的色彩估計(jì)和實(shí)際光源色彩間的誤差，通過后播算法實(shí)現(xiàn)對各層的權(quán)值的反復(fù)調(diào)整。后播算法采用一種可以使網(wǎng)絡(luò)的輸出誤差最小化的梯度遞減算法，誤差函數(shù)則多采用歐幾里德距離法。本專利采用的顏色恒常性算法的訓(xùn)練樣本為實(shí)驗(yàn)中真實(shí)圖像，并且已知真實(shí)圖像樣本的實(shí)際光源顏色，考慮了人工噪聲、鏡面反射性、圖像傳感器非線性、光源波動(dòng)等干擾因素。本發(fā)明利用酚酞(初始為粉紅色，終點(diǎn)為無色)和甲基橙(初始為橙黃色，終點(diǎn)為橙色)作為指示劑，分別指示測量酚酞堿度和全堿度。滴定開始前，水樣為無色，把一定體積酚酞通過電磁閥計(jì)時(shí)加入被測水樣中，利用磁力攪拌器和磁力轉(zhuǎn)子攪拌均勻，水樣變?yōu)榉奂t色，啟動(dòng)恒流加藥泵，開始滴定加藥，記錄滴定時(shí)間(滴定速度恒定，根據(jù)滴定時(shí)間可實(shí)時(shí)計(jì)算滴定液體積)，同時(shí)采集測定池圖像顏色，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)顏色恒常性算法計(jì)算顏色 RGB值，實(shí)時(shí)顯示測定池圖像顏色值與滴定液體積測量曲線。當(dāng)達(dá)到酚酞堿度滴定終點(diǎn)時(shí)， 測定池圖像顏色變?yōu)闊o色，滴定曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)，將該點(diǎn)計(jì)為酚酞堿度滴定終點(diǎn)，為精確計(jì)算曲線拐點(diǎn)對應(yīng)的滴定液體積，計(jì)算程序?qū)y量顏色值求導(dǎo)，根據(jù)顏色曲線導(dǎo)數(shù)拐點(diǎn)值對應(yīng)的滴定液體積計(jì)算溶液酚酞堿度，具體原理參考附圖1，本發(fā)明建立了自動(dòng)判斷拐點(diǎn)算法。 在計(jì)算機(jī)檢測到酚酞堿度曲線拐點(diǎn)(即酚酞堿度滴定終點(diǎn))時(shí)，恒流加藥泵自動(dòng)停止滴定 (即使滴定過量，也不會(huì)影響酚酞堿度和全堿度的計(jì)算)，同時(shí)停止采集圖像，開啟滴加甲基橙溶液電磁閥，滴入定量甲基橙溶液，關(guān)閉滴加甲基橙溶液電磁閥。攪拌均勻后，啟動(dòng)恒流加藥泵，并同時(shí)采集圖像，重復(fù)酚酞堿度測量過程，計(jì)算甲基橙堿度。一種基于溶液圖像技術(shù)的水質(zhì)堿度在線測量裝置，包括滴定液容器、待測水樣進(jìn)樣閥、排廢閥，其特征在于，滴定液通過恒流加藥泵經(jīng)過滴定軟管加入光學(xué)玻璃測定池；酚酞顯色劑容器、甲基橙顯色劑容器、定容進(jìn)樣池，溶液經(jīng)過滴定軟管加入光學(xué)玻璃測定池； 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，包括有工控機(jī)、顯示器、操作鍵盤鼠標(biāo)及配套軟件，通過計(jì)算機(jī)與恒流加藥泵、 攝像頭電信號連接；通過計(jì)算機(jī)與磁力攪拌器、酚酞進(jìn)樣閥、甲基橙進(jìn)樣閥、待測水樣進(jìn)料閥、待測水樣進(jìn)樣閥連接?；谌芤簣D像技術(shù)的水質(zhì)堿度在線測量裝置的測量方法，其特征在于，通過對HCl 溶液滴定待測水樣過程中溶液RGB值的檢測，繪制RGB值一滴定液體積測量曲線，根據(jù)RGB 值曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)對應(yīng)的滴定液體積來測量溶液水質(zhì)堿度；A、滴定液容器內(nèi)的一定濃度稀鹽酸經(jīng)恒流加藥泵和滴定軟管送入盛有待測水樣的光學(xué)玻璃測定池；B、酚酞顯色劑容器盛有酚酞顯色劑，在計(jì)算機(jī)控制下，通過酚酞進(jìn)樣閥滴入測定池；C、甲基橙顯色劑容器盛有甲基橙顯色劑，在計(jì)算機(jī)控制下，通過甲基橙進(jìn)樣閥滴入測定池；D、在計(jì)算機(jī)控制下，待測水樣通過待測水樣進(jìn)樣閥進(jìn)入定容測量池，溢流水樣進(jìn)入溢流杯，直接排廢，溢流杯溢流后，定容測量池水樣經(jīng)過待測水樣進(jìn)料閥進(jìn)入測定池；E、測定池內(nèi)設(shè)有磁力攪拌器的攪拌器轉(zhuǎn)子，上部進(jìn)樣口連接滴定軟管、酚酞進(jìn)樣閥、甲基橙進(jìn)樣閥和待測水樣進(jìn)樣閥，底部排液口連接排廢閥；F、測定池內(nèi)盛有待測水樣，在無影穩(wěn)壓光源背光照射下，待測水樣圖像顏色，經(jīng)攝像頭和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行圖像采集、處理、顯示和保存，整個(gè)測量過程在常溫、常壓下操作；G、水質(zhì)堿度測量開始時(shí)，待測水樣進(jìn)樣閥打開，待測水樣進(jìn)入溢流杯，固定時(shí)間間隔后，待測水樣進(jìn)樣閥閉合，待測水樣進(jìn)樣閥打開，溢流杯定量水樣進(jìn)入測量池，待測水樣進(jìn)樣閥閉合，開始攪拌，同時(shí)酚酞進(jìn)樣閥打開，滴入定量體積的酚酞指示劑后閉合，延遲固定時(shí)間間隔后，啟動(dòng)恒流加藥泵開始滴定稀鹽酸，同時(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)開始采集測定池中溶液圖像，并自動(dòng)判斷酚酞堿度滴定終點(diǎn)，達(dá)到酚酞堿度滴定終點(diǎn)后，繼續(xù)進(jìn)行圖像采集和稀鹽酸滴定的同時(shí)，打開甲基橙進(jìn)樣閥，滴入定量甲基橙堿度指示劑后閉合，達(dá)到甲基橙堿度滴定終點(diǎn)后，停止圖像采集、稀鹽酸滴定和攪拌，排廢閥打開，延遲固定時(shí)間間隔后關(guān)閉，待測水樣進(jìn)樣閥打開，待測水樣進(jìn)入溢流杯，延遲固定時(shí)間間隔后，待測水樣進(jìn)樣閥閉合，待測水樣進(jìn)樣閥打開，溢流杯定量水樣進(jìn)入測量池，待測水樣進(jìn)樣閥閉合，開始攪拌，延遲固定時(shí)間間隔后，排廢閥打開，延遲固定時(shí)間間隔后關(guān)閉，進(jìn)入下一測量周期；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用軟、硬件結(jié)合的辦法，令采樣圖像采樣間隔與恒流加藥泵轉(zhuǎn)速相匹配，設(shè)定、控制、記錄恒流加藥泵流出的滴定劑量；由攝像頭、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、和無影穩(wěn)壓光源組成了堿度自動(dòng)檢測系統(tǒng)，連續(xù)檢測溶液顏色隨滴定時(shí)間增加而變化的RGB值，再由計(jì)算機(jī)內(nèi)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)顏色恒常性算法及配套軟件處理后，實(shí)時(shí)顯示在計(jì)算機(jī)顯示屏幕上，縱軸為測定池溶液顏色的RGB值，橫軸為滴定時(shí)間或滴定液體積。隨著滴定測量的進(jìn)行，在RGB 值-時(shí)間，或滴定液體積，平面上形成一連續(xù)曲線。
應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，建立了滴定過程中溶液RGB值隨滴定液體積而變化的數(shù)學(xué)模型，自動(dòng)判斷滴定終點(diǎn)，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，建立了顏色恒常性算法模型，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(3)、磁力攪拌器(7)、和恒流加藥泵( 部件構(gòu)成的控制系統(tǒng)及軟件，自動(dòng)計(jì)算水質(zhì)堿度，周期循環(huán)檢測。本裝置為環(huán)保型，在減少化學(xué)試劑對環(huán)境污染及能源消耗方面，都將會(huì)帶來明顯的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益，設(shè)備具有功能完備、準(zhǔn)確度高、重復(fù)性好、技術(shù)先進(jìn)、操作簡便、市場廣闊等特點(diǎn)，是對傳統(tǒng)堿度測量方法及檢測技術(shù)的改進(jìn)和創(chuàng)新。它可用于電力、石油、化工、冶金等眾多行業(yè)的水質(zhì)堿度快速自動(dòng)檢測。


圖1是本發(fā)明系統(tǒng)構(gòu)成示意圖。圖2是某一實(shí)施例中圖像顏色RGB值-滴定液體積變化曲線圖。圖3是本發(fā)明系統(tǒng)軟件框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作出進(jìn)一步的詳細(xì)描述。本發(fā)明通過對HCl溶液滴定待測水質(zhì)溶液過程中溶液圖像RGB值的檢測，繪制圖像RGB值-滴定液體積測量曲線，根據(jù)圖像RGB值測量曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)對應(yīng)的滴定液體積來計(jì)算待測溶液水質(zhì)堿度，這是本發(fā)明的基本原理。本發(fā)明應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，建立滴定過程中溶液RGB值隨滴定液體積而變化的數(shù)學(xué)模型，自動(dòng)判斷滴定終點(diǎn)，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，建立了顏色恒常性算法模型，進(jìn)而提高堿度測量的精度和可靠性，這是本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)之一。利用本發(fā)明裝置，可選擇進(jìn)行酚酞堿度和全堿度測量。如圖1所示，水質(zhì)堿度在線測量裝置設(shè)有滴定液容器1、恒流加藥泵2、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)3、暗室4、攝像頭5、滴定軟管6、排廢閥19、磁力攪拌器7、光學(xué)玻璃測定池8、磁力轉(zhuǎn)子 9、酚酞進(jìn)樣閥10、酚酞顯色劑容器11、甲基橙進(jìn)樣閥12、甲基橙顯色劑容器13、溢流杯14、 待測水樣進(jìn)樣閥15、18、無影穩(wěn)壓光源16、定容進(jìn)樣池17 ；A、滴定液容器1內(nèi)的一定濃度稀鹽酸(HCl)經(jīng)恒流加藥泵2和滴定軟管6送入盛有待測水樣的光學(xué)玻璃測定池8 ；B、酚酞顯色劑容器11盛有酚酞顯色劑，在計(jì)算機(jī)3控制下，通過酚酞進(jìn)樣閥10滴入光學(xué)玻璃測定池8 ；C、甲基橙顯色劑容器13盛有甲基橙顯色劑，在計(jì)算機(jī)3控制下，通過甲基橙進(jìn)樣閥12滴入光學(xué)玻璃測定池8 ；D、在計(jì)算機(jī)3控制下，待測水樣通過待測水樣進(jìn)樣閥18進(jìn)入定容測量池17，溢流水樣進(jìn)入溢流杯14，直接排廢，定容測量池17溢流后，定容測量池17水樣經(jīng)過待測水樣進(jìn)樣閥15進(jìn)入測定池8;E、光學(xué)玻璃測定池8內(nèi)設(shè)有磁力攪拌器7的攪拌器轉(zhuǎn)子9，上部進(jìn)樣口連接滴定軟管6、酚酞進(jìn)樣閥10、甲基橙進(jìn)樣閥12和待測水樣進(jìn)樣閥15，底部排液口連接排廢閥19 ；F、光學(xué)玻璃測定池8內(nèi)盛有待測水樣，在無影穩(wěn)壓光源16背光照射下，待測水樣圖像顏色，經(jīng)攝像頭5和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)3進(jìn)行圖像采集、處理、顯示和保存，整個(gè)測量過程在常溫、常壓下操作；G、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)3包括有工控機(jī)、顯示器、操作鍵盤鼠標(biāo)及配套軟件；H、水質(zhì)堿度測量開始時(shí)，待測水樣進(jìn)樣閥18打開，待測水樣進(jìn)入溢流杯17，固定時(shí)間間隔后，待測水樣進(jìn)樣閥18閉合，待測水樣進(jìn)樣閥15打開，溢流杯17定量水樣進(jìn)入測量池8，待測水樣進(jìn)樣閥15閉合，開始攪拌，同時(shí)酚酞進(jìn)樣閥10打開，滴入定量體積的酚酞指示劑后閉合，延遲固定時(shí)間間隔后(攪拌均勻)，啟動(dòng)恒流加藥泵2開始滴定稀鹽酸，同時(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)3開始采集測定池8中溶液圖像，并自動(dòng)判斷酚酞堿度滴定終點(diǎn)，達(dá)到酚酞堿度滴定終點(diǎn)后，繼續(xù)進(jìn)行圖像采集和稀鹽酸滴定的同時(shí)，打開甲基橙進(jìn)樣閥12，滴入定量甲基橙堿度指示劑后閉合，達(dá)到甲基橙堿度滴定終點(diǎn)后，停止圖像采集、稀鹽酸滴定和攪拌， 排廢閥19打開，延遲固定時(shí)間間隔后關(guān)閉，待測水樣進(jìn)樣閥18打開，待測水樣進(jìn)入溢流杯 17，延遲固定時(shí)間間隔后，待測水樣進(jìn)樣閥18閉合，待測水樣進(jìn)樣閥15打開，溢流杯17定量水樣進(jìn)入測量池8，待測水樣進(jìn)樣閥15閉合，開始攪拌，延遲固定時(shí)間間隔后，排廢閥19 打開，延遲固定時(shí)間間隔后關(guān)閉，進(jìn)入下一測量周期；I、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)3采用軟、硬件結(jié)合的辦法，令采樣圖像采樣間隔與恒流加藥泵轉(zhuǎn)速相匹配，設(shè)定、控制、記錄恒流加藥泵流出的滴定劑量；G、由CXD攝像頭5、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)3、和無影穩(wěn)壓光源16等組成了堿度自動(dòng)檢測系統(tǒng)，連續(xù)檢測溶液顏色隨滴定時(shí)間增加而變化的RGB值，再由計(jì)算機(jī)內(nèi)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)顏色恒常性算法及配套軟件處理后，實(shí)時(shí)顯示在計(jì)算機(jī)顯示屏幕上，縱軸為測定池溶液顏色的RGB 值，橫軸為滴定時(shí)間或滴定液體積。隨著滴定測量的進(jìn)行，在RGB值-時(shí)間(或滴定液體積)平面上形成一連續(xù)曲線，如圖2所示。滴定測量過程中，顏色測量曲線波動(dòng)不大，當(dāng)?shù)味ㄒ?HCl)滴加量達(dá)到某一堿度滴定終點(diǎn)時(shí)，RGB值產(chǎn)生突變(上升或下降)，曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)，利用拐點(diǎn)判斷算法自動(dòng)判斷滴定終點(diǎn)，計(jì)算加藥量。由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)3、磁力攪拌器7、和恒流加藥泵2等部件構(gòu)成的控制系統(tǒng)及軟件，自動(dòng)計(jì)算水質(zhì)堿度，周期循環(huán)檢測。恒流加藥泵2也可稱自動(dòng)滴定裝置，可以是市售蠕動(dòng)泵(流動(dòng)注射儀)，也可以是自制的液位滴定設(shè)備，蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速由計(jì)算機(jī)軟件設(shè)定。在堿度測量過程中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)3按選定的蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速來確定采樣間隔，蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速和采樣間隔的對應(yīng)定量關(guān)系，是根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定的如，蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速為2. 0轉(zhuǎn)/秒時(shí)，圖像采集速度則為2. 0幀/秒。經(jīng)驗(yàn)表明，這種采用硬件、軟件相結(jié)合的方法來使采樣間隔與蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速相匹配可以提高滴定的精密度，以進(jìn)一步提高拐點(diǎn)位置確定的精準(zhǔn)度。磁力攪拌裝置是市售設(shè)備，它利用電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)動(dòng)測定池溶液中的攪拌子，實(shí)現(xiàn)測定池溶液的參數(shù)均勻。攪拌速度的調(diào)節(jié)，可通過電位器調(diào)整攪拌子電機(jī)輸入電壓來實(shí)現(xiàn)。本堿度測量裝置具體操作過程如下按堿度測量國標(biāo)配制酚酞指示劑溶液、甲基橙指示劑溶液和HCl溶液，分別裝入酚酞顯色劑容器11、甲基橙顯色劑容器13和滴定液容器1中，設(shè)定恒流加藥泵2轉(zhuǎn)速和攪拌速度，啟動(dòng)恒流加藥泵2即開始堿度測量程序，連續(xù)采集測量池溶液圖像RGB值，顯示屏出現(xiàn)圖像RGB值-時(shí)間(滴定液體積)關(guān)系曲線，待曲線出現(xiàn)突降點(diǎn)，根據(jù)出現(xiàn)RGB值突變點(diǎn)時(shí)的滴定液體積即可求得溶液的水質(zhì)堿度值。
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圖2中給出了水質(zhì)堿度測量曲線圖，從圖中可見，測量曲線中有兩個(gè)突變點(diǎn)，在兩個(gè)突變點(diǎn)前后，RGB值變化不大，達(dá)到臨界點(diǎn)時(shí)，RGB值突然下降或上升，曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)，圖2 曲線中第一個(gè)為酚酞堿度，第二個(gè)為全堿度。圖3是本發(fā)明的系統(tǒng)軟件簡要框圖，其處理功能包括進(jìn)樣閥開啟、關(guān)閉、延時(shí)程序、圖像采集和處理、滴定終點(diǎn)判斷、滴定速度和攪拌速度控制等。
權(quán)利要求
1.一種基于溶液圖像技術(shù)的水質(zhì)堿度在線測量裝置，包括滴定液容器(1)、待測水樣進(jìn)樣閥(18)、排廢閥(19)，其特征在于，滴定液通過恒流加藥泵⑵經(jīng)過滴定軟管(6)加入光學(xué)玻璃測定池(8)；酚酞顯色劑容器(11)、甲基橙顯色劑容器(13)、定容進(jìn)樣池(17)，溶液經(jīng)過滴定軟管(6)加入光學(xué)玻璃測定池(8)；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)C3)包括有工控機(jī)、顯示器、操作鍵盤鼠標(biāo)及配套軟件，通過計(jì)算機(jī)與恒流加藥泵O)、攝像頭(5)電信號連接；通過計(jì)算機(jī)與磁力攪拌器(7)、酚酞進(jìn)樣閥(10)、甲基橙進(jìn)樣閥(12)、待測水樣進(jìn)料閥(15)、待測水樣進(jìn)樣閥(18)連接。
2.基于溶液圖像技術(shù)的水質(zhì)堿度在線測量裝置的測量方法，其特征在于，通過對HCl 溶液滴定待測水樣過程中溶液RGB值的檢測，繪制RGB值-滴定液體積測量曲線，根據(jù)RGB 值曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)對應(yīng)的滴定液體積來測量溶液水質(zhì)堿度；A、滴定液容器(1)內(nèi)的一定濃度稀鹽酸經(jīng)恒流加藥泵( 和滴定軟管(6)送入盛有待測水樣的光學(xué)玻璃測定池(8)；B、酚酞顯色劑容器(11)盛有酚酞顯色劑，在計(jì)算機(jī)C3)控制下，通過酚酞進(jìn)樣閥(10) 滴入測定池⑶；C、甲基橙顯色劑容器(1 盛有甲基橙顯色劑，在計(jì)算機(jī)C3)控制下，通過甲基橙進(jìn)樣閥(12)滴入測定池(8)；D、在計(jì)算機(jī)(3)控制下，待測水樣通過待測水樣進(jìn)樣閥(18)進(jìn)入定容測量池(17)，溢流水樣進(jìn)入溢流杯(14)，直接排廢，溢流杯(14)溢流后，定容測量池(17)水樣經(jīng)過待測水樣進(jìn)料閥(15)進(jìn)入測定池⑶；E、測定池(8)內(nèi)設(shè)有磁力攪拌器(7)的攪拌器轉(zhuǎn)子(9)，上部進(jìn)樣口連接滴定軟管 (6)、酚酞進(jìn)樣閥(10)、甲基橙進(jìn)樣閥(1 和待測水樣進(jìn)樣閥(15)，底部排液口連接排廢閥 (19)；F、測定池(8)內(nèi)盛有待測水樣，在無影穩(wěn)壓光源(16)背光照射下，待測水樣圖像顏色， 經(jīng)攝像頭( 和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)C3)進(jìn)行圖像采集、處理、顯示和保存，整個(gè)測量過程在常溫、常壓下操作；G、水質(zhì)堿度測量開始時(shí)，待測水樣進(jìn)樣閥(18)打開，待測水樣進(jìn)入溢流杯(17)，固定時(shí)間間隔后，待測水樣進(jìn)樣閥(18)閉合，待測水樣進(jìn)樣閥(1 打開，溢流杯(17)定量水樣進(jìn)入測量池(8)，待測水樣進(jìn)樣閥(1 閉合，開始攪拌，同時(shí)酚酞進(jìn)樣閥(10)打開，滴入定量體積的酚酞指示劑后閉合，延遲固定時(shí)間間隔后，啟動(dòng)恒流加藥泵⑵開始滴定稀鹽酸， 同時(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(3)開始采集測定池(8)中溶液圖像，并自動(dòng)判斷酚酞堿度滴定終點(diǎn)，達(dá)到酚酞堿度滴定終點(diǎn)后，繼續(xù)進(jìn)行圖像采集和稀鹽酸滴定的同時(shí)，打開甲基橙進(jìn)樣閥(12)，滴入定量甲基橙堿度指示劑后閉合，達(dá)到甲基橙堿度滴定終點(diǎn)后，停止圖像采集、稀鹽酸滴定和攪拌，排廢閥(19)打開，延遲固定時(shí)間間隔后關(guān)閉，待測水樣進(jìn)樣閥(18)打開，待測水樣進(jìn)入溢流杯(17)，延遲固定時(shí)間間隔后，待測水樣進(jìn)樣閥(18)閉合，待測水樣進(jìn)樣閥(15) 打開，溢流杯(17)定量水樣進(jìn)入測量池(8)，待測水樣進(jìn)樣閥(1 閉合，開始攪拌，延遲固定時(shí)間間隔后，排廢閥(19)打開，延遲固定時(shí)間間隔后關(guān)閉，進(jìn)入下一測量周期；
3.按照權(quán)利要求2所述基于溶液圖像技術(shù)的堿度在線測量裝置的測量方法，其特征在于，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(3)采用軟、硬件結(jié)合的辦法，令采樣圖像采樣間隔與恒流加藥泵轉(zhuǎn)速相匹配，設(shè)定、控制、記錄恒流加藥泵流出的滴定劑量；由攝像頭(5)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)C3)和無影穩(wěn)壓光源(16)組成了堿度自動(dòng)檢測系統(tǒng)，連續(xù)檢測溶液顏色隨滴定時(shí)間增加而變化的RGB 值，再由計(jì)算機(jī)內(nèi)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)顏色恒常性算法及配套軟件處理后，實(shí)時(shí)顯示在計(jì)算機(jī)顯示屏幕上，縱軸為測定池溶液顏色的RGB值，橫軸為滴定時(shí)間或滴定液體積。隨著滴定測量的進(jìn)行，在RGB值-時(shí)間，或滴定液體積，平面上形成一連續(xù)曲線。
4.按照權(quán)利要求2所述基于溶液圖像技術(shù)的堿度在線測量裝置的測量方法，其特征在于，應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，建立了滴定過程中溶液RGB值隨滴定液體積而變化的數(shù)學(xué)模型，自動(dòng)判斷滴定終點(diǎn)，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，建立了顏色恒常性算法模型，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng) (3)、磁力攪拌器(7)、和恒流加藥泵( 部件構(gòu)成的控制系統(tǒng)及軟件，自動(dòng)計(jì)算水質(zhì)堿度， 周期循環(huán)檢測。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種水質(zhì)堿度在線檢測裝置，基于溶液圖像技術(shù)的水質(zhì)堿度在線測量裝置及其測量方法，其特征在于，本發(fā)明通過對HCl溶液滴定待測水質(zhì)過程中溶液圖像RGB值的檢測，繪制圖像RGB值-滴定液體積測量曲線，根據(jù)圖像RGB值測量曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)對應(yīng)的滴定液體積來計(jì)算待測溶液水質(zhì)堿度。本發(fā)明應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，建立滴定過程中溶液RGB值隨滴定液體積而變化的數(shù)學(xué)模型，自動(dòng)判斷滴定終點(diǎn)，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，建立了顏色恒常性算法模型，進(jìn)而提高堿度測量的精度和可靠性。利用本發(fā)明裝置，可選擇進(jìn)行酚酞堿度和全堿度在線測量，操作方便。該裝置可用于電力、石油、化工、冶金等行業(yè)。
文檔編號G01N21/78GK102253164SQ20111010766
公開日2011年11月23日 申請日期2011年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月26日
發(fā)明者孫靈芳, 曹生現(xiàn), 楊善讓, 黃大昌 申請人:東北電力大學(xué)