專利名稱：一種用于水處理的絮凝投藥分形在線檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種水處理投藥檢測(cè)技術(shù)。
背景技術(shù)：
絮凝是水處理系統(tǒng)中最重要的工藝，也是最難管理的環(huán)節(jié)。絮凝投藥在線檢測(cè)技術(shù)決定了絮凝劑能否準(zhǔn)確投加控制，進(jìn)而影響水處理工藝的運(yùn)行狀態(tài)和效率，并直接影響飲用水的水質(zhì)。絮凝過程表現(xiàn)出高維的復(fù)雜性、系統(tǒng)信息的模糊性、偶然性和不完全性，目前還缺乏強(qiáng)有力的手段進(jìn)行在線檢測(cè)分析并予以定量描述。在過去的研究中，大都是把絮凝體系當(dāng)作一個(gè)“黑箱”，只管絮凝劑的投入和所產(chǎn)生絮凝效果的輸出，即使考慮微觀過程，也只是將所有的膠粒描述為球形，用已有的膠體化學(xué)理論及化學(xué)動(dòng)力學(xué)理論去加以解釋，這與實(shí)際所觀察到的膠體和絮凝體的現(xiàn)象有較大的差別。盡管有的研究者在理論推導(dǎo)和形成最終的數(shù)學(xué)表達(dá)式時(shí)引入了顆粒系數(shù)加以修正，但理論與實(shí)際結(jié)果仍難以一致。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于水處理的絮凝投藥分形在線檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法。本發(fā)明的裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便的特點(diǎn)；本發(fā)明的方法具有可有效解決現(xiàn)有水處理投藥系統(tǒng)影響因子眾多，不能迅速準(zhǔn)確檢測(cè)絮凝程度、滯后時(shí)間長(zhǎng)、可使用的絮凝劑種類有限等問題的特點(diǎn)。本發(fā)明的裝置由燈箱1、透明的絮凝沉降槽2、CCD攝像機(jī)3、A/D采集卡4、計(jì)算機(jī)5、打印機(jī)6、計(jì)算機(jī)顯示器7組成，CCD攝像機(jī)3的輸出端與A/D采集卡4的輸入端相連接，A/D采集卡4的輸出端與計(jì)算機(jī)5的輸入端相連接，計(jì)算機(jī)5的打印數(shù)據(jù)輸出端與打印機(jī)6的打印數(shù)據(jù)輸入端相連接，計(jì)算機(jī)5的視頻輸出端與計(jì)算機(jī)顯示器7的視頻輸入端相連接，燈箱1設(shè)置在透明的絮凝沉降槽2的一側(cè)，CCD攝像機(jī)3設(shè)置在透明的絮凝沉降槽2的另一側(cè)，CCD攝像機(jī)3與燈箱1隔透明的絮凝沉降槽2相對(duì)設(shè)置。本發(fā)明的方法是這樣實(shí)現(xiàn)的使用上述的裝置，將加入絮凝劑并經(jīng)過攪拌后的工藝水樣流入透明的絮凝沉降槽2中，工藝水樣在透明的絮凝沉降槽2中進(jìn)行絮凝沉降，接通燈箱1的電源，燈箱1產(chǎn)生的光照射到透光性良好的透明的絮凝沉降槽2上，并從透明的絮凝沉降槽2穿過照到CCD攝像機(jī)3的鏡頭內(nèi)，CCD攝像機(jī)3將透明的絮凝沉降槽2中的被測(cè)工藝水樣中絮體的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬電信號(hào)，此電信號(hào)再經(jīng)A/D采集卡4轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸入到計(jì)算機(jī)5的處理系統(tǒng)形成數(shù)字圖像信息，然后應(yīng)用視覺模式識(shí)別技術(shù)結(jié)合分形理論對(duì)圖像中的相關(guān)信息進(jìn)行分析，結(jié)果用打印機(jī)6打印出或用計(jì)算機(jī)顯示器7顯示。該方法能模擬人類視覺的分析過程，對(duì)整個(gè)測(cè)定面積內(nèi)絮狀物大小、絮體強(qiáng)度、分形維數(shù)等進(jìn)行分析和描述。所用計(jì)算機(jī)5程序設(shè)計(jì)中，定義絮凝圖像中一定灰度區(qū)域作為絮體，即確定圖像中單個(gè)像素點(diǎn)所代表的實(shí)際面積Si后，系統(tǒng)對(duì)絮體的面積進(jìn)行計(jì)算S＝nSi。其中S為絮體投影面積，n為絮體圖像中所含的像素點(diǎn)數(shù)，Si為每個(gè)像素點(diǎn)所代表的實(shí)際面積。本發(fā)明根據(jù)絮體在一定范圍內(nèi)具有自相似性和標(biāo)度不變性這兩個(gè)重要特征，以分形理論為基礎(chǔ)，通過在線檢測(cè)投藥后水中絮體的分形因子α值來反應(yīng)投藥效果。本發(fā)明的裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的方法不但歸納出投藥絮凝過程所具有的普遍規(guī)律性，而且為了解絮凝過程中絮凝作用機(jī)理和絮凝體的成長(zhǎng)形態(tài)特性提供了很好的研究手段。且可解決現(xiàn)有水處理投藥系統(tǒng)影響因子眾多，不能迅速準(zhǔn)確檢測(cè)絮凝程度、滯后時(shí)間長(zhǎng)、可使用的絮凝劑種類有限等問題。


圖1是本發(fā)明檢測(cè)方法所用裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是用發(fā)明方法檢測(cè)的沉淀水濁度與分形因子α值的關(guān)系曲線圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一(參見圖1、圖2)本實(shí)施方式的裝置由燈箱1、透明的絮凝沉降槽2、CCD攝像機(jī)3、A/D采集卡4、計(jì)算機(jī)5、打印機(jī)6、計(jì)算機(jī)顯示器7組成，CCD攝像機(jī)3的輸出端與A/D采集卡4的輸入端相連接，A/D采集卡4的輸出端與計(jì)算機(jī)5的輸入端相連接，計(jì)算機(jī)5的打印數(shù)據(jù)輸出端與打印機(jī)6的打印數(shù)據(jù)輸入端相連接，計(jì)算機(jī)5的視頻輸出端與計(jì)算機(jī)顯示器7的視頻輸入端相連接，燈箱1設(shè)置在透明的絮凝沉降槽2的一側(cè)，CCD攝像機(jī)3設(shè)置在透明的絮凝沉降槽2的另一側(cè)，CCD攝像機(jī)3與燈箱1隔透明的絮凝沉降槽2相對(duì)設(shè)置。本實(shí)施方式的方法是這樣實(shí)現(xiàn)的使用上述的裝置，將加入絮凝劑并經(jīng)過攪拌后的工藝水樣流入透明的絮凝沉降槽2中，工藝水樣在透明的絮凝沉降槽2中進(jìn)行絮凝沉降，接通燈箱1的電源，燈箱1產(chǎn)生的光照射到透光性良好的透明的絮凝沉降槽2上，并從透明的絮凝沉降槽2穿過照到CCD攝像機(jī)3的鏡頭內(nèi)，CCD攝像機(jī)3將透明的絮凝沉降槽2中的被測(cè)工藝水樣中絮體的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬電信號(hào)，此電信號(hào)再經(jīng)A/D采集卡4轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸入到計(jì)算機(jī)5的處理系統(tǒng)形成數(shù)字圖像信息，然后應(yīng)用視覺模式識(shí)別技術(shù)結(jié)合分形理論對(duì)圖像中的相關(guān)信息進(jìn)行分析，結(jié)果用打印機(jī)6打印出或用計(jì)算機(jī)顯示器7顯示。該方法能模擬人類視覺的分析過程，對(duì)整個(gè)測(cè)定面積內(nèi)絮狀物大小、絮體強(qiáng)度、分形維數(shù)等進(jìn)行分析和描述。所用計(jì)算機(jī)5程序設(shè)計(jì)中，定義絮凝圖像中一定灰度區(qū)域作為絮體，即確定圖像中單個(gè)像素點(diǎn)所代表的實(shí)際面積Si后，系統(tǒng)對(duì)絮體的面積進(jìn)行計(jì)算S＝nSi。其中S為絮體投影面積，n為絮體圖像中所含的像素點(diǎn)數(shù)，Si為每個(gè)像素點(diǎn)所代表的實(shí)際面積。
用圖像中絮體像素點(diǎn)的平均灰度來表示絮體強(qiáng)度，即f‾=1nΣx=0μ-1Σy=0μ-1f(x,y).]]>式中f—絮體平均灰度值；μ—絮凝圖像灰度等級(jí)，分為256級(jí)；n—絮體圖像區(qū)域中像素點(diǎn)個(gè)數(shù)；f(x，y)—像素點(diǎn)(x，y)處的灰度值。對(duì)平均灰度數(shù)值利用如下公式進(jìn)行處理，使所得數(shù)據(jù)變化與絮體強(qiáng)度成相同變化趨勢(shì)A=(1-f‾L)×K.]]>式中A為處理后所得的數(shù)據(jù)，代表絮體強(qiáng)度，A值越大，絮體強(qiáng)度越高；f同前，L為投影的最大長(zhǎng)度；K為相應(yīng)的放大倍數(shù)，對(duì)于特定的系統(tǒng)為確定值。
由CCD攝像機(jī)3得到的是在線檢測(cè)投藥后工藝水樣中的絮體的二維圖像，用網(wǎng)格法計(jì)算絮體的投影面積S和最大長(zhǎng)度L，用絮體的投影面積與最大長(zhǎng)度的函數(shù)關(guān)系即S＝kLD來計(jì)算絮體的分形維數(shù)D；根據(jù)表示絮體大小的絮體投影面積S、與絮體形狀有關(guān)的絮體周長(zhǎng)l、與絮體松散程度有關(guān)的絮體強(qiáng)度A、絮體的長(zhǎng)寬比m這四個(gè)與絮體形狀有關(guān)的特征值得出特征粒徑Φ=2sπ[1-(1-2sπl)]×[1-(1-1m)]×&Agr;.]]>最終得出分形因子α＝-Dlgφ作為水處理絮凝投藥效果的檢測(cè)依據(jù)。
絮體的投影面積與最大長(zhǎng)度的函數(shù)關(guān)系S＝kLD，式中，S同前；L為投影的最大長(zhǎng)度；k為比例常數(shù)；D即為絮體在二維空間的分形維數(shù)。對(duì)該式求自然對(duì)數(shù)得lnA＝DlnL+lnk，根據(jù)lnA與lnL的直線關(guān)系，求出直線的斜率，就可求出分形維數(shù)D。國(guó)內(nèi)常規(guī)水處理工藝在正常絮凝投藥量的情況下生成絮體的分形維數(shù)多數(shù)為1.34～1.84。
根據(jù)檢測(cè)的分形維數(shù)D值和絮凝體特征粒徑就可計(jì)算出分形因子α值，即α＝-Dlgφ。水處理絮凝投藥效果好壞在工藝上是由沉淀水的濁度大小來決定，分形維數(shù)D≤2時(shí)，絮體有許多內(nèi)孔，由此產(chǎn)生的可滲透性可以降低沉淀阻力，提高絮體的沉降速度，分形因子α值越小，可滲透性越強(qiáng)，絮體沉淀速度提高，從而沉淀水濁度就隨著α的減小而減小。附圖2中實(shí)測(cè)曲線也說明了分形因子α值與沉淀水濁度基本成線性關(guān)系，因此本發(fā)明用分形因子α值作為水處理絮凝投藥效果好壞的檢測(cè)依據(jù)是可行的。
權(quán)利要求
1.一種用于水處理的絮凝投藥分形在線檢測(cè)裝置，它由燈箱(1)、透明的絮凝沉降槽(2)、CCD攝像機(jī)(3)、A/D采集卡(4)、計(jì)算機(jī)(5)、打印機(jī)(6)、計(jì)算機(jī)顯示器(7)組成，CCD攝像機(jī)(3)的輸出端與A/D采集卡(4)的輸入端相連接，A/D采集卡(4)的輸出端與計(jì)算機(jī)(5)的輸入端相連接，計(jì)算機(jī)(5)的打印數(shù)據(jù)輸出端與打印機(jī)(6)的打印數(shù)據(jù)輸入端相連接，計(jì)算機(jī)(5)的視頻輸出端與計(jì)算機(jī)顯示器(7)的視頻輸入端相連接，其特征在于燈箱(1)設(shè)置在透明的絮凝沉降槽(2)的一側(cè)，CCD攝像機(jī)(3)設(shè)置在透明的絮凝沉降槽(2)的另一側(cè)，CCD攝像機(jī)(3)與燈箱(1)隔透明的絮凝沉降槽(2)相對(duì)設(shè)置。
2.使用權(quán)利要求1所述的水處理的絮凝投藥分形在線檢測(cè)裝置的檢測(cè)方法，其特征在于將加入絮凝劑并經(jīng)過攪拌后的工藝水樣流入透明的絮凝沉降槽(2)中，工藝水樣在透明的絮凝沉降槽(2)中進(jìn)行絮凝沉降，接通燈箱(1)的電源，燈箱(1)產(chǎn)生的光照射到透光性良好的透明的絮凝沉降槽(2)上，并從透明的絮凝沉降槽(2)穿過照到CCD攝像機(jī)(3)的鏡頭內(nèi)，CCD攝像機(jī)(3)將透明的絮凝沉降槽(2)中的被測(cè)工藝水樣中絮體的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬電信號(hào)，此電信號(hào)再經(jīng)A/D采集卡(4)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸入到計(jì)算機(jī)(5)的處理系統(tǒng)形成數(shù)字圖像信息，然后應(yīng)用視覺模式識(shí)別技術(shù)結(jié)合分形理論對(duì)圖像中的相關(guān)信息進(jìn)行分析，結(jié)果用打印機(jī)(6)打印出或用計(jì)算機(jī)顯示器(7)顯示。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的使用水處理的絮凝投藥分形在線檢測(cè)裝置的檢測(cè)方法，其特征在于由CCD攝像機(jī)(3)得到的是在線檢測(cè)投藥后工藝水樣中的絮體的二維圖像，用網(wǎng)格法計(jì)算絮體的投影面積S和最大長(zhǎng)度L，用絮體的投影面積與最大長(zhǎng)度的函數(shù)關(guān)系即S＝kLD來計(jì)算絮體的分形維數(shù)D；根據(jù)表示絮體大小的絮體投影面積S、與絮體形狀有關(guān)的絮體周長(zhǎng)l、與絮體松散程度有關(guān)的絮體強(qiáng)度A、絮體的長(zhǎng)寬比m這四個(gè)與絮體形狀有關(guān)的特征值得出特征粒徑Φ=2sπ[1-(1-2sπl)]×[1-(1-1m)]×A,]]>最終得出分形因子α＝-Dlgφ作為水處理絮凝投約效果的檢測(cè)依據(jù)。
全文摘要
一種用于水處理的絮凝投藥分形在線檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法，它屬于一種水處理投藥檢測(cè)技術(shù)。本發(fā)明燈箱(1)設(shè)置在透明的絮凝沉降槽(2)的一側(cè)，CCD攝像機(jī)(3)設(shè)置在透明的絮凝沉降槽(2)的另一側(cè)，CCD攝像機(jī)(3)與燈箱(1)隔透明的絮凝沉降槽(2)相對(duì)設(shè)置。CCD攝像機(jī)(3)將透明的絮凝沉降槽(2)中的被測(cè)工藝水樣中絮體的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬電信號(hào)，此電信號(hào)再經(jīng)A/D采集卡轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸入到計(jì)算機(jī)(5)的處理系統(tǒng)形成數(shù)字圖像信息，然后應(yīng)用視覺模式識(shí)別技術(shù)結(jié)合分形理論對(duì)圖像中的相關(guān)信息進(jìn)行分析。本發(fā)明的裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明可解決現(xiàn)有水處理投藥系統(tǒng)影響因子眾多，不能迅速準(zhǔn)確檢測(cè)絮凝程度、滯后時(shí)間長(zhǎng)、可使用的絮凝劑種類有限等問題。
文檔編號(hào)C02F1/52GK1597547SQ20041004388
公開日2005年3月23日 申請(qǐng)日期2004年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月20日
發(fā)明者南軍 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)