專利名稱：多參數(shù)綜合的cod水質監(jiān)測系統(tǒng)及其監(jiān)測方法
技術領域：
本發(fā)明涉及水質有機物污染的監(jiān)測系統(tǒng)及相應的監(jiān)測方法，可廣泛應用于各種企業(yè)排污、生活污水、地表水、地下水等水質有機物污染的領域。
背景技術：
化學需氧量(COD)是對水中的有機物和無機氧化物濃度的測量，反映了水體受還原性物質污染的程度，是水質評價的重要指標。水體受到有機物污染非常普遍，因此COD常被作為反映有機物污染程度的指標之一。紫外吸光度(UVA)作為一項有機污染的綜合指標已問世多年，它是一項純物理光學指標，測定過程中不使用化學試劑，無二次污染，與傳統(tǒng)的化學氧化法的測定有著本質上的區(qū)別，能夠實現(xiàn)小型化的在線監(jiān)測，目前在國內外出現(xiàn)了部分產(chǎn)品，得到了一些應用。UVA 基本的原理是根據(jù)引起水質污染的有機物在紫外波段有吸收(典型的是在254nm波段)，將測得的吸收系數(shù)通過計算公式轉換為COD數(shù)據(jù)。UVA方法測量C0D，需要將UVA測得的吸收系數(shù)通過計算公式轉換為COD數(shù)據(jù)。目前，國內外在計算公式上，通常是將254nm和M6nm 兩個波段(也有用其他近似波段的情況)的吸收系數(shù)取差值后，利用和COD含量的線性關系形成如下計算公式COD = k (A254-A546)+d(1)其中A254為2Mnm波長紫外光的吸光系數(shù)；A546為M6nm波長可見光的吸光系數(shù)。 其中利用M6nm波長可見光的吸光系數(shù)進行濁度補償。但是，單一使用紫外吸收法測量的方法是非常粗略而不嚴謹?shù)?，也是在單一參?shù)測量的傳感系統(tǒng)中常見的，導致了在污染物主體成分變化不大的情況下，測得數(shù)據(jù)與化學方法測得的COD數(shù)據(jù)非常接近，而在污染成分變化比較大的場合，則有比較大的偏離，從而使該方法的使用受限。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種多參數(shù)綜合的COD水質監(jiān)測系統(tǒng)及相應的監(jiān)測方法；本發(fā)明以UVA法測量為基礎，利用影響COD實際測量數(shù)值的濁度、溫度、pH值等其他參數(shù)校正，通過更加精確的多參數(shù)綜合的計算方法，使得該測量系統(tǒng)更具有實用性。為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種多參數(shù)綜合的COD水質監(jiān)測系統(tǒng)，包括無線傳輸系統(tǒng)、位于遠離待測水域且位于監(jiān)控室內的監(jiān)測終端和至少一個的放置于待測水域的多參數(shù)傳感終端；每個多參數(shù)傳感終端均與無線傳輸系統(tǒng)的進口端相連，無線傳輸系統(tǒng)的出口端與監(jiān)測終端相連。作為本發(fā)明的多參數(shù)綜合的COD水質監(jiān)測系統(tǒng)的改進多參數(shù)傳感終端為用于采集紫外吸收、濁度、溫度、PH值四個參數(shù)的傳感終端。作為本發(fā)明的多參數(shù)綜合的COD水質監(jiān)測系統(tǒng)的進一步改進多參數(shù)傳感終端包括分別與傳感器太陽能電池板相連的傳感探頭、A/D轉換模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、傳感器微處理器和傳感器無線收發(fā)模塊，傳感探頭、A/D轉換模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、傳感器微處理器和傳感器無線收發(fā)模塊依次相連，傳感器無線收發(fā)模塊與傳感探頭相連；無線傳輸系統(tǒng)包括GPRS遠程網(wǎng)中繼站和至少一個的ZigBee局域網(wǎng)中繼站；每個ZigBee局域網(wǎng)中繼站包括分別與太陽能電池板I相連的微處理器I、存儲器I和無線收發(fā)模塊I，微處理器I分別與無線收發(fā)模塊I和存儲器I相連；GPRS遠程網(wǎng)中繼站包括分別與太陽能電池板II相連的微處理器II、存儲器II和無線收發(fā)模塊II，微處理器II分別與存儲器II和無線收發(fā)模塊II相連；監(jiān)測終端包括顯示器、工控機和終端無線收發(fā)模塊，工控機分別與顯示器和終端無線收發(fā)模塊相連；每個傳感器無線收發(fā)模塊與一個無線收發(fā)模塊I無線相連，每個無線收發(fā)模塊I 與無線收發(fā)模塊II無線相連；無線收發(fā)模塊II與終端無線收發(fā)模塊無線相連。作為本發(fā)明的多參數(shù)綜合的COD水質監(jiān)測系統(tǒng)的進一步改進傳感探頭包括紫外吸收傳感探頭、濁度傳感探頭、溫度傳感探頭和PH值傳感探頭。本發(fā)明還同時提供了利用上述監(jiān)測系統(tǒng)進行的多參數(shù)綜合COD水質監(jiān)測方法，依次進行以下步驟1)、多參數(shù)傳感終端負責監(jiān)測待測水域的紫外吸收、濁度、溫度和pH值這4個參數(shù)；2)、多參數(shù)傳感終端將上述4個參數(shù)通過無線傳輸系統(tǒng)傳遞給監(jiān)測終端，由監(jiān)測終端根據(jù)以下公式進行計算 COD = af+b, (A254-A546) +b2pH+b3T+c式中，COD代表待測水域的化學需氧量，a為二階比例系數(shù)，bi、b2、b3均為一階比例系數(shù)，c為補償系數(shù)，上述系數(shù)可以通過對待測水域的水質進行試驗而確定；T為溫度，pH為 PH值，A254為2Mnm紫外光的吸收系數(shù)，A546為通過M6nm可見光的吸收系數(shù)測得的濁度。發(fā)明人在實際的發(fā)明過程中發(fā)現(xiàn)在UVA法的COD測定中有各種干擾COD測定的因素，除了最常見的濁度外，UVA方法測得的吸光系數(shù)還與水體的溫度和pH值兩個參數(shù)有密切關系。因此設置了本發(fā)明的監(jiān)測系統(tǒng)及其監(jiān)測方法。在本發(fā)明中，多參數(shù)傳感終端由傳感探頭(為多參數(shù)傳感探頭)、電源(傳感器太陽能電池板)、A/D轉換模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、傳感器微處理器等部分組成，負責待測水域中各種參數(shù)的傳感、數(shù)據(jù)采集等功能。在本發(fā)明中，無線傳輸系統(tǒng)責將各個多參數(shù)傳感終端的數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)測終端，同時將監(jiān)測終端的指令傳輸至各個多參數(shù)傳感終端。在本發(fā)明中，監(jiān)測終端由工控機、顯示器等組成，工控機負責將收集到的傳感數(shù)據(jù)進行多參數(shù)綜合分析處理，計算得出準確的體現(xiàn)水質有機物污染的COD數(shù)據(jù)。本發(fā)明的工作機理是位于待測水域的多個多參數(shù)傳感終端，將采集到的UVA、溫度、濁度、pH值等參數(shù)信號初步處理后，通過無線傳輸系統(tǒng)將數(shù)據(jù)進行無線發(fā)射，最終被位于監(jiān)測終端的終端無線收發(fā)模塊接收，并在監(jiān)測終端(具體在工控機內)進行多參數(shù)綜合的數(shù)據(jù)分析處理。本發(fā)明中，多參數(shù)傳感終端，是指至少能夠探測待測水域中UVA、溫度、濁度、pH值四個參數(shù)的一體化綜合傳感裝置，包括各種具體實現(xiàn)的結構和類型。本發(fā)明中，多參數(shù)綜合分析處理，是指在監(jiān)測終端中，以采集到的UVA、溫度、濁度、 PH值四個參數(shù)作為自變量進行的綜合公式計算，以優(yōu)化傳統(tǒng)的只基于UVA或者只基于UVA 和濁度的計算方法，包括因為待測水域不同而引入的各種比例系統(tǒng)和補償系數(shù)。與已有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點1.多參數(shù)測量。本發(fā)明除了測量待測水域的COD數(shù)據(jù)外，還可同時獲得濁度、溫度、pH值等其他水質數(shù)據(jù)以供參考。2.多參數(shù)計算。本發(fā)明采用UVA、溫度、濁度、pH值四個參數(shù)綜合的計算方法，與只基于UVA或者只基于UVA和濁度的傳統(tǒng)計算方法相比，測得的COD數(shù)據(jù)具有更高的精度。3.無線遠程傳輸。本發(fā)明采用無線傳輸?shù)姆绞竭M行數(shù)據(jù)傳輸，可實現(xiàn)對大面積水域的分布式、遠距離實時監(jiān)測。


下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細說明。圖1是本發(fā)明的多參數(shù)綜合的COD水質監(jiān)測系統(tǒng)的連接關系示意圖。
具體實施例方式實施例1、圖1給出了一種多參數(shù)綜合的COD水質監(jiān)測系統(tǒng)，包括無線傳輸系統(tǒng)2、 位于遠離待測水域且位于監(jiān)控室內的監(jiān)測終端3和至少一個的放置于待測水域的多參數(shù)傳感終端1。每個多參數(shù)傳感終端1包括分別與傳感器太陽能電池板11相連的傳感探頭12、 A/D轉換模塊13、數(shù)據(jù)采集模塊14、傳感器微處理器15和傳感器無線收發(fā)模塊16，由傳感器太陽能電池板11負責提供能源。傳感探頭12、A/D轉換模塊13、數(shù)據(jù)采集模塊14、傳感器微處理器15和傳感器無線收發(fā)模塊16依次相連，傳感器無線收發(fā)模塊16與傳感探頭12 相連。傳感探頭12由紫外吸收傳感探頭、濁度傳感探頭、溫度傳感探頭和pH值傳感探頭這 4種探頭組成，即，多參數(shù)傳感終端1為用于采集紫外吸收、濁度、溫度、pH值四個參數(shù)的傳感終端。無線傳輸系統(tǒng)2包括一個GPRS遠程網(wǎng)中繼站和至少一個的ZigBee局域網(wǎng)中繼站。每個ZigBee局域網(wǎng)中繼站包括分別與太陽能電池板I 21相連的微處理器I 22、 存儲器I 23和無線收發(fā)模塊I對，即，太陽能電池板I 21負責供電，從而使整個ZigBee局域網(wǎng)中繼站可在野外離網(wǎng)長期獨立運行。存儲器I 23和無線收發(fā)模塊I M分別與微處理器I 22相連。該ZigBee局域網(wǎng)中繼站通過ZigBee相關協(xié)議進行數(shù)據(jù)的無線收發(fā)。GPRS遠程網(wǎng)中繼站包括分別與太陽能電池板II 25相連的微處理器II 26、存儲器 II 27和無線收發(fā)模塊II觀，即，太陽能電池板II 25負責供電，從而使整個GPRS遠程網(wǎng)中繼站可在野外離網(wǎng)長期獨立運行。存儲器II 27和無線收發(fā)模塊II觀分別與微處理器II 26 相連。該GPRS遠程網(wǎng)中繼站通過GPRS協(xié)議進行數(shù)據(jù)的無線收發(fā)。監(jiān)測終端3包括顯示器31、工控機32和終端無線收發(fā)模塊33，工控機32分別與顯示器31和終端無線收發(fā)模塊33相連；
每個傳感器無線收發(fā)模塊16均與一個無線收發(fā)模塊I M無線相連，每個無線收發(fā)模塊I M均與一個無線收發(fā)模塊II觀無線相連；無線收發(fā)模塊II觀和終端無線收發(fā)模塊33無線相連。實施例2、利用上述實施例1所述的監(jiān)測系統(tǒng)進行的多參數(shù)綜合COD水質監(jiān)測方法，事先在工控機32內保存有以下信息每個參數(shù)傳感終端1所對應的編號，一個待測區(qū)域有多少個子區(qū)域組成，每個子區(qū)域內設置的參數(shù)傳感終端1的編號；然后依次進行以下步驟1、一個待測區(qū)域對應一個GPRS遠程網(wǎng)中繼站和多個ZigBee局域網(wǎng)中繼站。首先根據(jù)ZigBee局域網(wǎng)的覆蓋范圍，將待測水域劃分為多個子區(qū)域，每個子區(qū)域內設置一個 ZigBee局域網(wǎng)中繼站和若干個的多參數(shù)傳感終端1 (最多可為255個)。2、多參數(shù)傳感終端1負責監(jiān)測待測水域的紫外吸收、濁度、溫度和pH值這4個參數(shù)；具體如下1)、將傳感探頭12放置于待測水域，傳感探頭12負責采集待測水域的紫外吸光度 (UVA)、濁度、溫度和pH值這4種數(shù)據(jù)；每個傳感探頭12發(fā)送的上述數(shù)據(jù)上均附帶有該多參數(shù)傳感終端1所對應的編號值；2)、傳感探頭12將上述4種數(shù)據(jù)傳遞給A/D轉換模塊13，A/D轉換模塊13負責對該4種數(shù)據(jù)分別進行各自的模數(shù)轉換；即，將模擬電信號轉換成數(shù)字信號；3)、數(shù)據(jù)采集模塊14負責采集上述信息，并傳遞至傳感器微處理器15，傳感器微處理器15將上述接收到的信息傳遞至傳感器無線收發(fā)模塊16、并命令傳感器無線收發(fā)模塊16向外發(fā)送。3、多參數(shù)傳感終端1將上述4個參數(shù)通過無線傳輸系統(tǒng)2傳遞給監(jiān)測終端3，具體如下1)、每個傳感器無線收發(fā)模塊16將上述信息傳遞給該子區(qū)域內所對應的無線收發(fā)模塊I 24，根據(jù)ZigBee局域網(wǎng)中繼站的設置原則，每個ZigBee局域網(wǎng)中繼站內的無線收發(fā)模塊I M只接收該子區(qū)域內的參數(shù)傳感終端1所發(fā)送的信號。無線收發(fā)模塊I M將上述信息傳遞給微處理器I 22 ；2)、微處理器I 22 —方面將上述信息傳遞至存儲器I 23進行進行數(shù)據(jù)歸類性質的存儲，具體為將每個參數(shù)傳感終端1監(jiān)測到的內容存儲在各自名下(根據(jù)參數(shù)傳感終端 1的編號進行設定保存)，從而使每個參數(shù)傳感終端1監(jiān)測到的內容進行分別保存。微處理器I 22另一方面將上述信息傳遞至無線收發(fā)模塊I 24，并命令無線收發(fā)模塊I M向外無線傳遞至無線收發(fā)模塊II 28 ；3)、每個子區(qū)域內的無線收發(fā)模塊I M均將其所收到的每個多參數(shù)傳感終端1 監(jiān)測到的信息傳遞給無線收發(fā)模塊II 28，無線收發(fā)模塊II觀將上述信息傳遞給微處理器 II 26 ；4)、微處理器II 26內事先設定了每個子區(qū)域所對應的參數(shù)傳感終端1的編號。微處理器II 26 一方面將每個子區(qū)域的參數(shù)傳感終端1檢測到的內容存儲在存儲器II 27內的每個子區(qū)域所對應的名下，從而使每個子區(qū)域監(jiān)測到的內容能分別進行保存。另一方面，微處理器II 26還將上述信息通過無線收發(fā)模塊II 28無線傳遞至終端無線收發(fā)模塊33。
4、監(jiān)測終端3將接收到的數(shù)據(jù)進行以下處理1)、終端無線收發(fā)模塊33將接收到的信息傳遞給工控機32，工控機32根據(jù)以下公式進行計算出COD。COD = af+b, (A254-A546) +b2pH+b3T+c (2)式⑵中，COD代表待測水域的化學需氧量，a為二階比例系數(shù)，bi、b2、bd^為一階比例系數(shù)，c為補償系數(shù)，T為溫度，pH為pH值，A254為2Mnm紫外光的吸收系數(shù)，A546為通過M6nm可見光的吸收系數(shù)測得的濁度；公式O)中a、bi、b2、b3、C均為加權系數(shù)，可事先通過在使用前對系統(tǒng)進行標定的方法獲得(此為本行業(yè)的常規(guī)技術)(1)、取得待測水域較高濃度的水樣，然后依次改變L次水樣的濃度(例如每次稀釋一倍)、M次水樣的溫度(例如每次降低或增加0. 1°C )和N次水樣的pH值(例如每次增加或降低0.01)，在每次改變水樣的情況下，利用多參數(shù)傳感終端獲得一套關于A254、A546、 T、pH自變量的數(shù)值；并同時利用標準COD儀器測量得到相對應的COD標準值。這樣一共獲得 L*M*N 個(A254、A546、T、pH、COD 標準值)的數(shù)組。(2)將每個(A254、A546、T、pH、C0D標準值)數(shù)組代入公式(2)，求得可以使公式成立的0個加權系數(shù)組(a、bp b2、b3、c)。這樣一共獲得L*M*N*0個(a、b” b2、b3、c)加權系數(shù)組。(3)將L*M*N*0個(a、b:、b2、b3、c)加權系數(shù)組分別代入公式(2)，再將L*M*N個水樣測得的(A254、A546, Τ、pH)也代入公式(2)，計算共可得到L*M*N*0*L*M*N個COD計算值。將每個(a、V b2、b3、c)加權系數(shù)組求得的L*M*N個COD計算值代入到式(3)中求得 L*M*N*0個相關系數(shù)r。
權利要求
1.多參數(shù)綜合的COD水質監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是包括無線傳輸系統(tǒng)O)、位于遠離待測水域且位于監(jiān)控室內的監(jiān)測終端C3)和至少一個的放置于待測水域的多參數(shù)傳感終端 ⑴；所述每個多參數(shù)傳感終端(1)均與無線傳輸系統(tǒng)O)的進口端無線相連，所述無線傳輸系統(tǒng)O)的出口端與監(jiān)測終端(3)無線相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的多參數(shù)綜合的COD水質監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是所述多參數(shù)傳感終端(1)為用于采集紫外吸收、濁度、溫度、PH值四個參數(shù)的傳感終端。
3.根據(jù)權利要求2所述的多參數(shù)綜合的COD水質監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是所述每個多參數(shù)傳感終端(1)包括分別與傳感器太陽能電池板(11)相連的傳感探頭 (12)、A/D轉換模塊(13)、數(shù)據(jù)采集模塊(14)、傳感器微處理器(1 和傳感器無線收發(fā)模塊(16)，傳感探頭(U)、A/D轉換模塊(13)、數(shù)據(jù)采集模塊(14)、傳感器微處理器(15)和傳感器無線收發(fā)模塊(16)依次相連，傳感器無線收發(fā)模塊(16)與傳感探頭(1 相連； 所述無線傳輸系統(tǒng)(2)包括GPRS遠程網(wǎng)中繼站和至少一個的ZigBee局域網(wǎng)中繼站； 所述每個ZigBee局域網(wǎng)中繼站包括分別與太陽能電池板I 相連的微處理器 I (22)、存儲器I 和無線收發(fā)模塊I (M)，所述微處理器I 0 分別與無線收發(fā)模塊I 04)和存儲器I 03)相連；所述GPRS遠程網(wǎng)中繼站包括分別與太陽能電池板II 0幻相連的微處理器II ( )、存儲器II (27)和無線收發(fā)模塊II (觀)，所述微處理器II (26)分別與存儲器II (27)和無線收發(fā)模塊II (28)相連；所述監(jiān)測終端C3)包括顯示器(31)、工控機(3 和終端無線收發(fā)模塊(33)，所述工控機(3 分別與顯示器(31)和終端無線收發(fā)模塊(3 相連；每個傳感器無線收發(fā)模塊(16)與一個無線收發(fā)模塊I 04)無線相連，所述每個無線收發(fā)模塊I 04)與無線收發(fā)模塊II (28)無線相連；無線收發(fā)模塊II (28)與終端無線收發(fā)模塊(33)無線相連。
4.根據(jù)權利要求3所述的多參數(shù)綜合的COD水質監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是所述傳感探頭 (12)包括紫外吸收傳感探頭、濁度傳感探頭、溫度傳感探頭和PH值傳感探頭。
5.利用如權利要求1 4中任意一種監(jiān)測系統(tǒng)進行的多參數(shù)綜合COD水質監(jiān)測方法， 其特征是依次進行以下步驟1)、多參數(shù)傳感終端⑴負責監(jiān)測待測水域的紫外吸收、濁度、溫度和PH值這4個參數(shù)；2)、多參數(shù)傳感終端(1)將上述4個參數(shù)通過無線傳輸系統(tǒng)( 傳遞給監(jiān)測終端(3)， 由監(jiān)測終端( 根據(jù)以下公式進行計算COD = af+b, (A254-A546) +b2pH+b3T+c式中，COD代表待測水域的化學需氧量，a為二階比例系數(shù)，bp b2、b3均為一階比例系數(shù)，c為補償系數(shù)，上述系數(shù)可以通過對待測水域的水質進行試驗而確定；T為溫度，pH為pH 值，A254為254nm紫外光的吸收系數(shù)，A546為通過546nm可見光的吸收系數(shù)測得的濁度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多參數(shù)綜合的COD水質監(jiān)測系統(tǒng)，包括無線傳輸系統(tǒng)(2)、位于遠離待測水域且位于監(jiān)控室內的監(jiān)測終端(3)和至少一個的放置于待測水域的多參數(shù)傳感終端(1)；每個多參數(shù)傳感終端(1)均與無線傳輸系統(tǒng)(2)的進口端無線相連，無線傳輸系統(tǒng)(2)的出口端與監(jiān)測終端(3)無線相連。本發(fā)明還同時提供了利用上述監(jiān)測系統(tǒng)進行的多參數(shù)綜合COD水質監(jiān)測方法，包括以下步驟1)多參數(shù)傳感終端(1)負責監(jiān)測待測水域的紫外吸收、濁度、溫度和pH值這4個參數(shù)；2)多參數(shù)傳感終端(1)將上述4個參數(shù)通過無線傳輸系統(tǒng)(2)傳遞給監(jiān)測終端(3)，由監(jiān)測終端(3)負責進行計算。
文檔編號G01K1/02GK102156183SQ201110133298
公開日2011年8月17日 申請日期2011年5月23日 優(yōu)先權日2011年5月23日
發(fā)明者潘衛(wèi)清, 王希玻 申請人:浙江工大盈碼科技發(fā)展有限公司