基于超声-微纳米气泡辅助技术的可变光程水质多参数检测方法研究

针对目前国家标准分析检测水质多参数方法存在的科学与技术问题,提出了一种基于超声-微纳米气泡(US-MNB)辅助技术、连续光谱法和顺序注射分析法(SIA)的可变光程水质多参数检测新方法。设计水质多参数检测系统,通过检测总磷(TP)、化学需氧量(COD)、氨氮(NH_(3)-N)和六价铬(Cr^(6+))四种水质参数,验证了新方法的可行性。系统设计的核心是基于超声与微纳米气泡相结合的消解室以及具有可变光程功能的光谱扫描检测室,可达到快速消解和稳定检测的目的。同时系统基于国家水质检测标准,优化了水质多参数联合检测流程,并利用分光光度法和顺序注射分析技术对四种水质参数的含量进行连续光谱检测。首先,在常温常压下采用US-MNB辅助技术结合强氧化剂对TP进行消解,同时对检测室中NH_(3)-N参数显色反应后的化合物直接进行光谱扫描测定,消解后,再进行TP的测定。同理,消解COD的同时,对检测室中的Cr^(6+)参数显色反应后的化合物直接进行光谱扫描测定,消解后,再进行COD的测定。整个检测过程所用时间大幅降低,可在短时间内自动完成水质多参数的测定,显著地提高了检测的效率。以上述四种水质参数为测定对象,利用最小二乘法构建回归模型,拟合回归方程并计算相关系数,并绘制各参数的浓度-吸光度标准工作曲线。结果表明:TP标准工作曲线拟合系数≥0.9845,且浓度与吸光度成正相关,重复性(RSD)为3.05%~3.62%,加标回收率为97.8%~103.6%;COD标准工作曲线拟合系数≥0.9987,且浓度与吸光度成负相关,重复性(RSD)为2.12%~2.74%,加标回收率为98.7%~104.7%;NH_(3)-N标准工作曲线拟合系数≥0.9953,且浓度与吸光度成正相关,重复性(RSD)为3.41%~3.59%,加标回收率为99.2%~102.4%;Cr^(6+)标准工作曲线拟合系数≥0.9938,且浓度与吸光度成正相关,重复性(RSD)为3.51%~3.92%,加标回收率为98.9%~109.3%。系统可准确测定水样中TP、COD、NH_(3)-N和Cr^(6+)的含量,且具有良好的稳定性与可靠性。基于超声-微纳米气泡辅助技术的可变光程水质多参数检测方法研究,对于拓宽光谱法在水质多参数快速检测领域的应用以及提升检测效率等方面的研究具有重要作用。

基于改进麻雀搜索算法的水质模型多参数反演

水质模型参数取值对模型的模拟精度影响很大,为提高BOD-DO水质模型参数反演精度,首先在DobbinsCamp BOD-DO水质模型的基础上,以BOD和DO浓度计算值与实测值之差的加权平方和最小为目标函数,构建了Dobbins-Camp BOD-DO水质多参数反演模型;然后针对麻雀搜索算法(Sparrow Search Algorithm,SSA)求解精度低、稳定性不足和易陷入局部最优等问题,引入Sine混沌映射和对立学习、转移概率以及差分变异3个策略,分别从提高初始种群多样性、扩大搜索空间以及增强种群跳出局部最优的能力三方面对SSA算法进行改进,提出了一种多策略改进的麻雀搜索算法(Multi-strategy Improved Sparrow Search Algorithm,MISSA),并将其应用于Dobbins-Camp BOD-DO水质多参数反演模型的求解;最后通过数值实验将得到的反演结果与SSA算法、模拟退火算法、粒子群算法、遗传算法四种优化算法进行对比,并探讨了参数初值选取和观测噪声水平对反演结果的影响。结果表明:MISSA算法的计算性能明显优于对照组中的4种算法,且能显著降低初值选取对BOD-DO水质模型参数反演结果的影响,当观测数据的噪声水平不超过5%时,MISSA算法可有效提高反演结果的稳定性。该结果验证了MISSA算法在反演Dobbins-Camp BOD-DO水质模型参数的有效性,为水质模型参数求解提供有益参考。

一种分光光度法实现的多参数水质在线检测仪

针对传统分光光度法实现的水质在线检测仪存在的检测参数单一、效率低下、光源受环境温度干扰等问题,设计了一种高效快速的多参数水质在线检测仪。该仪器以总磷、CODCr、氨氮为检测对象,通过优化检测流程提高了检测效率。同时采用双光束测量法补偿光源受环境温度的影响。经性能测试显示,该仪器在示值误差、重复性、零点漂移、量程漂移等关键指标上均优于国家标准。

GA-BP优化TS模糊神经网络水质监测与评价系统预测模型的应用——以太湖为例

针对水质监测与评价系统在太湖应用过程中水质数据和水质等级评价不准确的问题,建立了一种多隐含层改进型GA-BP神经网络来辨识复杂的水质模型,以均方误差MSE作为个体适应度,并在权值调整过程中加入动量因子来加快收敛速度,获取最优权阈值,提高其拟合程度和泛化能力.根据校准后水质的pH、溶解氧、浊度和氨氮数据,利用TS模糊神经网络建立了适用于当地水质评价的模型.仿真测试结果充分说明改进型GA-BP优化TS模糊神经网络对复杂水质模型的拟合程度更高,水质数据的均方误差、绝对误差更小,绝对误差保持在1.5%以内,水质等级预测精度提高14.28%.

多参数水质检测智能传感器信号处理及建模

针对多参数水质检测中智能传感器易受到环境、噪声、光源等干扰因素的影响,提出一种结合递推平均滤波算法和小波变换算法的传感器信号处理方法.该方法利用递推平均滤波算法对传感器输入信号的周期性干扰因素进行预处理,并利用小波变换算法进一步减少传感器信号的噪声.小波变换算法能够通过伸缩和平移来细化采集信号,以此实现对时频的局部化处理,最终达到对高频部分进行时间细化、对低频部分进行频率细化的目的.实验结果显示,在同样的阈值条件下,降低噪声的数量越多,对噪声的抑制作用越显著.由此验证了所提方法的有效性.

基于聚类算法的城市供排水水质检测系统

城市供排水水质检测需要使用多种仪器、步骤繁杂,设计一种基于聚类算法的城市供排水水质自动检测系统。硬件设计方面,设计多参数水质检测仪,在传感器检测模块中,应用传感器实施城市供排水水质中余氯、pH值、TDS值以及温度的检测。设计控制单片机用于系统检测控制。软件设计方面,基于自适应密度峰值聚类算法实施光谱信号数据挖掘,在水质检测融合模块中,设计水质检测融合模型,输出各项目对应的检测结果。测试结果表明,通过设计系统能够实现供水水质与排水水质的自动检测,说明该系统有一定应用前景。

光伏板清扫机器人行走机构静力学分析

光伏板清扫机器人行走机构两侧结构对称,由行走同步带、同步带传动机构、辅助支撑轮机构和行走机构支撑架等组成,行走机构支撑架是行走机构的重要组成部分.运用SolidWorks对行走机构支撑架进行建模和简化,通过有限元分析软件ANSYS Workbench对其进行静力学分析,计算出最大变形为0.04 mm、最大应力为31.12 MPa,能够满足使用设计要求,可为后续优化设计提供参考.

顺序注射-连续光谱测定水质多参数方法研究

针对水质多参数监测仪器的低功耗、微型化、集成化和智能化,研制了一种基于顺序注射分析技术(SIA)和连续光谱检测方法融合的微型测定原位水质多参数检测仪,系统设计的核心在于消解池结构设计且消解池作为检测池,以及微控技术顺序注射平台的原理设计和多参数联合消解测定流程设计。对融合SIA和连续光谱水质多参数原位分析的新方法进行实验研究。设计了基于国标水质检测标准的多参数顺序注射分析检测流程,基于分光光度检测方法,在使用连续光谱扫描测量的条件下,融合顺序注射分析技术对亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、总氮、总磷的含量进行检测。测定消解前,对硝酸盐氮、亚硝酸盐氮进行直接光谱测量,测定消解后对总氮进行光谱检测,显色反应后,对总磷进行光谱检测。在本系统下,以亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、总磷和总氮原位水质参数为测定对象,基于连续光谱分析,最小二乘法建立回归模型并绘制各参数的浓度-吸光度标准工作曲线,其拟合优度(即决定系数)≥0.9899。配制已知亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、总氮、总磷含量的混合溶液,按照上述的多参数检测流程,利用本系统绘制出的标准工作曲线测量4个参数,实验结果表明,实验参数重复性(相对标准偏差)RSD≤3.86%,系统可稳定、高效的分析不同水样中的亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、总氮、总磷含量。基于SIA-连续光谱融合测定原位水质多参数检测方法研究,对于提升在线水质监测仪器的技术性能具有重要作用,微型多参数水质监测仪的研制具有良好的参数扩展前景,适用于多种水质在线监测平台。

基于多源数据的河道水质遥感反演研究

【目的】探讨基于不同平台获取的遥感数据对河流水质反演的适用性。【方法】以邯郸市滏阳河为研究对象,分别采用Sentinel-2卫星影像、无人机(UAV)搭载多光谱传感器和ASD地物光谱仪3类遥感平台获取了不同季节的光谱数据,引入随机森林(RF)算法对不同水质参数建立反演模型,并评价模型的预测效果。【结果】①基于不同平台数据源的RF模型预测效果具有明显的季节特征,整体表现为,夏季优于春季,冬季最差,其中,3类平台遥感数据均可对夏季的各水质参数进行反演,春季可以完全由UAV遥感技术完成;②反映水体浑浊程度的Turb和SS,在不同季节均可由基于无人机多光谱数据的RF模型反演预测,尤其是冬季,利用Sentinel-2卫星和无人机(UAV)搭载多光谱传感器这2类面源监测遥感平台优势明显;③基于高光谱数据的RF模型对TN的检测效果最佳,春季的预测R^(2)超过0.9,且泛化能力很好;④不同季节的高光谱反射率曲线显示,因季节因素造成污染程度不同,反射率分布曲线存在差异,夏季不同区位反射率差距明显,相同波长,不同样本的反射率高值与低值变化幅度大,且吸收、反射变化明显,春季和冬季的反射率曲线形态类似,但春季各波长反射率变化较冬季明显。【结论】利用不同平台的遥感技术可以为河道水体水质监测提供丰富数据,为实现河道水质信息实时监测提供新的技术手段。

水质在线质控仪在地表水水质自动监测中的应用探讨

水质在线质控仪在地表水监测中扮演着关键角色。其实时监测能力使监测数据能够即时采集和传输,实现对水体变化的快速响应。多参数传感技术能够同时监测多种污染物,如有机物、重金属等,提供更全面的水质信息。此外,数据共享能促进信息透明度,增强公众参与,推动环境保护。然而,水质在线质控仪面临挑战。高购置和维护成本使其在资源匮乏地区应用受限。数据可靠性是关键问题,受到环境因素和传感器漂移的影响,需不断改进校准方法。适应性考验在不同环境中的适用性,需要克服技术限制。此外,数据处理和隐私安全问题也亟需解决。为充分发挥水质在线质控仪的优势,需通过技术创新和合理策略解决局限性。降低成本、提高数据可靠性和适应性,加强数据处理与隐私保护,有望实现更广泛的应用。

基于Niagara的多参数水质远程在线监测系统研究

开发了一套基于Niagara的多参数水质远程在线监测系统,可对水体的pH值、溶解氧、浊度、温度、氨氮含量、电导率和化学需氧量等重要水质参数进行实时监测。利用无线数据传输单元(DTU)对数据网络进行转换,并通过4G网络将水质数据传送到远端服务器。服务器端部基于Niagara的水质监测平台,进行相关信息的采集、统计与分析。实验结果表明,该系统具有数据采集迅速、数据传输安全以及操作简单等优点,可以应用于河流、湖泊的水质远程在线监测作业。

多参数水表通用技术要求的分析与探讨

多参数水表在传统智能水表对水量参数感知与传输的基础上,通过集成与创新的方式拓展了对水压、水质及水温等涉水参数的感知与传输功能。其可直接接入供水管道,是服务于供水管网实时综合数据采集的新一代智能水表。该水表创建了管道接入式在线水质参数测量的新模式,构建了测量新环境和新条件,确保了在线测量的准确性,并具有节约水资源、降低使用成本等明显优势。基于用户实际需求及相关标准的规定,分析和描述了多参数水表产品的定位和构成,指出了产品发展初期存在的主要问题,研究并规定了该产品的额定工作条件和通用技术要求等。该研究统一了多参数水表关键性能指标和功能要求,可为该类产品的设计、制造、性能评价等提供重要依据,有助于引导该类产品的健康发展,推动智能水表产品的结构升级。

基于微型光谱仪的多参数水质检测微系统设计与实验

针对水资源环境监测与保护的需求,提出了基于微型光谱仪连续光谱分析的多参数水质检测微系统,系统主要由MOEMS微型光谱仪、流路系统、多功能微小型样品反应检测室和嵌入式测控系统组成,具有自动进样和试剂、样品反应体系的自动恒温、搅拌、光谱检测和数据处理等功能。论文介绍了系统各主要部分的功能与结构,研制出了原理样机,经实验测试验证,研制的多参数水质检测仪能够快速实现多个水质参数的准确检测,满足水质多参数在线监测的应用技术要求,同时具有很大的功能扩展性。

基于紫外光谱分析的水质监测技术研究进展

基于紫外光谱分析的水质监测技术具有实时在线、无试剂、无需样品预处理、无二次污染、体积小、成本低等特点,在对饮用水、地表水、工业废水等水体的在线监测中具有显著优势,已成为现代水质监测技术的一个重要发展方向。本文介绍了基于紫外光谱分析的现代水质监测技术的原理、特点、现状及发展的新趋势,并提出亟待解决的关键技术问题。

多水库水质模拟模型参数优化研究

为建立适用于实际问题且精度较高的水质模拟模型,基于多参数最优化估值原理,以深圳市原水系统中的多个水库为例,建立了多参数最优化估值模型,并基于粒子群算法对多库水质联合模拟模型中的水质参数进行优化求解。计算结果表明,该模型求得的水质参数合理、可行,且模型计算精度可满足工程应用要求,为城市原水系统水量水质联合调控提供了参考依据。

三峡库区河段水质评价与分析

灰关联评价法和多目标决策评价法属于多因子评价方法，利用水质综合评价数学模型进行水质评价，评价结果能准确地反映水体的污染状况该评价方法原理简单，能同时对多个环境质量因子、多个对象进行评价；同时能确定环境质量评价对象所属的级别和不同评价对象间质量的优劣；它与单因子评价方法相比，评价结果更加全面、直观采用上述方法对三峡库区进行水质评价，评价结果表明库区总体水质良好，符合国家 Ⅱ 类水体功能要求，但水质随季节变化．

便携式多参数水质分析仪研制

介绍了基于电极法的水质分析仪的硬件结构和基本原理。结果表明,该系统应用单片机技术,很好地解决了功耗、准确性和稳定性等几个方面的难题;系统便于携带和使用,特别适合养殖现场的水质快速检测,免去了取样带来的不便。

多参量水质检测虚拟仪器系统的构建与应用

虚拟仪器技术是一个新兴的软件应用技术 ,它开辟了分析仪器行业的新局面。在介绍虚拟仪器的概念及其软件开发平台LabWindows/CVI的功能与特点基础上 ,运用LabWindows/CVI开发了用于多参量水质参数监测的虚拟仪器 ,以研制开发的水质参数检测虚拟仪器为应用实例 ,阐明了该虚拟仪器系统的硬件、软件设计原理。所研制的水质检测虚拟仪器具有灵活性、高性能价格比、功能强大和开放性好等特点 ,适应现代水质检测发展的要求。

便携式多参数水质检测仪测定水样中的氰化物、氟化物、氨氮和硝酸盐

建立了一种应用于现场定量检测水质中氟化物、氰化物、氨氮和硝酸盐等指标的实用技术。利用SJ2000型水质理化速测仪及上述水质指标的速测试剂，实现了对地表水和制浆厂废水等实际水样中的氟化物、氰化物、氨氮和硝酸盐含量的快速检测，并与国标方法进行对比分析。检测结果显示，采用速测仪检测方法，水质中的氟化物、氰化物、氨氮和硝酸盐等指标的相对标准偏差在2．73％～6．83％的范围内，实际水样的加标回收率在92％-104％的范围之间。该多参数水质检测仪具有简便、快速、实用可靠的特点，适用于复杂水样的现场快速测定。

基于虚拟仪器的城市生活用水回用系统水质监测体系的构建

虚拟仪器技术是一个新兴的软件应用技术,它开辟了仪器仪表行业的新局面。在简要介绍虚拟仪器技术的基本思想及其软件开发平台的功能与特点的基础上,结合当前水质监测仪器的特点阐述了在城市生活用水回用系统水质监测体系中开发研制虚拟仪器的硬件和软件系统设计框架。开发研制基于虚拟仪器技术的测试设备在智能化程度、性能价格比、灵活性、可操作性等方面具有明显的优势。最后对虚拟仪器技术在水工业中应用的发展前景进行了展望。