一种用于快速水质检测的数据采集装置及数据采样方法与流程

本发明涉及一种使用RGB三通道采集数据的水质数据采集装置及数据采样方法。

背景技术：

随着现代人生活水平的提高，人们对饮用水水质的要求也日益提高。饮用水中一些会引发疾病的有害物质，已引起人们越来越多的关注。所以，怎样快速高效地甄别饮用水的水质，也成了一个值得研究的课题。

以水体中的亚硝酸盐为例，亚硝酸盐存在致癌性及毒性，并且会随着水体被反复加热而增加。饮用这样的水后能使人头晕眼花，恶心呕吐。如果存放时间较长，亚硝酸盐与胺结合生成亚硝胺，会增加人得胃癌、肝癌、食道癌的几率。在农村或工业开发区，饮用水源容易被含氮化肥、畜禽养殖场的粪便、含氮工业污水污染，地表和地下水源都可能含有过量的亚硝酸盐。另外，亚硝酸盐还是水产养殖中的重要水质理化指标，当水中的亚硝酸盐浓度达到0.1mg/L后，亚硝酸盐将对水体中养殖的鱼、虾、蟹等产生危害。因此实现水体中亚硝酸盐浓度的实时、自动监测具有重要意义。现有的自动、实时检测往往需要复杂的泵、阀和混合器等流体采样处理装置，成本高，难以推广应用。

技术实现要素：

本发明提供一种使用RGB三颜色通道采集数据的水质数据采集装置及数据采样方法，装置结构简单，检测速度快，有很大的推广应用价值。

本发明解决其主要技术问题所采用的技术方案为：

一种用于快速水质检测的数据采集装置，包括样品池、显色剂胶囊、机械挤压机构、颜色传感器、检测光源、检测及控制电路模块和无线传输模块；

所述显色剂胶囊的内部预装有定量的显色剂，并被固定于所述样品池中的胶囊托架上部；所述显色剂胶囊可在所述机械挤压机构的作用下被挤压，释放内部的显色剂至所述样品池；所述检测光源与所述颜色传感器分别设置于所述样品池的两侧；所述检测光源发出的光通过所述样品池后到达所述颜色传感器，所述颜色传感器用于接收单位时间内RGB三颜色通道的脉冲数量数据；

所述颜色传感器、检测光源和无线传输模块分别与所述检测及控制电路模块连接；所述检测及控制电路模块控制所述颜色传感器和检测光源的工作时序，并接受所述颜色传感器所产生的检测数据，所述检测及控制电路模块通过所述无线传输模块实现与其他智能设备的信号交互。

作为一种优选，所述显色剂胶囊为半球体形状，且该显色剂胶囊的内部预装有显色剂。

作为一种优选，所述显色剂胶囊为PDMS硅橡胶材料。

作为一种优选，所述机械挤压机构包括机械臂和舵机；该机械臂在所述舵机的驱动下沿竖直方向运动，且该机械臂的端部与所述显色剂胶囊的位置相对应，通过向下运动可压破或戳破所述显色剂胶囊。

作为一种优选，该装置包括智能终端。所述智能终端与所述无线传输模块通过无线信号互连，并交换数据。

作为一种优选，所述智能终端为智能手机。同理的，也可使用其他智能终端，并通过安装相应的应用软件，达到与所述无线传输模块交互数据。

本发明解决其次要技术问题所采用的技术方案是：

一种用于快速水质检测的数据采样方法，使用本发明主要技术方案中所述的一种用于快速水质检测的数据采集装置，并包括以下步骤：

(1)在所述样品池中放入待测试水样，并使待测试水样的液面没过所述显色剂胶囊；

(2)打开所述检测光源；

(3)控制所述机械挤压机构动作，并压破或戳破所述显色剂胶囊，使显色剂被释放到待测水样中；

(4)控制所述颜色传感器开始采集数据；

(5)将所采样数据进行存储或通过所述无线传输模块导出。

作为一种优选，步骤(4)中，所述颜色传感器每经过间隔时间t进行一次采样数据，该间隔时间t满足：1s≤t≤10s。

作为一种优选，步骤(4)中，所述颜色传感器的总测量时间为T，该总测量时间T满足：5min≤T≤120min。

本发明的有益效果是：

1、提供了一种可对水样在显色剂作用下的颜色变化进行快速采样记录的数据采集装置。在显色剂扩散的同时，检测单位时间内RGB三颜色通道的脉冲数量，并将这些脉冲数量数据储存或发送。实现了对水质数据的快速检测，且成本低廉、装置简单，易于推广使用。

2、提供了一种可对水样在显色剂作用下的颜色变化进行快速检测的测量方法。将显色剂放置于胶囊之中，当胶囊破裂时，显色剂被释放，水样可以快速检测RGB三个颜色通道接收到的脉冲数据，并将三通道的光强数据进行储存和记录。通过拟合所获得的三通道的数据变化曲线，可以获得该显色反应的反应速率常数，进而可得出水体中的污染物浓度。此种测量方法成本低廉、检测速度快，易于推广使用。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种用于快速水质检测的数据采集装置及数据采样方法不局限于实施例。

附图说明

图1是本发明的原理框图；

图2是本发明的结构示意图。

其中：1、样品池；2、机械挤压机构；3、颜色传感器；4、检测光源；5、显色剂胶囊；6、待检测水样；7、显色剂；8、无线传输模块；9、检测及控制电路模块；10、智能终端；11、数据处理CPU。

具体实施方式

实施例：

参见图1所示，本发明主要旨在提供一种用于快速水质检测的数据采集装置，包括样品池1、显色剂胶囊5、机械挤压机构2、颜色传感器3、检测光源4、检测及控制电路模块9和无线传输模块8；

所述显色剂胶囊5的内部预装有定量的显色剂7，并固定于所述样品池1中的胶囊托架上部，并可在所述机械挤压机构2的作用下释放内部的显色剂7至所述样品池1，并与样品池1中的水样6混合；所述检测光源4与所述颜色传感器3分别设置于所述样品池1的两侧，所述检测光源4发出的光通过所述样品池1后，该颜色传感器3可接收单位时间内RGB三颜色通道的脉冲数量数据；

所述颜色传感器3、检测光源4和无线传输模块8分别与所述检测及控制电路模块9连接；所述检测及控制电路模块9控制所述颜色传感器3和检测光源4的工作时序，并接受所述颜色传感器3所产生的检测数据，所述检测及控制电路模块9通过所述无线传输模块8实现与其他智能设备的信号交互。

所述检测及控制电路模块9设有数据处理CPU11，用于控制数据采集装置的正常运行，以及存储及控制发送数据。

所述显色剂胶囊5为半球体形状，且该显色剂胶囊5的内部预装有显色剂7。

所述显色剂7为10g/L磺胺与1g/L盐酸萘乙二胺的1:1混合溶液。每一次的显色剂7的剂量使用0.2mL。

所述显色剂胶囊5为PDMS硅橡胶材料。

所述机械挤压机构2包括一个可上下运动的机械臂，该机械臂由舵机驱动，其端部与所述显色剂胶囊5的位置相对应，通过向下运动可压破或戳破所述显色剂胶囊5。

所述智能终端10通过无线信号与所述无线传输模块8信号互连。

所述智能终端10为智能手机。

参见图2所示，本发明的次要目的旨在提供一种用于快速水质检测的数据采样方法，使用本发明主要技术方案中所述的一种用于快速水质检测的数据采集装置，并依照以下步骤流程进行检测：

(1)测试开始；

(2)通过智能终端10发送控制指令，打开检测光源4；

(3)通过智能终端10发送控制指令，控制机械挤压机构2向下动作，挤压显色剂胶囊5，并使显色剂胶囊5破裂，内部的显色剂7流出，与样品池1中的水样6进行混合；

(4)通过智能终端10发送采样指令，颜色传感器3每经过间隔时间t进行一次检测，记录R(红)、G(绿)、B(蓝)三通道在单位时间接收的脉冲数，本实施例中的间隔时间t取5s，单位时间取1s；

(5)所测量的数据通过数据传输模块发送返回智能终端10，同时对当前的总采样时间进行判断，若达到预设时间T，则继续执行步骤(6)，否则返回步骤(4)；

(6)将所采样数据进行存储或通过所述无线传输模块8导出至智能终端10；

(7)智能终端10将所获得的数据，绘制成脉冲数随时间变化的曲线，通过曲线拟合，可以获得显色反应的反应速率常数，进而可得到目标污染物的浓度；

(8)测试结束。

上述实施例仅用来进一步说明本发明涉及的一种用于快速水质检测的数据采集装置及数据采样方法，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。