含量。
[0053] 上述装置通过采样模块采集待测样品，信号检测模块检测待测样品的氨氮浓度信 号，通过信号处理模块对该信号处理后，使得计算控制模块通过融合算法计算出氨氮含量， 该装置结构简单，能够准确，及时的在线检测出养殖水中的氨氮含量。
[0054]具体的，所述采样模块1包括：蠕动泵104、试剂容器101a、标样容器101c、电磁阀 和采样装置103 ;采样装置用于采集待检测样品101e，可从水池或养殖池中获取水样。
[0055] 所述试剂容器、标样容器和采样装置分别连接所述电磁阀，并通过所述电磁阀的 管道与所述蠕动泵相连。其中如图1所示，包括三个电磁阀，分别是l〇2a，102b和102c，试 剂容器、标样容器和采样装置分别通过具有电控阀门的管道与蠕动泵的液体入口相连接， 蠕动泵将吸入的液体经管道送入管道组合单元，管道组合单元将输入液体汇成一路，经管 道送入信号检测模块。
[0056] 可选的，所述信号检测模块包括复合传感器108、恒温装置109和搅拌装置，具体 的搅拌装置包括磁力搅拌子105和磁力搅拌器106。
[0057] 恒温装置由电恒温源和加热用材料组成，恒温源对材料进行加热，加热材料环绕 于信号检测模块，使其均匀受热，用于对信号检测模块中的液体进行加热。搅拌装置由磁 力搅拌子105和磁力搅拌器106组成，液体检测时使样品和试剂溶液充分反应，复合传感器 由氨气敏电极，pH传感器和温度传感器组成，氨气敏电极设置于检测用流路内，用于检测液 体的氨氮浓度信号，温度传感器和pH设置于检测用流路内，用于检测液体的温度信号和pH 信号。
[0058] 所述信号检测模块为密封模块，用于防止待测样品与试剂NaOH溶液混合产生的 NH3溢出；
[0059] 所述复合传感器108,用于检测采集水体的氨氮浓度信号、pH值信号以及温度值 信号；
[0060] 所述恒温装置，用于控制所述信号检测模块中的采集水体的温度；
[0061] 所述搅拌装置，用于搅拌所述采集水体。用于搅拌信号检测模块中的液体，检测时 使试剂和水样充分反应，清洗时使装置清洗得更彻底。
[0062] 可选的，如图3所示，所述信号处理模块包括：顺序连接的放大电路、滤波电路、 凋零电路和温度补偿电路集成于变送线路板上，传感器探头测得的信号通过该集成的变送 电路板将所得的含噪声的信号放大并转换为稳定可靠的电压信号，准备提供给计算控制模 块。上述各个电路分别与氨气敏电极，温度传感器，pH传感器连接，用于将各个传感器测得 的信号转换为稳定可靠的电压信号。生成电压信号传输到计算控制模块进行数据分析、显 示并存储。图1中实线为流路，虚线为电路。
[0063] 可选的，所述计算控制模块包括：CPU芯片、电源模块、A/D转换模块、存储TEDS表 格的存储器、通信接口模块和数据传输模块；
[0064] 所述的通信接口采用IEEE1451协议定义的接口，用于实现传感器的网络化， IEEE1451标准采用通用的A/D或D/A转换装置作为传感器的I/O接口，将传感器模拟量 转换成标准规定格式的数据，连同一个电子数据表格TEDS(TransducerElectronicData Sheet)存储器实现了传感器的自识别，自补偿，自校准。所述电源模块、A/D转换模块、通 信接口模块和数据传输模块均与所述CPU芯片相连，根据所得温度信号控制恒温装置和搅 拌装置的动作，根据时间控制系统各个阀门的动作，所述数据融合算法得到水体中氨氮含 量。
[0065] 所述的数据融合算法，根据能斯特方程，由测得的电压信号算出水中氨氮浓度值。 能斯特方程是将化学体系的电位差与电活性物质的浓度联系起来的一个公式：
【主权项】
1. 一种氨氮在线监测系统，其特征在于，包括：采样模块、信号检测模块、信号处理模 块和计算控制模块； 所述采样模块与所述信号检测模块相连，所述信号检测模块与所述信号处理模块相 连，所述信号处理模块和所述计算控制模块相连； 所述采样模块，用于获取当前池塘中的待测样品； 所述信号检测模块，用于通过将待测样品与试剂NaOH溶液混合得到采集水体，并检测 采集水体的氨氮浓度信号、PH值信号以及温度值信号； 所述信号处理模块，用于分别对所述信号检测模块检测的采集水体的氨氮浓度信号、 PH值信号以及温度值信号进行处理，获取氨氮浓度电压信号、pH值电压信号和温度值电压 信号； 所述计算控制模块，用于根据所述信号处理模块传入的氨氮浓度电压信号、PH值电压 信号和温度值电压信号，通过数据融合算法计算出采集水体中氨氮的含量并得出游离态的 氨的含量。
2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述采样模块包括：蠕动泵、试剂容器、标 样容器、电磁阀和采样装置； 所述试剂容器、标样容器和采样装置分别连接所述电磁阀，并通过所述电磁阀的管道 与所述懦动泵相连。
3. 根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述信号检测模块包括复合传感器、恒温 装置和搅拌装置； 所述信号检测模块为密封模块，用于防止待测样品与试剂NaOH溶液混合产生的NH3溢 出； 所述复合传感器，用于检测采集水体的氨氮浓度信号、PH值信号以及温度值信号； 所述恒温装置，用于控制所述信号检测模块中的采集水体的温度； 所述搅拌装置，用于搅拌所述采集水体。
4. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号处理模块包括：顺序连接的放大 电路、滤波电路、凋零电路和温度补偿电路。
5. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述计算控制模块包括：CPU芯片、电源模 块、A/D转换模块、存储TEDS表格的存储器、通信接口模块和数据传输模块； 所述电源模块、A/D转换模块、存储TEDS表格的存储器、通信接口模块和数据传输模块 均与所述CPU芯片相连。
6. 根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：废液处理模块，所述废 液处理模块包括：清洗剂容器和废液处理容器； 所述清洗剂容器连接所述电磁阀，并通过所述电磁阀的管道与所述蠕动泵相连； 所述废液处理容器与所述信号检测模块相连，用于存储所述信号检测模块中的废液。
7. 根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述采样模块中的试剂容器和标样容器， 以及所述废液处理模块中的清洗剂容器中均设置液位传感器，所述液位传感器与所述计算 控制模块相连； 所述计算控制模块在所述液位传感器检测的试剂容器中，控制试剂容器进样量，使检 测装置中的pH大于11。 所述计算控制模块在所述液位传感器检测的试剂容器、标样容器，和/或清洗剂容器 中的液位低于预设阈值时，发出报警信息。
8. 根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述计算控制模块与所述电磁阀相连，用 于控制各个阀门的开启或关闭； 所述计算控制模块，还用于与所述信号检测模块相连，用于控制所述信号检测模块中 的恒温装置和搅拌装置动作。
9. 根据权利要求1~8中任一项所述的系统的氨氮在线监测方法，其特征在于，包括： 通过获取标样容器中的液体，对信号检测模块中的复合传感器进行标定； 对所述信号检测模块进行清洗； 对所述信号检测模块清洗后，获取试剂容器中的液体，同时通过采样模块中的采样装 置采集待测样品，将试剂容器中的液体NaOH和待测样品混合得到采集水体，使得待测样品 的PH大于11，氨氮全部转换为游离态的氨（NH3)，通过所述信号检测模块获取所述采集水 体中的氨氮浓度信号、PH值信号以及温度值信号； 对所述信号检测模块采集到的水体的氨氮浓度信号、PH值信号以及温度值信号进行处 理，转换成氨氮浓度电压信号、pH值电压信号和温度值电压信号； 根据氨氮浓度电压信号、PH值电压信号和温度值电压信号，通过数据融合算法计算出 采集水体中氨氮的含量并得出游离态的氨的含量； 在获取所述游离态的氨的含量后，对所述信号检测模块再次进行清洗。
10. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述对所述信号检测模块采集到的水体 的氨氮浓度信号、PH值信号以及温度值信号进行处理，转换成氨氮浓度电压信号、pH值电 压信号和温度值电压信号，包括： 将采集水体的氨氮浓度信号、PH值信号以及温度值信号通过放大电路、滤波电路、凋零 电路和温度补偿电路处理后，获取氨氮浓度电压信号、PH值电压信号和温度值电压信号。
【专利摘要】本发明公开了一种氨氮在线监测系统及方法，该系统包括：采样模块，用于获取当前池塘中的待测样品；信号检测模块，用于通过将待测样品与试剂NaOH溶液混合得到采集水体，并检测采集水体的氨氮浓度信号、PH值信号以及温度值信号；信号处理模块，用于分别对信号检测模块检测的采集水体的氨氮浓度信号、pH值信号以及温度值信号进行处理，获取氨氮浓度电压信号、pH值电压信号和温度值电压信号；计算控制模块，用于根据信号处理模块传入的氨氮浓度电压信号、pH值电压信号和温度值电压信号，通过数据融合算法计算采集水体中氨氮的含量，该装置结构简单，能够准确，及时的在线监测出养殖水中的氨氮含量。
【IPC分类】G01N33-18
【公开号】CN104849422
【申请号】CN201510106637
【发明人】位耀光, 张帆, 李道亮, 陈英义, 刘春红, 孙明
【申请人】中国农业大学
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年3月11日