用于监控的装置、方法和系统与流程

本申请涉及工业和实验过程中材料的空间和时间监控。

背景技术：

市政委员会的许多工业过程以及水和废水处理操作需要过程参数的持续监控和控制。这些参数中的许多参数通过异地和场外实验室分析进行监控，这既耗时又可能因此在采样和分析之间引入显著的延迟。这可以防止过程的实时优化和控制。

过程参数的异地和场外实验室分析(称为批量采样)的另一个问题是它可能不准确。例如，在测量之前可能存在人为错误或样本变化。此外，样品和运行分析的人工、材料和设备成本很高。

此外，异地和场外实验室分析花费时间，并且采样、分析和采取行动之间存在滞后时间，其不支持对环境或过程问题的及时响应。此外，采样行为本身对过程参数有影响，因为采样本身通常会干扰整个系统(例如通过挖掘地面)。

虽然存在能够控制某些过程参数的现场和原位传感器技术，但许多过程(例如工业和市政过程)的极端物理和化学环境阻碍了许多传感器技术的使用并限制可测量的参数类型。

另一个问题是在极端物理和化学环境中连续优化过程参数是不可能的，因为传感器不能在恶劣环境中可靠地使用任何有用的时间段(没有击穿或需要重新校准)以提供工艺优化。

此外，由于极端的物理和化学环境，对于某些实验测试来说，实时的高度详细测量是不切实际和/或不经济的。

这里包括对本发明背景的讨论，包括对文献、动作、材料、设备、物品等的参考，被包括以解释本发明的上下文。这不应被视为承认或暗示所提及的任何材料在任何权利要求的优先权日期在澳大利亚或任何其他国家公布、已知或是公知常识的一部分。

技术实现要素：

根据第一方面，本发明提供了一种用于从堆浸应用中的材料的区域内的流体获取数据的装置，该装置包括：在待分析的材料的区域中提供的一个或更多个传感器串，每个传感器串包括数据电缆和沿着数据电缆的长度定位的两个或更多个固态传感器，传感器适于在预定时间段内周期性地获取与传感器周围的流体的化学特性有关的传感器数据，并经由数据电缆将传感器数据传输到一个或更多个集线器。

有利地，本发明允许经由材料中提供的一个或多个传感器串来分析材料的区域内的流体，并且传感器可以留在材料中并随时间提供与材料有关的数据。应当理解，该材料可以包括一定体积的土、堆浸应用中的一定体积的材料。

堆浸应用可以包括堆浸或用于模拟例如栏床(crib)或柱布置的堆浸的系统。在堆浸应用中，矿石在被放置在衬垫(linedpad)上之前被开采和压碎。

然后用浸滤剂灌溉矿石以提供浸出液，然后将其收集在池子或罐中。取决于矿石、浸出的位置、环境条件等，堆浸中的许多参数将决定堆浸的有效性、堆浸中使用的消耗量等。栏床和柱布置用于对大规模堆浸应用建模，目前对栏床和柱布置的分析仅限于在浸出液被提取并位于栏床或柱底部之后的确定参数-并且没有提供对现场和实时堆浸的操作的洞察，以便例如可以改变堆浸的一个或多个参数来改善操作。

在另一个优点中，本发明确定材料的区域内的流体随时间的化学特性，然后允许在材料中调节化学参数，这反过来可以改善从(例如)矿石中提取金属。还可以调节物理参数，例如灌溉滴速、氧化流速等。

有利地，本发明允许连续监控生物浸出过程并且能够实现生物浸出堆的空间监控。本发明还可以应用于较小规模的堆浸应用，例如罐和栏床浸出。本发明提供了浸出堆随时间的连续空间监控及其化学参数。这反过来允许实时控制堆浸中的参数，例如温度、化学参数、化学浓度(例如酸)、空气流量、液体流量、通气量、用于灌溉的间隔等。有利地，这些参数的实时控制允许改善浸出回收率和效率以及减少消耗品(即浸出中使用的材料)。

优选地，两个或更多个固态传感器是电位型传感器、电流型传感器、库仑传感器、阻抗传感器和伏安传感器中的一个或多个。固态传感器可以是宽带半导体化学传感器。

两个或更多个固态传感器优选地适于提供表示传感器周围的流体的化学特性的输出数据或数据，化学特性包括氧化/还原电位(orp)、溶解的金属离子、溶解氧、溶解co-2、溶解h2s中的一种或多种；和/或感兴趣的化学物质的浓度、摩尔浓度、电势或分压、或其他可观察的物理或化学现象，以将输出数据传输到集线器。

所述两个或更多个固态传感器还优选地适于提供输出数据或数据，所述输出数据或数据表示在传感器周围的流体的化学特性中在预定时间段内的变化。化学特性包括氧化/还原电位(orp)、溶解的金属离子、溶解的氧、溶解的co2、溶解的h2s中的一种或多种；和/或感兴趣的化学物质的浓度、摩尔浓度、电势或分压、或在预定时间段内的其他可观察的物理或化学现象，以将输出数据传输到集线器。

在一个实施方案中，本发明允许通过固态传感器测量ph。典型的ph传感器是离子选择性“玻璃电极，通常有一个内部参考电极。玻璃ph电极具有高阻抗，需要特殊的电子设备来记录信号-它们在高ph环境下也会出现碱度误差，并且ph值非常低时会出现酸性误差。由于漂移和不稳定性，它们也很脆弱并且需要不断校准。此外，一些固态传感器(如isfet传感器)也会受到漂移和滞后效应的影响，并且对光敏感。

固态ph传感器可以采用任何形式，并且可以是例如金属氧化物ph传感器的申请人的专利申请us15/507,580中描述的类型。

有利地，本发明利用固态传感器，特别是宽带隙半导体传感器来提供对化学品的耐受性(同时具有测量所述化学品的各方面的能力)和在极端温度下的功能操作。

优选地，还包括一个或多个参考电极。参考电极可以是固态参考电极。参考电极可以与一个或多个传感器组合使用以进行电化学测量。优选地，为了测量ph水平，提供至少一个或多个参考电极，特别是固态参考电极。

极端环境中的参考电极必须稳定并提供准确的电极电位。典型的参考电极是ag/agcl、饱和甘汞电极(sce)。这些电极填充有已知盐浓度的液体或凝胶。参考电极通过耐力尖端或其他多孔材料与溶液接触。典型参考电极的问题是液体或凝胶中的盐将缓慢地扩散通过尖端，并且最终盐浓度改变，这引起参考电位的移动，然后影响电化学测量。

甚至许多固态参考电极具有电极信号的稳定性问题(在极端环境中)以及具有高阻抗。

本发明可以使用具有足够的化学稳定性、耐酸性、热稳定性和机械稳定性的任何合适的固态参考电极。固态参考电极可以采用任何形式，并且可以是例如参考电极2017901642的申请人专利申请中描述的类型。

在一个实施例中，一个或多个传感器与固态参考电极相关联。优选地，一个或多个传感器通过时分多路复用同时或交替地获取与化学特性有关的传感器数据。

有利地，具有多个共同参考的传感器允许在将多传感器系统应用于堆浸自身之前将多个传感器系统部署到诸如罐和栏床(用于测试)的堆浸应用中。因此，本发明可以通过解释堆浸布置的局部行为的多个参数读数来管理堆浸应用的化学操作。

从空间、时间和电相关传感器收集的随时间收集的数据允许改进过程控制的改进能力。传感器数据的丰富性和准确性使得能够有效地应用堆浸应用的多参数优化。

应当理解，传感器串可以以二维空间布置提供。二维空间布置可包括阵列、网或网状、圆、螺旋等。

应当理解，传感器串可以以三维空间布置提供。三维空间布置可包括螺旋形、平行六面体、球形等。传感器串也可以以随机分布提供。

还应当理解，可以在第一平面、第二平面、第一平面和第二平面、第三平面或其组合中提供两个或更多个传感器串，从而提供三维材料的区域内的流体的分析。

第一、第二和/或第三平面可以彼此垂直或随机放置。

优选地，两个或更多个固态传感器适于发出描述例如总压力、流速、湿度、电阻、电导率、介电常数、温度或可以传输到集线器的其他可观察的物理现象的一个或多个物理现象的观测的数据。

应当理解，传感器可以采取任何合适的形式，取决于待测量的物理和/或化学现象，例如离子选择性电极、伏安法电极、例如溶解氧和硫化物传感器的电流型传感器、例如傅里叶变换红外(ftir)光谱的光谱技术。

两个或更多个固态传感器还可以发射表示在预定时间段内电导率或温度中的一个或多个的变化的数据，以发送用于集线器的输出数据。传感器可以以分钟监控参数时间段的变化(但是对于许多数据要求，仅需要每隔几小时报告一次数据)。时间段可以是连续的。

来自传感器的输出数据还可以包括传感器位置id、唯一传感器id、位置坐标(示例gps坐标、笛卡尔坐标、任何其他坐标系统)和时间戳。根据第二方面，本发明提供了一种从待分析的材料的区域内的流体获取数据的方法，该方法包括：在待分析的材料的区域中提供一个或多个传感器串，每个传感器串包括：数据电缆和沿着数据电缆的长度定位的两个或更多个固态传感器，传感器适于在预定时间段周期性地获取与传感器周围的流体的化学特性有关的传感器数据，并经由数据电缆传输传感器数据到一个或多个集线器。

根据第三方面，本发明提供了一种从待分析的材料的区域内的流体获取数据的方法，该方法包括：在待分析的材料中挖掘沟槽，在沟槽中提供一个或多个传感器串，每个传感器串包括数据电缆和沿数据电缆长度定位的两个或更多个固态传感器，传感器适于在预定时间段周期性地获取与传感器周围的流体的化学特性有关的传感器数据并经由数据电缆将传感器数据传输到一个或多个集线器。

有利地，可以在挖掘沟槽中提供本发明的方法，其中可以在环境中分析沟槽中的材料，特别是土壤或矿石(例如，例如在郊区环境中的废水，其中操作者将提供用于进入管道等的沟槽)。传感器串可以设置在沟槽中，使得一旦沟槽被回填，可与传感器周围的材料体积内的流体有关的数据以随时间以及在2d或3d配置中被提供以提供与系统的运作有关的数据。

根据第四方面，本发明提供一种控制浸出过程的操作的方法，包括：a)形成具有一个或多个堆叠层/堆的可浸出区域；b)在一个或多个层/堆中提供一个或多个传感器串，每个传感器串包括数据电缆和沿数据电缆长度定位的两个或更多个固态传感器，传感器适于在预定时间段内周期性地获取与层/堆中的流体的化学特性有关的传感器数据，并经由数据电缆将传感器数据传输到一个或多个集线器，从而提供与浸出过程有关的传感器数据，c)使用该传感器数据对浸出过程进行建模；d)根据传感器数据调整浸出过程操作。

有利地，控制浸出过程的操作的方法允许传感器串以二维或三维配置提供在一个或多个层/堆中，从而向在过程中的任何平面或区域的浸出过程提供传感器数据，并且还提供与浸出过程相关的数据作为整体，以允许调整过程参数。操作参数可包括例如温度、化学参数、化学浓度(例如酸)、空气流量、液体流量、通气量、用于灌溉的间隔等。有利地，这些参数的控制允许改善的浸出回收率和效率以及减少消耗品(即浸出中使用的材料)。

应当理解，传感器串可以例如在堆浸应用中设置在一个或多个堆叠升起层之间或堆叠升起层内。

应当理解，传感器串可以设置在例如原位浸出井中的一个或多个深度之间。

应当理解，传感器串可以例如在废石堆浸出应用中设置在一个或多个废石堆之间或废石堆内。

应当理解，传感器串可以设置在较小规模的堆浸应用中，用于测试诸如罐和栏床浸出。

根据第五方面，本发明提供了一种用于控制浸出过程的操作的系统，包括：a)具有一个或多个层/堆的可浸出区域；b)在一个或多个层/堆中提供的一个或多个传感器串，每个传感器串包括数据电缆和沿数据电缆的长度定位的两个或更多个固态传感器，传感器适于在预定时间段内周期性地获取与浸出过程中流体的化学特性相关的传感器数据，并经由数据电缆将传感器数据传送到一个或多个集线器，从而提供与浸出过程有关的传感器数据，以及c)计算机处理器用于，i.使用传感器数据对浸出过程建模；和ii.根据传感器数据调整浸出过程。

材料体积内的流体的分析可以是二维和/或三维的。传感器串可以与一个和另一个平行，但不必是平行的，并且可以例如提供在例如堆浸的层内。

传感器和串的密度分布可以保持规则，或者可以在浸出过程中变化，以提供应用所需的更大或更小的过程参数密度。

附图说明

图1是说明本发明的系统的示意图；

图2是示出传感器串和集线器操作的示意图；

图3a至3f是待分析的材料内的传感器串的布置的优选实施例；

图4是说明在堆浸操作中实施的本发明优选实施例的示意图；

图5是说明在罐堆浸试验环境操作中实施的本发明优选实施例的示意图；

图6是说明在栏床堆浸测试环境操作中实施的本发明优选实施例的示意图；

图7是在沟槽中使用的本发明优选实施例的示意图；

图8是说明根据本发明的方法的流程图；

图9a至9g是操作中的系统的示例性实施例的屏幕截图。

具体实施方式

图1是示出了本发明的系统100的示意图，用于从待分析的材料的一定体积的材料内的流体获取数据。该系统包括一个或多个传感器串105a、105b、105c-105(n)，每个传感器串包括附接到提供电力和数据连接的数据电缆104a、104b、104c-104(n)的两个或更多个传感器110a和110b、110c-110(n)。每个传感器串105a、105b、105c-105(n)连接到集线器115a-115(n)。每个集线器115a-115(n)经由有线或无线网络接口与服务器120通信，服务器120包括数据库125，用于存储从沿数据电缆104a-104(n)的每个传感器串105a-105(n)的传感器110a-110(n)接收的数据。经由设备130与用户界面相关联的终端用户可以经由网络经由数据服务器120与从传感器接收的数据交互。设备130可以采用任何合适的形式，例如计算机、移动通信设备、平板电脑等。应当理解，在备选实施例中，集线器可以是网关或数据记录器。

应当理解，根据应用，可以提供数十、数百或数千个传感器110a、110b、110c-110(n)。数据电缆104a、104b、104c-104(n)用于传输从传感器110a、110b、110c-110(n)获取的数据并将电力从集线器115a-115(n)传输到传感器110a、110b、110c-110(n)。集线器115a-115(n)可以读取每个集线器的任意数量的数据电缆(例如，25条数据电缆)并且用于将从传感器110a、110b、110c-110(n)接收的数据高速缓存在板载数据库中116a并经由网络周期性地将数据上传到服务器120。网络可以包括例如互联网或局域网。可以使用任何合适的协议和数据格式以例如wi-fi、3g、4g或卫星等的任何合适的方式执行传输。每个集线器115a-115(n)可以发起到服务器120的连接和“推送”数据，或者服务器120可以发起到每个集线器115a-115(n)的连接和“拉”数据。

服务器120可以从集线器115a-115(n)接收数据并将数据存储在数据库125a中以供检索。可以在服务器120上或在地理上冗余的位置的数据库125b至125(n)中进一步处理数据。另外，可以提供服务器的地理冗余，其允许网关故障转移到辅助或第三服务器(如果一个不可达)。如果被授权，则与设备130相关联的用户可以根据其角色访问服务器120和数据库125上的数据，并且可以以优选格式获取数据的可视化和分析。这将参考图9a-9g进一步描述。

应当理解，传感器110a、110b、110c-110(n)可以以二维或三维空间布置(例如网、或矩阵或螺旋布置)或以待分析的材料的区域内的一个或多个水平或者垂直平面提供。有利地，这提供了关于待分析的材料的区域中的参数的空间信息。可以在待分析的材料的特定区域内提供更多数量的传感器。这将参考图3进一步描述。该系统也不限于任何特定的应用，尽管它可以用于例如浸出操作。

传感器110a、110b、110c-110(n)可以包括电子模块，其包括保护壳、用于换能器的功率调节器、高阻抗换能器信号调节、模数转换器(adc)、微控制器、元数据存储和总线物理层(phy)接口等以测量来自传感器周围的材料的一个或多个参数。可以测量的参数取决于应用，但可以包括例如ph(mv)、氧化还原电位(orp)(mv)、参考电极电导率(4点阻抗)、温度等。

传感器110a、110b、110c-110(n)的壳体优选地由合适的耐酸塑料制成，例如pmma或合适的环氧树脂，并且固态传感器优选地安装到使用耐酸聚合物的壳体中。固态传感器可以是宽带隙半导体传感器，以提供对化学品的耐受性(同时具有测量所述化学品的各方面的能力)和在极端温度下的功能操作。有利地，例如当放置在堆浸操作中时，固态传感器不需要校准/重新校准并且几乎不需要维护-不需要在浸出中钻孔以进行采样或重新校准传感器。使用固态传感器允许“设定即可使用”的布置。优选地，传感器110a、110b、110c-110(n)包括装配到电子模块中的快速连接器。优选地，传感器110a、110b、110c-110(n)具有在水下对于足够的压力或深度的进入防护等级ip68。

传感器110a、110b、110c-110(n)通过使用数据电缆104a、104b、104c-104(n)连接在一起以形成传感器串105a、105b、105c-105(n)，允许在集线器115a-115(n)和传感器110a、110b、110c-110(n)之间的功率传输和数字数据传输。优选地，传感器110a、110b、110c-110(n)中的每一个包括用于其唯一元数据的非易失性存储器。在部署之前，操作员可以将传感器串105a、105b、105c-105(n)针对参考参数和程序元数据(包括换能器驱动参数、adc增益、校准系数和位置坐标)校准到传感器110a、110b、110c-110(n)。这将参考图9a至9g进一步描述。

·可以存储在传感器110a、110b、110c-110(n)内的电子模块上的元数据可以包括：传感器模块模型/变体id、唯一序列号、换能器驱动参数(例如，激励电压或电流、adc增益、过采样因子)、原始adc值或电位转换为校准物理单位的系数、沿传感器串的序列、传感器与传感器串上标记数据之间的物理距离、校准日期/时间(utc)、位置坐标、以及用于验证目的的上述元数据的循环冗余校验(crc)或散列。

·电子模块控制到传感器的功率输出、信号调节和数字化、校正和单位转换、以及通过传感器串将数据传送到集线器115a-115(n)。优选地，基本数据处理将在传感器中进行，例如：过采样平均和计算信号在采样时间内的标准偏差，电导率传感器的电流和电压数据被处理成电阻值，温度传感器的电阻值，电位型传感器的毫伏读数，同步校正和转换到实际单位，来自存储的校准系数。

·优选地，集线器115a-115(n)包括重新编写元数据和在附加传感器上重新编程嵌入式固件的能力，当被授权管理员用户经由设备130等通过用户界面被指示如此做时。

还可以在传感器110a、110b、110c-110(n)中提供完整稳压器。稳压器具有合适的电化学阻抗谱(eis)能力。

在环境监控应用中，每个传感器110a、110b、110c-110(n)可以具有其自己的无线或移动数据传输能力和电池电力。

图2是示出具有传感器110a、110b、110c-110(n)的传感器串105a、105b、105c-105(n)的示意图。应当理解，可以沿着由x表示的平面和/或沿着由z表示的平面和/或进一步沿着平面y提供串，如将参考图3进一步示出的。可以理解，传感器串可以以例如圆形、螺旋形、锯齿形等的二维空间布置或三维空间布置提供。

在这种情况下，集线器115a-115(n)每个控制40个传感器串，并且集线器通过wi-fi、3g、4g或卫星网络连接到数据服务器120，这取决于特定部署位置中的需要。每个集线器115a-115(n)设置有内部存储器，并且可以存储来自传感器串的14天或更多天的数据(在连接存在问题的情况下)。集线器115a-115(n)还可以包括全球导航卫星系统(gnss)接收器，以同步其时钟并验证其物理位置。从传感器110a、110b、110c-110(n)接收的数据和事件优选地是带时间戳的。集线器115a-115(n)通过遥测周期性地向服务器120指示数据，该数据包括例如正常运行时间、电源值和可用存储、错误数据、报警数据、信息消息或代码、通信、媒体信息(例如rssi、sinr、rsrq等)，传感器串到集线器连接的任何事件或断开事件包括串传感器所连接的集线器上的哪个物理连接器，为所有连接的传感器串提供传感器单元元数据以及测量的传感器数据。

可以理解，数据服务器120可以向集线器115a-115(n)提供服务器的时间、集线器的传感器采样间隔以及集线器的新的遥测会话间隔。优选地，传感器110a、110b、110c-110(n)可以以10分钟的间隔测量，并且数据每60分钟上传到服务器120。有利地，与传感器串的放置一起，这提供了在一段时间内以多个维度在一定体积的材料内的流体数据的测量，如将参考图9a至9g进一步描述的。

优选地，集线器115a-115(n)和数据服务器120之间的通信协议是诸如消息队列遥测传输(mqtt)、机器到机器连接协议等的标准。应当理解，可以提供诸如xmpp和coap的替代方案。由传感器提供并且最终经由设备130可用于用户的数据可以包括观察的数据、用于明确地描述传感器单元的足够信息(即，与传感器单元元数据相关的站点、集线器和串参考)以及用于每个换能器和过采样平均adc原始值、通过校准系数从原始值导出的物理单位值和过采样值的标准偏差。

可以以仪表板格式提供存储在数据服务器120上的使用设备130可供用户使用的数据，如将参考图9a至9g进一步描述的。

图3a至3f示出了传感器串105a、105b、105c-105(n)和集线器115a-115(n)的替代布置。例如，在图3a中，应当理解，可以在由x表示的平面中提供一个传感器串105a，而在图3b中，可以在由x和z表示的平面中提供传感器串105a、105b，而在图3c中，传感器串105a、105b和105b可以连接到集线器115a并且设置在由x和z表示的平面中，并且还包括在另一个平面y中并且经由集线器115b连接的传感器串105c和105d。

相反，如图3d所示，两个传感器串105a和105b可以连接到集线器115a和115b，并且可以设置在由x和y表示的平面中。应当理解，可以根据应用和取决于要测量的内容提供任何数量的不同组合。

在另一实施例中，如图3e所示，传感器串105a可以连接到集线器115a并且可以以三维空间布置提供-在这种情况下是螺旋形或螺旋形。形状可以延伸穿过堆浸或废石堆的一个或多个层。应当理解，可以根据应用和要测量的内容提供任何数量的不同形状，例如立方体、球体、四面体等(并连接到一个或多个集线器)。

在另一实施例中，如图3f所示，传感器串105a可以连接到集线器115a并且可以以二维空间布置提供-在这种情况下是网或网状布置。形状可以延伸穿过堆浸或废石堆的一个或多个层。应当理解，可以根据应用和要测量的内容提供任何数量的不同形状。

图4是可以在采矿环境中提供的堆浸布置的示意图。应当理解，本发明不限于该应用。

堆浸400包括多个层405、410、415、420、425和430，在施加浸出之后矿物质通过所述层405、410、415、420、425和430。还提供了用于从矿石等收集金属的浸出垫435。本发明提供了多个传感器串105a、105b、105c-105(n)，它们在x和y平面上都延伸，但是应该理解它们也可以在z平面上延伸或者在二维或三维空间排列中延伸。每个传感器串连接到集线器，其中在整个系统中可以有一个或多个集线器115a、115b-115(n)。虽然本实施例涉及堆浸，但是应当理解，传感器可以放置在任何环境中，并且有利地，这些传感器可以在诸如生物浸出应用的恶劣环境中提供，其允许连续优化过程参数。在堆浸的情况下，可以提供这些传感器用于连续监控生物浸出过程，从而能够对生物浸出堆进行空间监控，也就是说可以在x、y和z平面中以及在一段时间内监控堆浸。有利地，这提供了关于待分析的材料的区域中的参数的空间信息以及时间信息。可以在待分析的材料的特定区域内提供更多数量的传感器。

应当理解，该布置可以在其他过程中提供，包括矿物处理、冷却水的环境处理、油和气提取处理、食品和饮料、制造和废水处理。本质上，本发明提供了待分析的材料和/或土壤的区域随时间的空间监控。

然后，可以手动或自动地反馈由传感器获取的数据，以提供改进的系统，如将参考图9a至9g进一步描述的。例如，从每个传感器获得的数据可以包括传感器的局部位置、如温度和溶液电导率的局部物理参数、以及化学信息，如ph、氧化还原电位、溶解金属、溶解氧。此外，随时间从每个传感器获得并聚集的数据提供参数的空间信息和参数的时间信息。这些数据可以整合并报告给监控系统，并且将连续提供3d物理和化学浸出行为，以便可以通过改变物理和化学条件来检查是否需要采取任何措施来优化操作(例如堆工程，灌溉模式或其他参数，如温度、ph值、添加化学品、改变化学浓度、流体和空气流速)。

图5是说明本发明的一个实施方案的示意图，其中在罐500中提供堆浸的测试。在典型的罐布置中，在罐500的底部确定分析，没有提供关于在任何其他区域的堆浸的操作的信息。

有利地，本发明提供了在罐500中具有传感器510a、510b和510c的传感器串505。应当理解，可以提供任意数量的传感器串，并且可以根据需要提供串中的任何数量的传感器。通过提供一个或多个传感器，可以获得来自一个罐或多个罐(或甚至处理流程中的许多点)的点数据，从而允许在吞吐量和输入成本方面优化端到端过程。虽然传感器串505被示出沿着由y表示的平面，应当理解传感器串可以以任何合适的布置定位，以测量罐500中感兴趣的参数。还应当理解，传感器串可以以二维空间布置或例如圆形、螺旋形、之字形等的三维空间布置提供。

还包括一个集线器515，它控制传感器串505，集线器515通过wi-fi、3g、4g或卫星网络连接到数据服务器120(如图1所示)，具体取决于在特定的部署位置所需的内容。集线器515设置有内部存储器，并且可以存储来自传感器串的14天或更多天的数据(在连接存在问题的情况下)。从传感器510a、510b和510c接收的数据和事件优选地是带时间戳的。集线器515通过遥测周期性地向服务器120指示(如图1所示)数据，该数据包括例如正常运行时间、电源值和可用存储、错误数据、报警数据、信息消息或代码、通信、媒体信息(例如rssi、sinr、rsrq等)、包括串传感器所连接的集线器上的哪个物理连接器的传感器串到集线器连接的任何事件或断开事件、提供对于所有连接的传感器串的传感器单元元数据和测量的传感器数据。

优选地，传感器510a、510b和510c可以以10分钟的间隔测量，并且数据每60分钟上传到服务器120。有利地，与传感器串的放置一起，这提供了在一段时间内在多个维度上的一定体积的材料内的流体参数的测量-测量参数的空间和时间特性。

有利地，本发明允许在一段时间内对化学参数进行空间和时间测量。然后可以改变罐500的各种参数以提供最佳性能。一旦实现了最佳性能，系统可以扩展到更大的系统以进行进一步测试，例如栏床(将参考图6进行描述)。

图6是说明本发明的一个实施方案的示意图，其中通过一个或多个栏床600提供堆浸的更大规模测试。在典型的栏床布置中，待分析的材料被确定在栏床600的底部，没有提供任何其他区域中的堆浸的操作的信息。有利地，本发明提供一个或多个传感器串605a、605b、605c、605d、605e、605f，其在栏床600中具有传感器610a、610b、610c、610d、610e。可以理解，任何数量的传感器串可以被提供，并且串中的任何数量的传感器可以按照需要被提供。虽然传感器串605a、605b、605c、605d、605e、605f沿着由x、y和z表示的平面示出，但是应当理解，传感器串可以以任何合适的布置定位以测量例如栏床600中的ph水平等。可以理解，传感器串可以以二维空间布置或例如圆形、螺旋形、锯齿形等的三维空间布置提供。还包括集线器615，其控制传感器串605a、605b、605c、605d、605e、605f，集线器615取决于特定部署位置所需的内容通过wi-fi、3g、4g或卫星网络连接到数据服务器120(如图1所示)。集线器615设置有内部存储器，并且可以存储来自传感器串的14天或更多天的数据(在连接存在问题的情况下)。从传感器610a、610b、610c、610d、610e接收的数据和事件优选地是带时间戳的。集线器615通过遥测周期性地向服务器120(如图1所示)指示数据，该数据包括例如正常运行时间，电源值和可用存储，错误数据，报警数据，信息消息或代码，通信，媒体信息(例如rssi、sinr、rsrq等)，包括串传感器所连接的集线器上的哪个物理连接器的传感器串到集线器连接的任何事件或断开事件，提供对于所有连接的传感器串的传感器单元元数据和测量的传感器数据。

优选地，传感器610a、610b、610c、610d、610e可以以10分钟的间隔测量，并且数据每60分钟上传到服务器120。有利地，与传感器串的放置一起，这提供了在一段时间内在多个维度上的一定体积的材料内的流体数据的测量。有利地，本发明允许在一段时间内化学参数的空间测量。然后可以改变栏床600的各种参数以提供最佳性能。一旦实现最佳性能，系统可以扩展到全规模堆浸操作(如参考图4所述)。

图7是在替代应用中提供的本发明的另一示例，即在市政环境700中的沟槽。可以挖沟槽710以插入管道等，并且可以提供传感器串105a，其是连接到集线器115a以随时间提供土壤中的空间信息。应当理解，可以在平面x、y或z中提供一个以上的传感器串和/或集线器，或者以二维或三维空间布置提供。

图8是示出根据本发明的用于控制跳跃浸出操作的方法的方法800的流程图。在步骤805，可以通过提供一个或多个堆叠升起层来形成堆浸。在步骤810，在堆叠升起层中提供一个或多个传感器串105a、105b、105c-105(n)。该方法可以返回到步骤805，其中可以在现有堆叠升起层的顶部上提供另外的层。应当理解，在步骤810，可以在x、y和z平面上提供具有传感器串的多个层。

在步骤815，获取来自传感器串105a、105b、105c-105(n)中的每一个的传感器数据，然后在步骤820将其传输到集线器115a到115(n)。在步骤825，传感器数据然后可以通过驻留在数据服务器120上或在集线器115a到115(n)上的软件建模。

在步骤825，在步骤815的关键过程参数(例如ph)的测量提供读取的信息作为系统模型的输入。该模型提供了一种方法，通过该方法将传感器提供的信息转换为要采取的动作，纠正或控制浸出过程的操作，以便将过程保持在可接受的范围内或优化过程朝向目标。输入数据和输出控制之间的关系可以被认为是传递函数。在步骤830基于模型的传递函数采取的动作将是调整一个或多个控制参数，例如校正或修改诸如温度、化学参数、化学浓度(例如酸)、液体和空气流量、通风、灌溉间隔等的参数。

调整过程可以通过手动评估参数和基于人的决策来进行，或者通过计算机化系统自动进行。计算机化调整系统可以基于固定传递函数调整控制参数，或者传递函数可以基于关于过程的历史和当前信息通过自动优化随时间自适应。可以通过机器学习技术(例如逻辑回归)来提供自动传递函数调整。机器学习技术的有效性能在很大程度上取决于算法可以从中学习的详细、高保真和可靠输入数据的可用性，例如由设备提供的。

有利地，通过基于富数据集的可用性的自优化算法来控制这些参数允许改进的浸出回收率和效率以及消耗品的减少(即浸出中使用的材料)。

在步骤830还可以调整各个传感器110a、110b、110c-110(n)的参数，以基于传感器数据和模型有效地调整堆浸的操作，并且可以采取动作来纠正或者修改参数，例如温度、化学参数、化学浓度(例如酸)、液体和空气流量、通风、灌溉间隔等。这可以手动或自动执行。这可以在几分钟到几小时的时间段内发生，通常每一到六个小时。还可以根据应用提供实时数据。有利地，这些参数的控制允许改进的浸出回收率和效率以及减少消耗品(即浸出中使用的材料)。

虽然上述方法可以应用于堆浸操作，但是应当理解，本发明还提供了可以在其他操作中提供的方法，例如该方法可以包括从一定体积的材料中获取流体的数据，并且在待分析的材料的区域中提供一个或多个传感器串105a、105b、105c-105(n)(每个传感器串包括数据电缆和沿数据电缆的该长度定位的两个或更多个传感器)和传感器适于获取传感器周围材料区域中的传感器数据，并经由数据电缆将该传感器数据传输到一个或多个集线器，然后根据图8对其进行建模和/或调整。

参考图7，该方法可以包括从一定体积的材料中获取数据并挖掘待分析的材料中的沟槽并在沟槽中提供一个或多个传感器串(每个传感器串包括数据电缆和沿数据电缆的该长度定位的两个或更多个传感器)，并且传感器适于获取传感器周围的沟槽中的材料区域中的传感器数据，并且经由数据电缆将该传感器数据传输到一个或多个集线器，其中可以对数据建模并且可以调整参数以优化系统。

图9a至9g是示出可以驻留在数据服务器120或设备130上的软件的屏幕截图，用于处理传感器数据和建模传感器数据并经由集线器115a-115(n)调整传感器的参数。与设备130相关联的用户可以登录到系统，该系统可以作为“软件即服务”类型模型提供，使得与特定组织中的特定用户相关的数据是有限的。此外，特定组织的所选成员可以是系统的管理员，而组织内的其他人可以具有只读访问权。

例如，管理员可能能够建立新的监控站点，并且当传感器串105a、105b、105c-105(n)被激活时，它可以向服务器120发送唯一代码以使得能够识别站点、模块、硬件和正在使用中的测量通道。如图9a所示，存在用于设置新站点901、设置用户帐户902、查看单独传感器包903、查看站点904和数据分析905的选项。可以提供报警对话框906，其可以提供关于与站点相关联的站点传感器和/或与传感器相关联的参数的报警。例如，在图9a中，站点一传感器45具有来自该对话框906的高ph报警，用户可以采取动作。然后，系统可以推荐参数的改变以自动地或通过用户校正ph。

图9b示出了当例如管理员类型级别用户登录到系统时用于设置站点的屏幕截图。在用户可以命名监控站点907设置记录频率908、909并提供与传感器包910有关的数据的情况下，还提供了对话框911，其提供与站点和安装的传感器模块和gps坐标有关的信息。

如图9c所示，可以通过对话框912编辑关于传感器包的细节，其中对于每个传感器包，可以编辑名称913，可以添加gps坐标914，可以提供传感器的深度915，以及传感器的gps跟踪916被提供以及传感器是否在使用中917。

图9d是示出用于校准传感器的对话框918的屏幕截图，并且可以提供通道919的名称(例如ph、orp等)以及测量单位(例如mv等)，回归模型可以设置在920(例如，线性、二次、对数等)，温度设置校正可以提供为921，922提供校准项，923提供在回归模块中进行的处理(采样时间和平均值)和924可以提供报警设置。在设置(例如，停止运行、转换操作或发生故障)期间，还存在使传感器处于活动或非活动状态的选项。

图9e是示出用户可以分析和可视化单独的传感器模块的数据的屏幕截图。它提供关于传感器模块的一般信息和可能的报警927，用户可以选择站点925和包名称926也提供了直方图相关矩阵图相对时间的选项，并且在928处的统计数据，这例如可以包括最小值/最大值、平均值、标准偏差、范围、方差以及与数据相关的均值和中值，还显示图表930并且用户可以选择各个轴的时间范围和比例，用户还可以输出特定时间范围的日期929，输出为txt、csv、xls文件等。还提供了表935，其中用户可以选择相对于彼此绘制各种参数，例如ph、orp、电导率和/或温度。

图9f是示出当用户希望作为整体查看站点时呈现给用户的屏幕的屏幕截图，可以在931处显示报警并且提供图表936，其是等高线图，用户可以选择特定的分析类型937例如ph、orp等。可以在935处输出数据，可以由932提供直方图、统计、等高线图或地图，在这种情况下提供等高线图，等高线图示出在测量区域上绘制的测量数据。

图9g示出了呈现给用户的数据分析的屏幕截图，其允许更复杂的图形和数据分析工具。同样，用户可以选择站点名称937、分析类型938、数据分析的特定设置939、数据分析940的输出，并且这种情况提供三个图表941、942和943，其可视化几个参数、区域或深度的数据。可以按深度的顺序堆叠多级等高线图，并且可以提供所选模块的所选传感器输出的相关矩阵。屏幕截图9d至9g中提供的信息可以允许用户手动调整参数，以便可以改进系统的操作(例如，在堆浸的情况下)。