一種水質(zhì)傳感器小信號(hào)分段擬合溫度補(bǔ)償方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種水質(zhì)傳感器小信號(hào)分段擬合溫度補(bǔ)償方法，涉及小信號(hào)處理的【技術(shù)領(lǐng)域】。具體的說(shuō)，是一種采用分段擬合法，以達(dá)到提高測(cè)量準(zhǔn)確度、減小測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換誤差、擬合非線(xiàn)性曲線(xiàn)以增強(qiáng)測(cè)量精度擬合效果。本發(fā)明采用分段直線(xiàn)擬合方法建立數(shù)學(xué)模型，將pH溫度系數(shù)KpH標(biāo)定曲線(xiàn)劃分為幾個(gè)區(qū)間，然后用最小二乘法擬合出相應(yīng)的直線(xiàn)方程，并計(jì)算直線(xiàn)擬合精度，若精度低于閥值，則重新劃分區(qū)間進(jìn)行擬合，直到精度滿(mǎn)足要求為止，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。本發(fā)明是一種簡(jiǎn)單、快捷、精準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型，有效提高數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確度。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種水質(zhì)傳感器小信號(hào)分段擬合溫度補(bǔ)償方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及小信號(hào)處理的【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種水質(zhì)傳感器小信號(hào)分段擬合溫度補(bǔ)償方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在水質(zhì)參數(shù)測(cè)量過(guò)程中，其測(cè)量電路雖然實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳感器微弱信號(hào)采集，但它的輸出電壓還不能反映與被測(cè)對(duì)象物理量的數(shù)學(xué)關(guān)系，還需建立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)參數(shù)測(cè)量電路輸出電壓與被測(cè)對(duì)象物理量的轉(zhuǎn)換。另外，水質(zhì)傳感器電極的制作材料和結(jié)構(gòu)易受溫度的影響，從而降低水質(zhì)參數(shù)測(cè)量的準(zhǔn)確性，因此在建立水質(zhì)參數(shù)測(cè)量數(shù)學(xué)模型時(shí)，需要考慮溫度的影響，實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。溫度補(bǔ)償包括硬件溫度補(bǔ)償和軟件溫度補(bǔ)償兩種方法，硬件溫度補(bǔ)償需要對(duì)硬件電路反復(fù)調(diào)試，且補(bǔ)償?shù)臏囟确秶熬榷疾荒軡M(mǎn)足要求，而軟件溫度補(bǔ)償可以避免硬件調(diào)試繁瑣的不足，并且補(bǔ)償精度較高，本發(fā)明的一種水質(zhì)傳感器小信號(hào)分段擬合溫度補(bǔ)償方法恰如其分的展現(xiàn)了這一功能，應(yīng)時(shí)而生。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種水質(zhì)傳感器小信號(hào)分段擬合溫度補(bǔ)償方法，避免硬件溫度補(bǔ)償調(diào)試繁瑣、補(bǔ)償精度不高的弊端，提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0005]一種水質(zhì)傳感器小信號(hào)分段擬合溫度補(bǔ)償方法，包括下述步驟:
[0006]S1、將復(fù)合電極置于被測(cè)溶液中，獲取標(biāo)定的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；
[0007]S2、通過(guò)測(cè)量電極輸出電動(dòng)勢(shì)反映被測(cè)溶液的pH值，pH電極的輸出電壓經(jīng)調(diào)理電路后轉(zhuǎn)換為:VpH = Kph(T) (pH-7)+V0, Vph與被測(cè)溶液pH值之間滿(mǎn)足線(xiàn)性關(guān)系；
[0008]S3、采用分段直線(xiàn)擬合方法建立Kph的數(shù)學(xué)模型，用最小二乘法擬合出相應(yīng)的直線(xiàn)方程，分段區(qū)間通過(guò)擬合精度和擬合誤差控制的尋優(yōu)方法確定；
[0009]S4、求出每個(gè)區(qū)間的擬合直線(xiàn)計(jì)算精度R2，若精度越趨近于I表明擬合效果越好，設(shè)置一個(gè)精度閥值Θ，若R2小于Θ，則重新劃分區(qū)間進(jìn)行擬合，直到精度滿(mǎn)足要求為止；
[0010]S5、整合各區(qū)間擬合直線(xiàn)方程，對(duì)PH電極的輸出電壓Vph = Kph(T) (pH-7)+V0進(jìn)行溫度補(bǔ)償。
[0011]優(yōu)選的，步驟SI中，所述復(fù)合電極由玻璃電極和甘汞電極組成，玻璃電極的頭部球泡由僅對(duì)氫離子敏感的敏感薄膜制成，在酸度測(cè)量中作為指示電極，甘汞電極作為參考電極，所述參考電極安裝在塑殼內(nèi)玻璃柱內(nèi)。
[0012]優(yōu)選的，所述敏感薄膜由堿金屬氧化物替代部分S12燒結(jié)成的玻璃，與溶液中的H+離子有良好反應(yīng)，所述銘感薄膜中還添加有La2O3和Nb205。
[0013]優(yōu)選的，步驟S3中，對(duì)Kph與溫度T的曲線(xiàn)上若干個(gè)點(diǎn)進(jìn)行最小二乘法擬合直線(xiàn)，得擬合直線(xiàn)方程為K’ pH = A+BT。
[0014]優(yōu)選的，采用最小二乘法擬合直線(xiàn)的具體步驟為:
[0015]設(shè)Kph 與溫度 T 的曲線(xiàn)上有若干個(gè)點(diǎn)(I^Kph(I)), (T2，Kph(2))，…，(Ti；KpH(i)),…(Tn，Kph (η))，假設(shè)擬合直線(xiàn)方程為K’PH = A+BT (I)，則擬合直線(xiàn)與標(biāo)定曲線(xiàn)相應(yīng)點(diǎn)輸出量偏差平方和為:

【權(quán)利要求】
1.一種水質(zhì)傳感器小信號(hào)分段擬合溫度補(bǔ)償方法，其特征在于，包括下述步驟: 51、將復(fù)合電極置于被測(cè)溶液中，獲取標(biāo)定的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)； 52、通過(guò)測(cè)量電極輸出電動(dòng)勢(shì)反映被測(cè)溶液的pH值，pH電極的輸出電壓經(jīng)調(diào)理電路后轉(zhuǎn)換為:VpH = Kph(T) (pH-7)+V0, Vph與被測(cè)溶液pH值之間滿(mǎn)足線(xiàn)性關(guān)系； 53、采用分段直線(xiàn)擬合方法建立Kph的數(shù)學(xué)模型，用最小二乘法擬合出相應(yīng)的直線(xiàn)方程，分段區(qū)間通過(guò)擬合精度和擬合誤差控制的尋優(yōu)方法確定； 54、求出每個(gè)區(qū)間的擬合直線(xiàn)計(jì)算精度R2，若精度越趨近于I表明擬合效果越好，設(shè)置一個(gè)精度閥值Θ，若R2小于Θ，則重新劃分區(qū)間進(jìn)行擬合，直到精度滿(mǎn)足要求為止； 55、整合各區(qū)間擬合直線(xiàn)方程，對(duì)PH電極的輸出電壓Vph= Kph⑴(pH-7)+、進(jìn)行溫度補(bǔ)償。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水質(zhì)傳感器小信號(hào)分段擬合溫度補(bǔ)償方法，其特征在于，步驟SI中，所述復(fù)合電極由玻璃電極和甘汞電極組成，玻璃電極的頭部球泡由僅對(duì)氫離子敏感的敏感薄膜制成，在酸度測(cè)量中作為指示電極，甘汞電極作為參考電極，所述參考電極安裝在塑殼內(nèi)玻璃柱內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水質(zhì)傳感器小信號(hào)分段擬合溫度補(bǔ)償方法，其特征在于，所述敏感薄膜由堿金屬氧化物替代部分S12燒結(jié)成的玻璃，與溶液中的H+離子有良好反應(yīng)，所述銘感薄膜中還添加有La2O3和Nb205。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水質(zhì)傳感器小信號(hào)分段擬合溫度補(bǔ)償方法，其特征在于，步驟S3中，對(duì)Kph與溫度T的曲線(xiàn)上若干個(gè)點(diǎn)進(jìn)行最小二乘法擬合直線(xiàn)，得擬合直線(xiàn)方程為K'pH = A+BT。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水質(zhì)傳感器小信號(hào)分段擬合溫度補(bǔ)償方法，其特征在于，采用最小二乘法擬合直線(xiàn)的具體步驟為: 設(shè)Kph與溫度T的曲線(xiàn)上有若干個(gè)點(diǎn)(T1, KPdl))，(T2, Kph(2)),…，(Ti, Kph(i)),…(Tn，Kph (η))，假設(shè)擬合直線(xiàn)方程為K’PH = Α+ΒΤ (I)，則擬合直線(xiàn)與標(biāo)定曲線(xiàn)相應(yīng)點(diǎn)輸出量偏差平方和為:
分別對(duì)A，B求偏導(dǎo)數(shù)，并令其為零得:
整理式(3)、⑷得:
將T、Kph標(biāo)定數(shù)據(jù)代入式(5)、(6)，形成關(guān)于Α、B的二元方程組，解得Α、B值，即可求出擬合直線(xiàn)方程K’ pH = A+BT。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水質(zhì)傳感器小信號(hào)分段擬合溫度補(bǔ)償方法，其特征在于，擬合直線(xiàn)方程如下:
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水質(zhì)傳感器小信號(hào)分段擬合溫度補(bǔ)償方法，其特征在于，步驟S4中，對(duì)每個(gè)區(qū)間的擬合直線(xiàn)計(jì)算精度，精度的計(jì)算公式如下:
【文檔編號(hào)】G01N27/26GK104181214SQ201410414434
【公開(kāi)日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月21日
【發(fā)明者】王衛(wèi)星, 姜晟, 胡月明, 孫道宗, 呂石磊, 李亮斌 申請(qǐng)人:華南農(nóng)業(yè)大學(xué)