一種基于射頻識別的光學特性水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于射頻識別的光學特性水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)，包含數(shù)據(jù)采集終端以及與其連接的數(shù)據(jù)監(jiān)控終端，所述數(shù)據(jù)采集終端包含光譜輻射儀、水下光譜儀、水體吸收/衰減測量儀、水體后向散射測量儀、紫外可見分光光度計、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、放大電路、控制器模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、電源模塊；所述數(shù)據(jù)監(jiān)控終端包含存儲器模塊、顯示模塊、時鐘模塊、處理器模塊、射頻識別模塊，本發(fā)明集多功能的各儀器設備檢測于一體，一臺儀器能檢測多種參數(shù)，應用方便，有效的避免因各儀器設備數(shù)據(jù)的處理相互獨立，難以實現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的相互校核與關(guān)聯(lián)，數(shù)據(jù)處理的效率低且易出錯，無法滿足大量實測光學數(shù)據(jù)的處理問題。
【專利說明】
一種基于射頻識別的光學特性水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種水質(zhì)采集處理系統(tǒng)，尤其涉及一種基于射頻識別的光學特性水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)，屬于水質(zhì)檢測領(lǐng)域。【背景技術(shù)】
[0002]養(yǎng)殖用水由于受到人類活動以及其它因素的影響，造成進入水體的物質(zhì)超過了水體自凈能力，導致水質(zhì)惡化，影響到水體用途。其中主要的污染物有:重金屬污染物，非金屬無機有毒污染物，有毒有機物，耗氧有機物，酸、堿污染物，這些都會嚴重影響?zhàn)B殖業(yè)的發(fā)展。鑒于此，業(yè)界開發(fā)了多種水質(zhì)檢測設備，但是此類設備的綜合檢測能力往往不足，檢測參數(shù)較為單一，且數(shù)據(jù)不利于傳送。
[0003]水質(zhì)監(jiān)測是水質(zhì)評價與水污染防治的主要依據(jù)，隨著水體污染問題的日漸嚴重， 水質(zhì)監(jiān)測成為社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展必須解決的重大問題。因此，快捷準確的水質(zhì)監(jiān)測就顯得尤為重要。遙感技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，給水質(zhì)的監(jiān)測評價提供了新的機遇與選擇。水環(huán)境遙感是以遙感技術(shù)為依托，通過分析水體反射、吸收和散射太陽輻射能而形成的光譜特征與水質(zhì)參數(shù)濃度之間的關(guān)系，建立水質(zhì)參數(shù)反演算法實現(xiàn)的。利用衛(wèi)星遙感信息進行大面積范圍內(nèi)水體重要污染物質(zhì)的空間分布及動態(tài)的定量分析，能夠在一定程度上彌補常規(guī)采樣觀測時空間隔大且費時費力的缺陷和困難，可以反映水質(zhì)在空間和時間上的分布和變化情況，發(fā)現(xiàn)一些常規(guī)方法難以揭示的污染源和污染物迀移特征，具有監(jiān)測范圍廣、速度快、成本低和便于進行長期動態(tài)監(jiān)測的優(yōu)勢。因此，應用遙感技術(shù)進行水質(zhì)機理研究，進而研究水資源的合理利用和保護，已引起各國的日益關(guān)注，成為當前國際、國內(nèi)遙感界的研究熱點和難點之一。
[0004]目前，國內(nèi)擁有該類儀器設備的科研院所、高等院校等也不斷增加，如中國科學院遙感所、國家海洋研究所、南海海洋研究所、南京地理與湖泊研究所、武漢大學、華東師范大學、南京大學、鹽城師范學院等多家單位都已擁有該類測量設備，但是，由于不同設備由不同廠家生產(chǎn)，其波譜分辨率、響應函數(shù)等都有很大差別，并且儀器直接測量的數(shù)據(jù)往往需要經(jīng)過處理和轉(zhuǎn)換之后才能作為具有光學意義的光譜存放入波譜數(shù)據(jù)庫中。目前幾乎沒有專業(yè)、通用的軟件系統(tǒng)來處理其實測數(shù)據(jù)。研究者通常使用儀器自帶的軟件對實測信號預處理轉(zhuǎn)換成具有光學意義的光譜信號之后，結(jié)合如SPSS、EXCEL等數(shù)學統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)處理。部分研究者出于自身需要，針對某一儀器數(shù)據(jù)、某一水質(zhì)參數(shù)的算法等開發(fā)了只適用于某研究、甚至某個數(shù)據(jù)處理流程需要的功能模塊，這些功能模塊各自互不兼容，不成體系， 多數(shù)只是將單個的模型算法計算機程序化。因此，各儀器設備數(shù)據(jù)的處理相互獨立，難以實現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的相互校核與關(guān)聯(lián)，數(shù)據(jù)處理的效率低且易出錯，無法滿足大量實測光學數(shù)據(jù)的處理問題。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對【背景技術(shù)】的不足提供了一種基于射頻識別的光學特性水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案一種基于射頻識別的光學特性水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)，包含數(shù)據(jù)采集終端以及與其連接的數(shù)據(jù)監(jiān)控終端，所述數(shù)據(jù)采集終端包含光譜輻射儀、水下光譜儀、水體吸收/衰減測量儀、水體后向散射測量儀、紫外可見分光光度計、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、放大電路、控制器模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、電源模塊，所述光譜輻射儀、水下光譜儀、水體吸收/衰減測量儀、水體后向散射測量儀、 紫外可見分光光度計分別依次通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、放大電路連接控制器模塊，所述數(shù)據(jù)傳輸模塊、電源模塊分別連接在控制器模塊相應端口上;所述數(shù)據(jù)監(jiān)控終端包含存儲器模塊、 顯示模塊、時鐘模塊、處理器模塊、射頻識別模塊，所述存儲器模塊、顯示模塊、時鐘模塊、第二數(shù)據(jù)傳輸模塊分別與處理器模塊連接；所述射頻識別模塊包括一整流穩(wěn)壓電路，所述整流穩(wěn)壓電路包含耦合電路、限幅檢測電路、限幅泄流電路、穩(wěn)壓電路;所述耦合電路、限幅檢測電路、限幅泄流電路依次連接，所述穩(wěn)壓電路分別與限幅泄流電路、穩(wěn)壓電路連接，所述耦合電路用于將輸入信號耦合到射頻識別模塊上;所述限幅檢測電路用于檢測整流后的電壓幅度;所述限幅泄流電路用于泄放多余的電流;所述穩(wěn)壓電路用于進行穩(wěn)壓處理進而輸出穩(wěn)定的電源電壓。
[0007]作為本發(fā)明一種基于射頻識別的光學特性水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)的進一步優(yōu)選方案，所述光譜輻射儀采用HydroRad高光譜輻射儀。
[0008]作為本發(fā)明一種基于射頻識別的光學特性水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)的進一步優(yōu)選方案，所述水下光譜儀采用RAMSES-ARC水下光譜儀。
[0009]作為本發(fā)明一種基于射頻識別的光學特性水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)的進一步優(yōu)選方案，所述水體吸收/衰減測量儀采用AC-S水體光吸收-衰減測量儀。
[0010]作為本發(fā)明一種基于射頻識別的光學特性水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)的進一步優(yōu)選方案，所述水體后向散射測量儀采用HydroScat-6P水體后向散射測量儀。
[0011]作為本發(fā)明一種基于射頻識別的光學特性水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)的進一步優(yōu)選方案，所述紫外可見分光光度計采用1901系列紫外可見分光光度計。
[0012]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:1、本發(fā)明集多功能的各儀器設備檢測于一體，一臺儀器能檢測多種參數(shù)，應用方便，二是方便測量信號的統(tǒng)一引出處理，三是提高了水質(zhì)的分析精度，另外也大大提高了的性價比;有效的避免因各儀器設備數(shù)據(jù)的處理相互獨立，難以實現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的相互校核與關(guān)聯(lián)， 數(shù)據(jù)處理的效率低且易出錯，無法滿足大量實測光學數(shù)據(jù)的處理問題。
[0013]2、本發(fā)明還設有時鐘模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊，通過數(shù)據(jù)存儲模塊實時存儲微控制器模塊發(fā)送檢測指令并處理水質(zhì)的各項檢測參數(shù)，通過時鐘模塊實時記錄存儲時間，有效地避免因儀器故障帶來的數(shù)據(jù)丟失?！靖綀D說明】
[0014]圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本發(fā)明數(shù)據(jù)采集終端結(jié)構(gòu)圖；圖3是本發(fā)明數(shù)據(jù)監(jiān)控終端結(jié)構(gòu)圖?！揪唧w實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細說明:如圖1所示，一種基于射頻識別的光學特性水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)，包含數(shù)據(jù)采集終端以及與其連接的數(shù)據(jù)監(jiān)控終端；如圖2所示，所述數(shù)據(jù)采集終端包含光譜輻射儀、水下光譜儀、水體吸收/衰減測量儀、 水體后向散射測量儀、紫外可見分光光度計、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、放大電路、控制器模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、電源模塊，所述光譜輻射儀、水下光譜儀、水體吸收/衰減測量儀、水體后向散射測量儀、紫外可見分光光度計分別依次通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、放大電路連接控制器模塊，所述數(shù)據(jù)傳輸模塊、電源模塊分別連接在控制器模塊相應端口上;所述光譜輻射儀、水下光譜儀、 水體吸收/衰減測量儀、水體后向散射測量儀、紫外可見分光光度計分別將采集的信息參數(shù)傳輸至控制器模塊經(jīng)過第一數(shù)據(jù)傳輸模塊傳輸至數(shù)據(jù)處理終端；如圖3所示，所述數(shù)據(jù)監(jiān)控終端包含存儲器模塊、顯示模塊、時鐘模塊、處理器模塊、射頻識別模塊，所述存儲器模塊、顯示模塊、時鐘模塊、射頻識別模塊分別與處理器模塊連接。 所述處理器模塊用于將處理結(jié)果通過數(shù)據(jù)存儲模塊進行存儲，時鐘模塊用于實時記錄存儲時間;所述射頻識別模塊包括一整流穩(wěn)壓電路，所述整流穩(wěn)壓電路包含耦合電路、限幅檢測電路、限幅泄流電路、穩(wěn)壓電路;所述耦合電路、限幅檢測電路、限幅泄流電路依次連接，所述穩(wěn)壓電路分別與限幅泄流電路、穩(wěn)壓電路連接，所述耦合電路用于將輸入信號耦合到射頻識別模塊上;所述限幅檢測電路用于檢測整流后的電壓幅度;所述限幅泄流電路用于泄放多余的電流;所述穩(wěn)壓電路用于進行穩(wěn)壓處理進而輸出穩(wěn)定的電源電壓。
[0016]所述數(shù)據(jù)采集終端與數(shù)據(jù)處理終端通過無線網(wǎng)絡連接，所述光譜輻射儀采用 HydroRad高光譜輻射儀，所述水下光譜儀采用RAMSES-ARC水下光譜儀，所述水體吸收/衰減測量儀采用AC-S水體光吸收-衰減測量儀，所述水體后向散射測量儀采用HydroScat-6P 水體后向散射測量儀，所述紫外可見分光光度計采用1901系列紫外可見分光光度計，所述控制器模塊和處理器模塊均采用AVR系列單片機，所述第一數(shù)據(jù)傳輸模塊和第二數(shù)據(jù)傳輸模塊均采用GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸模塊。其中所述光譜輻射儀、水下光譜儀、水體吸收/衰減測量儀、水體后向散射測量儀、紫外可見分光光度計的具體工作如下:光譜輻射儀，所述光譜輻射儀采用HydroRad高光譜輻射儀:通過觀測獲得水面光譜數(shù)據(jù)，包括儀器對著水面測量獲得的測量值、儀器對著天空測量獲得的測量值、儀器正對著遮擋太陽直射光前后的漫反射參考板測量獲得的測量值;利用光譜輻射儀獲取的數(shù)據(jù)，計算導出水面總?cè)肷漭椪斩?、離水輻亮度、遙感反射率、剛好位于水面以下的輻照度比；在水體中進行長時間光學測量的一個難點是生物污染，通常儀器在一段時間后就會有藻類等生物覆蓋在儀器表面，特別是光學儀器，只要在鏡頭上有東西附著就會產(chǎn)生測量誤差。HOBILabs 公司為方便水下光譜長期測量的，在HydroRad的基礎上增加了HydroShutter-HR防污系統(tǒng)。 HydroShutter-HR防污系統(tǒng)專門用于光纖型HydroRad光學傳感器以及HydroRad-ESl，銅質(zhì)快門覆蓋于傳感器表面，通過電動控制防護鏡頭，在每次采樣前，快門自動打開，采樣完成后，快門旋轉(zhuǎn)覆蓋傳感器，從而使傳感器能夠在水下進行長時間的測量而不被浮游生物污染。
[0017]水下光譜儀，用于觀測獲取水表面和水表面以下不同深度的上行輻亮度、下行輻照度；利用水下光譜儀獲取的數(shù)據(jù)，計算導出漫衰減系數(shù)、歸一化離水輻亮度、水表面以下輻照度比、以及水表面以下遙感反射率;RAMSES-ARC水下光譜儀:RAMSES系列傳感器采集目標光譜信息，通過分析光譜文件，從中取得與研究目標相關(guān)的光譜信息與測量數(shù)據(jù)。該儀器為精確的高光譜分析應用提供極大方便。可測量輻照度和輻亮度，可用于水中測量，也可用于空氣中測量。特點:輻照度和輻亮度測量，傳感器式設計，低功耗，體積小，應用范圍廣， 精度高，空氣和水中校準，模塊化系統(tǒng)，最新的納米涂層技術(shù)；水體吸收/衰減測量儀，用于測量水體吸收系數(shù)和衰減系數(shù)，并對所測數(shù)據(jù)進行溫度、 鹽度校正，以及散射校正;本發(fā)明所述水體吸收/衰減測量儀采用AC-S水體光吸收-衰減測量儀，AC-S水體固有光學特性測量儀是由美國WET Labs公司生產(chǎn)的能同時測量水體衰減系數(shù)和吸收系數(shù)的高光譜儀器。該儀器提供4nm的光譜分辨率，400-720nm的光譜測量范圍。儀器采用雙路徑結(jié)合兩個氬氣填充的白熾燈泡，經(jīng)過一個旋轉(zhuǎn)掃描的線性可變?yōu)V波器來得到分散光譜。光經(jīng)過10CM或25CM的水體傳播后，分別由狹窄的孔徑接收器與大面積探測器來接收得到衰減系數(shù)和吸收系數(shù)。
[0018]水體后向散射測量儀，用于測量后向散射系數(shù)，并將儀器獲取的信號值轉(zhuǎn)化為具有光學意義的參數(shù)值，進而計算水體顆粒物的后向散射系數(shù)和總后向散射系數(shù);進而優(yōu)化生物光學模型參數(shù)，以準確模擬水面遙感反射率;HydroScat-6 (以下簡稱HS-6)是世界上第一款商業(yè)化的多光譜后向散射儀，能同時測量后向散射和熒光，是迄今為止唯一一款能提供6個波長后向散射的儀器。HS-6在推向市場的10余年間，一直以其穩(wěn)健卓越的性能和高靈敏度、高可靠性享譽業(yè)界。HS-6設備齊全，自身帶有完整的嵌入式控制器，數(shù)據(jù)儲存單元及充電電池。由美國HOBI Labs公司自主研發(fā)的基于windows平臺的軟件-HydroSoft功能十分強大，可用于儀器的標定、測量數(shù)據(jù)的校正，確保測量的準確性。
[0019]紫外可見分光光度計，用于測量水體組分的吸收光學特性，包括懸浮顆粒物吸光度、非藻類懸浮顆粒物吸光度、有色可溶性有機物吸光度以及葉綠素吸光度，并對原始數(shù)據(jù)進行校正處理；利用著名的QAA模型，進行光學閉合檢驗，優(yōu)化參數(shù)，輸出更加準確的參數(shù)值，并最終模擬輸出水面遙感反射率。紫外可見分光光度計是一種歷史悠久、覆蓋面很廣、 使用很多的分析儀器，在有機化學、生物化學、藥品分析、食品檢驗、醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)境保護、生命科學等各個領(lǐng)域的科研、生產(chǎn)工作中都得到了極其廣泛的應用。
[0020]北京普析通用儀器有限責任公司作為分析儀器的專業(yè)制造企業(yè)，多年的紫外分光光度計設計和制造經(jīng)驗在TU1901系列上得到了更充分地體現(xiàn)。TU-1901、TU-1900紫外可見分光光度計系列產(chǎn)品以其出色的技術(shù)指標和穩(wěn)定可靠的工作特性，友好直觀的顯示界面， 流暢的人機對話操作，成功實現(xiàn)了超高精度和可靠性測量的嚴格要求，能極大地滿足最專業(yè)用戶分析工作需要。綜上所述，本發(fā)明集多功能的各儀器設備檢測于一體，一臺儀器能檢測多種參數(shù)，應用方便，二是方便測量信號的統(tǒng)一引出處理，三是提高了水質(zhì)的分析精度，另外也大大提高了的性價比；有效的避免因各儀器設備數(shù)據(jù)的處理相互獨立，難以實現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的相互校核與關(guān)聯(lián)，數(shù)據(jù)處理的效率低且易出錯，無法滿足大量實測光學數(shù)據(jù)的處理問題。
[0021]本發(fā)明還設有時鐘模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊，通過數(shù)據(jù)存儲模塊實時存儲微控制器模塊發(fā)送檢測指令并處理水質(zhì)的各項檢測參數(shù)，通過時鐘模塊實時記錄存儲時間，有效地避免因儀器故障帶來的數(shù)據(jù)丟失。
[0022]本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學術(shù)語)具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語應該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。 [〇〇23]以上實施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎上所做的任何改動，均落入本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。上面對本發(fā)明的實施方式作了詳細說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以再不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。
【主權(quán)項】
1.一種基于射頻識別的光學特性水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:包含數(shù)據(jù)采集終端以及 與其連接的數(shù)據(jù)監(jiān)控終端，所述數(shù)據(jù)采集終端包含光譜輻射儀、水下光譜儀、水體吸收/衰 減測量儀、水體后向散射測量儀、紫外可見分光光度計、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、放大電路、控制器模 塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、電源模塊，所述光譜輻射儀、水下光譜儀、水體吸收/衰減測量儀、水體后 向散射測量儀、紫外可見分光光度計分別依次通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、放大電路連接控制器模 塊，所述數(shù)據(jù)傳輸模塊、電源模塊分別連接在控制器模塊相應端口上;所述數(shù)據(jù)監(jiān)控終端包 含存儲器模塊、顯示模塊、時鐘模塊、處理器模塊、射頻識別模塊，所述存儲器模塊、顯示模 塊、時鐘模塊、第二數(shù)據(jù)傳輸模塊分別與處理器模塊連接；所述射頻識別模塊包括一整流穩(wěn)壓電路，所述整流穩(wěn)壓電路包含耦合電路、限幅檢測 電路、限幅泄流電路、穩(wěn)壓電路;所述耦合電路、限幅檢測電路、限幅泄流電路依次連接，所 述穩(wěn)壓電路分別與限幅泄流電路、穩(wěn)壓電路連接，所述耦合電路用于將輸入信號耦合到射 頻識別模塊上;所述限幅檢測電路用于檢測整流后的電壓幅度;所述限幅泄流電路用于泄 放多余的電流;所述穩(wěn)壓電路用于進行穩(wěn)壓處理進而輸出穩(wěn)定的電源電壓。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于射頻識別的光學特性水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所 述光譜福射儀采用HydroRad高光譜福射儀。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于射頻識別的光學特性水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所 述水下光譜儀采用RAMSES-ARC水下光譜儀。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于射頻識別的光學特性水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所 述水體吸收/衰減測量儀采用AC-S水體光吸收-衰減測量儀。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于射頻識別的光學特性水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所 述水體后向散射測量儀采用HydroScat-6P水體后向散射測量儀。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于射頻識別的光學特性水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所 述紫外可見分光光度計采用1901系列紫外可見分光光度計。
【文檔編號】G01N21/31GK105954204SQ201610272583
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月28日
【發(fā)明人】胡曉榮, 俞娟, 胡瑜
【申請人】無錫昊瑜節(jié)能環(huán)保設備有限公司