一种基于红外摄像的水体浊度测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术属于水体浊度测量技术领域，公开了一种基于红外摄像的水体浊度测量装置，计算机通过USB与两个红外摄像头连接，红外摄像头上安装有黑色PVC管，黑色PVC管嵌入样品槽中，红外光源安装在一个红外摄像头的对侧，摄像头、PVC管和红外光源在同一平面。红外摄像头为两个，分别在红外光源的对面180°和垂直90°。红外摄像头通过USB供电和连接到上位机。本实用新型专利技术对于具体水样的测量，和商用浊度计的结果具有一致性，验证了该方法的可行性，能够精确测量0‑1000NTU的水体浊度。和商用浊度计对比标准溶液的测量，本实用新型专利技术具有更高的准确性。可以取代传统的光学浑浊度测量方法，简化浑浊度仪的设计。

【技术实现步骤摘要】
一种基于红外摄像的水体浊度测量装置
本技术属于水体浊度测量
，尤其涉及一种基于红外摄像的水体浊度测量装置。
技术介绍
目前，最接近的现有技术：一种基于水下观测网的水体浊度检测装置进行水体浊度检测的方法，利用计算机对彩色CCD摄像机拍摄的图像进行图像增强处理，先进行中值滤波降噪以去除脉冲噪声，再进行平均降噪以去除随机噪声，计算上述处理后图像的RGB值；以浊液浊度值为横坐标，图像的B值与G值的差值为纵坐标，根据图像拟合曲线，得出浊度和图像B-G值的关系式。由于颜色的影响，特别是带有颜色的实际水样的测量，浊度和RGB值之间的关系复杂，没有确定的对应关系。而普通水样的图片接近灰度图片，所以B和G值比较接近，B和G之间的差值很小，除非因为摄像头的原因使图像偏蓝，所以该方法测量浊度时，受水体颜色影响较大，测量精读很低。文献中比较接近的技术是利用高清相机拍摄塑料瓶装水样图片，并应用图像处理技术对不同浊度的水样进行表征。该技术误差大，类似比浊法的技术，该技术在测量过程中不仅瓶装水样被拍摄，瓶身周边环境也被拍摄。同时光源对图片特征影响较大，不适合用于定量测量。浊度就是水的混浊程度，表现为水中悬浮物对光线透过时所发生的阻碍程度。水中含有泥土、粉尘、微细有机物、浮游动物和其他微生物等悬浮物和胶体物都可使水呈现浊度。水体浊度是水中不同大小、比重、形状的悬浮物、胶体物质以及微生物杂质对光线透过时产生的阻碍程度。浊度的大小不仅与水体中的颗粒物有关，而且与其颗粒大小、形状和表面积有关。液体浊度测量在供水、酿酒、制药、环境保护及卫生防疫等诸多行业和部门有着广泛的用途。在水质监测方面，浊度是一个重要的表征水质的参数，也是评价出厂水水质的重要参数之一。浊度的测量在工业用水和日常生活饮用水的浊度控制方面有着重要的作用和意义。目前水的浊度的测量方法都是基于光学方法，包括目视比浊法、透射光法、散射光法和积分球法(散射+透射法)，目视比浊法准确性较差，只适合粗略判断水体浊度。透射光法、散射光法的不同主要是光电探测器相对于入射光的角度不同和光电探测器的数量不同。探测器的角度对浊度的测量范围、测量的灵敏度都有很大的影响。现有技术一基于透射光法的浊度测量原理，采用透射光测定浊度，从光源发出的平行光束射入试样，试样中的浊质成分使光强度衰减，探测器检测衰减后的光强。探测器的衰减检测角相对于入射光是180°，测量的是入射光被散射和吸收后的光强，但是这个角度测量容易受到颜色干扰。光强度衰减程度与试样的浊度关系符合比尔-朗伯定律，用下式表示。IT＝I0e-kdl式中：IT：透射光强度，I0：入射光强度，k：比例常数，d：浊度，l：透过深度。现有技术二基于散射光法的浊度测量原理，使用散射光法测定浊度，是当光源发出的光束通过溶液时，一部分光被吸收和散射，另一部分透过溶液。浊度仪通常检测90°的散射光。散射法对不同大小的微粒都有很好的灵敏度，当微粒的直径小于入射光波长时，与入射光成90°方向的散射光强度IS与试样中微粒的浓度n之间的关系符合瑞利公式，如公式(2)：IS＝I0kNV2/λ4式中：IS：散射光强度，I0：入射光强度，k：比例常数，N：单位容积的微粒数，V：微粒的体积，λ：入射光波长。从公式可以看出，理论上散射光强度与悬浮颗粒浓度完全呈正相关的，但在实际测量中，情况是不同的。在低悬浮颗粒浓度浊度测量时，由于悬浮颗粒数量较少，颗粒之间对散射光的干扰非常有限，散射光强度与悬浮颗粒浓度基本是线性关系，浊度测量在这个范围内可以做到定量分析，这个线性关系在0～100NTU浊度范围内表现最好。对于较高浓度悬浮颗粒(大于100NTU)的样品，光在颗粒间会发生多次散射，散射光强度与悬浮颗粒浓度之间线性关系受到干扰。浊度计生产厂家设计的采用散射光法的浊度计是按照线性关系定标的，因此散射光浊度仪只适合测量较低的浊度，而透射光浊度仪可以测量较高的浊度。现有技术三基于透射散射比法的测量原理，另外还有一种改进的浊度测量方法，被称为积分球式浊度测量方法，通过对散射光强度与浊度的相关曲线进行修正。其原理是对透射光和90°的散射光进行比对检测，同时使用两个探测器测定液体的浊度。一个主探测器和入射光呈90°角，用于测量散射光的强度，另一个探测器和入射光呈180°，测量透射光的强度。由于透射光和散射光测定时光程相同，水样色度和光源变化对浊度的影响相同，该方法可以去除部分干扰，提高灵敏度。但散射光和透射光强度之比也不是严格的线性关系，只是在一定的浊度范围内有近似的线性关系。综上所述，现有的浊度测量方法都是基于光电检测方法，需要设计光学通路，光电检测电路、信号放大和处理电路、模数转换电路等。结构比较复杂，只有专业公司才能设计和生产。综上所述，现有技术存在的问题是：(1)现有技术一探测器的衰减检测角相对于入射光是180°，测量的是入射光被散射和吸收后的光强，但在测量低浊度水样时，由于大部分的光都直接透射了，微小的浊度变化引起的透射光变化是相当小的。变化率很小对光电接收和放大器件的分辨力和稳定性要求非常高，所以透射光方法不适合测量低浊度，而水样中浓度较高的杂质和微粒能使透射光信号衰减更加明显，其适用于测量高浊度水样。而且测量容易受到颜色干扰，导致水样对不同光吸收不同，出现较大的测量误差。(2)现有技术二在散射光式浊度测量法中，当液体的浊度超过一定界限时(大于100NTU)，会发生多次散射现象，使散射光强度迅速下降，这时散射光强度已不能正确反映液体试样的浊度值，散射光强度与悬浮颗粒浓度之间线性关系受到干扰，因此散射光式浊度测量法主要用于低、中浊度液体。(3)现有技术三散射光和透射光之比并非是严格的线性关系，这是由于光线在被水中微粒多次散射造成，只是在一定的浊度范围内有近似线性的关系，浊度的测量范围从而有一定的局限性。(4)现有的浊度测量方法都是基于光电检测设备结构比较复杂，只有专业公司才能设计和生产。解决上述技术问题的难度：透射光方法在测量低浊度样品时，溶液折射率小，光强的衰减信号极小。如果想要确定这极小部分的衰减信号，需要更加精密的光电检测系统，生产成本就会呈指数上升。散射光方法测量高浊度样品时，始终受到光的多次散射影响，比较好的方法就是使用透射光校正曲线。但是透射散射比方法只在一定范围内有近似线性的关系，测量范围必然受到影响。光电检测只能测量光强，很难辨别溶液颜色。解决上述技术问题的意义：本技术使用红外摄像技术分析浊度溶液图像，红外摄像的成像结果是灰度图像，避免了水体色度的干扰，应用图像颜色分量提取技术和颜色空间转换技术，对比了多个颜色分量和浊度的关系，特别是水体亮度L和浊度的关系对应性很高，彻底去除了色度的影响，借助于曲线拟合技术和计算机的计算能力，可以解决浊度和颜色分量在非线性关系下的精确测量。因此采用本技术可以对全量程的浊度样品保持很好灵敏度，提升浊度测量的准确性，增大测量的范围，提高测量的速度，简化测量设备，降低仪器的生产成本。
技术实现思路
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【技术保护点】
1.一种基于红外摄像的水体浊度测量装置，其特征在于，所述基于红外摄像的水体浊度测量装置设置有：/n计算机；/n计算机通过USB与两个红外摄像头连接，红外摄像头上安装有黑色PVC管，黑色PVC管嵌入样品槽中，红外光源安装在一个红外摄像头的对侧，摄像头、PVC管和红外光源在同一平面。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于红外摄像的水体浊度测量装置，其特征在于，所述基于红外摄像的水体浊度测量装置设置有：
计算机；
计算机通过USB与两个红外摄像头连接，红外摄像头上安装有黑色PVC管，黑色PVC管嵌入样品槽中，红外光源安装在一个红外摄像头的对侧，摄像头、PVC管和红外光源在同一平面。...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘升，朱远洋，曹萍萍，赵文竹，葛方振，肖建于，宋万干，
申请(专利权)人：淮北师范大学，
类型：新型
国别省市：安徽;34