水體中總有機碳的測量方法及裝置的製作方法
2023-05-24 21:38:51 1
專利名稱：水體中總有機碳的測量方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及測量技術領域，尤其涉及一種水體中總有機碳的測量方法及裝置。
背景技術：
目前，水體(例如海洋、湖泊或江河)中的總有機碳(Total OrganicCarbon,以下 簡稱為T0C)是水體有機汙染物的綜合指標，是海洋環境監測最重要的項目之一，因為TOC 是以碳的含量表示水體中有機物質總量的綜合指標，因此TOC更能直接合理的表示水體中 被有機物汙染的程度。現有技術中，水體中TOC的測量技術通常是在實驗室平臺上進行，具 體為假定水體中的TOC對應的信號是平穩或時不變的，然後，根據檢測到的信號計算水體 中TOC的含量。由上可知，由於水體有機物的結構和濃度受時空影響大，多數處於相互關聯、相互 影響的狀態，而現有技術中TOC的測量方法假定水體中的TOC對應的信號是平穩的或時不 變的，測量的結果的準確性和代表性將受到質疑。因此，現有技術中TOC的測量方法的可靠
性較差。
發明內容
本發明提供一種水體中總有機碳的測量方法及裝置，用以解決現有技術中水體中 總有機碳的測量方法可靠性較差的缺陷，實現提高水體中總有機碳的測量方法的可靠性。本發明提供一種水體中總有機碳的測量方法，包括對實驗池中的水體進行檢測，以獲得所述水體中的有機碳對應的電壓信號；對所述電壓信號進行積分處理，以得到所述電壓信號對應的面積值；根據所述面積值和預設的濃度公式，計算所述水體中的總有機碳的濃度，其中，所 述預設的濃度公式為所述濃度與所述面積值之間的線性關係公式。本發明還提供一種水體中總有機碳的測量裝置，包括檢測模塊，用於對實驗池中的水體進行檢測，以獲得所述水體中的有機碳對應的 電壓信號；積分處理模塊，用於對所述電壓信號進行積分處理，以得到所述電壓信號對應的 面積值；計算模塊，用於根據所述面積值和預設的濃度公式，計算所述水體中的總有機碳 的濃度，其中，所述預設的濃度公式為所述濃度與所述面積值之間的線性關係公式。本發明提供的水體中總有機碳的測量方法及裝置，通過對實驗池中水體中進行檢 測，以獲得不同時刻水體中的有機碳對應的電壓信號；然後，將電壓信號進行積分以得到電 壓信號對應的面積值；最後，將面積值帶入濃度公式便可以準確可靠的獲得水體中總有機 碳的濃度。由於檢測到的電壓信號無需假定為平穩的或時不變的，從而可以實時準確的檢 測出水體中總有機碳的濃度，提高了水體中總有機碳的測量方法的可靠性。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發 明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以 根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發明水體中總有機碳的測量方法實施例一的流程圖；圖2為本發明水體中總有機碳的測量方法實施例二的流程圖；圖3為本發明水體中總有機碳的測量方法實施例二中步驟1的流程圖；圖4為本發明水體中總有機碳的測量方法實施例二中步驟3的流程圖；圖5為本發明水體中總有機碳的測量裝置實施例結構示意圖。
具體實施例方式為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例 中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是 本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員 在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。圖1為本發明水體中總有機碳的測量方法實施例一的流程圖。如圖1所示，本實 施例水體中總有機碳的測量方法，包括步驟1、對實驗池中的水體進行檢測，以獲得水體中的有機碳對應的電壓信號。具 體的，通過對實驗池中的水體進行檢測，可以獲得不同時刻水體中的有機碳對應的電壓信 號，從而無需假設水體中的有機碳對應的電壓信號是穩定的或時不變的，從而能夠準確的 獲得有機碳對應的電壓信號。步驟2、對電壓信號進行積分處理，以得到電壓信號對應的面積值。具體的，通過步 驟1可以獲得不同時刻的有機碳對應的電壓信號與時間所形成的二維曲線，通過步驟2對 電壓信號進行積分處理，可以獲得電壓信號與時間長度形成的面積的大小，即獲得電壓信 號對應的面積值。步驟3、根據面積值和預設的濃度公式，計算水體中的總有機碳的濃度，其中，預設 的濃度公式為濃度與面積值之間的線性關係公式。具體的，水體中的總有機碳的濃度與電 壓信號對應的面積值呈線性關係，可以通過步驟3將步驟2中獲得的面積值帶入到預設的 濃度公式中，以準確計算得到水體中的總有機碳的濃度。本實施例水體中總有機碳的測量方法，通過對實驗池中水體中進行檢測，以獲得 不同時刻水體中的有機碳對應的電壓信號；然後，將電壓信號進行積分以得到電壓信號對 應的面積值；最後，將面積值帶入濃度公式便可以準確可靠的獲得水體中總有機碳的濃度。 由於檢測到的電壓信號無需假定為平穩的或時不變的，從而可以實時準確的檢測出水體中 總有機碳的濃度，提高了本實施例水體中總有機碳的測量方法的可靠性。圖2為本發明水體中總有機碳的測量方法實施例二的流程圖。如圖2所示，本實 施例水體中總有機碳的測量方法，基於上述水體中總有機碳的測量方法實施例一，包括有 步驟1-步驟3，其區別在於在步驟1之前還包括步驟1』、向實驗池中注入臭氧，以使臭氧與水體中的有機碳反應發光。具體的，為了方便的獲得水體中的有機碳所對應的電壓信號，本實施例中的步驟1 』將臭氧注入到實驗 池中的水體中，臭氧將與有機碳發生反應而發光，水體中總有機碳的濃度越大光的強度就 越強。步驟1具體為對實驗池中的水體發出的光進行檢測，並將光轉換為電壓信號。具 體的，通過步驟1』使實驗池中的水體發出的光，步驟1將檢測實驗池的水體發出的光的強 度，並將檢測到的光對應轉換為電壓信號，從而可以方便的獲得水體中的有機碳所對應的 電壓信號。進一步的，在步驟2對電壓信號進行積分處理，以得到電壓信號對應的面積值之 前,還包括步驟2』、對電壓信號進行除噪處理。具體的，由於在對實驗池的水體進行檢測以獲 得電壓信號的過程中，檢測到過程會受到外界多種因素的影響，從而需要對檢測到的電壓 信號進行除噪處理，例如，可以通過一維小波變換對電壓信號進行處理，以有效的對電壓信 號進行除噪處理。本實施例水體中總有機碳的測量方法，通過將臭氧注入到水體中以使臭氧與有機 碳反應發光，可以方便的通過檢測實驗池中發出的光的強度，並將光轉化為電壓信號，從而 可以方便的獲得水體中有機碳對應的電壓信號。另外，通過對獲得的電壓信號進行除噪處 理，可以有效的削弱外界因素對檢測到的電壓信號造成的影響，使電壓信號更加準確，更有 利於提高本實施例水體中總有機碳的測量方法的可靠性。基於上述技術方案，可選的，如圖3所示，本實施例中的步驟1包括如下具體步 驟步驟11、判斷電壓信號是否穩定。具體的，通過步驟11對檢測到的電壓信號進行 判斷，確定電壓信號是否處於穩定狀態。例如可以計算連續的多個電壓信號的相對標準偏 差；若相對標準偏差小於預設的標準偏差，則確定電壓信號處於穩定狀態。在一段時間範圍 內，可以檢測到不同時刻對應的電壓信號，然後計算出連續的多個電壓信號的相對標準偏 差，將計算出的相對標準偏差與預設的標準差進行比較，若相對標準偏差小於預設的標準 偏差，則可以確定檢測到的電壓信號處於穩定狀態。步驟12、若電壓信號處於穩定狀態，在不向實驗池中繼續注入水體的情況下，檢測 水體中的有機碳對應的第一電壓信號，直至第一電壓信號與處於穩定狀態的電壓信號的平 均值之比小於預設閥值。具體的，當判斷出電壓信號處於穩定狀態後，則停止向實驗池中繼 續注入水體，並同時開始檢測記錄水體中的有機碳對應的第一電壓信號。由於實驗池中持 續注入臭氧，水體中的有機碳的含量逐漸降低，實驗池的水體發出的光的強度也逐漸變弱， 從而導致檢測到的第一電壓信號的電壓值將逐漸降低。當第一電壓信號與處於穩定狀態的 電壓信號的平均值之比小於預設閥值時，所檢測到的所有電壓值即為第一電壓信號。步驟13、在第一電壓信號的電壓值與處於穩定狀態的電壓信號的平均值之比小於 預設閥值後，在向實驗池中繼續注入水體的情況下，檢測水體中的有機碳對應的第二電壓 信號，直至檢測到第二電壓信號出現最高值，其中，最高值為檢測到的第二電壓信號第一次 出現前一時刻的電壓值大於後一時刻的電壓值時所取得前一時刻的電壓值的大小。具體 的，當第一電壓信號的電壓值與處於穩定狀態的電壓信號的平均值之比小於預設閥值後， 實驗池中將重新繼續注入水體，並同時開始檢測記錄水體中的有機碳對應的第二電壓信號。由於實驗池中注入了新的水體，使實驗池中的有機碳的含量增多，實驗池的水體發出的 光的強度也逐漸變強，從而導致檢測到的第二電壓信號的電壓值將逐漸增大。在檢測第二 電壓信號的過程中，當第一次出現檢測到的前一時刻的電壓值大於後一時刻的電壓值時， 將該前一時刻的電壓值作為最高值，所檢測到的所有電壓值即為第二電壓信號。而本實施例中的步驟2具體為對第一電壓信號和第二電壓信號進行積分處理。 具體的，步驟2中獲得的面積值包括兩部分，即第一電壓信號對應的面積值和第二電壓信 號對應的面積值之和。本實施例水體中總有機碳的測量方法，通過在判斷得到電壓信號處於穩定狀態 後，再檢測不同時間段內水體中的有機碳對應的電壓信號，可以更加準確有效的獲得電壓 信號對應的面積值，從而可以更加準確的得到水體中總有機碳的濃度，更有利於提高本實 施例水體中總有機碳的測量方法的可靠性。基於上述技術方案，可選的，本實施例步驟1具體為根據預設的採樣頻率對實驗 池中的水體進行檢測，其中，採樣頻率為連續的多個電壓信號的相對標準偏差最小時的頻率值。具體而言，在對實驗池中的水體進行檢測的過程中，可以根據預設的採樣頻率進 行檢測，其中，該採用頻率為當檢測到的電壓信號的相對標準偏差的數值為最小值時所對 應的頻率值。通過採用預設的採樣頻率對實驗池中的有機物對應的電壓信號進行檢測，可 以更加準確的獲得有機碳對應的電壓信號；並且由於採用預設的採樣頻率進行檢測，可以 更加準確容易的計算出電壓信號對應的面積值。進一步的，本實施例水體中總有機碳的測量方法既可以連續的檢測實驗池中總有 機碳的濃度，還可以採用間斷模式檢測實驗池中總有機碳的濃度。採用間斷模式時，步驟1 將根據預設的採樣頻率對實驗池中的水體進行檢測，具體的，上述步驟12和步驟13可以採 用如下方法獲得根據預設的採樣頻率對實驗池中的水體進行間隔檢測，以獲得多個電壓 信號，其中，電壓信號的個數為預設檢測次數。具體的，可以事先設定好間隔檢測所要檢測 到次數，然後根據預設的採樣頻率間隔檢測出不同時間段內對應的電壓信號。本實施例中 的步驟2具體為對各個電壓信號進行積分處理，以得到各個電壓信號對應的面積值。具體 的，對每個時間段內的電壓信號進行積分處理，從而可以獲得各個電壓信號在各自所在的 時間段內對應的面積值。又進一步的，本實施例中的步驟3可以具體為步驟31、去除面積值中的最大面積值和最小面積值；步驟32、對剩餘的面積值求平均值，以得到平均面積值；步驟33、根據平均面積值和預設的濃度公式，計算水體中的總有機碳的濃度。具 體的，通過步驟2獲得各個電壓信號對應的面積值後，將最大面積值和最小面積值去除；然 後，可以計算剩餘面積值之和，以求得上述面積值的平均面積值；最後，將平均面積值帶入 到濃度公式，便可以計算出水體中的總有機碳的濃度。更進一步的，在本實施例中的預設的濃度公式可以採用事先設定好的公式，也可 以在初次檢測電壓信號的過程中進行現場設定。具體而言，為了事先設定預設的濃度公式， 本實施例水體中總有機碳的測量方法在步驟33之前，還包括步驟33』、設定預設的濃度公式，具體為根據平均面積值和預設的濃度值，獲得
7預設的濃度值與平均面積值之間的線性關係，以得到預設的濃度公式。具體的，可以通過計 算獲得的平均面積值與預設的濃度值相匹配，使平均面積值與預設的濃度值一一對應，從 而可以方便的獲得預設的濃度值與平均面積值之間的線性關係。例如可以檢測兩次平均 面積值，兩次平均面積值將分別對應不同的預設的濃度值，然後，根據兩組平均面積值和預 設的濃度值，計算出預設的濃度公式。本實施例水體中總有機碳的測量方法，通過採用預設的採樣頻率對實驗池中的水 體進行檢測，可以更加準確的獲得有機碳對應的電壓信號；並且由於採用預設的採樣頻率 進行檢測，可以更加準確容易的計算出電壓信號對應的面積值。通過設定預設的濃度公式， 可以方便的根據實際需要設定濃度公式，從而使計算得到的總有機碳的濃度值更加準確， 更有利於提高本實施例水體中總有機碳的測量方法的可靠性。本領域普通技術人員可以理解實現上述方法實施例的全部或部分步驟可以通過 程序指令相關的硬體來完成，前述的程序可以存儲於一計算機可讀取存儲介質中，該程序 在執行時，執行包括上述方法實施例的步驟；而前述的存儲介質包括R0M、RAM、磁碟或者 光碟等各種可以存儲程序代碼的介質。圖5為本發明水體中總有機碳的測量裝置實施例結構示意圖。如圖5所示，本實 施例水體中總有機碳的測量裝置，包括檢測模塊10、積分處理模塊20和計算模塊30。檢測模塊10用於對實驗池中的水體進行檢測，以獲得水體中的有機碳對應的電
壓信號。積分處理模塊20用於對電壓信號進行積分處理，以得到電壓信號對應的面積值。計算模塊30用於根據面積值和預設的濃度公式，計算水體中的總有機碳的濃度， 其中，濃度公式為濃度與面積值之間的線性關係公式。具體而言，本實施例中的檢測模塊10、積分處理模塊20和計算模塊30具體工作過 程可以參見本發明水體中總有機碳的測量方法實施例的記載，在此不再贅述。本實施例水體中總有機碳的測量裝置，通過對實驗池中水體中進行檢測，以獲得 不同時刻水體中的有機碳對應的電壓信號；然後，將電壓信號進行積分以得到電壓信號對 應的面積值；最後，將面積值帶入濃度公式便可以準確可靠的獲得水體中總有機碳的濃度。 由於檢測到的電壓信號無需假定為平穩的或時不變的，從而可以實時準確的檢測出水體中 總有機碳的濃度，提高了本實施例水體中總有機碳的測量方法的可靠性。最後應說明的是以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡 管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解其依然 可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替 換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精 神和範圍。
權利要求
一種水體中總有機碳的測量方法，其特徵在於，包括對實驗池中的水體進行檢測，以獲得所述水體中的有機碳對應的電壓信號；對所述電壓信號進行積分處理，以得到所述電壓信號對應的面積值；根據所述面積值和預設的濃度公式，計算所述水體中的總有機碳的濃度，其中，所述預設的濃度公式為所述濃度與所述面積值之間的線性關係公式。
2.根據權利要求1所述的水體中總有機碳的測量方法，其特徵在於，在所述對實驗池 中的水體進行檢測之前，還包括向所述實驗池中注入臭氧，以使所述臭氧與所述水體中的有機碳反應發光；所述對實驗池中的水體進行檢測，具體為對所述實驗池中的水體發出的光進行檢測， 並將所述光轉換為所述電壓信號。
3.根據權利要求2所述的水體中總有機碳的測量方法，其特徵在於，在所述對所述電 壓信號進行積分處理，以得到所述電壓信號對應的面積值之前，還包括對所述電壓信號進 行除噪處理。
4.根據權利要求1-3任一所述的水體中總有機碳的測量方法，其特徵在於，所述對實 驗池中的水體進行檢測具體為判斷所述電壓信號是否穩定；若所述電壓信號處於穩定狀態，在不向所述實驗池中繼續注入水體的情況下，檢測所 述水體中的有機碳對應的第一電壓信號，直至所述第一電壓信號與處於穩定狀態的電壓信 號的平均值之比小於預設閥值；在所述第一電壓信號的電壓值與處於穩定狀態的電壓信號的平均值之比小於預設閥 值後，在向所述實驗池中繼續注入水體的情況下，檢測所述水體中的有機碳對應的第二電 壓信號，直至檢測到所述第二電壓信號出現最高值，其中，所述最高值為檢測到的所述第二 電壓信號第一次出現前一時刻的電壓值大於後一時刻的電壓值時所取得前一時刻的電壓 值的大小；所述對所述電壓信號進行積分處理，具體為對所述第一電壓信號和所述第二電壓信 號進行積分處理。
5.根據權利要求4所述的水體中總有機碳的測量方法，其特徵在於，所述判斷所述電 壓信號是否穩定具體為計算連續的多個所述電壓信號的相對標準偏差；若所述相對標準偏差小於預設的標準偏差，則確定所述電壓信號處於穩定狀態。
6.根據權利要求1-3任一所述的水體中總有機碳的測量方法，其特徵在於，所述對實 驗池中的水體進行檢測，具體為根據預設的採樣頻率對所述實驗池中的水體進行檢測，其中，所述採樣頻率為連續的 多個所述電壓信號的相對標準偏差最小時的頻率值。
7.根據權利要求6所述的水體中總有機碳的測量方法，其特徵在於，所述根據預設的 採樣頻率對所述實驗池中的水體進行檢測，具體為根據預設的採樣頻率對所述實驗池中的水體進行間隔檢測，以獲得多個所述電壓信 號，其中，所述電壓信號的個數為預設檢測次數；對所述電壓信號進行積分處理，具體為對各個所述電壓信號進行積分處理，以得到各個所述電壓信號對應的面積值。
8.根據權利要求7所述的水體中總有機碳的測量方法，其特徵在於，所述根據所述面 積值和預設的濃度公式，計算所述水體中的總有機碳的濃度，具體為去除所述面積值中的最大面積值和最小面積值； 對剩餘的所述面積值求平均值，以得到平均面積值；根據所述平均面積值和預設的濃度公式，計算所述水體中的總有機碳的濃度。
9.根據權利要求8所述的水體中總有機碳的測量方法，其特徵在於，在所述根據所述 平均面積值和預設的濃度公式之前，還包括設定預設的濃度公式，具體為根據所述平均 面積值和預設的濃度值，獲得所述預設的濃度值與所述平均面積值之間的線性關係，以得 到預設的濃度公式。
10. 一種水體中總有機碳的測量裝置，其特徵在於，包括檢測模塊，用於對實驗池中的水體進行檢測，以獲得所述水體中的有機碳對應的電壓信號；積分處理模塊，用於對所述電壓信號進行積分處理，以得到所述電壓信號對應的面積值；計算模塊，用於根據所述面積值和預設的濃度公式，計算所述水體中的總有機碳的濃 度，其中，所述預設的濃度公式為所述濃度與所述面積值之間的線性關係公式。
全文摘要
本發明提供一種水體中總有機碳的測量方法及裝置。水體中總有機碳的測量方法，包括對實驗池中的水體進行檢測，以獲得水體中的有機碳對應的電壓信號；對電壓信號進行積分處理，以得到電壓信號對應的面積值；根據面積值和預設的濃度公式，計算水體中的總有機碳的濃度，其中，預設的濃度公式為濃度與面積值之間的線性關係公式。通過對實驗池中水體中進行檢測，以獲得不同時刻水體中的有機碳對應的電壓信號；然後，將電壓信號進行積分以得到電壓信號對應的面積值；最後，將面積值帶入濃度公式便可以準確可靠的獲得水體中總有機碳的濃度。由於檢測到的電壓信號無需假定為平穩的或時不變的，提高了水體中總有機碳的測量方法的可靠性。
文檔編號G01N27/60GK101915723SQ201010237328
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月21日 優先權日2010年7月21日
發明者任國興, 侯廣利, 劉東彥, 劉巖, 孫繼昌, 尤小華, 張虹斌, 張穎, 張穎穎, 曹煊, 湯永佐, 王洪亮, 石小梅, 程巖, 馬然, 高楊 申請人:山東省科學院海洋儀器儀表研究所