CN111929294A - 一种通过图像视觉来检测水质的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种通过图像视觉来检测水质的系统及方法，系统包括摄像机、多位阀、高压阀、三通阀、液体计量模块、微电脑控制器、滴定皿、滴定管、温度传感器、蠕动泵、加热皿等。多位阀的多个支流道分别连接空气管道、蒸馏水管道、水样管道、标定管道、质控样管道、以及各种水质检测所需的试剂管道。本发明将水质检测每个测试过程的用视频全程记录，并且通过视觉算法识别测试过程，判断加热皿及滴定皿中液体的化学反应是否完成；同时识别指示剂滴定管和还原剂滴定管的上刻度变化数值，得出指示剂和还原剂的使用量；根据测试规范自动计算出定水中包含的COD、氨氮、高锰酸盐数值等。本发明完全做到人工在实验室中使用滴定法测试的准确度。
Description
技术领域
本发明涉及水质在线监测技术领域，具体涉及一种通过图像视觉来检测水质的系统及方法。
背景技术
在工业废水排放与净化处理过程中，为了采取有效处理方法、控制污染物排放浓度，广泛采用各种pH、COD、电导率、氨氮、重金属离子等在线检测仪器。这些仪器的使用有效地反映了被测水质浓度情况。但由于各种工业废水中污染物种类繁多、浓度差异大、腐蚀性强、干扰大、系统复杂难维护等问题，导致市面上很多昂贵的检测仪器使用寿命短、检测结果不可靠。真正采用取信数据时，最终的检测结果还需要人工复核一遍，通俗讲就是把被测样送到实验室由专业的测试人员重新测试一遍，这样的测试又费力又费时。
水质在线监测领域太需要一种革命性的测试技术出现，本发明就是顺应时代的要求因应而生的。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供一种通过图像视觉来检测水质的系统及方法，能够进行连续、快速及准确的在线水质检测。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种通过图像视觉来检测水质的系统，包括多位阀、加热皿、滴定皿、指示剂滴定管、还原剂滴定管、摄像机；
所述多位阀包括中心输出流道和多路输入支流道，多路输入支流道分别连接空气管道、蒸馏水管道、水样管道、滴定皿，以及各种水质检测所需的试剂管道，中心输出流道连通加热皿的开口；
所述指示剂滴定管、还原剂滴定管和滴定皿的一侧分别设有第二摄像机、第三摄像机和第一摄像机，同时还设有记录全景运行的第四摄像机。四部摄像机用于记录测试过程中各测试单元试剂用量和测试液体的化学反应视频，并通过图像识别得到测试过程的各项信息。
进一步的，所述加热皿的上下两个开口分别连接上高压阀和下高压阀的一个接口，上高压阀的另一个接口连接所述空气管道，空气管道上设有第一进样泵；下高压阀的另一个接口与所述多位阀的中心输出流道连接，连接管道上设有光电传感器。
进一步的，所述指示剂滴定管入口连接指示剂容器，连接管道上设有第二进样泵，出口连通滴定皿；
所述还原剂滴定管入口连接还原剂容器，连接管道上设有第四进样泵，出口连通滴定皿，连通管道上设有第三进样泵。
进一步的，所述第一进样泵、第二进样泵、第三进样泵、第四进样泵为线性注射器或蠕动泵。
进一步的，所述加热皿包括器皿和加热电阻丝，加热电阻丝缠绕于器皿外壁；所述器皿的外壁设温度传感器。
进一步的，所述指示剂滴定管、还原剂滴定管的预设刻度出分别安装光电传感器，用于计量液位高度。
基于上述系统的水质检测方法，包括如下步骤：
步骤1：按照检测要求，依次将检测所需试剂、水样对应的输入支流道与下高压阀连通，第一进样泵依次将检测所需试剂和水样吸入加热皿中；通过加热电阻丝和温度传感器控制加热皿温度；光电传感器记录水样的流量；第四摄像机同步记录加热皿的化学反应过程。
步骤2：滴定皿进口通道和加热皿开口连通，第一进样泵将加热皿中混合液推入滴定皿内；
步骤3：关闭第一进样泵，开启第二进样泵将指示剂吸入指示剂管道，进入滴定皿；第二摄像机记录指示剂用量；
步骤4：关闭第一进样泵和第二进样泵，开启第四进样泵将还原剂加入还原剂滴定管，液位达到预设位置时，第四进样泵停止；开启第三进样泵将还原剂滴定管中的滴定液滴入滴定皿中；第三摄像机记录滴定液用量；
步骤5：第一摄像机通过识别滴定皿中混合液体化学反应的过程，液体的颜色的变化，比对标准颜色，完全达到标准值时，停止滴定，同时识别滴定管当前的刻度图像得出滴定液的使用量，系统根据测试规范计算出水样中污染物浓度。
进一步的，水质检测要求中的亚铁铵浓度标定过程、空白水标定过程及COD测量过程分别如下：
1)亚铁铵浓度的标定过程
1.1：多位阀连接的重铬酸钾试剂管道、蒸馏水管道、硫酸银试剂管道、空气管道对应的支流道依次与中心流道连通，第一进样泵配合上下高压阀依次通过光电传感器将重铬酸钾试剂、蒸馏水、硫酸银试剂、空气抽进加热皿；三种试剂在器皿内吹气混合后启动微型风扇冷却至室温；
1.2：加热皿开口与中心流道连通，中心流道与滴定皿进口对应的支流道连通，第一进样泵将器皿中混合液推入滴定皿内；
1.3：关闭第一进样泵，开启第二进样泵，第二进样泵将试亚铁灵吸入指示剂管道，进入滴定皿；第二摄像机记录指示剂用量；
1.4：关闭第一进样泵和第二进样泵，开启第四进样泵加入还原剂到还原剂滴定管，达到预设液位时关闭第四进样泵，开启第三进样泵将还原剂滴定管内的还原剂滴入到滴定皿；第一摄像机通过记录化学反应终点为色值的变化判定滴定为终点，第三摄像机记录硫酸亚铁铵试剂用量；系统通过硫酸亚铁铵试剂用量换算硫酸亚铁铵试剂的浓度；
1.5：排空滴定皿中的液体到废液桶，加入清洗水在排空到废液桶；
2)空白实验的标定过程：
2.1：通过多位阀和第一进样泵、上下高压阀、光电传感器将重铬酸钾试剂、蒸馏水、硫酸银试剂依次通入所述器皿内，通过多位阀和上下高压阀、第一进样泵向加热皿内吹气使三种液体混合，关闭上下高压阀及第一进样泵，将加热皿中的混合试剂加热到170-180度保持20分钟，之后启动微型风扇冷却至室温；
2.2：通过多位阀和上下高压阀配合第一进样泵将器皿中混合液转移到滴定皿中，加热皿中加入蒸馏水，吹气混合再转移到滴定皿中，再次冷却到室温；
2.3：开启第二进样泵向滴定皿中加入试亚铁灵指示剂；开启第四进样泵加入还原剂到还原剂滴定管，到预设液位时关闭第四进样泵，开启第三进样泵将还原剂滴定管内的还原剂滴入到滴定皿；第一摄像机通过记录化学反应终点为色值的变化判定滴定为终点，第二摄像机记录硫酸亚铁铵试剂用量；计算得出空白实验所消耗硫酸亚铁铵试剂用量；
2.4：排空滴定皿中的液体到废液桶，加入清洗水在排空到废液桶。
3)测试COD值过程：
3.1：通过多位阀和上下高压阀、光电传感器配合第一进样泵依次将重铬酸钾、待检测样品、硫酸银试剂加入到加热皿中，吹气使三种液体进行混合，关闭上下高压阀，将加热皿加热到170-180度保持20分钟，启动微型风扇冷却至室温，转移到滴定皿中；加热皿中加入蒸馏水，吹气混合再转移到滴定皿中，冷却到室温；
3.2：开启第二进样泵向滴定皿中加入试亚铁灵试剂，开启第四进样泵加入还原剂到还原剂滴定管，到预设液位时关闭第四进样泵，开启第三进样泵将还原剂滴定管内的还原剂滴入到滴定皿；第一摄像机通过记录化学反应终点为色值的变化判定滴定为终点，第二摄像机记录硫酸亚铁铵试剂用量；自动计算出样品实验所消耗硫酸亚铁铵试剂用量；
3.3：排空滴定皿中的液体到废液桶，加入清洗水在排空到废液桶。
4)计算COD值：COD(mg/L)＝C×(V0-V1)×8000÷V；
C为硫酸亚铁铵标准溶液的浓度，mol/L；V0为滴定空白时硫酸亚铁铵标准溶液用量，mL；V1为滴定水样时硫酸亚铁铵标准溶液用量，mL；V为水样的体积，mL；8000为1/4O2的摩尔质量以mg/L为单位的换算值。
有益效果：本发明通过摄像机实时采集加热皿和滴定皿中的化学反应视频和滴定管中还原剂的刻度变化视频，同步分析视频中测试液体的化学变化。
通过摄像机采集图像，进行视觉图像处理，并利用图像自适应模式识别测定测试过程中各种试剂反应后的参数值，并根据测试规范计算出水中的COD、氨氮、高锰酸盐指数值等，这是一种完全模拟人工在实验室方法测试水样的测试方式来测试。
最终测试过程的视频保存到数据库，每次测试全程都进行记录，可以随时调取查看。并可以通过以太网传输到远程服务器。
测试过程中，所有的液体物料的加载，通过软硬件及机械结合，实现全程自动化，真正模拟人工测试代替无人化测试测定水中的COD、氨氮、高锰酸盐指数等。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图中标号：1为多位阀，2为蒸馏水容器，3为硫酸银试剂容器，4为重铬酸钾容器，5为清洗水容器，6为指示剂容器，7为还原剂容器，8为滴定皿，9为加热皿，10为还原剂滴定管，11为第三摄像机，12为第四蠕动泵，13为光电传感器，14为指示剂滴定管，15为第二摄像机，16为第二蠕动泵，17为电磁阀，18为第一摄像机，19为第三蠕动泵，20为下高压阀，21为上高压阀，22为第一蠕动泵，23为三通；24为第四摄像机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1所示，多位阀1包括10个输入支流道和1个中心输出流道：支流道1连接蒸馏水容器2；支流道2连接三通23；支流道3连接硫酸银试剂容器3；支流道4连接重铬酸钾容器4；支流道5备用；支流道6连接滴定皿8；支流道7连接清洗水容器5；支流道8是标定口；支流道9连接质控样管；支流道10连接水样管。
多位阀1的中心输出流道连接下高压阀20，连接管道上设有光电传感器13，光电传感器13用于检测下高压阀20流入多位阀1的中心流道的液体的流量。指示剂容器6连接指示剂滴定管14，连接管道上设有第二蠕动泵16，指示剂滴定管14位于滴定皿8开口处，第二摄像机15位于指示剂滴定管14一侧。还原剂容器7连接还原剂滴定管10的入口，连接管道上设有第四蠕动泵12，还原剂滴定管10的出口连接滴定皿8，连接管道上设有第三蠕动泵19。滴定皿8一侧设有第三摄像机11。上高压阀21连接三通23，连接管道上设有第一蠕动泵22。加热皿9的外壁设有加热电阻丝和温度传感器，加热电阻丝连接电源，电源开关和温度传感器分别连接温度控制器。
使用时操作步骤如下：
1、亚铁铵标定步骤
启动多位阀1转到支流道1，启动下高压阀20、上高压阀21，第一蠕动泵22正转，蒸馏水容器2中的试剂提到光电传感器13的位置，第一蠕动泵22停止。多位阀1启动转到支流道2，第一蠕动泵22正转，把蒸馏水吸入到加热皿9中，第一蠕动泵22停止。
启动多位阀1转到支流道4，启动第一蠕动泵22正转，把重铬酸钾容器4的试剂吸入到光电传感器13的位置，第一蠕动泵22停止。启动多位阀1转到支流道2，第一蠕动泵22正转，把重铬酸钾试剂吸入到加热皿9中，第一蠕动泵22停止。
启动多位阀1转到支流道3，启动第一蠕动泵22正转，把硫酸银试剂容器3中试剂吸入到光电传感器13的位置，第一蠕动泵22停止。启动多位阀1转到支流道2，第一蠕动泵22正转，把硫酸银试剂吸入到加热皿9中，第一蠕动泵22停止。
启动多位阀1转到支流道3，启动第一蠕动泵22正转，把硫酸银试剂容器3中试剂吸入到光电传感器13的位置，第一蠕动泵22停止。启动多位阀1转到支流道2，第一蠕动泵22正转，把硫酸银试剂吸入到加热皿9中，第一蠕动泵22停止。
启动多位阀1转到支流道6，启动第一蠕动泵22反转，把加热皿9中的试剂推入到滴定皿8中，第一蠕动泵泵停止。
启动多位阀1转到支流道1，第一蠕动泵22正转，蒸馏水容器2中的试剂提到光电传感器13的位置，第一蠕动泵22停止，多位阀1启动转到支流道2，第一蠕动泵22正转，把蒸馏水吸入到加热皿9中，第一蠕动泵22停止。上述步骤连续运行3次。启动多位阀1转到支流道6，启动第一蠕动泵22反转，把加热皿9中的试剂推入到滴定皿8中，关闭下高压阀20、上高压阀21。启动第二摄像机15、第二蠕动泵16，第二蠕动泵16正转，把指示剂容器6中的试剂通过指示剂滴定管14推入到滴定皿8中，记录指示剂加入量。停止第二摄像机15、第二蠕动泵16。
启动第三摄像机11、第四蠕动泵12，第四蠕动泵12正转，把还原剂容器7中的试剂加入到还原剂滴定管10中达到预设位置，停止第四蠕动泵12。启动第一摄像机18、第三蠕动泵19，第三蠕动泵19正转，把还原剂滴定管10中的试剂滴入到加热皿9中，第一摄像机18记录色值的变化，当到色值突变时，停止第一蠕动泵22和第三蠕动泵19，通过第三摄像机11计算还原剂滴定管10中的试剂用量，保存通过硫酸亚铁铵用量换算成硫酸亚铁铵的浓度mol/L。关闭第三摄像机11、第一摄像机18。启动电磁阀17排掉滴定皿8中的液体。
启动多位阀1转到支流道7，启动下高压阀20、上高压阀21，启动第一蠕动泵22正转，清洗水容器5中的试剂提到光电传感器13的位置，第一蠕动泵22停止，启动多位阀1转到支流道6，第一蠕动泵22反转把清洗水推入到滴定皿8中，第一蠕动泵22停止，关闭下高压阀20、上高压阀21阀。上述步骤重复4次之后启动电磁阀17排掉滴定皿8中的液体，硫酸亚铁铵标定完成。
2、空白标定步骤：
启动多位阀1转到支流道1，启动下高压阀20、上高压阀21，第一蠕动泵22正转，蒸馏水容器2中的试剂提到光电传感器13的位置，第一蠕动泵22停止。多位阀1启动转到支流道2，第一蠕动泵22正转，把蒸馏水吸入到加热皿9中，第一蠕动泵22停止。
启动多位阀1转到支流道4，启动第一蠕动泵22正转，把重铬酸钾容器4的试剂吸入到光电传感器13的位置，第一蠕动泵泵停止。启动多位阀1转到支流道2，第一蠕动泵22正转，把重铬酸钾试剂吸入到加热皿9中，第一蠕动泵22停止。
启动多位阀1转到支流道3，启动第一蠕动泵22正转，把硫酸银试剂容器3的试剂吸入到光电传感器13的位置，第一蠕动泵22停止。启动多位阀转到支流道2，第一蠕动泵22正转，把硫酸银试剂吸入到加热皿9中，第一蠕动泵22停止。
启动多位阀1转到支流道3，启动第一蠕动泵22正转，把硫酸银试剂容器3的试剂吸入到光电传感器13的位置，第一蠕动泵22停止。启动多位阀1转到支流道2，第一蠕动泵22正转，把硫酸银试剂吸入到加热皿9中，第一蠕动泵22停止。关闭下高压阀20、上高压阀21，将加热皿9加热达到175度保持20分钟，冷却到室温。
启动多位阀1转到支流道6，启动下高压阀20、上高压阀21，启动第一蠕动泵22反转，把加热皿9中的试剂推入到滴定皿8中，第一蠕动泵22停止。
启动多位阀1转到支流道1，第一蠕动泵22正转，蒸馏水容器2中的试剂提到光电传感器13的位置，第一蠕动泵22停止，多位阀1启动转到支流道2，第一蠕动泵22泵正转，把蒸馏水吸入到加热皿9中，第一蠕动泵22停止。上述步骤连续运行3次。启动多位阀1转到支流道6，启动第一蠕动泵22反转，把加热皿9中的试剂推入到滴定皿8中，关闭下高压阀20、上高压阀21。启动第二摄像机15、第二蠕动泵16，第二蠕动泵16正转，把指示剂容器6中的试剂通过指示剂滴定管14推入到滴定皿8中，记录指示剂加入量。停止第二摄像机15、第二蠕动泵16。
启动第三摄像机11、第四蠕动泵12，第四蠕动泵12正转，把还原剂容器7中的试剂加入到还原剂滴定管10中达到预设位置，停止第四蠕动泵12。启动第一摄像机18、第三蠕动泵19，第三蠕动泵19正转，把还原剂滴定管10中的试剂滴入到加热皿9中，第一摄像机18记录色值的变化，当到色值突变时，停止第一蠕动泵22和第三蠕动泵19，通过第三摄像机11计算还原剂滴定管10中的试剂用量，保存通过硫酸亚铁铵用量换算成空白时所消耗的重铬酸钾所滴定的硫酸亚铁铵用量mL。关闭第三摄像机11、第一摄像机18。启动电磁阀17排掉滴定皿8中的液体。
启动多位阀1转到支流道7，启动下高压阀20、上高压阀21，再启动第一蠕动泵22正转，清洗水容器5中的试剂提到光电传感器13的位置，第一蠕动泵22停止，启动多位阀1转到支流道6，第一蠕动泵22反转把清洗水推入到滴定皿8中，第一蠕动泵22停止，关闭下高压阀20、上高压阀21。上述步骤重复4次之后启动电磁阀17排掉滴定皿8中的液体，空白标定完成。
3、样品测定步骤：
启动多位阀1转到支流道10，启动下高压阀20、上高压阀21，第一蠕动泵22正转，支流道10对应的水样管中的水样提到光电传感器13的位置，第一蠕动泵22停止。多位阀1启动转到支流道2，第一蠕动泵22正转，把水样吸入到加热皿9中，第一蠕动泵22停止。
启动多位阀1转到支流道4号口，启动第一蠕动泵22正转，把重铬酸钾容器4的试剂吸入到光电传感器13的位置，第一蠕动泵22停止。启动多位阀1转到支流道2，第一蠕动泵22正转，把重铬酸钾试剂吸入到加热皿9中，第一蠕动泵22停止。
启动多位阀1转到支流道3，启动第一蠕动泵22正转，把硫酸银试剂容器3的试剂吸入到光电传感器13的位置，第一蠕动泵22停止。启动多位阀1转到支流道2，第一蠕动泵22正转，把硫酸银试剂吸入到加热皿9中，第一蠕动泵22停止。
启动多位阀1转到支流道3，启动第一蠕动泵22正转，把硫酸银试剂容器3的试剂吸入到光电传感器13的位置，第一蠕动泵22停止。启动多位阀1转到支流道2，第一蠕动泵22正转，把硫酸银试剂吸入到加热皿9中，第一蠕动泵22停止。关闭下高压阀20、上高压阀21，将加热皿9加热至175度保持20分钟，冷却到室温。
启动多位阀1转到支流道6，启动下高压阀20、上高压阀21，第一蠕动泵22反转，把加热皿9中的试剂通过光电传感器13的位置，推入到滴定皿8中，第一蠕动泵22停止。
启动多位阀1转到支流道1，第一蠕动泵22正转，蒸馏水容器2中的试剂提到光电传感器13的位置，第一蠕动泵22停止，多位阀1启动转到支流道2，第一蠕动泵22正转，把蒸馏水吸入到加热皿9中，第一蠕动泵22停止。上述步骤连续运行3次。启动多位阀1转到支流道6，启动第一蠕动泵22反转，把加热皿9中的试剂通过光电传感器13的位置，推入到滴定皿8中，关闭下高压阀20、上高压阀21。启动第二摄像机15、第二蠕动泵16，第二蠕动泵16正转，把指示剂容器6中的试剂通过指示剂滴定管14吸入到滴定皿8中，记录指示剂加入量。停止第二摄像机15、第二蠕动泵16。
启动第三摄像机11、第四蠕动泵12，第四蠕动泵12正转，把还原剂容器7中的试剂加入到还原剂滴定管10中达到预设位置停止第四蠕动泵12。启动第一摄像机18、第三蠕动泵19，第三蠕动泵19正转，把还原剂滴定管10中的试剂滴入到加热皿9中，第一摄像机18记录色值的变化，当到色值突变时，停止第一蠕动泵22和第三蠕动泵19，通过第三摄像机11计算还原剂滴定管10中的试剂用量，保存通过硫酸亚铁铵用量换算成样品所消耗的重铬酸钾所滴定的硫酸亚铁铵用量mL。关闭第三摄像机11、第一摄像机18。启动电磁阀17排掉滴定皿8中的液体。
启动多位阀1转到支流道7，启动下高压阀20、上高压阀21，再启动第一蠕动泵22正转，清洗水容器5中的试剂提到光电传感器13的位置，第一蠕动泵22停止，启动多位阀1转到支流道6号口，第一蠕动泵22反转把清洗水推入到滴定皿8中，第一蠕动泵22停止，关闭下高压阀20、上高压阀21。上述步骤重复4次之后启动电磁阀17排掉滴定皿8中的液体，根据上式计算出样品检测浓度值mg/L。
下面结合实施例对本发明做更进一步的解释。
实施例一：根据COD国标方法(GB11914-89)水质化学需氧量的测定原理进行COD测定。原理：在水样中加入已知量的重铬酸钾溶液，在强酸介质下银盐为催化剂，经加热回流2小时，冷却到室温，加入90mL蒸馏水，加入指示剂,用硫酸亚铁铵滴定水样中未被还原的重铬酸钾，滴定的硫酸亚铁铵的量换算成消耗氧的质量浓度。
亚铁铵浓度的标定过程：取一定量的重铬酸钾加到加热皿中(氧化剂)，在取一定量的蒸馏水也加入到加热皿中，再加入一定量的硫酸银试剂(催化剂)，三种液体进行混合，微型风扇冷却至室温，转移到滴定皿中；加热皿中加入一定量的蒸馏水，吹气混合再转移到滴定皿中，冷却至室温；向滴定皿中加入指示剂，然后加入还原剂到滴定皿中，通过摄像机记录各试剂及还原剂的用量及整个化学反应的过程，记录所用的还原剂消耗量(ml或时间)通过还原剂用量换算还原剂的浓度。
空白实验的标定过程：取一定量的重铬酸钾加入到加热皿中，在取一定量的蒸馏水也加入到加热皿中，在加入一定量的硫酸银试剂，通过加热皿吹气使三种液体进行混合，加热皿组件加热到175度保持20分钟(加热时间可调)，微型风扇冷却至室温，转移到滴定皿中；加热皿中加入一定量的蒸馏水，吹气混合再转移到滴定皿中，再次冷却到室温；滴定皿中加入指示剂，然后将还原剂到滴定皿中，通过摄像机记录还原剂的用量及整个化学反应的过程，记录所用的还原剂消耗量(ml或时间)，通过微电脑计算得出空白实验所消耗还原剂用量。
测试COD值过程：取一定量的重铬酸钾加入到加热皿中，再取一定量的所需要检测的样品也加入到加热皿中，再加入一定量的硫酸银试剂，吹气使三种液体进行混合，加热皿组件加热到175度保持20分钟(加热时间可调)，微型风扇冷却至室温，转移到滴定皿中；加热皿中加入一定量的蒸馏水，吹气混合转移到滴定皿中，冷却到室温；滴定皿加入指示剂，然后加入还原剂。通过摄像机记录各试剂加入及还原剂的用量及整个化学反应的过程，记录所用的还原剂消耗量(ml或时间)
通过上式三个过程得出还原剂的用量在经过微电脑计算得出COD的值。
实施例二：氨氮测定：蒸馏中和滴定法(依据国家环境保护标准：HJ537-2009代替GB7478-87)。
方法原理：调节水样中的PH值在6.0-7.4之间，加入轻质氧化镁使呈微碱性，蒸馏释出的氨用硼酸溶液吸收。以甲基红-亚甲蓝为指示剂，用盐酸标准溶液滴定馏出液中的氨氮。
盐酸标准滴定溶液：标定方法，移取一定量碳盐钠于加热皿中，在取一定量的蒸馏水也加入到加热皿中，二种液体进行吹气混合，转移到滴定皿中；加热皿中加入一定量的蒸馏水，吹气混合转移到滴定皿中；滴定皿中加入指示液，然后加入盐酸标准溶液。通过摄像机记录各试剂及滴定液的用量及整个化学反应的过程，记录所用的滴定液的消耗的体积(ml或时间)用公式计算盐酸溶液的浓度。
样品检测：取一定量的硼酸溶液通过多项阀移入到滴定皿中，取需检测的样品通过多项阀转移到加热皿组件中，加入少量指示剂及轻质氧化镁试剂，加热蒸馏，加热时间根据蒸馏液的量控制加热蒸馏时间，恒温在100度(加热时间可调1-99分钟)，加热皿通过一根导管及三项电磁阀连接至滴定皿中，在加热过程中在给待馏出液到达滴定皿中一定的量，停止蒸馏；滴定皿中加入指示剂，再加入盐酸标准溶液滴定；通过摄像机记录各试剂加入及滴定液的用量及整个化学反应的过程，记录所用的滴定液的消耗量(ml或时间)。
空白实验：用蒸馏水代替水样，流程和样品检测流程是一样的过程。
通过上式三个过程得出滴定液的用量及盐酸的浓度，在经过微电脑计算得出氨氮的值。
清洗：排干加热皿中的液体及滴定皿中的液体，加入蒸馏水至加热皿中吹气混合，在转移到滴定皿中吹气混合排干，同上方法清洗两次完成待机。
实施例三：高锰酸盐指数测定：根据高锰酸盐指数测定国标方法(GB11892-89)的测定原理转成自动化流程的测量仪器。
原理：样品中加入已知量的高锰酸钾和硫酸，在加热皿中加热30分钟(时间可调1-99分钟)，高锰酸钾将样品中的某些有机物和无机还原性物质氧化，反应后加入过量的草酸钠还原剩余的高锰酸钾，再用高锰酸钾标准溶液回滴过量的草酸钠，通过计算得到样品中的高锰酸钾指数。
分析步骤：取一定量的检测样品加入到加热皿中，再加入一定量的硫酸到加热皿中，然后取一定量的高锰酸钾也加入到加热皿中，吹气使三种液体进行混合，加热皿加热到120度保持20分钟(加热时间可调1-99分钟)，加热之后进行直流风扇冷却至80度，转移到滴定皿中；加热皿中加入一定量的草酸钠，吹气混合转移到滴定皿中吹气混合；滴定皿中加入高锰酸钾。通过摄像机记录各试剂加入及滴定液的用量及整个化学反应的过程，记录所用的滴定液消耗量的体积(ml或时间)。
空白步骤：取一定量的蒸馏水加入到加热皿中，再加入一定量的硫酸到加热皿中，然后取一定量的高锰酸钾也加入到加热皿中，吹气使三种液体进行混合，加热皿加热到120度保持20分钟(加热时间可调1-99分钟)，加热之后进行直流风扇冷却至80度，转移到滴定皿中；加热皿中加入一定量的草酸钠，吹气混合在转移到滴定皿中吹气混合；滴定皿中加入高锰酸钾；通过摄像机记录各试剂加入及滴定液的用量及整个化学反应的过程，记录所用的滴定液消耗量的体积(ml或时间)在向空白滴定后的溶液中加入一定量的草酸钠溶液，在用高锰酸钾滴定，记录所用的滴定液消耗量的体积(ml或时间)。
通过上式三个过程得出滴定液的用量在经过微电脑计算得出高锰酸钾的值。
清洗：排干滴定加热皿中的液体，加入一定量的蒸馏水至高压阀加热皿中，吹气混合，在转移到滴定皿中吹气混合排干，同上方法清洗两次完成待机。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种通过图像视觉来检测水质的系统，其特征在于，包括多位阀、加热皿、滴定皿、指示剂滴定管、还原剂滴定管、摄像机；
所述多位阀包括中心输出流道和多路输入支流道，多路输入支流道分别连接空气管道、蒸馏水管道、水样管道、滴定皿，以及各种水质检测所需的试剂管道，中心输出流道连通加热皿的开口；
所述指示剂滴定管、还原剂滴定管和滴定皿的一侧分别设有第二摄像机、第三摄像机和第一摄像机，同时还设有记录全景运行的第四摄像机；四部摄像机用于记录测试过程中各测试单元试剂用量和测试液体的化学反应视频，并通过图像识别得到测试过程的各项信息。
2.根据权利要求1所述的一种通过图像视觉来检测水质的系统，其特征在于，所述加热皿的上下两个开口分别连接上高压阀和下高压阀的一个接口，上高压阀的另一个接口连接所述空气管道，空气管道上设有第一进样泵；下高压阀的另一个接口与所述多位阀的中心输出流道连接，连接管道上设有光电传感器。
3.根据权利要求2所述的一种通过图像视觉来检测水质的系统，其特征在于，所述指示剂滴定管入口连接指示剂容器，连接管道上设有第二进样泵，出口连通滴定皿；
所述还原剂滴定管入口连接还原剂容器，连接管道上设有第四进样泵，出口连通滴定皿，连通管道上设有第三进样泵。
4.根据权利要求3所述的一种通过图像视觉来检测水质的系统，其特征在于，所述第一进样泵、第二进样泵、第三进样泵、第四进样泵为线性注射器或蠕动泵。
5.根据权利要求1所述的一种通过图像视觉来检测水质的系统，其特征在于，所述加热皿包括器皿和加热电阻丝，加热电阻丝缠绕于器皿外壁；所述器皿的外壁设温度传感器。
6.根据权利要求1所述的一种通过图像视觉来检测水质的系统，其特征在于，所述指示剂滴定管、还原剂滴定管的预设刻度出分别安装光电传感器，用于计量液位高度。
7.基于权利要求3所述系统的水质检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：按照检测要求，依次将检测所需试剂、水样对应的输入支流道与下高压阀连通，第一进样泵依次将检测所需试剂和水样吸入加热皿中；通过加热电阻丝和温度传感器控制加热皿温度；光电传感器记录水样的流量；第四摄像机同步记录加热皿的化学反应过程；
步骤2：滴定皿进口通道和加热皿开口连通，第一进样泵将加热皿中混合液推入滴定皿内；
步骤3：关闭第一进样泵，开启第二进样泵将指示剂吸入指示剂管道，进入滴定皿；第二摄像机记录指示剂用量；
步骤4：关闭第一进样泵和第二进样泵，开启第四进样泵将还原剂加入还原剂滴定管，液位达到预设位置时，第四进样泵停止；开启第三进样泵将还原剂滴定管中的滴定液滴入滴定皿中；第三摄像机记录滴定液用量；
步骤5：第一摄像机通过识别滴定皿中混合液体化学反应的过程中，液体的颜色的变化，比对标准颜色，完全达到标准值时，停止滴定，同时识别滴定管当前的刻度图像得出滴定液的使用量，系统根据测试规范计算出水样中污染物浓度。
8.基于权利要求7所述的水质检测方法，其特征在于，水质检测要求中的亚铁铵浓度标定过程、空白水标定过程及COD测量过程分别如下：
1)亚铁铵浓度的标定过程
1.1：多位阀连接的重铬酸钾试剂管道、蒸馏水管道、硫酸银试剂管道、空气管道对应的支流道依次与中心流道连通，第一进样泵配合上下高压阀依次通过光电传感器将重铬酸钾试剂、蒸馏水、硫酸银试剂、空气抽进加热皿；三种试剂在器皿内吹气混合后冷却至室温；
1.2：加热皿开口与中心流道连通，中心流道与滴定皿进口对应的支流道连通，第一进样泵将器皿中混合液推入滴定皿内；
1.3：关闭第一进样泵，开启第二进样泵，第二进样泵将试亚铁灵吸入指示剂管道，进入滴定皿；第二摄像机记录指示剂用量；
1.4：关闭第一进样泵和第二进样泵，开启第四进样泵加入还原剂到还原剂滴定管，达到预设液位时关闭第四进样泵，开启第三进样泵将还原剂滴定管内的还原剂滴入到滴定皿；第一摄像机通过记录化学反应终点为色值的变化判定滴定为终点，第三摄像机记录硫酸亚铁铵试剂用量；系统通过硫酸亚铁铵试剂用量换算硫酸亚铁铵试剂的浓度；
1.5：排空滴定皿中的液体到废液桶，加入清洗水在排空到废液桶；
2)空白实验的标定过程：
2.1：通过多位阀和第一进样泵、上下高压阀、光电传感器将重铬酸钾试剂、蒸馏水、硫酸银试剂依次通入所述器皿内，通过多位阀和上下高压阀、第一进样泵向加热皿内吹气使三种液体混合，关闭上下高压阀及第一进样泵，将加热皿中的混合试剂加热到170-180度保持20分钟，之后冷却至室温；
2.2：通过多位阀和上下高压阀配合第一进样泵将器皿中混合液转移到滴定皿中，加热皿中加入蒸馏水，吹气混合再转移到滴定皿中，再次冷却到室温；
2.3：开启第二进样泵向滴定皿中加入试亚铁灵指示剂；开启第四进样泵加入还原剂到还原剂滴定管，到预设液位时关闭第四进样泵，开启第三进样泵将还原剂滴定管内的还原剂滴入到滴定皿；第一摄像机通过记录化学反应终点为色值的变化判定滴定为终点，第二摄像机记录硫酸亚铁铵试剂用量；计算得出空白实验所消耗硫酸亚铁铵试剂用量；
2.4：排空滴定皿中的液体到废液桶，加入清洗水在排空到废液桶。
3)测试COD值过程：
3.1：通过多位阀和上下高压阀、光电传感器配合第一进样泵依次将重铬酸钾、待检测样品、硫酸银试剂加入到加热皿中，吹气使三种液体进行混合，关闭上下高压阀，将加热皿加热到170-180度保持20分钟，之后冷却至室温，转移到滴定皿中；加热皿中加入蒸馏水，吹气混合再转移到滴定皿中，冷却到室温；
3.2：开启第二进样泵向滴定皿中加入试亚铁灵试剂，开启第四进样泵加入还原剂到还原剂滴定管，到预设液位时关闭第四进样泵，开启第三进样泵将还原剂滴定管内的还原剂滴入到滴定皿；第一摄像机通过记录化学反应终点为色值的变化判定滴定为终点，第二摄像机记录硫酸亚铁铵试剂用量；自动计算出样品实验所消耗硫酸亚铁铵试剂用量；
3.3：排空滴定皿中的液体到废液桶，加入清洗水在排空到废液桶。
4)计算COD值：COD(mg/L)＝C×(V0-V1)×8000÷V；
C为硫酸亚铁铵标准溶液的浓度，mol/L；V0为滴定空白时硫酸亚铁铵标准溶液用量，mL；V1为滴定水样时硫酸亚铁铵标准溶液用量，mL；V为水样的体积，mL；8000为1/4O2的摩尔质量以mg/L为单位的换算值。
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