[發(fā)明專利]一種基于紫外—可見光吸收光譜的COD在線監(jiān)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811099382.2
• 申請日: 2018-09-20
• 公開（公告）號: CN109001136B
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄒爽;湯杰;鄒曉麗;崔海松;黃升
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州綠潔水務(wù)科技股份有限公司
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31
• 代理公司: 中國商標(biāo)專利事務(wù)所有限公司 11234
• 代理人: 王瑞

本發(fā)明提供了一種基于紫外—可見光吸收光譜的COD在線監(jiān)測方法，包括：進行零點校準；取多個不同類型水樣，提取水樣在紫外波段的特征吸收波長；建立紫外吸收光譜與COD之間的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；對BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進行實際水樣的訓(xùn)練；對BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型改進,選擇出適應(yīng)的個體進行交叉和變異操作，經(jīng)過多次、各種類型水樣的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模及訓(xùn)練后，建立模型參數(shù)數(shù)據(jù)庫。本發(fā)明可選擇多個特定波長的吸光度數(shù)據(jù)作為建模信息，提高了COD值的擬合精度，更能全面的反映COD值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，尤其涉及一種基于紫外—可見光吸收光譜的COD在線監(jiān)測方法。

背景技術(shù)

化學(xué)需氧量COD(Chemical Oxygen Demand)是以化學(xué)方法測量水樣中需要被氧化的還原性物質(zhì)的量，COD指示了水體受還原性物質(zhì)污染的程度。

隨著光譜檢測法的研究與發(fā)展，光譜檢測法廣泛用于檢測水樣中COD，該方法具有靈敏度高、準確度好、選擇性優(yōu)、操作簡便、分析速度快等特點。光譜法主要基于Lambert-Beer定律的原理，是一種免化學(xué)試劑的方法，克服了柜式分析儀的缺點，操作簡單便捷、數(shù)據(jù)準確度高、運營成本低、可實時在線監(jiān)測。UV法直接測定COD可分為單光譜法、多光譜法和全光譜。單光譜法是利用在波長254nm處大部分有機物存在吸收特性來測定水樣的吸光度。多光譜法是在紫外光譜區(qū)內(nèi)以多個紫外波長進行光譜檢測。基于紫外—可見光吸收光譜法則對水樣進行紫外可見區(qū)域內(nèi)的光譜檢測，可得水樣在紫外可見光區(qū)域內(nèi)的光譜曲線。

單光譜和多光譜適用于對成分相對單一化的水樣進行COD的檢測，實際水樣中成分復(fù)雜，有機物組成不同，干擾因素較多，不同的水樣其特征的吸收峰也不同。相對而言，基于紫外—可見光吸收光譜法通過檢測得到的全紫外光譜吸收曲線，更能全面的反映水質(zhì)的情況。全光譜檢測得到的吸收光譜有部分波長吸光度與COD相關(guān)，可選擇多個特定波長的吸光度數(shù)據(jù)作為建模信息。

現(xiàn)有的對光譜法數(shù)據(jù)建模存在一定的不足之處，如：1)大多只是集中于對特定的廢水，局限性明顯。2)建模過程中多采用單波長或雙波長進行COD光譜檢測，對較小COD值的擬合精度低，且易受隨機因素干擾。3)建立的模型結(jié)構(gòu)在訓(xùn)練過程中結(jié)構(gòu)變化不大，精確度較低，模型的外推能力不高。

同時，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的權(quán)值調(diào)整采用梯度下降法優(yōu)化，自身也存在一定的不足之處，會出現(xiàn)收斂速度慢，泛化能力差，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不夠統(tǒng)一等問題，影響網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練速度及網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

針對以上問題，本發(fā)明的旨在建立一個紫外光譜數(shù)據(jù)與COD值之間的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，通過模型訓(xùn)練和誤差計算，得到誤差在允許范圍內(nèi)的數(shù)學(xué)模型，提高模型的外推能力。同時結(jié)合加動量項以及遺傳算法加速模型訓(xùn)練速度，提高收斂性，增強模型的泛化能力等。由不同水質(zhì)的水樣訓(xùn)練后建立模型數(shù)據(jù)庫，儀器在水質(zhì)監(jiān)測時可自動判別當(dāng)前檢測水樣類型并選取匹配度高的數(shù)據(jù)模型來進行光譜吸收COD計算。

本發(fā)明提供了一種基于紫外—可見光吸收光譜的COD在線監(jiān)測方法，包括以下步驟：進行零點校準，采用純水作為零點校準液進行紫外全波長掃描；

取多個不同類型水樣，提取水樣在紫外波段的特征吸收波長；

建立紫外吸收光譜與COD之間的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；

對BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進行實際水樣的訓(xùn)練，以不同時刻、不同類型水質(zhì)的實際水樣作為網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練樣本，通過以BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進行光譜法的檢測，同時采用國標(biāo)法檢測同一時間的水樣，把光譜檢測的實際COD值與正確的目標(biāo)值相比較，根據(jù)誤差的情況修改各節(jié)點的連接權(quán)重，使模型不斷朝著誤差減小的方向變化，最終光譜法檢測的COD值與國標(biāo)法COD值的偏差在檢測要求的范圍內(nèi)，而且無限接近，使得神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運算法建立的模型更加精確；

對BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型改進,選擇出適應(yīng)的個體進行交叉和變異操作，產(chǎn)生新個體，返回繼續(xù)進行訓(xùn)練,計算訓(xùn)練后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型誤差；