[發(fā)明專利]一種便攜式小型化COD電化學測量裝置及其測量方法

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• 申請日: 2021-09-09
• 公開（公告）號: CN113740406A
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發(fā)明（設計）人: 岳釗;孫鑫悅;廖文錦
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: G01N27/416
• 分類號: G01N27/416
• 代理公司: 天津耀達律師事務所 12223
• 代理人: 張耀

1.一種便攜式小型化COD電化學測量裝置，其特征在于：包括圓筒形電化學實驗池、小型電化學工作站、循環(huán)泵、電磁閥、電動攪拌器、紅外探測器、工作電極、參比電極、對電極及進樣管道構成的硬件系統(tǒng)，和由人工智能算法完成的COD精度補償軟件系統(tǒng)：

1)所述圓筒形電化學實驗池整體呈圓柱形，底部設置有矩形孔洞，用于安置工作電極，工作電極固定于實驗池底部，所述圓筒形電化學實驗池左側用T型橡膠塞密封，橡膠塞中間設置有進樣孔，進樣孔設置有參比電極和對電極，所述圓筒形電化學試驗池左上側和右下側分別設置有進樣管道和排水管道，用于待測溶液的添加和排出，進樣管道一端連接圓筒形電化學實驗池左上側，另一端連接循環(huán)泵，排水管道一端連接圓筒形電化學實驗池右下側，另一端連接廢液桶；

2)所述電動攪拌器從上方伸入圓筒形電化學實驗池；

3)所述紅外探測器裝配在實驗池入水口處，用于檢測待測液是否裝滿實驗池；

4)所述工作電極、參比電極、對電極一端浸入到待測溶液，另一端與小型電化學工作站相連。

2.根據1所述的便攜式小型化COD電化學測量裝置，其特征在于：所述小型電化學工作站包括電化學模擬前端芯片AD5941、無線傳輸模塊、主控制器，電化學模擬前端單芯片AD5941集成全部三電極體系鏈，包括低功耗高精度基準電壓發(fā)生電路、恒電位電路、微電流檢測電路，所述小型電化學工作站使用窄帶物聯(lián)網技術完成數據的低功耗安全傳輸，主控制器通過UART串口和SPI接口分別控制所述窄帶物聯(lián)網模塊和電化學模擬前端，實現(xiàn)便攜式小型化COD檢測電路。

3.根據1所述的便攜式小型化COD電化學測量裝置，其特征在于：排水管道上設有電磁閥，由權利要求2中的主控制器控制電磁閥開關，電磁閥通斷控制溶液排出。

4.根據1所述的便攜式小型化COD電化學測量裝置，其特征在于：循環(huán)泵由權利要求2中的主控制器控制，循環(huán)泵的開閉控制待測液是否進入實驗池。

5.根據1所述的便攜式小型化COD電化學測量裝置，其特征在于：所述工作電極為硼摻雜金剛石膜BDD電極，以單晶硅為基底；所述參比電極為飽和甘汞電極，所述對電極為鉑金電極；所述工作電極偏壓為2.5V，氧化時間4min。

6.根據1所述的便攜式小型化COD電化學測量裝置，其特征在于：所述圓筒形電化學實驗池的容積為40ml以下，所述電動攪拌器工作轉速為6r/s以下，攪拌葉片直徑為1cm以下。

7.一種權利要求1-4任一項所述的便攜式小型化COD電化學測量裝置的測量方法，其特征在于包括以下步驟：系統(tǒng)上電后，關閉電磁閥，隨后啟動循環(huán)泵從水質采樣點抽取待測液進入定制的圓筒形電化學實驗池中，當紅外探測器檢測到圓筒形電化學實驗池注滿待測液體，即刻關閉循環(huán)泵，同時開啟電動攪拌器，并為小型電化學工作站的電化學模擬前端芯片AD5941供電；電化學模擬前端芯片AD5941供電后，利用芯片內三電極體系鏈執(zhí)行計時電流法，數據通過SPI總線接口傳輸給主控制器，在主控制器內計算5min內工作電極處流過的電量，并通過計算公式得到溶液中有機物含量，最后經由已訓練好的最優(yōu)SVR模型對檢測數據進行補償；5min計時結束后，即刻關閉電動攪拌器，為電化學模擬前端芯片AD5941斷電，同時開啟電磁閥，將圓筒形電化學實驗池中的溶液排出，結束整個COD檢測進程；隨后主控制器將COD檢測結果通過窄帶物聯(lián)網，送入用戶數據庫。

8.根據權利要求7所述的便攜式小型化COD電化學測量裝置的測量方法，其特征在于：該方法通過COD精度補償軟件系統(tǒng)實現(xiàn)。

9.根據權利要求8所述的便攜式小型化COD電化學測量裝置的測量方法，其特征在于：所述的COD精度補償軟件系統(tǒng)由人工智能算法---SVR模型完成COD的精度補償，其過程為：在MATLAB中建立SVR模型，進行樣本數據訓練得到最佳SVR模型，然后將最佳SVR模型存儲到硬件控制系統(tǒng)中，進一步將實時測量得到的COD數據帶入到回歸模型，最終得到對應的COD精確值。

10.根據權利要求5所述的便攜式小型化COD電化學測量裝置的測量方法，其特征在于：電動攪拌器供電電壓穩(wěn)定在1.8V，以穩(wěn)定攪拌速度。