技术领域
本发明涉及污泥浓度测量领域，更具体地，涉及一种污泥浓度在线测量方法、装置、电子设备及介质。
背景技术
污泥浓度即活性污泥法中曝气区单位体积悬浮混合的干污泥净重的毫克数，是MBR系统的重要参数，不仅影响有机物的去除能力，还对膜通量产生影响。所以在线检测污水浓度在污水处理过程意义重大。
多年来，污泥浓度的测定通常是采用较为传统的称重量法，即由污泥烘干后的重量与污泥原重进行比较计算出污泥的浓度。这种方法操作费时、效率低，无法满足污水处理过程实现自动化以及实时在线获取污泥特征量的要求。
因此，有必要开发一种污泥浓度在线测量方法、装置、电子设备及介质。
公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明提出了一种污泥浓度在线测量方法、装置、电子设备及介质，其能够基于微波传播原理进行污泥浓度测试，测试结果了保证测试精度。
第一方面，本发明实施例提供了一种污泥浓度在线测量方法，包括：
确定微波信号的初始波形信息；
将所述微波信号穿透测试污泥样本，获得测试波形信息；
根据所述初始波形信息与所述测试波形信息，获得测量数据；
建立所述测量数据与所述测试污泥样本的浓度的拟合关系；
将所述微波信号穿透待测污泥样本，根据所述拟合关系计算所述待测污泥样本的浓度。
优选地，所述测量数据包括微波信号的幅值与相移差。
优选地，所述相移差通过所述微波信号的初始波形信息与测试波形信息中的相位相减得到。
优选地，针对所述幅值进行软件滤波与预处理。
优选地，所述软件滤波为：
对同一个幅值采集多个模拟转数字信号值；
针对多个模拟转数字信号值，去掉极值后求平均，获得该幅度的优化模拟转数字信号值。
优选地，所述预处理为：
将优化模拟转数字信号值减去微波信号穿过纯净水对应的基准信号值，获得处理后的幅值；
通过所述处理后的幅值进行拟合。
优选地，所述微波信号的频率为9.2GHz。
作为本发明实施例的一种具体实现方式，
第二方面，本发明实施例还提供了一种污泥浓度在线测量装置，包括：
污泥样本，位于信号发射单元与信号发射单元的微波信号通路上；
信号发射单元，发送微波信号以穿透所述污泥样本；
信号接收单元，接收穿透所述污泥样本的微波信号；
控制系统，所述控制系统与所述信号发射单元与所述信号接收单元通信连接，完成以下步骤：
确定微波信号的初始波形信息；
将所述微波信号穿透测试污泥样本，获得测试波形信息；
根据所述初始波形信息与所述测试波形信息，获得测量数据；
建立所述测量数据与所述测试污泥样本的浓度的拟合关系；
将所述微波信号穿透待测污泥样本，根据所述拟合关系计算所述待测污泥样本的浓度。
优选地，所述测量数据包括微波信号的幅值与相移差。
优选地，所述相移差通过所述微波信号的初始波形信息与测试波形信息中的相位相减得到。
优选地，针对所述幅值进行软件滤波与预处理。
优选地，所述软件滤波为：
对同一个幅值采集多个模拟转数字信号值；
针对多个模拟转数字信号值，去掉极值后求平均，获得该幅度的优化模拟转数字信号值。
优选地，所述预处理为：
将优化模拟转数字信号值减去微波信号穿过纯净水对应的基准信号值，获得处理后的幅值；
通过所述处理后的幅值进行拟合。
优选地，所述微波信号的频率为9.2GHz。
第三方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，该电子设备包括：
存储器，存储有可执行指令；
处理器，所述处理器运行所述存储器中的所述可执行指令，以实现所述的污泥浓度在线测量方法。
第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述的污泥浓度在线测量方法。
其有益效果在于：选用非接触式设备准确测定污泥的浓度，能够做到便于安装不影响生产，不仅可实现污泥浓度测试过程快速实时，而且可极大降低相应处理检测过程的成本；采用微波检测原理直接测定污泥的浓度，使得污泥浓度的检测实现实时在线，检测过程到达智能化，是一种新型检测法；利用该方法，可在污泥的投加絮凝剂工艺环节实现优化精准、过程自动化，降低各项成本。
本发明的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明的原理图的示意图。
图2示出了根据本发明的一个实施例的测量数据的信号流向的示意图。
图3示出了根据本发明的一个实施例的污泥浓度在线测量方法的步骤的流程图。
图4示出了根据本发明的一个实施例的一种污泥浓度在线测量装置的框图。
附图标记说明：
201、污泥样本；202、信号发射单元；203、信号接收单元；204、控制系统。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。
本发明提供一种污泥浓度在线测量方法，包括：
确定微波信号的初始波形信息；
将微波信号穿透测试污泥样本，获得测试波形信息；
根据初始波形信息与测试波形信息，获得测量数据；
建立测量数据与测试污泥样本的浓度的拟合关系；
将微波信号穿透待测污泥样本，根据拟合关系计算待测污泥样本的浓度。
在一个示例中，测量数据包括微波信号的幅值与相移差。
在一个示例中，相移差通过微波信号的初始波形信息与测试波形信息中的相位相减得到。
在一个示例中，针对幅值进行软件滤波与预处理。
在一个示例中，软件滤波为：
对同一个幅值采集多个模拟转数字信号值；
针对多个模拟转数字信号值，去掉极值后求平均，获得该幅度的优化模拟转数字信号值。
在一个示例中，预处理为：
将优化模拟转数字信号值减去微波信号穿过纯净水对应的基准信号值，获得处理后的幅值；
通过处理后的幅值进行拟合。
在一个示例中，微波信号的频率为9.2GHz。
图1示出了根据本发明的原理图的示意图。
具体地，微波的传播速度和污泥的浓度有比例关系的特性，即为：
其中，V为微波的传播速度，C为光在真空中的传播速度，ε_r为介质的相对介电常数。由于水的介电常数约为80，泥土等填料的介电常数通常为3～7。根据公式(1)可以看出，微波在水中的传播速度比在泥土中要慢很多，微波在水中的传播速度几乎低于在泥土等填料中的25倍。由此可知，一定管径内污泥中含水浓度越低，微波的传播时间就越短；反之，微波的传播时间就越长。另外，一定频率的微波信号穿过一定截面的被测泥水混合物后，对比穿过相同截面纯净水后的信号相位会发生变化(即相移)，该相移差值与泥水混合物的水分含量(即为污泥浓度)有一种近似线性的关系。本发明的原理图如图1所示。
利用微波传导延时检测原理，不仅是非接触，而且是直接测量污泥中水分含量的浓度，相对其它方式测量精度更高。微波信号是横贯管道截面的，获得的测试结果平均度高。另外，基于微波传播原理的污泥水分测试方法设计有自动标校功能，测试结果会依靠软件进行计算和标校，保证测试精度。因此，相应的设备或系统更易于维护。
确定微波信号的初始波形信息；将微波信号穿透测试污泥样本，获得测试波形信息；根据初始波形信息与测试波形信息，获得测量数据；建立测量数据与测试污泥样本的浓度的拟合关系；将微波信号穿透待测污泥样本，根据拟合关系计算待测污泥样本的浓度。
测量数据包括微波信号的幅值与相移差，相移差通过微波信号的初始波形信息与测试波形信息中的相位相减得到，针对幅值进行软件滤波与预处理。
软件滤波为对同一个幅值采集多个模拟转数字信号(A/D)值；针对多个A/D值，去掉极值后求平均，获得该幅度的优化A/D值。
预处理为：将优化A/D值减去微波信号穿过纯净水对应的基准信号值，获得处理后的幅值；通过处理后的幅值进行拟合，为提高拟合精度，采用最小二乘法分段拟合的方法。
微波信号频率选择不仅要考虑信号波长特性，也要考虑泥水混合物取样管管径是否满足该频率微波信号经天线发射后，接收天线的距离是该波长信号的远场区，及收发天线距离满足：
其中，R为微波信号收发天线间距，D为天线直径大小，λ为微波信号波长，经过计算，采用9.2GHz微波信号频率穿透直径80mm和100mm的取样管，通过采样电路后利用滤波算法获得测量的污泥浓度的精确参数。
本发明还提供一种污泥浓度在线测量装置，包括：
污泥样本，位于信号发射单元与信号发射单元的微波信号通路上；
信号发射单元，发送微波信号以穿透污泥样本；
信号接收单元，接收穿透污泥样本的微波信号；
控制系统，控制系统与信号发射单元与信号接收单元通信连接，完成以下步骤：
确定微波信号的初始波形信息；
将微波信号穿透测试污泥样本，获得测试波形信息；
根据初始波形信息与测试波形信息，获得测量数据；
建立测量数据与测试污泥样本的浓度的拟合关系；
将微波信号穿透待测污泥样本，根据拟合关系计算待测污泥样本的浓度。
在一个示例中，测量数据包括微波信号的幅值与相移差。
在一个示例中，相移差通过微波信号的初始波形信息与测试波形信息中的相位相减得到。
在一个示例中，针对幅值进行软件滤波与预处理。
在一个示例中，软件滤波为：
对同一个幅值采集多个模拟转数字信号值；
针对多个模拟转数字信号值，去掉极值后求平均，获得该幅度的优化模拟转数字信号值。
在一个示例中，预处理为：
将优化模拟转数字信号值减去微波信号穿过纯净水对应的基准信号值，获得处理后的幅值；
通过处理后的幅值进行拟合。
在一个示例中，微波信号的频率为9.2GHz。
图2示出了根据本发明的一个实施例的测量数据的信号流向的示意图。
具体地，根据本发明的污泥浓度在线测量装置，包括：
污泥样本，位于信号发射单元与信号发射单元的微波信号通路上；
信号发射单元，发送微波信号以穿透污泥样本；
信号接收单元，接收穿透污泥样本的微波信号；
控制系统，控制系统与信号发射单元与信号接收单元通信连接，接收信号，完成以下步骤：
确定微波信号的初始波形信息；将微波信号穿透测试污泥样本，获得测试波形信息；根据初始波形信息与测试波形信息，获得测量数据，获得测量数据的信号流向如图2所示；建立测量数据与测试污泥样本的浓度的拟合关系；将微波信号穿透待测污泥样本，根据拟合关系计算待测污泥样本的浓度。
测量数据包括微波信号的幅值与相移差，相移差通过微波信号的初始波形信息与测试波形信息中的相位相减得到，针对幅值进行软件滤波与预处理。
软件滤波为对同一个幅值采集多个模拟转数字信号(A/D)值；针对多个A/D值，去掉极值后求平均，获得该幅度的优化A/D值。
预处理为：将优化A/D值减去微波信号穿过纯净水对应的基准信号值，获得处理后的幅值；通过处理后的幅值进行拟合，为提高拟合精度，采用最小二乘法分段拟合的方法。
微波信号频率选择不仅要考虑信号波长特性，也要考虑泥水混合物取样管管径是否满足该频率微波信号经天线发射后，接收天线的距离是该波长信号的远场区，及收发天线距离满足公式(2)，经过计算，采用9.2GHz微波信号频率穿透直径80mm和100mm的取样管，通过采样电路后利用滤波算法获得测量的污泥浓度的精确参数。
本发明还提供一种电子设备，电子设备包括：存储器，存储有可执行指令；处理器，处理器运行存储器中的可执行指令，以实现上述的污泥浓度在线测量方法。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述的污泥浓度在线测量方法。
为便于理解本发明实施例的方案及其效果，以下给出四个具体应用示例。本领域技术人员应理解，该示例仅为了便于理解本发明，其任何具体细节并非意在以任何方式限制本发明。
图3示出了根据本发明的一个实施例的污泥浓度在线测量方法的步骤的流程图。
如图3所示，该污泥浓度在线测量方法包括：步骤101，确定微波信号的初始波形信息；步骤102，将微波信号穿透测试污泥样本，获得测试波形信息；步骤103，根据初始波形信息与测试波形信息，获得测量数据；步骤104，建立测量数据与测试污泥样本的浓度的拟合关系；步骤105，将微波信号穿透待测污泥样本，根据拟合关系计算待测污泥样本的浓度。
测量数据包括微波信号的幅值与相移差，相移差通过微波信号的初始波形信息与测试波形信息中的相位相减得到，针对幅值进行软件滤波与预处理。
软件滤波为对同一个幅值采集多个模拟转数字信号(A/D)值；针对多个A/D值，去掉极值后求平均，获得该幅度的优化A/D值。
预处理为：将优化A/D值减去微波信号穿过纯净水对应的基准信号值，获得处理后的幅值；通过处理后的幅值进行拟合，为提高拟合精度，采用最小二乘法分段拟合的方法。
微波信号频率选择不仅要考虑信号波长特性，也要考虑泥水混合物取样管管径是否满足该频率微波信号经天线发射后，接收天线的距离是该波长信号的远场区，及收发天线距离满足公式(2)，经过计算，采用9.2GHz微波信号频率穿透直径80mm和100mm的取样管，通过采样电路后利用滤波算法获得测量的污泥浓度的精确参数。
图4示出了根据本发明的一个实施例的一种污泥浓度在线测量装置的框图。
如图4所示，该污泥浓度在线测量装置，包括：
污泥样本201，位于信号发射单元与信号发射单元的微波信号通路上；
信号发射单元202，发送微波信号以穿透污泥样本；
信号接收单元203，接收穿透污泥样本的微波信号；
控制系统204，控制系统与信号发射单元与信号接收单元通信连接，完成以下步骤：
确定微波信号的初始波形信息；
将微波信号穿透测试污泥样本，获得测试波形信息；
根据初始波形信息与测试波形信息，获得测量数据；
建立测量数据与测试污泥样本的浓度的拟合关系；
将微波信号穿透待测污泥样本，根据拟合关系计算待测污泥样本的浓度。
作为可选方案，测量数据包括微波信号的幅值与相移差。
作为可选方案，相移差通过微波信号的初始波形信息与测试波形信息中的相位相减得到。
作为可选方案，针对幅值进行软件滤波与预处理。
作为可选方案，软件滤波为：
对同一个幅值采集多个模拟转数字信号值；
针对多个模拟转数字信号值，去掉极值后求平均，获得该幅度的优化模拟转数字信号值。
作为可选方案，预处理为：
将优化模拟转数字信号值减去微波信号穿过纯净水对应的基准信号值，获得处理后的幅值；
通过处理后的幅值进行拟合。
作为可选方案，微波信号的频率为9.2GHz。
本发明提供一种电子设备包括，该电子设备包括：存储器，存储有可执行指令；处理器，处理器运行存储器中的可执行指令，以实现上述污泥浓度在线测量方法。
根据本发明实施例的电子设备包括存储器和处理器。
该存储器用于存储非暂时性计算机可读指令。具体地，存储器可以包括一个或多个计算机程序产品，该计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。该易失性存储器例如可以包括随机存取存储器(RAM)和/或高速缓冲存储器(cache)等。该非易失性存储器例如可以包括只读存储器(ROM)、硬盘、闪存等。
该处理器可以是中央处理单元(CPU)或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其它形式的处理单元，并且可以控制电子设备中的其它组件以执行期望的功能。在本发明的一个实施例中，该处理器用于运行该存储器中存储的该计算机可读指令。
本领域技术人员应能理解，为了解决如何获得良好用户体验效果的技术问题，本实施例中也可以包括诸如通信总线、接口等公知的结构，这些公知的结构也应包含在本发明的保护范围之内。
有关本实施例的详细说明可以参考前述各实施例中的相应说明，在此不再赘述。
本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述的污泥浓度在线测量方法。
根据本发明实施例的计算机可读存储介质，其上存储有非暂时性计算机可读指令。当该非暂时性计算机可读指令由处理器运行时，执行前述的本发明各实施例方法的全部或部分步骤。
上述计算机可读存储介质包括但不限于：光存储介质(例如：CD－ROM和DVD)、磁光存储介质(例如：MO)、磁存储介质(例如：磁带或移动硬盘)、具有内置的可重写非易失性存储器的媒体(例如：存储卡)和具有内置ROM的媒体(例如：ROM盒)。
本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果，并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
机译： 测量装置，测量方法，测试装置，电子设备和记录介质
机译： 用于显示在线文档，电子设备和存储介质的方法和装置
机译： 用于在线交互，存储介质和电子设备的方法和装置
