专利名称：水处理絮凝过程水下实时显微监测系统的制作方法
技术领域：
本发明属于环保领域，涉及水处理絮凝过程的监测，尤其是一种水下实时显微监测系统。
背景技术：
在各类水处理工艺流程中，混凝是必不可少的处理工艺。各种原水都要经过混合和絮凝设备处理，在混合阶段投加药剂，使得药剂与水中的各种微小的胶体、悬浮物等完成凝聚、絮凝等反应，逐渐生成较大的絮体，以利在后续的沉淀、过滤等处理中，使得絮体沉降或被吸附拦截，达到净水的目的，其混凝处理的质量优劣、药剂投加量的高低，直接影响着水处理的质量和成本。为此，对混凝过程的研究一直是水处理研究中的一个重要课题。通过检索，尚未发现与本专利申请相关的任何公开专利文献。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种水处理混凝过程水下实时显微监测系统，是在絮凝过程中各关键位置上设置显微监测点，实时监测絮凝的进程，据此调整絮凝池的工作参数，以达到最佳工作点，减少投药量，保证出水质量。本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的一种水处理混凝过程水下实时显微监测系统，包括清洗系统、多路图像数据传输切换系统、显微摄像机组、主机及终端，主机连接并控制清洗系统及多路图像数据传输切换系统，多路图像数据传输切换系统通过数据线连接显微摄像机组，主机的各种控制及图像在终端显示。而且，所述清洗系统为一组继电器开关，通过所连接的主机控制各个继电器的通断，其前端连接清洗水气源，后端通过清洗管连接显微摄像机组，以清洗或清洁显微摄像机组的镜头。而且，所述多路图像数据传输切换系统为图像采集模块，在主计算机的控制下切换传输图像数据给主机，在主机内利用多种图像处理软件进行图像处理。而且，所述显微摄像机为水下微区域显微摄像机，包括密封机壳、CXD摄像机、显微镜头、水下照明灯、漫反射板及清扫立柱，在密封机壳内同轴通过镜头座安装CCD摄像机， 在CCD摄像机的显微镜头前方的密封机壳前端密封安装石英玻璃窗，在石英密封窗内的密封机壳内安装有水下照明灯，在密封机壳前端端面均布轴向固装有清扫立柱，该清扫立柱的径向固装漫反射板，该清扫立柱连通制在密封机壳侧壁上的水气道，在漫反射板与石英密封窗之间的清扫立柱上向心制有喷孔。而且，所述漫反射板垂直于摄像机光轴，石英玻璃窗口、显微镜头、C⑶摄像机依次同光轴。而且，所述显微摄像机在絮凝池内的安装位置包括显微摄像机水平或者垂直安装在絮凝池的进出水口，观察絮体经每格絮凝后的状态；显微摄像机水平或者垂直安装在絮凝池水流稳定处，观察桨板不同半径处的絮体状态；显微摄像机水平或者垂直安装在隔板絮凝池的廊道、廊道转弯处，观察絮体经每挡流速变化后及在廊道转弯处的状态。本发明的优点和有益效果为1、本系统采用水下微区域显微摄像机，该机采用密封机壳，机壳材料选择耐腐蚀的不锈钢或工程塑料，显微镜头、CXD摄像机、照明LED安装在机壳内，透过石英玻璃窗口对窗外的絮体颗粒进行显微摄像，成像焦面距窗口外平面为0. 5倍焦深(0. 5 2. 5mm)，漫反射平面距窗口 1倍焦深(1 5mm)。安装在絮凝池不同位置的水下微区域显微摄像机采用不同的焦深，在絮凝池原水入口处的水下微区域显微摄像机焦深最小，对应的显微放大倍数最大；絮凝池出水口的水下微区域显微摄像机焦深最大，对应的显微放大倍数最小，以适应较大的絮体成像。该成像区为一微小矩形区域dxdydz (微元)，光轴方向即为焦深距离 dz (窗口至漫反射板)，横向线度即为dx，竖向线度即为dy，对该微区域进行连续显微摄像， 即可在放大的图像上定量检测絮体颗粒的单位数量、线度、形态、运动速度、趋势等。漫反射板为一不锈钢薄片，表面磨砂，由四个细柱沿不锈钢薄片边缘部位固装在密封机壳的石英窗口前的密封机壳上，漫反射面与石英窗口相对，垂直于光轴。四个细柱侧壁开有喷孔，通过细柱内部的盲孔连接高压水管(压缩空气)，当主机给出清扫指令、窗口清扫控制系统开启相应的电磁阀，高压水流(压缩空气)由喷口喷出，对窗口和漫反射板进行清扫。2、本系统采用将多个水下微区域显微摄像机利用固定杆安置在絮凝池的各关键位置上，如各絮凝池的进出水口及其他想监测的位置上，使水流方向与摄像机光轴垂直，微区域显微摄像机与水面平行安装可监测深度方向的絮体分布；微区域显微摄像机与水面垂直安装则可监测水平方向的絮体分布；沿絮凝池水体运动方向布置多个微区域显微摄像机则可监测絮凝颗粒的成长过程，由此与絮凝池的设计与运行要求比对，即可即时对絮凝池的运行状态给出准确的判断。3、本系统的多路微区域显微摄像机的图像数据采用专用的数据采集及存储专用机，包括多路数据缓存、硬盘阵列等，对图像数据进行快速采集存储，由主机通过高速数据线对其进行目标调用，有利于主机的图像处理、监测、判别及控制，且又保证了数据的完整和准确。窗口由主机控制进行定期或指令清扫。4、本发明设计科学合理，数据采集直观准确，解决了以往絮凝池无法实时准确的进行过程监测的问题，是一种较为先进的絮凝池过程监测手段，将有利促进水处理厂对水处理技术的发展。
图1为本发明的监控系统结构示意图；图2为本发明的显微摄像机的结构主视图；图3为图1的A-A向截面剖视图；图4为本发明将显微摄像机水平安装在絮凝池进出水口的结构示意图；图5为图4的横向截面剖视4
图6为本发明将显微摄像机垂直安装在絮凝池进出水口的结构示意图；图7为图6的横向截面剖视图；图8为本发明将显微摄像机水平安装在絮凝池水流稳定处的结构示意图；图9为图8的横向截面剖视图；图10为本发明将显微摄像机垂直安装在絮凝池水流稳定处的结构示意图；图11为图10的横向截面剖视图；图12为本发明将显微摄像机水平安装在隔板絮凝池廊道及廊道转弯处的结构示意图；图13为图12的横向截面剖视图；图14为本发明将显微摄像机垂直安装在隔板絮凝池廊道及廊道转弯处的结构示意图；图15为图14的横向截面剖视图。具体实施方法下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述。需要说明的是，本发明的实施例是描述性的，而不是限定性，不应以此限定本发明的保护范围。一种水处理混凝过程水下实时显微监测系统，参见图1，包括清洗水(气)系统、 多路图像数据传输切换系统、显微摄像机组、主机及终端，主机连接并控制清洗水(气)系统及多路图像数据传输切换系统，多路图像数据传输切换系统通过数据线连接显微摄像机组，主机的各种控制及图像在终端显示。所述清洗水(气)系统为一组继电器开关，通过所连接的主机控制各个继电器的通断，其前端连接清洗水(气)源，后端通过清洗水(气)管连接显微摄像机组，清洗或清洁显微摄像机组的镜头。所述多路图像数据传输切换系统为图像采集模块，在主计算机的控制下切换传输图像数据给主计算机，在主机内利用多种图像处理软件进行图像处理，给出絮体的数量、线度、形状、运动轨迹等。本实施例中，清洗水(气)系统所涉及的一组继电器开关、多路图像数据传输切换系统的图像采集模块、主机内的多种图像处理软件均为现有技术，可根据实际需要进行配置，在此不再赘述。本发明的创新点在于上述各个系统的连接，此外，还包括显微摄像机的结构以及显微摄像机在絮凝池内的安装位置。一、显微摄像机的结构，参见图2、图3。所述显微摄像机为水下微区域显微摄像机，包括密封机壳4、(XD摄像机7、显微镜头5、水下照明灯8、漫反射板1及清扫水(气)立柱2，在密封机壳内同轴同轴通过镜头座 6安装CCD摄像机，在CCD摄像机的显微镜头前方的密封机壳前端密封安装石英玻璃窗3， 在石英密封窗内的密封机壳内安装有水下照明灯，在密封机壳前端端面均布轴向固装有清扫水(气)立柱，本实施例附图中为四个，该清扫水(气)立柱的径向固装漫反射板，该清扫水(气)立柱连通制在密封机壳侧壁上的水(气)道，在漫反射板与石英密封窗之间的清扫水(气)立柱上向心制有喷水(气)孔，以清洗石英密封窗上的泥尘异物。漫反射板垂直于摄像机光轴，石英玻璃窗口、显微镜头、CCD摄像机依次同光轴。
二、显微摄像机在絮凝池内的安装位置，参见图4-图15。显微摄像机安置在絮凝池的各关键位置上，如各絮凝池的进出水口、相邻两格的过水孔及其他想监测的位置上。安装时要使水流方向与摄像机光轴垂直，显微摄像机与水面平行安装可监测深度方向的絮体分布；显微摄像机与水面垂直安装则可监测水平方向的絮体分布；沿絮凝池水体运动方向布置多个微区域显微摄像机则可监测絮凝颗粒的成长过程。下面分别以图示及文字进行说明1、参见图4、图5，显微摄像机11水平安装在絮凝池9的进出水口，观察絮体经每格絮凝后的状态；絮凝池包括多个絮凝单元，每一絮凝单元内安装有一桨板10，相邻的絮凝单元之间设置有隔墙12，进水管13向絮凝池输送混合出水。本实施例中，絮凝单元为三个，在每一絮凝单元的进水口及出水口均水平安装一显微摄像机。2、参见图6、图7，显微摄像机垂直安装在絮凝池的进出水口，观察絮体经每格絮凝后的状态。3、参见图8、图9，显微摄像机水平安装在絮凝池水流稳定处的不同位置，如沿桨板不同半径处的水平安装，观察不同半径处的絮体状态。4、参见图10、图11，显微摄像机垂直安装在絮凝池水流稳定处的不同位置，如沿桨板不同半径处的垂直安装，观察不同半径处的絮体状态。5、参见图12、图13，显微摄像机水平安装在隔板絮凝池不同流速廊道、不同廊道转弯处，观察絮体经每挡流速变化后及在廊道转弯处的状态。6、参见图14、图15，显微摄像机垂直安装在隔板絮凝池不同流速廊道、不同廊道转弯处，观察絮体经每挡流速变化后及在廊道转弯处的状态。本发明进行上述显微摄像机的不同位置安装后，与主计算机连接并打开主计算机中与摄像机配套的软件，即可开始进行絮凝体拍摄。在图像采集过程中，显微摄像机可以持续摄像录影，期间每IOs进行截图自动保存到预定目录。在图像处理过程中，图像处理软件对截图所得图像进行处理，分析絮凝体数量、形态、粒径、运动轨迹等信息。由于水流的作用及监测点的局限性，图像处理所得数据会有一定波动，为了消除偶然误差的影响，可以取一个水力停留时间段内所有图像数据的平均值作为该时段内的数值反馈到自动判别处理软件中。在信息反馈过程中，依据各监测点的图像数据，对照在各工作点的预期值(絮体的数量、线度、形状、运动轨迹等)，利用自动判别处理软件判别絮凝的各阶段状态，作为相应的工艺参数调整数据的依据。本发明的工作原理是将显微摄像机安置在絮凝池的各关键位置上，如各絮凝池的进出水口及其他想监测的位置上，使水流方向与摄像机光轴垂直，当水流流经水下微区域显微摄像机镜头前的微区域约束区时，水中的絮体颗粒即被照明、显微成像在CCD摄像机上，其连续图像直接以数据形式传输至设置在池外的多路图像数据传输切换系统。多路图像数据传输切换系统在主计算机的控制下切换传输图像数据给主计算机， 在主机内利用多种图像处理软件进行图像处理，给出絮体的数量、线度、形状、运动轨迹等。依据各监测点的图像数据，对照在各工作点的预期值(絮体的数量、线度、形状、运动轨迹等)，利用自动判别处理软件判别絮凝的各阶段状态，给出相应的工艺参数调整数据及投药量变化数据。 窗口清扫控制系统利用电磁阀受控于主机对石英窗口进行吹扫清洁。
权利要求
1.一种水处理混凝过程水下实时显微监测系统，其特征在于包括清洗系统、多路图像数据传输切换系统、显微摄像机组、主机及终端，主机连接并控制清洗系统及多路图像数据传输切换系统，多路图像数据传输切换系统通过数据线连接显微摄像机组，主机的各种控制及图像在终端显示。
2.根据权利要求1所述的水处理混凝过程水下实时显微监测系统，其特征在于所述清洗系统为一组继电器开关，通过所连接的主机控制各个继电器的通断，其前端连接清洗水气源，后端通过清洗管连接显微摄像机组，以清洗或清洁显微摄像机组的镜头。
3.根据权利要求1所述的水处理混凝过程水下实时显微监测系统，其特征在于所述多路图像数据传输切换系统为图像采集模块，在主计算机的控制下切换传输图像数据给主机，在主机内利用多种图像处理软件进行图像处理。
4.根据权利要求1所述的水处理混凝过程水下实时显微监测系统，其特征在于所述显微摄像机为水下微区域显微摄像机，包括密封机壳、CXD摄像机、显微镜头、水下照明灯、 漫反射板及清扫立柱，在密封机壳内同轴通过镜头座安装CCD摄像机，在CCD摄像机的显微镜头前方的密封机壳前端密封安装石英玻璃窗，在石英密封窗内的密封机壳内安装有水下照明灯，在密封机壳前端端面均布轴向固装有清扫立柱，该清扫立柱的径向固装漫反射板， 该清扫立柱连通制在密封机壳侧壁上的水气道，在漫反射板与石英密封窗之间的清扫立柱上向心制有喷孔。
5.根据权利要求4所述的水处理混凝过程水下实时显微监测系统，其特征在于所述漫反射板垂直于摄像机光轴，石英玻璃窗口、显微镜头、CCD摄像机依次同光轴。
6.根据权利要求1所述的水处理混凝过程水下实时显微监测系统，其特征在于所述显微摄像机在絮凝池内的安装位置包括显微摄像机水平或者垂直安装在絮凝池的进出水口，观察絮体经每格絮凝后的状态；显微摄像机水平或者垂直安装在絮凝池水流稳定处，观察桨板不同半径处的絮体状态；显微摄像机水平或者垂直安装在隔板絮凝池的廊道、廊道转弯处，观察絮体经每挡流速变化后及在廊道转弯处的状态。
全文摘要
本发明涉及一种水处理混凝过程水下实时显微监测系统，包括清洗系统、多路图像数据传输切换系统、显微摄像机组、主机及终端，主机连接并控制清洗系统及多路图像数据传输切换系统，多路图像数据传输切换系统通过数据线连接显微摄像机组，主机的各种控制及图像在终端显示。本发明设计科学合理，数据采集直观准确，解决了以往絮凝池无法实时准确的进行过程监测的问题，是一种较为先进的絮凝池过程监测手段，将有利促进水处理厂对水处理技术的发展。
文档编号G01N15/00GK102564910SQ20111043775
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月23日 优先权日2011年12月23日
发明者彭森, 李科, 武薇, 田一梅, 赵新华 申请人:天津大学