营养液离子浓度在线检测装置及离子选择电极标定方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及离子浓度在线检测领域，具体涉及一种营养液离子浓度在线检测装置及使用该装置对离子选择电极进行标定的方法和装置。
【背景技术】
[0002]目前，以营养液作为栽培介质进行商业化蔬菜生产已经从研究探索逐步演变为一种实用的生产技术。鉴于这种模式节水节肥，清洁高产，其面积迅速扩大，多种栽培模式(深液流栽培、营养液膜栽培、汽雾培、岩棉栽培、复合式栽培技术…)相继被国内外科研工作者开发出来，相配套的栽培管理技术逐步完善。
[0003]在营养液栽培条件下，作物的根系浸没在营养液中，所需水分、养分均由营养液提供。由于营养液缓冲能力远远弱于土壤，其组分特性的变化会对作物生长产生很大影响。目前所用的营养液均由氮、磷、钾、钙、镁、硫六大元素组成，而对于多数作物来说，对氮、磷、钾的需求量往往大于对钙、镁、硫的需求量，这必然会导致营养液组分出现失衡状况，若不及时调整，作物的生长状况也会受到影响。因此，如何对营养液进行管理，避免出现组分失衡是水培技术管理中关键部分之一。
[0004]获取营养液主要养分离子的动态变化过程是调控营养液组分的前提。目前应用最广泛的是使用离子选择电极对营养液相应养分离子浓度进行检测。虽然该方法操作简单，其精度也能够满足营养液管理的要求，但在使用过程中，需要将溶液中离子浓度信号转变为电信号输出，所以电位漂移直接影响所测离子浓度的准确性。因此需要对离子选择电极进行频繁标定，以消除电位漂移对检测精度的影响。现在多采用人工标定手段，工作量大，费时费力。
[0005]进一步地，由于离子选择电极在使用过程中需要频繁地进行人为手工标定，而离子选择电极的使用一般在实施现场，比如在无土栽培大棚里，而对离子选择电极的标定通常都在实验室里进行，这样用户需要频繁往返于实施现场和实验室，严重影响了离子浓度的检测效率，制约了离子浓度在线检测的实现。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是，解决离子选择电极使用前需要进行人工标定而带来的工作量大，不能实现营养液离子浓度在线检测的问题。
[0007]针对上述问题，本发明提出了一种离子浓度在线检测装置，包括水平导轨、水平丝杠、第一滑块、垂直导轨、垂直丝杆、第二滑块、至少一个待测溶液池、至少两个标准溶液池、电极固定件、电压采集器、第一电机、第二电机、运动控制器和电极清洗机构；其中，
[0008]所述至少一个待测溶液池和所述至少两个标准溶液池均设置在所述水平导轨的一侧，并沿着所述水平导轨排列；
[0009]所述水平导轨用于固定所述水平丝杆，所述垂直导轨用于固定所述垂直丝杆；
[0010]所述垂直丝杆通过所述第一滑块固定在所述水平丝杆上，所述水平丝杆与所述第一电机相连；
[0011]所述电极固定件通过所述第二滑块固定在所述垂直丝杆上，所述垂直丝杠与所述第二电机相连；
[0012]所述运动控制器与所述第一电机和所述第二电机相连，用于控制所述垂直导轨移动至任意一个所述待测溶液池的位置处或者任意一个所述标准溶液池的位置处，并用于控制所述电极固定件将设置在所述电极固定件上的离子选择电极插入或拔出任意一个所述待测溶液池或者任意一个所述标准溶液池；
[0013]所述电压采集器用于与离子选择电极的电压输出端相连，以采集离子选择电极输出的电压值；
[0014]所述电极清洗机构用于对离子选择电极进行清洗，以清除附着在离子选择电极敏感膜表面的离子。
[0015]优选地，
[0016]所述待测溶液池设置有供液管，用于将待测溶液导入所述待测溶液池中；
[0017]所述待测溶液池设置有回流管，用于将检测完离子浓度的待测溶液导出所述待测溶液池。
[0018]优选地，
[0019]所述电极清洗机构的清洗池设置有进水管，用于将去离子水导入所述清洗池中；
[0020]所述电极清洗机构的清洗池设置有出水管，用于将使用过的去离子水导出所述清洗池。
[0021]优选地，所述装置还包括电压放大器，以预设放大倍数放大离子选择电极输出的电压信号。
[0022]一种离子浓度在线检测装置，包括水平导轨、水平丝杆、第一滑块、垂直导轨、垂直丝杆、第二滑块、第三导轨、第三丝杆、第三滑块、至少一个待测溶液池、至少两个标准溶液池、电极固定件、电压采集器、第一电机、第二电机、第三电机、运动控制器和电极清洗机构；其中，
[0023]所述水平导轨用于固定所述水平丝杆，所述垂直导轨用于固定所述垂直丝杆，所述第三导轨用于固定所述第三丝杆；
[0024]所述垂直丝杆通过所述第一滑块固定在所述水平丝杆上，所述水平丝杆与所述第一电机相连；
[0025]所述第三丝杆通过所述第二滑块固定在所述垂直丝杆上，垂直于所述水平丝杆和所述垂直丝杆，所述垂直丝杆与所述第二电机相连；
[0026]所述电极固定件通过所述第三滑块固定在所述第三丝杆上，所述第三丝杆与所述第三电机相连；
[0027]所述运动控制器与所述第一电机、所述第二电机和所述第三电机相连，用于控制所述垂直导轨移动至任意一个所述待测溶液池的位置处或者任意一个所述标准溶液池的位置处，并用于控制所述电极固定件将设置在所述电极固定件上的离子选择电极插入或拔出任意一个所述待测溶液池或者任意一个所述标准溶液池；
[0028]所述电压采集器用于与离子选择电极的电压输出端相连，以采集离子选择电极输出的电压值；
[0029]所述电极清洗机构用于对离子选择电极进行清洗，以清除附着在离子选择电极的表面上的溶液。
[0030]一种使用上述的离子浓度在线检测装置对离子选择电极进行标定的方法，其特征在于，包括:
[0031]通过所述运动控制器控制设置在所述电极固定件上离子选择电极按照预定顺序依次插入每一所述标准溶液池中，通过所述电极清洗机构在离子选择电极每一次插入标准溶液池之前对离子选择电极进行清洗，并通过所述电压采集器采集离子选择电极在每一所述标准溶液池中时输出的电压值；
[0032]对采集得到的电压值与每一所述标准溶液池内的溶液浓度的对数值进行线性拟合，以得到对应于该离子选择电极的电压值与溶液浓度的对数值之间的线性关系。
[0033]优选地，所述通过所述电压采集器采集离子选择电极在每一所述标准溶液池中时输出的电压值，具体包括:
[0034]按预设放大倍数放大离子选择电极在每一所述标准溶液池中时输出的电压信号，得到放大后的电压信号；
[0035]当所述放大后的电压信号在预设时间内的幅度变化低于预设值后，通过所述电压采集器采集放大后的电压值。
[0036]优选地，所述对采集得到的电压值与每一所述标准溶液池内的溶液浓度进行线性拟合，以得到对应于该离子选择电极的电压值与溶液浓度之间的线性关系，具体包括:
[0037]对采集得到的电压值与每一所述标准溶液池内的溶液浓度的对数值使用最小二乘法进行线性拟合，以得到对应于该离子选择电极的电压值与溶液浓度的对数值之间的线性关系。
[0038]—种使用上述的离子浓度在线检测装置对离子选择电极进行标定的设备，其特征在于，包括:
[0039]与所述运动控制器和所述电压采集器分别相连的控制模块，用于通过所述运动控制器控制设置在所述电极固定件上离子选择电极按照预定顺序依次插入每一所述标准溶液池中，通过所述电极清洗机构在离子选择电极每一次插入标准溶液池之前对离子选择电极进行清洗，并通过所述电压采集器采集离子选择电极在每一所述标准溶液池中时输出的电压；
[0040]连接所述控制模块的计算模块，用于对所述控制模块得到的电压值与每一所述标准溶液池内的溶液浓度的对数值进行线性拟合，以得到对应于该离子选择电极的电压值与溶液浓度的对数值之间的线性关系。
[0041 ] 优选地，所述设备还包括:
[0042]人机交互模块，用于接收用户的触发指令，以控制所述控制模块开始工作；
[0043]还用于接收用户输入的标准溶液池内的溶液浓度值，并输出给所述计算模块；
[0044]还用于接收所述计算模块输出的所述离子选择电极的电压值与溶液浓度的对数值之间的线性关系。
[0045]本发明提供的一种营养液离子浓度在线检测装置及使用该装置对离子选择电极进行标定的方法和装置，其中营养液离子浓度在线检测装置通过运动控制器与多个电机相连，实现了所述电极固定件上的离子选择电极插入或拔出任意一个待测溶液池或者任意一个标准溶液池，并通过电压采集器采集离子选择电极输出的电压值；使用所述营养液离子浓度在线检测装置对离子选择电极进行标定的方法，基于能斯特方程，通过对采集得到的电压值与每一所述标准溶液池内的溶液浓度的对数值进行线性拟合，得到了对应于该离子选择电极的电压值与溶液浓度的对数值之间的线性关系。根据本发明提供的技术方案，既可实现对离子选择电极的自动化标定，又可实现待测营养液离子浓度的在线检测。
【附图说明】
[0046]图1为本发明一实施例提供的一种营养液离子浓度在线检测装置示意框图；
[0047]图2为本发明另一实施例提供的一种营养液离子浓度在线检测装置示意框图；
[0048]图3为本发明另一实施例提供的对离子选择电极进行标定的方法流程示意图；
[0049]图4为本发明另一实施例提供的对离子选择电极进行标定的设备示意框图；
[0050]图5为本发明另一实施例提供的一种营养液离子浓度在线检测装置结构示意图；
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