基于图像技术的工业循环水硅酸根离子检测研究.pdf

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化工自动化及仪表
第43卷
基于图像技术的工业循环水
硅酸根离子检测硏究
曹生现夏珺韩宇
东北电力大学自动化工程学院,吉林吉林132012
摘要为了快速准确地检測工业循环水中硅酸根离子的含量,依据朗伯一比尔定律,在硅钼兰分光光
度法的基础上,提出根据溶液图像颜色特征值来测量硅酸根离子浓度的方法,并开发了一套基于图像技
术的检测装置,通过1 a BVIFW软件编程来控制各试剂的加药量并采集有色溶液的图像,依据有色溶液
浓度和图像颜色特征値间的相关性,在线性区间0.0~3.2mg/L浓度范国内选择C值作为最佳颜色特征
值,绘制标准曲线。重复实验和測试结果证实,该检測技术具有准确性和重复性好的优点。
关键词硅酸根离子检测エ业循环水处理溶液图像G颜色特征值溶液浟度 LABVIEW
中图分类号TQ085.1
文献标识码A
文章编号1000-3932(2016)09-0906-04
现代工业用水中硅酸根含量是一个重要的监了分析总结。张光论述了流动注射分析技术在
控项目,火电厂中硅酸根的含量超标会造成锅炉工业用水硅酸根离子分析中的应用,并预测了水
过热器积盐和汽轮机叶片积垢,严重时会造成锅质分析中在线预富集技术与多组分联合测定技术
炉过热管鼓包、变形及爆管等事故;汽轮机末级叶的发展,说明由于流动分析技术中需要采用蠕
片积垢后,会造成汽轮机的动静不平衡,影响汽轮泵和导管间的碾压力作用加液,容易造成加液量
机的正常运行。因此,对工业循环水中的硅酸不准,从而影响检测结果的准确性。为此,提出
根进行检测具有重要意义。
一种新的检測方法,开发一套操作简单、价格低廉
日前工业用水中硅酸根离子的分析方法包并且准确度高的新型装置具有现实意义。
括:硅钼黄光度法、硅钾兰光度法、电化学分析法
随着计算机视觉技术和图像处理技术的日渐
和杂多酸一碱性染料-表面活性剂多元配合物体成熟与完善”,越来越多的领域采用计算机对控
系光度法。传统的硅酸根检測需要较多手工配药制过程实现自动化,并对数据进行分析处理,以图
和复杂的操作,比较繁琐,并且容易受其他离子影像处理技术为基础的化学分析仪器也越来越受到
响,设备也比较昂贵。随着科技的进步,硅酸根检科研人员的重视。针对水质砫酸根检测存在的
测设备有了更长远的发展。张文孝和姜春岩采用传统检测方法手段复杂和新型检测设备昂贵的问
化学发光法原理研制了硅酸根检测仪,其测量与题,提出一种可以快速准确检測工业循环水中硅
控制由微机完成2,但采用液位差加药,加药虽控酸根的方法,并开发了一套自动化程度较高的测
制不够精确。宫佰玲针对GXF-221型硅酸根分量设备,该设备依据硅佣兰分光光度法,通过Iab-
析仪在使用过程中水样空白值颜色过重、双倍试VEW软件编稈来控制各试剂的加药量,并控制
剂空白值小于单倍试剂空白值等问题进行了分析智能相机采集有色溶液图像,分析图像数据进而
并提出改进措施,解决了该分析仪在测量硅酸根确定最优颜色值,建立硅酸根浓度与颜色特征值
时出现的空白试验结果反常、频繁出现故障等问间的线性关系,实现硅酸根的测量。
题3。陈继明等论述了流动注射分析法(FIA)的1测量原理
基本原理,并介绍了基于流动注射分析法的集成
在化学分析中,对有色溶液浓度的测量一般
污水水质监测仪的研制4。邓光南和曾文魁闻述采用分光光度法,有色溶液浓度与波长为入的
了FA-33型硅酸根自动分析仪的特点、分析流程
和工作原地弹合近几年的现场应用实践进行の收将日期:206527(修改稿
第9期
曹生现等.基于图像技术的工业循环水硅酸根离子檢测研究
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单色光强度满足朗伯-比尔定律,即有
背光照明,低发热,光线均匀,无闪烁,能够发出均
A=1g 10 ()/1,()1=h(A)bc
(1)匀稳定的光,并且光强和色彩恒定,可以减少测量
式中A一溶液吸光度,L/(g?cmn)
过程中由于光源品质引起的测量误差;反应池材
b一一溶液液层厚度,cm
料为石英玻璃,在进行检测前使用除盐水对它进
浴液浓度,g/L
行清洗,避免残留溶液影响测量精度;裝置采用智
()一人射光强度,cd;
能相机,可以得到更加清晰的溶液图像,采集过程
1(A)一一透射光强度,cd;
更加稳定,图像经处理后得到的数据更加准确。
ん一一吸光度系数,L/(ml?cm)。
在朗伯-比尔定律的基础上,有色溶液浓度
与颜色、光程长的关系可表示为:
无
能
算机
式中C。一参比值,用于消除比色皿、溶剂对
反应池
人射光的吸收和反射所带来的误
支架
差,L
mo
不同分量的色度值,L/1
mol i
l一一光程长,cm
图1装置暗室结构示意图
基于图像技术对有色溶液图像进行分析处
3软件设计
理,得出颜色特征值的相关数据,由式(2)可知溶
基于图像技术的工业循环水硅酸根离子检测
液浓度与颜色特征值呈线性关系,建立浓度与颜
装置采用图形化编程软件 Labview进行软件设
色值间的函数模型。采集待测溶液图像的颜色值
计,实现了图像的采集和数据处理,以及颜色模型
进行计算分析,从而得出待测浴液浓度。
的公式化转换。其中RGB颜色模型转换为HSI
根据硅钼兰分光光度法原理,硅酸根离于与颤色模则的程序代码如下
多种试剂发生反应,不同硅酸根浓度反应所产生
float cita
的颜色不同。笔者采用 LABVIEW软件编程采集
float m
有色溶液图像,选取图像中20×20个点的矩形区
float n
域进行分析处理,得出三基色颜色模型R(red)、C
float t;
( green)、B(blue)的值,并经过软件编程转换得出
m=0.5*((R-G)+(R-B))
有利于人类视觉感知的HSL颜色模型各参数的
n=(RーG)*(RーC)+(RーB)※(G-B)
值,其中H(hue)代表色调,S( saturaion)代表饱
t=sqrt(n)
和度,I( Intensity)代表亮度。采取R、G、B、IH、S、
cita =acos(m/t)
共6个分量和两种颜色模型的值对数据进行分析
if(B<=G)
处理,有利于减小误差,使结论更精确可靠。选取
其中与溶液浓度线性关系最好的颜色值作为测量
H=360-ceita
的颜色特征值,最后根据不同浓度的图像特征值
S=I-3* min(min(R, G),B)/(R+G+B)
由线测量硅酸根的浓度。
I=(R+G+B)/3;
2检测装置设计
4数据分析和条件确定
笔者基于图像技术,设计实现了一套自动加4.1实验方法和步骤
药的工业水硅酸根检测装置,装置的检测部分包
基于图像技术的工业循环水硅酸根离子浓度
括:智能相机、上位机、测測量暗室、无影稳压光源、检测装置以硅佣兰分光光度法(CB/T12149
反应池和支架。装置用于检测的暗室结构如图12007)为基础,配置药品如下
所示,暗室为封闭的金属结构,能够隔绝外界光
a.配置1-氨基-2-萘酚-4-磺酸溶液。
线、电磁サ掌裝置采用无影稳压光源