1.一种基于单波长的水的pH值快速光学检测方法,其特征在于:包括pH值预测模型获得方法和pH值预测方法;
该预测模型获得方法包括:
步骤1,在第一光程长及第N个温度条件下,获取不同pH值的水样在中心波长为938nm±
5nm范围内的特征单波长透射光信号Vλ1,作为pH值预测模型的训练集样本;N为大于等于1的自然数;
步骤2,通过标准分析方法,测定该训练样本集的各水样pH值参考值;
步骤3,在第二光程长及第N个温度条件下,获取该训练样本集各水样在中心波长为
938nm±5nm范围内的单波长透射光信号;
步骤4,通过回归分析法,建立第N个温度及第一光程长条件下的pH值预测模型:ypH光程长1=a1xλ1+b1,建立第N个温度及第二光程长条件下的pH值预测模型:ypH光程长2=a2xλ1+b2,其中a1、b1、a2、b2为回归系数,xλ1为关于特征单波长透射光信号Vλ1的函数;
步骤5,比较步骤4中两个预测模型的交互验证预测均方根误差,选择较小交互验证预测均方根误差所对应的光程长条件下的pH值预测模型作为第N个温度条件下的最佳预测模型,即ypH,N=axλ1+b,其中,ypH,N表示在第N个温度条件下pH值的预测值,a、b为回归系数,即为a1、b1、a2、b2中的一组。该交互验证均方根误差 yj表示第j个样本的pH值预测值,表示第j个样本的pH值参考值。
步骤6,判断是否建立下一个温度条件下的预测模型,若是,则N=N+1,并返回执行步骤
1-5;
该pH值预测方法包括:
确定待测水样的温度,进而获取该待测水样在该温度条件下、该最佳预测模型ypH,N=axλ1+b对应的最佳光程长条件下的中心波长为938nm±5nm范围内的单波长透射光信号xλ1,根据该最佳预测模型ypH,N=axλ1+b得到该待测水样的pH值。
2.根据权利要求1所述的一种基于单波长的水的pH值快速光学检测方法,其特征在于:该特征单波长透射光信号反映在光电转换后的电压值或光的能量值或光的透过率或光的吸光度值。
3.根据权利要求1所述的一种基于单波长的水的pH值快速光学检测方法,其特征在于:该 VD为光路中无光信号时所形成的暗噪声信号,VR为特征单波长光通过无样品光路时光路出射的光信号所形成的参考光信号。
4.根据权利要求1所述的一种基于单波长的水的pH值快速光学检测方法,其特征在于:所述第一光程长和第二光程长为1cm、2mm、3mm、4mm和5mm光程长中任意两个光程长的组合。
5.根据权利要求1所述的一种基于单波长的水的pH值快速光学检测方法,其特征在于:该第N个温度的温度范围为10~40℃。
6.一种基于单波长的水的pH值快速光学检测装置,其特征在于:包括光源单元、第一光纤传导单元、样品单元、第二光纤传导单元、光采集单元、微处理器单元、温度检测单元、pH值分析单元及交互显示单元;光源单元发出的光信号经第一光纤传导单元传导至样品单元,经样品单元后出射,出射光再由第二光纤传导单元传导至光采集单元,光采集单元进行光电转换并将电信号发送至微处理器单元;温度检测单元与微处理器单元相连并用于获取样品周围的环境温度,pH值分析单元与微处理器单元相连并能根据权利要求1至5中任一项所述的pH值快速光学检测方法分析得出样品的pH值,交互显示单元与微处理器单元相连。
7.根据权利要求6所述的一种基于单波长的水的pH值快速光学检测装置,其特征在于:该样品单元包括带微处理器的控制模块、微型水泵、第一步进电机、石英池,控制模块与微型水泵、第一步进电机连接,第一步进电机与石英池连接并能驱动石英池在两种测量光程长的位置之间转动变换,微型水泵用于将被测水样泵入石英池内。
8.根据权利要求6所述的一种基于单波长的水的pH值快速光学检测装置,其特征在于:该光源单元包括光源和分光模块,该分光模块包括光纤组件、第二步进电机及分光轮,光纤组件置于光源与分光轮之间,用于采集来自光源的光信号并传导至分光轮上,分光轮上设有两个卡槽,分别用于放置滤光片和遮光片,该滤光片是中心波长为938±5nm的带通滤光片,第二步进电机与该微处理器单元连接,该第二步进电机与分光轮连接并能驱动分光轮转动以使滤光片、遮光片切换转至光纤组件出射光束在分光轮上的投射位置,该第一光纤传导单元的入射端口对准该分光轮上的投射位置。