[发明专利]营养液组分在线检测的离子选择电极交叉敏感校正方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种营养液组分在线检测的离子选择电极交叉敏感校正方法及装置，属于传感技术、智能仪器、设施农业和环境水监测领域。

背景技术

离子选择电极是一种电化学敏感器件，通过采用不同性质的膜电极构成了不同的离子选择电极，可用于检测水溶液中的离子种类及其浓度变化。现有的用于无土栽培的营养液由多种组分组成，主要包括氮、磷、钾、钙、镁和硫等。营养液组分的检测，尤其是在线检测，是营养液实时优化调控的基础。而离子选择电极方法是实现营养液组分在线快速检测的有效方法。所谓在线检测方式是将离子选择电极浸入到营养液中，对相应组分浓度进行测量。目前已经能够对营养液中的硝酸根、氯、钾、钙等离子，以及酸碱度(pH)、电导(EC)进行检测。但离子选择电极存在着交叉敏感现象，交叉敏感性表现为：离子选择电极的响应不仅受目标参量的影响，有时同时受到多个非目标参量的影响，导致离子选择电极的性能不稳定，测量精度降低。例如钾离子选择电极不仅对营养液中的钾离子敏感，而且还受到钙离子、温度变化等较强干扰；而硝酸根离子选择电极不仅对营养液中的硝酸根离子敏感，而且还受到氯离子、温度变化等的干扰。

发明内容

本发明为解决在现有的离子选择电极技术中，存在因交叉敏感现象导致的离子选择电极的稳定性较差、测量精度较低的问题，提出了一种营养液组分在线检测的离子选择电极交叉敏感校正方法及装置。相应的营养液组分在线检测的钾离子选择电极交叉敏感校正方法包括：

在待测作物生长过程中，根据营养液中钾离子选择电极对预定比例的钾离子浓度、钙离子浓度以及所述营养液的温度获取钾离子选择电极对钙离子和营养液温浓度的交叉敏感相关关系；

根据所述营养液的钾离子浓度、钙离子浓度和营养液温度获得钾离子选择电极交叉敏感校正的训练样本，并对所述训练样本进行最小二乘支持向量机回归训练，建立最小二乘支持向量机回归的钾离子选择电极交叉敏感校正模型；

根据所述最小二乘支持向量机回归的钾离子选择电极交叉敏感校正模型获得所述待测作物生长过程中任意时刻的钾离子浓度。

相应的营养液组分在线检测的钾离子选择电极交叉敏感校正装置包括：

参数采集单元，用于采集钾离子选择电极、钙离子选择电极和温度电极的响应信号并输出；

跟踪放大单元，用于对所述电极响应信号进行信号跟踪，并根据所述信号跟踪的响应范围将所述电极响应信号通过运算放大转换成0-5V标准信号，并输出给模数转换单元；

模数转换单元，用于将所述0-5V标准信号转换成数字信号后输出给微处理单元；

微处理单元，用于根据所述数字信号对钾离子浓度、钙离子浓度和营养液温度、以及所述最小二乘支持向量机回归的钾离子选择电极交叉敏感校正模型，获得真实的钾离子浓度值。

相应的营养液组分在线检测的硝酸根离子选择电极交叉敏感校正方法包括：

在待测作物生长过程中，根据营养液中硝酸根离子选择电极对预定比例的硝酸根离子浓度、氯离子浓度以及所述营养液的温度获取硝酸根离子选择电极对氯离子和营养液温浓度的交叉敏感相关关系；

根据所述营养液的硝酸根离子浓度、氯离子浓度和营养液温度获得硝酸根离子选择电极交叉敏感校正的训练样本，并对所述训练样本进行最小二乘支持向量机回归训练，建立最小二乘支持向量机回归的硝酸根离子选择电极交叉敏感校正模型；

根据所述最小二乘支持向量机回归的硝酸根离子选择电极交叉敏感校正模型获得所述待测作物生长过程中任意时刻的硝酸根离子浓度。

相应的营养液组分在线检测的硝酸根离子选择电极交叉敏感校正装置包括：

参数采集单元，用于采集硝酸根离子选择电极、氯离子选择电极和温度电极的响应信号并输出；

跟踪放大单元，用于对所述电极响应信号进行信号跟踪，并根据所述信号跟踪的响应范围将所述电极响应信号通过运算放大转换成0-5V标准信号，并输出给模数转换单元；

模数转换单元，用于将所述0-5V标准信号转换成数字信号后输出给微处理单元；

微处理单元，用于根据所述数字信号对硝酸根离子浓度、氯离子浓度和营养液温度、以及所述最小二乘支持向量机回归的硝酸根离子选择电极交叉敏感校正模型，获得真实的硝酸根离子浓度值。

本发明通过建立最小二乘支持向量机回归的离子选择电极交叉敏感校正模型，以实现在60-370mg/l的范围内在线检测钾离子浓度和50-200mg/l的硝酸根离子浓度，能够有效抑制钙离子、氯离子和温度变化引起的干扰，具有离子选择电极的稳定性较好、测量精度较高的优点。

附图说明