第四节 工业废水排放的自动监测
一、概述
两类污染物,
一类 — 能 在环境或动植物体内积蓄，对人
体健康产生长远影响。
二类 ---长远影响小于一类的污染物质 。
传统检测方法：
人工定期在排污出口取样检测 。
两类污染物最高允许排放浓度见下表。
二、在线检测解决方案
? 在线检测工业废水中的有害有机化合物。
? 检测系统处理数据的种类：
污染量含量、有无超标、系统工作状态、
传感器状态。
现场无人职守，系统应有自诊断和修复功
能。
1.常规处理手段
总体设计思路,
1)对已经成熟测量的物理量 (如 PH值等），
直接选用对应的传感器。
2)通过 流程检测法 检测所需测量的物理量,
3)通过 压缩测量范围 的方法提高测量精度,
例,总铬 (ge)的最高排放浓度 1.5mg/L,则测
量范围设定在 (1.0~2.0)mg/L.
4)运用 多传感器数据融合 技术,提高在线测
量的准确性和可靠性,
此外,为克服传感器自身的缺陷,实际中需要
温度、线性补偿 等辅助措施。
2.温度自补偿
对传感器在自然环境下产生的温漂,进行温
度数据修正,
3.非线性修正
某些离子浓度传感器的输出电压与离子浓
度之间的关系是非线性的,需要补偿,
4.缩短响应时间
传感器安装在能提高流体中的污染物与电
极的交换速度的地方,如管道弯曲处或水
位落差大的地方,
5.延长传感器使用周期
1)过滤
2)定期清洗
6.测量系统智能化
1）通过微机实现数字滤波、温度误差修正、
多数据融合、数据通信等多方面任务。
2）了解监测系统的状态、传感器是否工作
正常等，实现系统的自 诊断。
三、在线检测装置
? Ph值在线检测装置：
? 计算机任务：
1）多数据源的 数据融合,得出最佳值。
2）根据传感器测量值的 离散程度,判断 Ph
计的工作状态。
3）数据存储。
测量过程：
打开废水阀 2 微机测量处理 打开自来水阀 1
? BOD检测系统,化学、生物测定方法的
自动化。
测量步骤：
1）将磷酸盐缓冲液用定量泵注入测量池，
液体温度控制在 30℃ 左右，传感器输出
信号恒定。
2）泵入废水，以恒定的流量注入测量池，
由于含有 BOD，传感器输出新信号变化
（减小）。
3）计算机检测、数据处理、存储。
4）关闭定量泵，放掉测量液体，注入清水
清洗。
? 作业,1.离子敏场效应管、气敏 MOS晶体
管与普通 MOS管在结构上有何区别？
2.电阻式气敏传感器的原理,结构和
特点,
3.说明湿敏传感器的种类,陶瓷传感
器的原理和特点,
4.说明图 6-23 PH值测量电路的测
量过程,并说明使用 3个传感器的原因,
第七章 机器人传感器
? 是机器人技术发展的 重要基础 。
? 传感器很多,分 内部检测 和 外部检测 。
? 本章介绍,视觉、触觉和接近觉传感器 。
第一节 功能和分类
机器人发展分三代：
程式化操作、初步智能和智能化机器人 。
内部检测,以自身坐标轴感知运动学参数。
如：位置、速度、加速度等
外部测量,认知外部工作环境。
如：触觉、视觉、接近觉、听觉、
味觉和嗅觉等。
机器人传感器的特点,
1)获取信息 和 处理信息 相结合,
2) 检测的信息可以 直接 用于控制机器人动
作,
3)随环境大幅度变化检测信息,信息收集能
力强,
4)对传感器材料的 柔性和功能 有特定要求,
? 传感器信号一般经过如下处理过程,
1)信息获取
2)信息处理
3)信号提取
4)数据解释
例如,
视觉获得圆
形物体图像
二值化图
像处理
边缘数据
信号提取
信号解释
为篮球
第二节 机器人视觉传感器
一、人眼与视觉
物体 水晶体 视网膜成像 送到大脑
二、机器人视觉方法
物体 光学系统 CCD传感器 送入计算机
距离信息获得的方法：
1）激光扫描法
通过机械扫描装置，把激光光束投向景物
空间，按照一定的顺序对景物空间进行
二维扫描。
2）立体摄影法
模拟人眼，用两台 CCD摄像机从不同的方
位纪录景物的图像。
三、机器人图像处理技术
初级处理,对视觉数据进行第一步加工。
1）寻找图像边缘和分割图像。
2）求取图像重心位置。
3）提取图像的两个垂直的主惯性轴。
中期处理,将多个相互独立的视觉模块相
互协同而完成。
1.图像的分割方法
关心图像中的某一部分,
(1) 阈值处理法
根据适当的 灰度阈值 th将图像的灰度等级
减少,使其成为二值化图像,
1 f(x,y) ≥thf
t(x,y)= (7-15)0 f(x,y) ≤t
h
二值化的 阈值 很重要,如何确定?
根据图像的 灰度分布概率 参数确定,
th=(μ 1+μ 2)/2
(2) 微分边缘检测法
利用坐标变换方法,根据计算的得到的数字
梯度矢量的大小和方向,判断是否为图像
边界,
2.重心点和惯性矩计算
? 在物体的 特征识别 过程中,要将 标准布置
形态 的物体图像与所拍摄的物体图像相
比较,应进行 坐标变换,
四、机器人立体视觉
? 景物中同一物体分别在左、右摄像机中
各产生了一个像点，这一对像点成为 共
轭图像对,一旦知道这一对 共轭对 及其
视差值,就可以确定景物空间中物点的
空间位置 。
? 由图像处理算法实现。
说明,机器人视觉技术是一门专门技术，
这里只是简介。
一、概述
两类污染物,
一类 — 能 在环境或动植物体内积蓄，对人
体健康产生长远影响。
二类 ---长远影响小于一类的污染物质 。
传统检测方法：
人工定期在排污出口取样检测 。
两类污染物最高允许排放浓度见下表。
二、在线检测解决方案
? 在线检测工业废水中的有害有机化合物。
? 检测系统处理数据的种类：
污染量含量、有无超标、系统工作状态、
传感器状态。
现场无人职守，系统应有自诊断和修复功
能。
1.常规处理手段
总体设计思路,
1)对已经成熟测量的物理量 (如 PH值等），
直接选用对应的传感器。
2)通过 流程检测法 检测所需测量的物理量,
3)通过 压缩测量范围 的方法提高测量精度,
例,总铬 (ge)的最高排放浓度 1.5mg/L,则测
量范围设定在 (1.0~2.0)mg/L.
4)运用 多传感器数据融合 技术,提高在线测
量的准确性和可靠性,
此外,为克服传感器自身的缺陷,实际中需要
温度、线性补偿 等辅助措施。
2.温度自补偿
对传感器在自然环境下产生的温漂,进行温
度数据修正,
3.非线性修正
某些离子浓度传感器的输出电压与离子浓
度之间的关系是非线性的,需要补偿,
4.缩短响应时间
传感器安装在能提高流体中的污染物与电
极的交换速度的地方,如管道弯曲处或水
位落差大的地方,
5.延长传感器使用周期
1)过滤
2)定期清洗
6.测量系统智能化
1）通过微机实现数字滤波、温度误差修正、
多数据融合、数据通信等多方面任务。
2）了解监测系统的状态、传感器是否工作
正常等，实现系统的自 诊断。
三、在线检测装置
? Ph值在线检测装置：
? 计算机任务：
1）多数据源的 数据融合,得出最佳值。
2）根据传感器测量值的 离散程度,判断 Ph
计的工作状态。
3）数据存储。
测量过程：
打开废水阀 2 微机测量处理 打开自来水阀 1
? BOD检测系统,化学、生物测定方法的
自动化。
测量步骤：
1）将磷酸盐缓冲液用定量泵注入测量池，
液体温度控制在 30℃ 左右，传感器输出
信号恒定。
2）泵入废水，以恒定的流量注入测量池，
由于含有 BOD，传感器输出新信号变化
（减小）。
3）计算机检测、数据处理、存储。
4）关闭定量泵，放掉测量液体，注入清水
清洗。
? 作业,1.离子敏场效应管、气敏 MOS晶体
管与普通 MOS管在结构上有何区别？
2.电阻式气敏传感器的原理,结构和
特点,
3.说明湿敏传感器的种类,陶瓷传感
器的原理和特点,
4.说明图 6-23 PH值测量电路的测
量过程,并说明使用 3个传感器的原因,
第七章 机器人传感器
? 是机器人技术发展的 重要基础 。
? 传感器很多,分 内部检测 和 外部检测 。
? 本章介绍,视觉、触觉和接近觉传感器 。
第一节 功能和分类
机器人发展分三代：
程式化操作、初步智能和智能化机器人 。
内部检测,以自身坐标轴感知运动学参数。
如：位置、速度、加速度等
外部测量,认知外部工作环境。
如：触觉、视觉、接近觉、听觉、
味觉和嗅觉等。
机器人传感器的特点,
1)获取信息 和 处理信息 相结合,
2) 检测的信息可以 直接 用于控制机器人动
作,
3)随环境大幅度变化检测信息,信息收集能
力强,
4)对传感器材料的 柔性和功能 有特定要求,
? 传感器信号一般经过如下处理过程,
1)信息获取
2)信息处理
3)信号提取
4)数据解释
例如,
视觉获得圆
形物体图像
二值化图
像处理
边缘数据
信号提取
信号解释
为篮球
第二节 机器人视觉传感器
一、人眼与视觉
物体 水晶体 视网膜成像 送到大脑
二、机器人视觉方法
物体 光学系统 CCD传感器 送入计算机
距离信息获得的方法：
1）激光扫描法
通过机械扫描装置，把激光光束投向景物
空间，按照一定的顺序对景物空间进行
二维扫描。
2）立体摄影法
模拟人眼，用两台 CCD摄像机从不同的方
位纪录景物的图像。
三、机器人图像处理技术
初级处理,对视觉数据进行第一步加工。
1）寻找图像边缘和分割图像。
2）求取图像重心位置。
3）提取图像的两个垂直的主惯性轴。
中期处理,将多个相互独立的视觉模块相
互协同而完成。
1.图像的分割方法
关心图像中的某一部分,
(1) 阈值处理法
根据适当的 灰度阈值 th将图像的灰度等级
减少,使其成为二值化图像,
1 f(x,y) ≥thf
t(x,y)= (7-15)0 f(x,y) ≤t
h
二值化的 阈值 很重要,如何确定?
根据图像的 灰度分布概率 参数确定,
th=(μ 1+μ 2)/2
(2) 微分边缘检测法
利用坐标变换方法,根据计算的得到的数字
梯度矢量的大小和方向,判断是否为图像
边界,
2.重心点和惯性矩计算
? 在物体的 特征识别 过程中,要将 标准布置
形态 的物体图像与所拍摄的物体图像相
比较,应进行 坐标变换,
四、机器人立体视觉
? 景物中同一物体分别在左、右摄像机中
各产生了一个像点，这一对像点成为 共
轭图像对,一旦知道这一对 共轭对 及其
视差值,就可以确定景物空间中物点的
空间位置 。
? 由图像处理算法实现。
说明,机器人视觉技术是一门专门技术，
这里只是简介。
