1.一种偏振式水浊度的测量装置,其特征在于,包括:用于向第一透镜(2)发射一束单色光I的光源(1),所述单色光I依次穿过所述第一透镜(2)、和第一偏振片(5)后由分光镜(8)分光成呈90°夹角的入射光Ia和散射光Ib,所述散射光Ib进入第一光电探测器(7),所述入射光Ia进入测量槽(3)后的90°表面散射光Ia1依次通过第二偏振片(6)和第二透镜(4)后进入第二光电探测器(9);所述测量槽(3)内设置有温度测量传感器;
所述测量槽(3)包括U型槽,所述U型槽包括两垂直设置的进水槽(12)和出水槽(10),所述进水槽(12)和出水槽(10)的底端由横向槽(13)连通,所述进水槽(12)和出水槽(10)的四周均设置有溢流槽(14),位于所述进水槽(12)和出水槽(10)相对侧的两所述溢流槽(14)底部相连通;所述进水槽(12)的顶端高于所述出水槽(10)的顶端;所述进水槽(12)的内壁上设置有至少一对折流板(11);
所述折流板(11)与进水槽(12)内壁的夹角为45~75°;
所述进水槽(12)的顶端高出所述出水槽(10)的顶端至少2厘米,所述进水槽(12)的横截面面积大于所述出水槽(10)的横截面面积;
所述光源(1)为860nm的近红外光;所述分光镜(8)为光栅式分光镜;所述第一光电探测器(7)和第二光电探测器(9)均为光电三极管;所述温度测量传感器为DHT22传感器。
2.一种偏振式水浊度的测量系统,其特征在于:包括如权利要求1所述的测量装置、信号处理模块、显示模块和挡板控制电路;所述信号处理模块包括依次连接的放大电路、滤波电路、AD转换电路;所述放大电路分别与所述第一光电探测器(7)和第二光电探测器(9)连接,所述显示模块与挡板控制电路连接;所述信号处理模块与所述显示模块相连接。
3.根据权利要求1所述的一种偏振式水浊度的测量装置的测量方法,其特征在于:包括以下步骤:利用最小二乘向量支持机的线性回归方程组:
y=WTΦ(x)+b (1)
s.t.y(xk)=WTΦ(xk)+b+ek,k=1,....n (3)式(1)中,Φ(x)代表各个输入的水浊度影响因子对浊度值的影响函数;W代表各个水浊度影响因子的函数系数矩阵;y代表水浊度;
式(2)是对式(1)进行最小二乘向量拟合,式(2)中的e代表误差;ek代表各个水浊度影响因子的误差;T代表矩阵的运算方式;C代表用于控制误差比重的调节因子;J(W,e)代表约束条件,选择W和e的最小值;
对式(1)、(2)进行约束化得式(3),s.t.是受约束的意思;式(2)和式(3)组成一个方程组;
由式(3)建立拉格朗日等式:
式(4)中,α代表拉格朗日乘子;αi代表各个水浊度影响因子的拉格朗日乘子;i=1~N;
根据KKT条件,对式(4)中的W,e,α,b求偏导得:
由式(5)~式(8)求解b和α,得最小二乘支持向量机模型:
式(9)中,f(x)代表水浊度;k(x,xi)代表各个水浊度影响因子的径向基函数;
式(10)中,x代表各个水浊度影响因子的当前测量的值;xi代表之前各个水浊度影响因子的训练值;σ代表核函数宽度;
将式(10)带入式(9),得:
将各个水浊度影响因子分别作为输入值带入式(11)中,调节调节因子C和核函数宽度σ,输出值f(x)为浊度值;输出值f(x)与标准浊度液进行标定。
4.根据权利要求3所述的一种偏振式水浊度的测量装置的测量方法,其特征在于:所述水浊度影响因子包括温度、散射光强、参考光强和光强比值;所述散射光强为散射光Ib的光强,所述参考光强为Ia1的光强,所述光强比值为Ib/Ia1。
5.根据权利要求3所述的一种偏振式水浊度的测量装置的测量方法,其特征在于:所述标准浊度液的制备方法为:将几种不同水浊度的福尔马肼溶液依次充入所述测量槽(3)中,分别测得其相应的电压值,所述电压值包括Ib和Ia1。
6.根据权利要求4所述的一种偏振式水浊度的测量装置的测量方法,其特征在于:所述标准浊度液的水浊度计算方法为:根据电压值计算光强比值Ib/Ia1,将标准浊度液的水浊度y和光强比值x分别作为横、纵坐标,线性拟合,得线性方程,y=k1x+b1,k1和b1为定值,将测量并计算得到的光强比值代入y=k1x+b1方程中就得到水浊度的大小。