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基本信息
- 項目名稱：
- 基于機器視覺的BOD在線檢測方法的研究
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本文提出了一種基于機器視覺的BOD在線檢測方法的研究。首先通過顯微機器視覺方法，在線自動獲取污水水樣的顯微圖像信息。進而在LABVIEW的環(huán)境下，采用先進的數(shù)字圖像處理技術(shù)對所獲圖像進行處理。然后將處理后的結(jié)果進行查找，并將結(jié)果直觀可視化輸出。這種研究方法減少了化學(xué)方面對微生物進行監(jiān)測所花費的時間和財力，從而對于水資源檢測處理方面提供了更為有效的檢測手段，并且對于產(chǎn)業(yè)化存在實際的意義。
- 詳細介紹：
- 本作品以污水水樣中的微生物識別及其數(shù)量的檢測與計算為對象開展研究，其目的是開辟全新的污水BOD的檢測方法，進而形成技術(shù)水平先進且具有自主知識產(chǎn)權(quán)的BOD在線監(jiān)測儀表產(chǎn)品。作品采用顯微機器視覺技術(shù)對污水水樣連續(xù)采集數(shù)字圖像樣本，運用虛擬儀器技術(shù)和數(shù)字圖像處理技術(shù)實時對樣本中微生物進行識別，進而分析計算出單位體積污水中微生物的含量，并通過實驗方法找出這些數(shù)值與BOD的數(shù)學(xué)關(guān)系，從而實現(xiàn)對BOD的在線測量。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- BOD是衡量污水達標(biāo)排放最重要指標(biāo)之一。傳統(tǒng)的檢測方法主要有實驗室分析和微生物傳感器在線檢測兩種。實驗室分析方法常常采用五日生化需氧量（BOD5）標(biāo)準(zhǔn)稀釋法, 仍是目前國內(nèi)外比較普遍采用的分析檢測方法, 但該標(biāo)準(zhǔn)方法需要5天分析周期, 操作過程繁瑣, 因而給環(huán)境監(jiān)測帶來了許多不便。用微生物傳感器法測定BOD具有快速、簡便和可重復(fù)性等特點, 具有較好的應(yīng)用前景。BOD微生物傳感器一般采用對有機物具有廣泛降解能力、性質(zhì)優(yōu)良、無毒的耗氧微生物菌株作為有機污染物同化微生物, 并固定于傳感敏感膜上，具有測量快速的特點，但造價較高，目前國內(nèi)還沒有成熟產(chǎn)品，這樣的儀器基本靠進口，因此研究開發(fā)一種性能優(yōu)良，價格適中的BOD在線監(jiān)測儀器具有非常重要的理論意義和實際意義。 創(chuàng)新點：首次以視覺方式直接檢測污水中微生物，來近似計算污水的BOD值。 技術(shù)關(guān)鍵：1、微生物數(shù)字圖像獲取技術(shù)；2、數(shù)字圖像中微生物的標(biāo)注方法；3、圖像中微生物數(shù)量與BOD的關(guān)系模型。 主要指標(biāo)：通過研究找到微生物數(shù)量與BOD的近似關(guān)系式。
科學(xué)性、先進性
- 目前BOD在線監(jiān)測方法，主要采用微生物傳感技術(shù)，BOD傳感器的原理是基于微生物對有機物的耗氧代謝,從而產(chǎn)生光或電信號的改變,在10～15min內(nèi)完成一個樣品的測定,大大縮短了測定所需的時間。目前，國內(nèi)外常見的BOD微生物傳感器大多以氧電極作為二次傳感來檢測溶解氧濃度的變化，檢測過程需不斷消耗溶解氧，需要電解液和專用透氧膜等，系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性不夠理想，制約了這類方法的進一步推廣和應(yīng)用。在BOD傳感器的測量方式中，穩(wěn)態(tài)測量方式被普遍使用。該方法在不斷通空氣和保持恒速攪拌條件下，通過測量加入有機物前后微生物呼吸作用變化的兩個穩(wěn)態(tài)的響應(yīng)差值(ΔI) 而獲得BOD值。近年來，初始速率測量方法在BOD傳感器檢測中開始受到人們的關(guān)注。從相關(guān)研究技術(shù)文獻可以看出，對于目前的檢測方法而言，缺少非接觸性和實時性處理方面的考慮，因此本作品采用機器視覺、顯微技術(shù)以及數(shù)字圖像處理技術(shù)相結(jié)合的BOD在線檢測的方法，在這方面可以說是一個開創(chuàng)性的研究。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 模型
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 1、 特點與優(yōu)勢 ? 檢測周期短：采樣、圖像處理以及數(shù)值計算幾乎在同時完成； ? 穩(wěn)定性好：在這樣的測量系統(tǒng)中，幾乎不存在消耗器件因此長期運行穩(wěn)定性好； ? 價格低：未來產(chǎn)品可采用集成技術(shù)，價格會大大降低； 2、 推廣前景 隨著人們保護環(huán)境意識的提高，特別是對水資源保護的不斷加強，污水處理達標(biāo)排放而來越多，因此各種污水檢測儀表需求會越來越大，因此本項目的研究所形成的產(chǎn)品會有非常好的市場前景。 3、 經(jīng)濟效益分析 形成產(chǎn)品的市場價格大致可以控制在3萬元以內(nèi)，而一般的進口BOD在線檢測儀表要在十幾萬元以上。
同類課題研究水平概述
- （1）國外研究現(xiàn)狀 1977年,日本科學(xué)家Karube首次從活性污泥中分離出混合菌種試制成功第一支BOD傳感器,經(jīng)過國內(nèi)外20多年的不斷探索,BOD微生物傳感器已經(jīng)有了長足的發(fā)展, 并在水污染控制和環(huán)境監(jiān)測中得到較廣泛應(yīng)用。但在實際應(yīng)用中還存在一些問題,如:由于缺乏具有廣泛降解能力的微生物菌株, 大多數(shù)傳感器還只能用于一類或幾類水體的監(jiān)測,不適于強酸、強堿、高鹽度的特殊水質(zhì)環(huán)境;由于微生物固定化技術(shù)的不完善。2000年S.M.Paixao等對照了兩種商業(yè)化菌種分別用稀釋接種法和測壓法測定了葡萄糖2谷胺酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的結(jié)果。2003年S.M.Paixao等用一種標(biāo)準(zhǔn)化土壤接種體和純菌種做接種液,分別用稀釋接種法和測壓法測定葡萄糖2谷胺酸BOD5標(biāo)準(zhǔn)液 ,結(jié)果顯示均可代替土壤懸濁上清液。 （2）國內(nèi)研究現(xiàn)狀 目前國內(nèi)有多種BOD傳感器的研究方法及產(chǎn)品問世. BOD傳感器大致有這樣幾種類型:以溶氧電極為基礎(chǔ)的微生物電極、以燃料電池電極與固定化微生物膜組成的微生物電極和以固定化微生物電極作陽極的生物燃料電池型, 目前應(yīng)用最多的是以溶氧電極為基礎(chǔ)的微生物電極，利用熒光淬滅原理的氧光纖化學(xué)傳感器測量BOD具有實時、快速及在線等特點,但傳感器的靈敏度、穩(wěn)定性和使用壽命等方面距現(xiàn)場使用還有相當(dāng)大的差距。。雖然我國也對微生物傳感器快速測定BOD的方法訂立了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)并進行了相關(guān)的技術(shù)說明,但國內(nèi)的BOD測定儀距離實際應(yīng)用還有相當(dāng)距離,大多數(shù)研究處于實驗室階段,少數(shù)形成產(chǎn)品的也存在諸多問題,主要體現(xiàn)在不同微生物膜的選擇及適宜分析條件的確定,這一直都是環(huán)境監(jiān)測者競相探討的問題?？傊?開發(fā)適合中國國情的、性能優(yōu)越且價格合理的快速BOD測定儀將是一項非常必要和迫切的重要研究課題。 (二)研究現(xiàn)狀的分析及發(fā)展趨勢 學(xué)者把大多數(shù)對于BOD檢測的研究目光聚焦在生物膜以及化學(xué)處理方法上，但是對于在線實時檢測這一方面研究較少。運用機器視覺平臺和數(shù)字圖像處理技術(shù)得出詳細的BOD測量數(shù)據(jù)，是本次研究的目的所在。觀測到的結(jié)果可以直觀的反映出污水中大腸桿菌的變化，從而縮短了常規(guī)BOD檢測所花費的時間，在污水處理，水資源保護等多個領(lǐng)域中都有著更廣泛的應(yīng)用前景。
