本發(fā)明涉及電鍍廢水監(jiān)測領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種電鍍廢水重金屬含量監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在電鍍工藝中，大量的金屬鍍層通過電化學(xué)反應(yīng)在基材上形成，這一過程不僅涉及金屬離子的還原與沉積，還伴隨著多種復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)和副反應(yīng)。在電鍍液的使用過程中，為了控制反應(yīng)速率、提升電鍍質(zhì)量，需要添加諸如絡(luò)合劑、光亮劑等多種輔助化學(xué)品，這些物質(zhì)的存在和電解過程中電流的通過，使得電鍍廢水中常常產(chǎn)生大量的氣泡。這些氣泡在廢水流動(dòng)中形成一種兩相流體，存在大量不穩(wěn)定的微小氣泡，尤其在管道的彎道、閥門附近和監(jiān)測傳感器區(qū)域更為顯著。這些氣泡在形成、崩解過程中對(duì)液體整體的流動(dòng)特性、化學(xué)成分分布產(chǎn)生一定影響。

2、在電鍍廢水的在線監(jiān)測中，重金屬含量監(jiān)測是最為關(guān)鍵的技術(shù)之一。由于廢水中金屬離子的濃度直接影響排放標(biāo)準(zhǔn)的達(dá)標(biāo)與否，因此準(zhǔn)確的在線監(jiān)測至關(guān)重要。然而，電鍍廢水因其成分復(fù)雜，往往伴隨大量微小氣泡的產(chǎn)生和崩解。這些氣泡會(huì)在傳感器表面附著或快速通過監(jiān)測區(qū)域，從而引發(fā)檢測信號(hào)的瞬態(tài)“突跳”效應(yīng)，表現(xiàn)為測量值的突增或突降。這種“突跳”效應(yīng)與實(shí)際重金屬離子濃度的變化無直接關(guān)聯(lián)，屬于由流體中氣泡行為所引發(fā)的干擾。這種現(xiàn)象對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)的影響難以用傳統(tǒng)的信號(hào)濾波方法完全消除，特別是在氣泡生成頻繁或在傳感器表面不規(guī)則附著的情況下，導(dǎo)致監(jiān)測信號(hào)出現(xiàn)無規(guī)律的尖峰波動(dòng)。這種情況在實(shí)際工藝中往往被誤認(rèn)為是傳感器故障或數(shù)據(jù)噪聲，但實(shí)際上其根源在于氣泡的生成與崩解對(duì)監(jiān)測環(huán)境的動(dòng)態(tài)擾動(dòng)。解決這一問題對(duì)于提高重金屬在線監(jiān)測的準(zhǔn)確性、減少誤報(bào)警和保證廢水處理的合規(guī)性具有重要意義。

3、為了解決上述問題，現(xiàn)提供一種技術(shù)方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種電鍍廢水重金屬含量監(jiān)測系統(tǒng)，通過建立一套系統(tǒng)化的氣泡干擾識(shí)別、校正與閉環(huán)補(bǔ)償機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了電鍍廢水中重金屬含量的高精度監(jiān)測，顯著提升了監(jiān)測數(shù)據(jù)在復(fù)雜工況下的純凈性與穩(wěn)定性。系統(tǒng)首先針對(duì)氣泡突跳干擾的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行識(shí)別與閾值篩選，從多維特征中提取干擾信號(hào)的分布和恢復(fù)特征，確保校正閾值的適應(yīng)性與精確度；在此基礎(chǔ)上，通過多級(jí)自適應(yīng)濾波結(jié)構(gòu)對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行逐點(diǎn)剔噪和精密過濾，有效隔離突跳干擾并保留關(guān)鍵信號(hào)，得到連續(xù)且真實(shí)的重金屬濃度曲線。經(jīng)剔噪處理的純凈數(shù)據(jù)再結(jié)合歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行溯源分析，生成突跳補(bǔ)償系數(shù)并回傳至識(shí)別機(jī)制，形成自適應(yīng)閉環(huán)，從而動(dòng)態(tài)優(yōu)化后續(xù)干擾校正效果。整體設(shè)計(jì)使得系統(tǒng)在復(fù)雜流體環(huán)境中對(duì)氣泡干擾具備高度的抗干擾能力與長期校正穩(wěn)定性，確保了重金屬監(jiān)測的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確性和長期一致性，解決了氣泡干擾對(duì)在線監(jiān)測精度的隱性影響問題，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種電鍍廢水重金屬含量監(jiān)測系統(tǒng)，包括：湍氣解構(gòu)模塊、擾控準(zhǔn)則模塊、澄源剔噪模塊和凈溯平衡模塊；

4、湍氣解構(gòu)模塊：獲取電鍍廢水監(jiān)測信號(hào)，通過湍流信號(hào)特征提取算法識(shí)別氣泡突跳信號(hào)特征，生成氣泡突跳曲線參數(shù)；將氣泡突跳曲線參數(shù)傳遞給擾控準(zhǔn)則模塊；

5、擾控準(zhǔn)則模塊：根據(jù)氣泡突跳曲線參數(shù)，利用趨勢分析模型初步計(jì)算氣泡干擾的自適應(yīng)閾值參數(shù)，并結(jié)合突跳分布特性指數(shù)和信號(hào)恢復(fù)穩(wěn)定性指數(shù)的綜合決策值篩選最優(yōu)閾值，實(shí)現(xiàn)突跳信號(hào)的動(dòng)態(tài)校正；將篩選得到的閾值參數(shù)傳遞至澄源剔噪模塊；

6、澄源剔噪模塊：基于自適應(yīng)閾值參數(shù)應(yīng)用多級(jí)濾波結(jié)構(gòu)逐點(diǎn)比對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)，剔除受氣泡突跳影響的數(shù)據(jù)段，重建重金屬濃度曲線；將經(jīng)過剔噪后的數(shù)據(jù)傳遞至凈溯平衡模塊；

7、凈溯平衡模塊：將剔噪后的監(jiān)測數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行整合與溯源分析，生成突跳補(bǔ)償系數(shù)并反饋至識(shí)別模塊以優(yōu)化校正精度；生成的突跳補(bǔ)償系數(shù)被反饋至湍氣解構(gòu)模塊，用于下一次湍氣解構(gòu)中優(yōu)化氣泡突跳特征的識(shí)別準(zhǔn)確性，形成閉環(huán)的自適應(yīng)校正流程。

8、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，湍氣解構(gòu)模塊的運(yùn)行過程包括以下內(nèi)容：

9、s1.1，在獲取電鍍廢水監(jiān)測信號(hào)后，首先對(duì)傳感器的原始數(shù)據(jù)流進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)特征分析；采用信號(hào)的局部變異分析方法，通過一個(gè)動(dòng)態(tài)滑動(dòng)窗口計(jì)算信號(hào)的局部波動(dòng)幅度和瞬態(tài)突變率；局部波動(dòng)幅度：通過滑動(dòng)窗口內(nèi)信號(hào)的方差和均值計(jì)算，以反映信號(hào)在單位時(shí)間內(nèi)的波動(dòng)強(qiáng)度；瞬態(tài)突變率：計(jì)算當(dāng)前信號(hào)點(diǎn)與前一信號(hào)點(diǎn)之間的相對(duì)突變率；

10、s1.2，利用湍流信號(hào)模型構(gòu)建了湍度因子，用于量化信號(hào)中的湍流程度；湍度因子：通過信號(hào)的結(jié)構(gòu)熵和局部峰值分布計(jì)算得到，描述信號(hào)在湍流狀態(tài)下的復(fù)雜程度；

11、s1.3，結(jié)合局部波動(dòng)幅度、瞬態(tài)突變率和湍度因子，通過非線性組合構(gòu)建氣泡突跳曲線參數(shù)集；

12、s1.4，在獲得氣泡突跳曲線參數(shù)后，使用基于分類的機(jī)器學(xué)習(xí)模型對(duì)氣泡突跳信號(hào)和重金屬濃度信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)模式識(shí)別；機(jī)器學(xué)習(xí)模型的輸入為氣泡突跳曲線參數(shù)，模型對(duì)輸入特征進(jìn)行實(shí)時(shí)分類；輸出為識(shí)別結(jié)果，即標(biāo)記信號(hào)片段是否屬于氣泡突跳。

13、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，擾控準(zhǔn)則模塊的運(yùn)行過程包括以下內(nèi)容：

14、s2.1，首先接收湍氣解構(gòu)模塊輸出的氣泡突跳曲線參數(shù)，并應(yīng)用時(shí)間序列趨勢分析模型對(duì)氣泡突跳曲線參數(shù)進(jìn)行初步閾值計(jì)算；時(shí)間序列趨勢分析模型基于滑動(dòng)窗口內(nèi)的趨勢線斜率和曲率變化，初步估算氣泡干擾的自適應(yīng)閾值。

15、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，擾控準(zhǔn)則模塊的運(yùn)行過程還包括以下內(nèi)容：

16、s2.2，在初步閾值計(jì)算完成后，通過計(jì)算突跳分布特性指數(shù)和信號(hào)恢復(fù)穩(wěn)定性指數(shù)，以生成突跳擾動(dòng)指數(shù)，對(duì)獲得初步閾值進(jìn)行評(píng)估篩選；

17、突跳分布特性指數(shù)主要用于評(píng)估氣泡突跳信號(hào)在時(shí)間維度上的集中與分散程度；突跳分布特性指數(shù)的計(jì)算公式：；其中，為氣泡突跳曲線參數(shù)的均值，為窗口中心位置，為指數(shù)調(diào)制參數(shù)，用于調(diào)整衰減速度；

18、信號(hào)恢復(fù)穩(wěn)定性指數(shù)用于評(píng)估信號(hào)在氣泡突跳后恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的速度和幅度；信號(hào)恢復(fù)穩(wěn)定性指數(shù)的計(jì)算公式：；其中，為指數(shù)調(diào)節(jié)參數(shù)，用于增強(qiáng)信號(hào)恢復(fù)穩(wěn)定性指數(shù)對(duì)信號(hào)恢復(fù)特性的敏感性。

19、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，擾控準(zhǔn)則模塊的運(yùn)行過程還包括以下內(nèi)容：

20、s2.3，突跳擾動(dòng)指數(shù)的計(jì)算將突跳分布特性指數(shù)和信號(hào)恢復(fù)穩(wěn)定性指數(shù)通過多項(xiàng)式與分式組合的方式整合，以生成一個(gè)反映氣泡突跳特征的依據(jù)突跳擾動(dòng)指數(shù)；

21、s2.4，依據(jù)突跳擾動(dòng)指數(shù)的大小與預(yù)設(shè)的系統(tǒng)閾值進(jìn)行比較，若突跳擾動(dòng)指數(shù)大于系統(tǒng)閾值，則確認(rèn)當(dāng)前初步閾值適合作為最終的自適應(yīng)閾值；若突跳擾動(dòng)指數(shù)低于系統(tǒng)閾值，則根據(jù)差值調(diào)整初步閾值，以獲得適配度更高的干擾校正參數(shù)。

22、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，澄源剔噪模塊的運(yùn)行過程包括以下內(nèi)容：

23、s3.1，首先對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行逐點(diǎn)比對(duì)，應(yīng)用干擾閾值參數(shù)判別信號(hào)中含有的突跳效應(yīng)；

24、s3.2，在完成動(dòng)態(tài)權(quán)重剔除后，基于自適應(yīng)濾波結(jié)構(gòu)對(duì)監(jiān)測信號(hào)進(jìn)行多級(jí)濾波處理；

25、s3.3，多級(jí)濾波后的高頻尖峰濾波信號(hào)在確保突跳干擾消除后，進(jìn)行信號(hào)重構(gòu)，以彌合信號(hào)空白或偏差；基于信號(hào)插值重構(gòu)方法，在突跳干擾剔除后的數(shù)據(jù)區(qū)段進(jìn)行插值重構(gòu)，獲得剔噪數(shù)據(jù)。

26、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，凈溯平衡模塊的運(yùn)行過程包括以下內(nèi)容：

27、s4.1，將剔噪數(shù)據(jù)與歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，構(gòu)建長時(shí)間序列數(shù)據(jù)集；通過對(duì)重建后數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的趨勢變化進(jìn)行逐層分析，識(shí)別出潛在的趨勢波動(dòng)模式，判斷當(dāng)前數(shù)據(jù)是否在長期統(tǒng)計(jì)趨勢內(nèi)保持穩(wěn)定；若當(dāng)前監(jiān)測數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)在趨勢特征上顯現(xiàn)出一致性，則認(rèn)為重建后數(shù)據(jù)具備長期穩(wěn)定性；若數(shù)據(jù)波動(dòng)偏離歷史趨勢，則標(biāo)記為潛在的異常波動(dòng)，并加以記錄；

28、s4.2，在趨勢穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)上，通過構(gòu)建溯源分析模型，評(píng)估剔噪數(shù)據(jù)是否存在未完全識(shí)別或校正的突跳干擾；通過提取當(dāng)前數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)的關(guān)鍵差異，形成數(shù)據(jù)溯源圖譜，以直觀展示干擾突跳的特征波動(dòng)和影響范圍；

29、s4.3，在溯源分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，綜合考慮剔噪數(shù)據(jù)與歷史趨勢數(shù)據(jù)的偏差程度、長期波動(dòng)穩(wěn)定性以及突跳干擾的持續(xù)影響，生成突跳補(bǔ)償系數(shù)；反映了監(jiān)測過程中氣泡突跳干擾的長期效應(yīng)，旨在校正湍氣解構(gòu)模塊中潛在的突跳特征識(shí)別偏差；

30、s4.4將生成的突跳補(bǔ)償系數(shù)反饋至湍氣解構(gòu)模塊，閉環(huán)校正湍氣解構(gòu)模塊的突跳特征識(shí)別和動(dòng)態(tài)閾值計(jì)算。

31、本發(fā)明一種電鍍廢水重金屬含量監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)效果和優(yōu)點(diǎn)：

32、本發(fā)明通過建立一套系統(tǒng)化的氣泡干擾識(shí)別、校正與閉環(huán)補(bǔ)償機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了電鍍廢水中重金屬含量的高精度監(jiān)測，顯著提升了監(jiān)測數(shù)據(jù)在復(fù)雜工況下的純凈性與穩(wěn)定性。系統(tǒng)首先針對(duì)氣泡突跳干擾的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行識(shí)別與閾值篩選，從多維特征中提取干擾信號(hào)的分布和恢復(fù)特征，確保校正閾值的適應(yīng)性與精確度；在此基礎(chǔ)上，通過多級(jí)自適應(yīng)濾波結(jié)構(gòu)對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行逐點(diǎn)剔噪和精密過濾，有效隔離突跳干擾并保留關(guān)鍵信號(hào)，得到連續(xù)且真實(shí)的重金屬濃度曲線。經(jīng)剔噪處理的純凈數(shù)據(jù)再結(jié)合歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行溯源分析，生成突跳補(bǔ)償系數(shù)并回傳至識(shí)別機(jī)制，形成自適應(yīng)閉環(huán)，從而動(dòng)態(tài)優(yōu)化后續(xù)干擾校正效果。使得系統(tǒng)在復(fù)雜流體環(huán)境中對(duì)氣泡干擾具備高度的抗干擾能力與長期校正穩(wěn)定性，確保了重金屬監(jiān)測的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確性和長期一致性，解決了氣泡干擾對(duì)在線監(jiān)測精度的隱性影響問題。