NICO传感器地表水硝酸盐监测应用案例

奕枫仪器

2021/02/04 13:55

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应用介绍

美国弗吉尼亚州美国地质调查局（USGS）和西弗吉尼亚州以及堪萨斯州的水科学中心，与OTT HydroMet合作，将NICO传感器分别安装于 2 个不同水道中，位于弗吉尼亚州卡特斯维尔附近的James River和堪萨斯州 Shawnee的约翰逊大道的 Mill Creek。自2017年10月到2018年4 月，对 NICO 传感器地表水监测的适用性进行了对比分析。

实验目的

两种试验的目的是在不同条件下，包括流量、季节（包括结冰的冬季）、硝酸盐浓度和安装形式等，评估NICO传感器的性能。为客观比较，同时安装了两个其他品牌传感器，分别是Seabird的SUNA和HACH的NITRATAX plus sc 传感器。

产品安装

1、在 James River，传感器被安装在一个连接到岸边的活动滑轨上。TriOS 的 NICO 传感器和Wiper清理装置安装在 Seabird 的 SUNA传感器左侧，SUNA 传感器同样安装有刷式清洁系统。

詹姆斯河滑轨系统（左侧 NICO，右侧 SUNA）

2、在 Mill Creek，NICO 传感器悬挂安装在桥上，并通过 PVC 管道引导至水中，旁边则为 HACH 的 NITRATAX plus sc 传感器。两个传感器均具有 Wiper 清洁系统。

Mill creek 右侧悬挂安装的 NICO 和中间的 Nitratax plus sc 传感器

两处的传感器通过 Sutron 连接到 SatLink3 数据记录仪。NICO 直接通过 MODBUS RTU 的 RJ485 接口进行通讯。SatLink3 数据记录器上编制了以下测量周期：

l 测量前 90s 接通 NICO 传感器和 Wiper 清理装置电源，并激发清理操作

l 电源启动 15s 后关闭清理装置的电源

l 75s 后激发测量并读取数据

l 当没有结果测量时，显示错误代码

l 90s 后关闭 NICO 传感器电源

测量结果

1、James River 测量结果

James River试验初期，测量间隙中的碎屑（如叶子残留物）阻塞了清理装置，扭曲了实验结果并使数据向上漂移（如下图所示）。通过手动清洁和维修清理装置后，结果恢复到准确水平。（通过将探头转到与水流相反的方向，可以解决此问题）

另一个问题是，在试验的初步阶段 NICO 经常丢失测量值。对 NICO 原型软件分析显示，由于测量间隙中固体物质堵塞，从而导致故障信号，因此测量结果失真。随后，对软件进行修改，现将输出值计算为多次测量平均值，并消除了异常值。

随时间推移 NICO 传感器的硝酸盐原始数据（绿色）和处理数据（蓝色）与 SUNA 传感器（黄色）和实验室值（红色三角形）的对比图。紫色点表示手动清洁前后 NICO 的读数。

消除误差源后，NICO 传感器产生的稳定信号范围，0.05 至 0.80 mg / l NO3-N。与 Seabird SUNA 比较显示，在试验期的前半部分两者均出现了较小的偏差，但是在 1 月份对清理装置进行维修并彻底手动清洁测量窗口之后，该偏差未再发生。一直到试验期结束，两种探头均连续提供几乎相同的结果。应特别注意 2 月 9 日至 14 日发生的洪水事件，浊度值达到了 500 FNU。尽管有这些挑战性的条件（强电流和浑浊），但 NICO 传感器仍能够提供可靠数据，而 SUNA 探头的清理装置被阻塞，导致在剩余的试验期内数据丢失。