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一种 土壤重金属污染快速检测装置

阅读：461发布：2023-12-15

专利汇可以提供一种土壤重金属污染快速检测装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型涉及一种土壤重金属污染快速检测装置，包括：用于提供电源的供电模块、获取位置信息的定位系统模块、用于发射激光形成等离子体的激光探测模块、用于接收等离子体的光谱感光模块、数据采集控制模块、数据存储传输模块、智能数据处理分析终端。本实用新型对土壤环境中的重金属离子种类及浓度的监测，实现对目标地块土壤重金属污染现状的分析与模拟，为土壤重金属污染地块的快速化、低成本、大范围检测提供技术支持。本实用新型的装置移动性强、综合分析能力强、维护方便，操作简便、智能化程度高等优点且性能可靠，能够进行远程传输与控制，调查检测结果形象全面，能够较好的反映地块的土壤重金属污染现状。，下面是一种土壤重金属污染快速检测装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种土壤重金属污染快速检测装置，其特征在于，包括：自动供电模块(1)、全球定位系统模块(2)、激光探测模块(3)、光谱感光模块(4)、数据采集控制模块(5)数据存储传输模块(6)、智能数据处理分析终端(7)；所述数据采集控制模块(5)、数据存储传输模块(6)、智能数据处理分析终端(7)依次连接；所述数据采集控制模块(5)还分别连接全球定位系统模块(2)、激光探测模块(3)、光谱感光模块(4)；所述自动供电模块(1)与全球定位系统模块(2)、激光探测模块(3)、光谱感光模块(4)、数据采集控制模块(5)、数据存储传输模块(6)相连用于提供电源。
2.按照权利要求1所述一种土壤重金属污染快速检测装置，其特征在于，所述自动供电模块(1)包括：太阳能发电单元和蓄电单元，太阳能发电单元将太阳能转变为电能并输出给蓄电单元进行存储。
3.按照权利要求1所述一种土壤重金属污染快速检测装置，其特征在于，所述激光探测模块(3)包括：高重频激光器、聚焦透镜、激光接收与发射光纤头、激光光纤、耦合透镜、高透镜、石英透镜；高重频激光器发射出高频激光，高频激光经过聚焦透镜汇聚到激光接收光纤头，经耦合透镜进入激光光纤，后通过激光发射光纤头发出，再经高透镜与石英透镜透射汇聚到目标土壤区域，土壤团粒体被激发出等离子体，等离子体冷却过程中释放激光诱导等离子体光谱。
4.按照权利要求1所述一种土壤重金属污染快速检测装置，其特征在于，所述光谱感光模块(4)包括：高反透镜、聚焦透镜、光谱接收光纤头、耦合透镜、光谱仪光纤、光谱分析仪；
等离子体光谱透过高反透镜，反射到聚焦透镜上，再汇聚进入光谱接收光纤头，经耦合透镜耦合后经光谱仪光纤传输至光谱分析仪内；光谱分析仪识别出特征谱线与谱线强度，并输出等离子体光谱信号给数据采集控制模块(5)。
5.按照权利要求4所述一种土壤重金属污染快速检测装置，其特征在于，所述等离子体光谱信号包含重金属特征谱线与谱线强度信息。
6.按照权利要求1所述一种土壤重金属污染快速检测装置，其特征在于，所述数据采集控制模块(5)包括多路开关、RS485 接口、RS232接口，能进行6路开关量输出和8路直流采样，支持MODBUS规约；对光谱感光模块(4)的等离子体光谱信号进行采集和转发。
7.按照权利要求1所述一种土壤重金属污染快速检测装置，其特征在于，所述数据存储传输模块(6)内部包括CPU单元和信息收发单元，CPU单元根据智能数据处理分析终端(7)输入的时间间隔对等离子体光谱信号和位置信息进行存储，所述信息收发单元为包括有线传输单元和无线传输单元。
8.按照权利要求7所述一种土壤重金属污染快速检测装置，其特征在于，所述有线传输单元包括RS485 通信接口、RS232通信接口；所述无线传输单元包括GPRS无线通信单元、蓝牙通信单元、wifi通信单元。
9.按照权利要求1所述一种土壤重金属污染快速检测装置，其特征在于，所述智能数据处理分析终端(7)为手持式终端机或计算机或嵌入式处理器。

说明书全文

一种土壤重金属污染快速检测装置

技术领域

[0001] 本实用新型涉及土壤重金属调查与检测技术领域，具体的说是一种土壤重金属污染快速检测装置。

背景技术

[0002] 土壤重金属污染主要是指由铅、镉、铬、汞、砷等生物毒性显著的重金属进入土壤而造成的污染。由于重金属在自然界及生物体中难以降解、易积累、毒性大，因此，高浓度重金属的累积对生物的生长与健康都有极大的危害。重金属粒子能通过食物链进入人体，造成对人体健康的潜在威胁。研究和开发先进快速精准的土壤重金属污染现状调查技术，对土壤重金属污染的清除与环境治理具有重大意义。

[0003] 当前，用于土壤重金属污染的监测方法主要有实验室检测和快速检测两类。传统的实验室检测方法是需要田间采样、实验室处理土样，然后对样品进行检测分析。实验室分析方法具有分析精度高、线性分析范围广、受干扰程度低等特点，但耗时长、成本高、专业化程度高，过程繁琐复杂，使其在实践应用中受到限制。基于这种情况，开发一种土壤重金属污染现状调查检测技术十分必要。现阶段，现场快速检测土壤重金属技术包括磁化率检测技术和激光诱导击穿光谱技术。

[0004] 激光诱导击穿光谱技术是一种新发展起来的检测技术，该技术通过原子发射光谱实现对土壤重金属污染程度的分析与判定。与传统的实验室检测技术相比，其优点主要是在非破坏、接触条件下能对多种元素同时、快速、连续分析，而无需对样品进行预处理。

[0005] 本实用新型专利采用激光诱导击穿光谱技术与GIS绘图技术结合应用，能够实现对受污染地块的重金属污染现状快速调查检测，具有成本低、效率高、程序简单等特点，为土壤重金属污染治理提供了技术支撑。实用新型内容

[0006] 针对传统实验室分析检测技术的不足，本实用新型提供了一种节能、自动、省时、高效的土壤重金属污染快速检测装置。

[0007] 本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：

[0008] 一种土壤重金属污染快速检测装置，包括：自动供电模块、全球定位系统模块、激光探测模块、光谱感光模块、数据采集控制模块数据存储传输模块、智能数据处理分析终端；所述数据采集控制模块、数据存储传输模块、智能数据处理分析终端依次连接；所述数据采集控制模块还分别连接全球定位系统模块、激光探测模块、光谱感光模块；所述自动供电模块与全球定位系统模块、激光探测模块、光谱感光模块、数据采集控制模块、数据存储传输模块相连用于提供电源；所述激光探测模块用于向土壤团粒体发射激光激发出等离子体光谱；所述光谱感光模块用于采集等离子体光谱信号；所述全球定位系统模块实时获取位置信息；所述等离子体光谱信号和位置信息通过数据采集控制模块、数据存储传输模块存储并传输给智能数据处理分析终端；所述智能数据处理分析终端对接收的等离子体光谱信号进行统计分析从而计算重金属离子的种类及浓度含量，并绘制目标地块土壤重金属污染状况图形。

[0009] 所述等离子体光谱信号包含重金属特征谱线与谱线强度信息。

[0010] 所述自动供电模块包括：太阳能发电单元和蓄电单元，太阳能发电单元将太阳能转变为电能并输出给蓄电单元进行存储。

[0011] 所述激光探测模块包括：高重频激光器、聚焦透镜、激光接收与发射光纤头、激光光纤、耦合透镜、激光光纤、高透镜、石英透镜；高重频激光器发射出高频激光，高频激光经过聚焦透镜汇聚到激光接收光纤头，经耦合透镜进入激光光纤，后通过激光发射光纤头发出，再经高透镜与石英透镜透射汇聚到目标土壤区域，土壤团粒体被激发出等离子体，等离子体冷却过程中释放激光诱导等离子体光谱。

[0012] 所述光谱感光模块包括：高反透镜、聚焦透镜、光谱接收光纤头、耦合透镜、光谱仪光纤、光谱分析仪；等离子体光谱透过高反透镜，反射到聚焦透镜上，再汇聚进入光谱接收光纤头，经耦合透镜耦合后经光谱仪光纤传输至光谱分析仪内；光谱分析仪识别出特征谱线与谱线强度，并输出等离子体光谱信号给数据采集控制模块。

[0013] 所述数据采集控制模块包括多路开关、RS485 接口、RS232接口，能进行6路开关量输出和8路直流采样，支持MODBUS规约；对光谱感光模块的等离子体光谱信号进行采集和转发。

[0014] 所述数据存储传输模块内部包括CPU单元和信息收发单元，CPU单元根据智能数据处理分析终端输入的时间间隔对等离子体光谱信号和位置信息进行存储，所述信息收发单元为包括有线传输单元和无线传输单元。

[0015] 所述有线传输单元包括RS485 通信接口、RS232通信接口；所述无线传输单元包括GPRS无线通信单元、蓝牙通信单元、wifi通信单元。

[0016] 所述智能数据处理分析终端为手持式终端机或加载智能监测软件的计算机或嵌入式处理器。

[0017] 本实用新型具有以下有益效果及优点：

[0018] 1.本实用新型通过对土壤环境中的重金属离子种类及浓度的监测，实现对目标地块土壤重金属污染现状的分析与模拟，为土壤重金属污染地块的快速化、低成本、大范围检测提供技术支持。

[0019] 2.本实用新型的土壤重金属污染快速检测装置移动性强、综合分析能力强、维护方便，操作简便、智能化程度高等优点且性能可靠，能够进行远程传输与控制，调查检测结果形象全面，能够较好的反映地块的土壤重金属污染现状。

[0020] 3.采用太阳能供电模块，可以现场对目标地块进行快速、实时、高效的重金属污染现状调查与分析，能够结合GIS技术，现场绘制土壤重金属污染现状图，对土壤重金属污染的种类、浓度、深度和受污染区块面积等信息进行快速分析。本实用新型在土壤重金属污染环境治理，区域环境质量改善工作过程中具有广阔的应用前景。附图说明

[0021] 图1为本实用新型装置部件连接示意图；

[0022] 图2为本实用新型激光探测模块元件及光线传播路径示意图；

[0023] 图3为本实用新型光谱感光模块元件及光线传播路径示意图；

[0024] 图中，1为光能供电模块，2为全球定位系统模块，3为激光探测模块，4为光谱感光模块，5为数据采集控制模块，6为数据存储传输模块，7为智能数据处理分析终端。

具体实施方式

[0025] 下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步的详细说明。

[0026] 参照图1，本实用新型系统部件连接图，包括：自动供电模块1、全球定位系统模块2、激光探测模块3、光谱感光模块4、数据采集控制模块5数据存储传输模块6、智能数据处理分析终端7；自动供电模块1为整个土壤重金属污染现状快速调查检测装置提供储备电源，数据采集控制模块5、数据存储传输模块6、智能数据处理分析终端7依次连接；激光探测模块3、光谱感光模块4均与数据采集控制模块5相连接，实时检测目标地块不同深度土壤重金属污染种类与含量信息，定位系统模块2实时获取位置信息，数据采集控制模块5将接收的不同深度土壤重金属污染种类与含量信息和位置信息传递给相连接的数据存储传输模块
5，数据存储传输模块5将数据信息存储并通过其内部无线传输单元发送至智能数据处理分析终端7，智能数据处理分析终端7对数据进行统计分析实时获取土壤重金属污染现状。

[0027] 参照图2，本实用新型中涉及的激光探测模块3相关元件及光线传播路径示意图。如图所示，高重频激光器发射出高频激光，高频激光经过聚焦透镜汇聚到激光接收光纤头，经耦合透镜进入激光光纤，后通过激光发射光纤头发出，再经高透镜与石英透镜透射汇聚到目标区域，高度能量汇聚照射土壤团粒体，激发等离子体，等离子体冷却过程中会放出激光诱导等离子体光谱。

[0028] 参照图3，本实用新型光谱感光模块元件及光线传播路径示意图，如图所示，土壤团粒体受高能激光照射，激发为等离子体，等离子体冷却过程中放射出的部分等离子体光谱透过高反透镜，反射到聚焦透镜上，再汇聚进入光谱接收光纤头，耦合后经光谱仪光纤传输至光谱分析仪内。光谱仪分析出多组特征谱线与谱线强度，并以电信号形式传输给数据采集控制模块5。

[0029] 数据采集控制模块5采用基于MODBUS规约的通用DMG-1数据采集控制模块，该通用模块具有6路开关量输出，可以作为遥控、跳闸或者告警；6路开关量输入，也可以作为脉冲量输入；同时直流模拟量输入(8路/模块)；输入信号：0-5V或0-20mA或4-20mA；1个标准485通信口，1个RS485/232接口，支持MODBUS或其它规约，扩展更容易。

[0030] 数据存储传输模块6采用MSG-1数据存储传输模块，通过此模块，可设置数据存储的时间间隔；高效的传输效率，支持直连传输和无线传输；可同时与4个采集控制模块相连，节约工程成本；具备3路通信口，1个标准485通信口，1个RS485/232通信口，1个USB通信口；支持7.5VDC-36VDC的供电电源，标准配置24VDC或12VDC；无线传输采用MG601远程无线传输模块，可以快速与远程测控终端RTU、可编程逻辑控制器PLC、工控机等设备相连，通过GPRS无线网络将数据信息传输到主机上，实现数据远程透明传输。

[0031] 所述智能数据处理分析终端7对光谱感光模块4传递的等离子体光谱信号进行分析计算土壤团粒体中重金属的种类与含量，并结合智能数据处理软件对不同点位的全球信息系统与土壤团粒体中重金属的种类与含量信息，绘制出受污染地块的土壤重金属污染现状图。智能数据处理分析终端7采用超低功耗高性能的嵌入式处理器，可以装载GIS 绘图软件。内设工业时钟，精确记时；自动定时上报和事件触发上报功能；数据自动记录，支持历史数据检索；可配合监控中心及手机远程控制现场设备。

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一种土壤重金属污染快速检测装置

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技术领域

背景技术

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