一种高精度土壤重金属检测装置的制作方法

本发明涉及土壤检测技术领域，具体为一种高精度土壤重金属检测装置。

背景技术：

重金属原义是指比重大于5的金属(一般来讲密度大于4.5克每立方厘米的金属)，包括金、银、铜、铁、铅等，重金属在人体中累积达到一定程度，会造成慢性中毒；对什么是重金属，其实目前尚没有严格的统一定义，在环境污染方面所说的重金属主要是指汞(水银)、镉、铅、铬以及类金属砷等生物毒性显著的重元素。重金属非常难以被生物降解，相反却能在食物链的生物放大作用下，成千百倍地富集，最后进入人体；重金属在人体内能和蛋白质及酶等发生强烈的相互作用，使它们失去活性，也可能在人体的某些器官中累积，造成慢性中毒；在土壤之中存在着许多的元素，这些元素以不同的形式分布在土壤之中，有的元素对土壤有好处，有的元素对土壤有坏处，尤其是重金属元素对于人体健康有一定的损害；

土壤环境监测是指通过对影响土壤环境质量因素的代表值的测定，确定环境质量(或污染程度)及其变化趋势。我们通常所说的土壤监测是指土壤环境监测，其一般包括布点采样、样品制备、分析方法、结果表征、资料统计和质量评价等技术内容，土壤检测对于土壤的保护和有效利用有着重要的意义，尤其是了解土壤中重金属的含量和组成；

申请号为201410816225.4，专利名称为一种土壤重金属检测方法及装置及系统，属于土壤检测领域，该方法包括：在预设检测条件下，土壤重金属检测装置获得待检测土壤的第二特征x射线谱，第二特征x射线谱中包括与待检测土壤中的重金属对应的波长和强度；将第二特征x射线谱中的波长和强度与第一特征x射线谱中的波长和强度进行对比，将第一特征x射线谱线中，与第二特征x射线谱中的波长相同的波长对应的重金属种类作为待检测土壤中的重金属种类；将第一特征x射线谱和第二特征x射线谱中，同一种类重金属对应的强度进行对比，根据第一特征x射线谱中，强度与重金属已知含量的对应关系，得出待检测土壤中的重金属含量，进而显著提高了土壤重金属检测结果的准确性；

但是目前的一些土壤检测装置在进行土壤检测的时候不能合理的取出不同深度的土壤样品，而且在检测的时候不能对土壤中的元素进行全面的分析和检测，导致污染准确了解土壤的情况，不利于土壤的检测。

技术实现要素：

为了克服现有技术方案的不足,本发明提供一种高精度土壤重金属检测装置，通过传感器检测和光谱分析相结合的方式进行土壤中的重金属检测，大大提高了检测的精确性，便于对不同深度的土壤进行快速取样和检测，有助于人们及时了解土壤情况，有助于土壤的保护和治理，值得推广。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高精度土壤重金属检测装置，包括取样装置、分段装置、检测装置和分析处理系统和数据系统，所述取样装置包括取样筒、切口装置、支撑架和调节装置，所述取样筒通过连接座与调节装置连接在一起，所述支撑架由支撑座和若干个支撑杆组成，所述支撑杆分别安装在支撑座底端进行支撑，分析处理系统和数据系统均设置在支撑座内部；所述调节装置包括第三液压杆、安装板和弹簧座，第三液压杆的顶端通过安装板与支撑座的底端连接在一起，第三液压杆底端连接有弹簧座，弹簧座通过连接座与取样筒顶端连接在一起；所述支撑杆包括气压杆和缓冲杆，所述缓冲杆的一端与支撑座的底面固定，另一端通过安装座与气压杆连接在一起，所述气压杆远离安装座的一端设置有金属垫块，利用缓冲杆和金属垫块减少对地压力，避免气压杆插入土壤中；所述检测装置设置在取样筒的下方，检测装置通过滑动机构在取样筒下方来回移动；所述滑动机构包括设置在气压杆底端之间的底座，所述底座为中空结构，底座的表面设置有滑槽；所述取样筒的底端为开口设计，切口装置设置在取样筒的底端，所述第三液压杆推动取样筒朝土壤方向推进时，切口装置破开土壤，便于将取样筒进入到土壤内部进行取样；所述分段装置设置在取样筒内，用于对取样的土壤进行剪断和挤出。

具体地，所述检测装置包括检测台、清洗装置、检测池、光谱检测装置，所述清洗装置设置在检测池的外侧，所述检测池和光谱检测装置通过固定座设置在检测台上，检测台的底部设置有滑动座，滑动座设置在滑槽内。

进一步地，所述清洗装置包括进水管和出水管，所述进水管通过水泵将外部的水泵入至检测池内，出水管设置在检测池的底端，所述出水管连接有回收桶，利用进水管将水抽入检测池内部，对检测池进行清洗，清洗之后将水通过出水管排出即可。

进一步地，所述检测池包括检测电源、工作电极、超声搅拌装置和检测传感器，检测电源为工作电极进行供电；所述工作电极包括正、负电极，所述检测传感器包括参比电极、对电极和基板，所述参比电极、对电极环形设置在工作电极外侧，参比电极、对电极和工作电极均连接有电极接线，电极接线之间通过环氧树脂进行绝缘，检测传感器通过电极接线与外部连接。

进一步地，所述取样筒为空腔结构，其内壁包括第一金属壁、第二金属壁，且第一金属壁和第二金属壁之间设置有间隙，所述取样筒的外表面设置有若干个凸起条，所述凸起条均匀设置在取样筒的外表面，所述凸起条表面采用流线型倾斜设置，且凸起条上部的宽度大于下部的宽度。

再进一步地，所述切口装置包括开口刀，所述开口刀设置在取样筒的底端，所述间隙内部底端固定安装有刀盘，刀盘通过金属杆与开口刀连接在一起。

再进一步地，所述分段装置包括出料装置和裁切装置，所述出料装置设置在取样筒的内腔中，通过推动出料装置将取样筒中的土壤取出；所述裁切装置设置在取样筒的第一金属壁与第二金属壁之间的间隙中，通过裁切装置将土壤剪断。

更进一步地，所述出料装置包括推杆、推动座以及第一液压杆，所述推动座设置在取样筒的内腔中，且推动座的截面大小与取样筒内腔的大小一致，所述推杆的底端与推动座以螺旋方式连接，推杆的顶端与第一液压杆连接，第一液压杆远离推杆的一端与取样筒的顶端连接，所述推动座的表面设置有若干个防刮垫片。

更进一步地，所述裁切装置包括金属板、固定盘、第二液压杆以及连接块，所述固定盘安装在第一金属壁上，所述第二液压杆通过连接块设置在固定盘上，金属板设置在第二液压杆上，且第二金属壁的表面设有开口，金属板在第二液压杆的推动下穿过第二金属壁表面的开口，伸入至取样筒的内腔中，从而将取样筒内部的取样土壤剪断。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过设置取样装置，利用调节装置推动取样筒对底面进行挤压，在开口刀的作用下使得取样筒进行地面内部进行取样，通过调节装置的伸缩可以自由调节，可以取出不同深度的土壤有助于对土壤进行全面分析，同时通过设置检测装置，利用工作电极的电化学方式将土壤中的重金属收集起来，之后通过检测池内部的检测传感器进行检测，通过分析处理系统的msp430f1611微处理器进行分析处理之后，将数据显示在显示屏上，方便检测人员直观的了解到重金属元素的信息，同时通过设置光谱检测装置，利用红外线发射器产生红外线，不同元素的原子的光谱不同，利用光谱分析仪进行分析处理之后，综合两个检测结果对比和参考，即可得出土壤中精确的重金属元素含量，有助于人们了解土壤的情况，该装置通过传感器检测和光谱分析相结合的方式进行土壤中的重金属检测，大大提高了检测的精确性，便于对不同深度的土壤进行快速取样和检测，有助于人们及时了解土壤情况，有助于土壤的保护和治理，值得推广。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明分析处理系统流程示意图；

图3为本发明取样筒截面结构示意图；

图4为本发明检测台结构示意图；

图5为本发明检测传感器截面结构示意图；

图6为本发明缓冲杆结构示意图。

图中：1-取样装置；2-分段装置；3-检测装置；4-分析处理系统；5-数据系统；6-取样筒；7-切口装置；8-支撑架；9-调节装置；10-连接座；11-支撑座；12-支撑杆；13-出料装置；14-裁切装置；15-清洗装置；16-检测池；17-光谱检测装置；18-固定座；19-信号接收器；20-信号处理器；21-分析装置；22-显示屏；23-存储器；24-滑槽；25-供电系统；26-第一金属壁；27-第二金属壁；28-间隙；29-凸起条；30-开口刀；31-刀盘；32-金属杆；33-气压杆；34-缓冲杆；35-安装座；36-上圆柱座；37-下圆柱座；38-弹簧架；39-缓冲弹簧；40-安装槽；41-安装支座；42-固定框；43-推杆；44-推动座；45-第一液压杆；46-防刮垫片；47-金属板；48-固定盘；49-第二液压杆；50-连接块；51-不沾涂层；52-第三液压杆；53-安装板；54-弹簧座；55-检测台；56-检测电源；57-工作电极；58-超声搅拌装置；59-检测传感器；60-参比电极；61-对电极；62-基板；63-电极接线；64-红外线发射器；65-光谱分析仪；66-进水管；67-出水管；68-回收桶；69-msp430f1611微处理器；70-滤波器；71-usb接口；72-sd存储卡；73-滑动座；74-底座。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

请参阅图1至图6，本发明提供一种技术方案：一种高精度土壤重金属检测装置，包括取样装置1、分段装置2、检测装置3和分析处理系统4和数据系统5，取样装置1包括取样筒6、切口装置7、支撑架8和调节装置9，支撑架8由支撑座11和若干个支撑杆12组成，支撑杆12分别安装在支撑座11底端进行支撑；调节装置9包括第三液压杆52、安装板53和弹簧座54，第三液压杆52顶端通过安装板53和支撑座11的底端连接在一起，第三液压杆52底端连接有弹簧座54，弹簧座54通过连接座10与取样筒6顶端连接在一起；检测装置3设置在取样筒6的下方，并通过滑动机构进行移动，当需要取样时，将检测装置3移开，使检测装置不会挡住取样筒6向下取样；当取样完成进行土壤检测时，通过滑动机构将检测装置3移动到取样筒6的正下方，使检测装置3正对着取样筒6；取样筒6的底端为开口设计，切口装置7设置在取样筒6底端，第三液压杆52推动取样筒6朝土壤方向推进时，切口装置7破开土壤，便于将取样筒6进入到土壤内部进行取样；分段装置2设置在取样筒6内，用于对取样的土壤进行剪断和挤出。

如图2所示，取样筒6的底部为开口设计，且其内部为空心结构，其内壁包括第一金属壁26、第二金属壁27，且第一金属壁26和第二金属壁27之间设置有间隙28，间隙28的宽度大于取样筒6半径的一半，取样筒6外表面设置有若干个凸起条29，凸起条29均匀设置在取样筒6表面，凸起条29表面采用流线型倾斜设置，凸起条29上部的宽度大于下部的宽度，使得取样筒6在进入地面产生的阻力更小，更加方便将土地深处的土壤取出；切口装置7包括开口刀30，开口刀30设置在取样筒6底端，间隙28内部底端固定安装有刀盘31，刀盘31通过金属杆32与开口刀30连接在一起，利用开口刀30将土壤破开，使取样筒6能够顺利地插入到土壤中；取样筒6插入土壤的过程中，刀盘31将间隙28堵住，避免土壤进入到间隙28内部，同时刀盘31表面采用向外部辐射的倾斜方式设置，使得刀盘31承受的阻力减小，有助于取样；取样筒6、开口刀30和凸起条29表面均采用镍基合金材料，利用镍基合金的耐磨性和耐腐蚀性，使得整体不易损坏或者腐蚀，延长了使用寿命。

如图1所示，支撑杆12包括气压杆33和缓冲杆34，缓冲杆34的一端与支撑座11的底面固定，另一端通过安装座35与气压杆33连接在一起，另外气压杆33远离安装座35的一端设置有金属垫块，利用缓冲杆34和金属垫块减少对地压力，避免气压杆33插入土壤中；如图3所示，缓冲杆34包括上圆柱座36、下圆柱座37和弹簧架38，弹簧架38上下两端分别与上圆柱座36、下圆柱座37连接在一起，弹簧架38内部设置有若干个缓冲弹簧39，缓冲弹簧39之间平行设置；通过弹簧架38内部的缓冲弹簧39进行缓冲保护，避免缓冲杆34与支撑座11、缓冲杆34与气压杆33的连接处承受过大的压力，减少损坏的概率，延长了使用寿命；支撑座11底端设置有安装槽40，安装槽40内部设置有安装支座41，缓冲杆34通过安装支座41安装在安装槽40内部，安装座35之间通过固定框42连接，进一步巩固对支撑杆12对取样装置1支撑的稳定性。

如图2所示，分段装置2包括出料装置13和裁切装置14，出料装置13设置在取样筒6内腔，通过推动出料装置13，将取样筒6中的土壤取出，出料装置13包括推杆43、推动座44以及第一液压杆45，推动座44设置在取样筒6的内腔中，且推动座44的截面大小与取样筒6的内腔大小相同，推杆43的底端与推动座44以螺旋方式连接，推杆43的顶端与第一液压杆45连接，第一液压杆45远离推杆43的一端与取样筒6的顶端连接，通过推动第一液压杆45由液压缸进行液压驱动，带动推动座44靠近取样筒6中的土壤，由于推动座44的表面为光滑结构，推动座44与土壤接触后，土壤不会粘在推动座44表面,推动座44表面设置有若干个防刮垫片46，防刮垫片46采用水淬热处理合金马氏体耐磨钢，通过设置防刮垫片46可以有效保护推动座44，防止土壤中的硬块对推动座44造成损伤；裁切装置14设置在取样筒6的第一金属壁26与第二金属壁27之间的间隙28中，裁切装置14包括金属板47、固定盘48、第二液压杆49以及连接块50，固定盘48安装在第一金属壁26上，第二液压杆49通过连接块50设置在固定盘48上，金属板47设置在第二液压杆49上，且第二金属壁27的表面设有开口，金属板47在第二液压杆49的推动下穿过第二金属壁27表面的开口，伸入至取样筒6的内腔中，从而将取样筒6内部的取样土壤剪断；在土壤挤出之后即可根据需要将对应深度的土壤剪断，从而完成土壤样品的挑选；金属板47表面设置有一层不沾涂层51，不沾涂层51采用特氟龙涂层和陶瓷涂层的混合材料，利用不沾涂层51使得金属板46表面不易沾上泥土。

如图4所示，滑动机构包括设置在气压杆33底端之间的底座74，底座74中部设计为中空结构，底座74表面设置有滑槽24；检测装置3包括检测台55、清洗装置15、检测池16、光谱检测装置17，检测池16和光谱检测装置17通过固定座18设置在检测台55上，检测台55的底部设置有滑动座73，滑动座73设置在滑槽24内，滑动座73通过外部的气压杆或者电动推杆即可推动，在外部推力的作用下，即可使得滑动座73在滑槽24内部滑动，需要对取样的土壤进行检测的时候，将检测台55移动到取样筒6的正下方，使得检测池16正对取样筒6，取样的时候将检测台55移动，使得检测台55不会挡住取样筒6向下取样，简单方便。

清洗装置15安装在检测池16外壁，清洗装置15包括进水管66和出水管67，进水管66通过水泵将外部的水泵入至检测池16内，出水管67设置在检测池16底端，出水管67通过阀门进行控制，出水管67连接有回收桶68，利用进水管66将水抽入检测池16内部，对检测池16进行清洗，清洗之后将水通过出水管67排出即可。

检测池16包括检测电源56、工作电极57、超声搅拌装置58和检测传感器59，检测电源56为工作电极57进行供电，工作电极57包括正、负电极，如图5所示，检测传感器59包括参比电极60、对电极61和基板62，参比电极60、对电极61环形设置在工作电极57外侧，参比电极60、对电极61和工作电极57均连接有电极接线63，电极接线63之间通过环氧树脂进行绝缘，基板62采用pe材料，参比电极60表面覆盖有银浆，检测传感器59通过电极接线63与外部连接；光谱检测装置17包括红外线发射器64、光谱分析仪65，红外线发射器64设置在检测池16侧面，红外线发射器64产生的红外线信号照射在检测池16内部的土壤上，不同的元素产生不同的光谱信号，光谱分析仪65通过红外线接收器接收红外光谱信号后，对红外光谱进行分析即可检测处元素的种类，将取样筒6内部取出的采样土壤经过筛选之后，随着出料装置13将取样筒6内部的土壤排出，在排出到达合适的长度和深度时，利用裁剪装置14进行裁剪，即可将土壤剪断，剪断的土壤进入检测池16内部进行搅拌，超声搅拌装置58通过超声波发射器产生超声波进行搅拌，使得土壤和检测池16内部铋离子溶液充分混合；之后给工作电极57进行通电，并给工作电极57上施加一个恒定的负电势，检测池16内部的溶液中的被测重金属离子沉积到工作电极57表面，随后施加一正向脉冲扫描电势，使沉积的重金属迅速氧化溶出而产生强烈的溶出电流峰，溶出电流峰的峰高在一定范围内与被测离子的浓度呈正比，而溶出峰的峰电位与被测元素种类有关；铋离子能够在电极表面形成一种类似于“汞齐”的铋膜；铋膜能与多种重金属结合生成二元或多元合金，从而帮助重金属离子在工作电极57表面的还原和富集，提高了检测灵敏度。

分析处理系统4和数据系统5均设置在支撑座11内部，分析处理系统4包括信号接收器19、信号处理器20、分析装置21和显示屏22，数据系统5包括存储器23和供电系统25，分析装置21包括msp430f1611微处理器69和滤波器70，信号接收器19通过电极接线63和检测传感器59连接在一起，通过检测传感器59将检测的信号接收，信号处理器20将信号接收器19所得信号进行处理之后传输到滤波器70，滤波器70将所得信号过滤之后传输到msp430f1611微处理器69，显示屏22和msp430f1611微处理器69连接在一起将所得数据进行显示，即可将所测数据显示在显示屏22上，存储器23具体包括usb接口71和sd存储卡72，存储器23和msp430f1611微处理器69连接将数据存储在存储器23内部，可以通过usb接口71和外部的存储装置连接进行存储，比如计算机、硬盘等，供电系统25具体采用充电锂电池进行供电，供电系统25为分析处理系统4进行供电。

具体使用方式及优点：该高精度土壤重金属检测装置，通过设置取样装置，利用调节装置推动取样筒对地面进行挤压，在开口刀的作用下使得取样筒进行地面内部进行取样，通过调节装置的伸缩可以自由调节，可以取出不同深度的土壤有助于对土壤进行全面分析，同时通过设置检测装置，利用工作电极的电化学方式将土壤中的重金属收集起来，之后通过检测池内部的检测传感器进行检测，通过分析处理系统的msp430f1611微处理器进行分析处理之后，将数据显示在显示屏上，方便检测人员直观的了解到重金属元素的信息，同时通过设置光谱检测装置，利用红外线发射器产生红外线，不同元素的原子的光谱不同，利用光谱分析仪进行分析处理之后，综合两个检测结果对比和参考，即可得出土壤中精确的重金属元素含量，有助于人们了解土壤的情况，该装置通过传感器检测和光谱分析相结合的方式进行土壤中的重金属检测，大大提高了检测的精确性，便于对不同深度的土壤进行快速取样和检测，有助于人们及时了解土壤情况，有助于土壤的保护和治理，值得推广。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。