一种土壤样本检测前置处理方法及装置与流程

本发明涉及土壤样本的处理，尤其是涉及一种土壤样本检测前置处理方法及装置。

背景技术：

1、土壤环境质量调查或土壤污染状况调查过程中，大批量的土壤样品需要经过研磨筛分，制备成不同粒径的土壤样品，用于土壤物理性状和金属含量指标的检测，检测了解土壤的理化性质，以便针对性地采取措施进行土壤环境质量改良或污染土壤治理修复。

2、目前，土壤样品制备，大多为手工研磨筛分制备，手工研磨筛分费时费力，研磨灰尘大，对样品制备人员的呼吸健康还有一定的影响。

3、自动化的研磨设备虽然可以大大减轻手工研磨的工作量，但是也不会对土壤粒径进行更加标准的要求，因此对于研磨参数的设置一般都基于经验进行，且对于从进料到出料整个过程没有可视化监测，这就导致研磨花费时间较长，且研磨质量并不可靠，通常研磨完成后通过筛分设备进行筛分，将粒径大于设定要求的土壤筛选出来重新研磨，实际上粒径比目标粒径更小的土壤样本无法被筛分，导致最终得到的土壤样本虽然能控制在要求以下，却包含了比例不小的微粒，实际上对后续的土壤物理性状和金属含量指标的检测是不利的，同时还增加了研磨时间。

4、因此，设计一种研磨目标粒径均匀度更好，降低工作强度，且全程视觉可控的土壤样本前置处理方法及装备是亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供一种土壤样本检测前置处理方法及装置。采用如下的技术方案：

2、一种土壤样本检测前置处理方法，采用电脑可视化自动控制模块对土壤样本检测前置处理进行全程视觉监视，并根据视觉监视分析结果进行自动化控制；

3、土壤样本检测前置处理包括以下步骤：

4、步骤1，将自然风干的待制备土壤样品经过样品投入口投入，电脑可视化自动控制模块在样品投入口处进行视觉监测，采用视觉分析算法计算待制备土壤样品的平均粒径数据；

5、步骤2，电脑可视化自动控制模块根据平均粒径数据和研磨目标粒径数据控制研磨机构的执行动作；

6、步骤3，电脑可视化自动控制模块在研磨机构的出口处获取研磨后土壤样品画面，采用视觉分析算法计算研磨后土壤样品的平均粒径数据；

7、步骤4，设置粒径差异度阈值，比较研磨后土壤样品的平均粒径数据与研磨目标粒径数据进行差异度比对，比对结果小于粒径差异度阈值，则输送到打包机构进行打包，比对结果大于等于粒径差异度阈值，则控制该批次进行二次研磨。

8、通过采用上述技术方案，采用电脑可视化自动控制模块对土壤样本检测前置处理进行全程视觉监视，实现了采用电脑和视觉相机结合的方式，对土壤样本检测前置处理各个步骤进行可视化监控，并基于监控的画面分析结果，对于各个处理环节进行更加精准的自动化控制，例如通过软件设置，可实现调整研磨机构的不同执行器的执行动作，可以实现研磨参数的设置；

9、土壤样本检测前置处理方法并不设置筛分机构，取而代之的是采用在研磨机构的出口处获取研磨后土壤样品画面，采用视觉分析算法计算研磨后土壤样品的平均粒径数据；通过这个研磨结果的数据来跟研磨目标数据对比来实现研磨质量的把控，比筛分机构的优势在于，可以获得粒径均匀度更好的土壤样本，且能减少研磨时间，设定了粒径差异度阈值，可以实现自动化的质检及质检后的控制。

10、可选的，步骤1计算待制备土壤样品的平均粒径数据的方法是：

11、步骤a，每隔x秒拍摄样品投入口处落下的待制备土壤样品画面pa，设待制备土壤样品总投入时间为t秒，则获得y张待分析待制备土壤样品画面pa，分别标记为pa1、pa2、……、pay；

12、步骤b，分别对y张待分析待制备土壤样品画面pa执行视觉分析算法分别得到每张画面内包含的土壤粒径平均值，分别记为sa1、sa2、……、say；

13、步骤c，待制备土壤样品的平均粒径数据值

14、通过采用上述技术方案，在样品投入口处进行视觉拍摄，可以通过拍摄的画面，采用视觉分析算法进行分析计算得到研磨对象的土壤粒径平均值，可以为电脑可视化自动控制模块控制研磨机构的执行动作提供更加准确的依据，例如研磨机构分为不同的研磨挡位，如果进入的待处理土壤样本的粒径较大，则可以自动选择研磨机构的研磨挡位进行匹配。

15、可选的，步骤b中视觉分析算法的具体方法为：先二值化待制备土壤样品画面，再对二值化待制备土壤样品画面进行土壤颗粒轮廓提取，得到多张提取的土壤壳体轮廓，对每个土壤壳体轮廓进行矩形框选，矩形框选的长边为土壤颗粒轮廓提取所对应土壤颗粒的粒径，按照拍摄画面比例换算得到多个土壤颗粒的粒径，对待制备土壤样品画面所有的土壤颗粒的粒径求平均值就得到待制备土壤样品画面的内包含的土壤粒径平均值。

16、通过采用上述技术方案，采用二值化进行处理，能快速地定位出土壤颗粒的外形，将轮廓进行提取后，基于提取的轮廓进行框选，就可以实现粒径的计算。

17、可选的，步骤2的具体方法是：通过电脑可视化自动控制模块输入研磨目标粒径数据sm，研磨机构包括粗破部和细磨部，电脑可视化自动控制模块根据sm与待制备土壤样品的平均粒径数据值s的差值控制粗破部的运行参数，并控制细磨部的运行参数。

18、通过采用上述技术方案，粗破部由两块石玉板组成，距离条件机构调节石玉板之间的间隙，并利用两块石玉板间的剪切力来粗磨土壤，得到一定粒径的土壤粗磨样品，电脑可视化自动控制模块可以根据输入的研磨目标粒径数据sm来进行两块石玉板的距离条件机构来实现粗破参数的调节；

19、细磨部可以设4-8个偶数个的不锈钢细磨罐，固定在细磨装置箱仓内的转盘上。偶数个不锈钢细磨罐主要是保障研磨过程中，各不锈钢细磨罐间的平衡。每一个不锈钢细磨罐都配备有一定数量的大小不一的玛瑙研磨珠。通过转盘转动，带动不锈钢细磨罐中的玛瑙珠和土壤之间的转动挤压，从而将土壤样品进一步地细磨。电脑可视化自动控制模块可以通过调整不锈钢细磨罐中的玛瑙研磨珠数量和大小配比、设置转盘转动的速度和转动时长，将土样样品细磨到20目-200目的程度，满足样品测试的理化指标需求。

20、可选的，步骤3的具体方法是：在研磨机构的出口处设置出料通道，电脑可视化自动控制模块在研磨机构的落料通道处获取研磨后土壤样品画面，并基于步骤b中的视觉分析算法计算研磨后土壤样品的平均粒径数据sf。

21、通过采用上述技术方案，为了更加准确地获得研磨处理后土壤样本的平均粒径，在研磨机构的出口处设置出料通道，在出料通道处拍摄画面，并基于视觉分析算法计算研磨后土壤样品的平均粒径数据sf，这个sf代表研磨后的土壤样本的整体质量，为后续计算粒径差异度提供参数。

22、可选的，步骤4的具体方法是：设粒径差异度阈值为t，粒径差异度为t；则

23、若t＜t，则研磨机构输出的土壤颗粒输送到打包机构进行打包，若t≥t，则研磨机构输出的土壤颗粒再次输送到研磨机构的细磨部进行二次研磨。

24、通过采用上述技术方案，对于粒径差异度的计算只考虑研磨后土壤样品的平均粒径数据sf与研磨目标粒径数据sm的差值的绝对值的影响，由于后续进行理化分析对土壤样本的要求并不是绝对的，允许少量或微量的大粒径或小粒径土壤的出现，因此对于细磨后的土壤不需要经过筛分，若平均粒径不能满足要求则进行重新研磨即可，通常粒径差异度阈值为t的值可以设置2％-5％。

25、一种土壤样本检测前置处理装置，包括进料部、研磨机构、输送机构和电脑可视化自动控制模块，所述进料部的底部出口通过输送机构与研磨机构的输入口连通，所述研磨机构包括粗破部和细磨部，所述粗破部包括粗磨电机和粗磨机构，所述粗磨机构的入口与输送机构的输出端连通，粗磨机构由两块石玉研磨板组成，调节石玉研磨板之间的间隙，所述粗磨电机驱动石玉研磨板进行转动，所述细磨部是土壤研磨机，所述电脑可视化自动控制模块用于实现一种土壤样本检测前置处理方法，电脑可视化自动控制模块分别与研磨机构和输送机构控制连接。

26、通过采用上述技术方案，进料部的设计为“y”型漏斗状，材质为不锈钢材质，研磨机构粗破部的粗磨机构可以采用一对可调整间距的粗磨石玉板构成，设置粗磨时间长短来控制土壤粗磨后的粒径。

27、经过粗磨后的土壤通过阀门的开关可以直接落入到细磨部的入口，细磨部可以是土壤研磨机，电脑可视化自动控制模块根据视觉参数进行细磨部研磨挡位的控制，实现了整个土壤样本前置处理方法的全程可视化控制。

28、可选的，电脑可视化自动控制模块包括进料视觉相机、研磨检测视觉相机、视觉分析芯片、主控电脑、显示屏和存储器，所述进料视觉相机拍摄进料部出口处的画面，研磨检测视觉相机拍摄细磨部出口处的画面，进料视觉相机和研磨检测视觉相机分别与视觉分析芯片通信连接，所述主控电脑分别与视觉分析芯片、显示屏和存储器通信连接，并分别与研磨机构和输送机构控制连接。

29、通过采用上述技术方案，电脑可视化自动控制模块的视觉部分主要分为进料视觉相机和研磨检测视觉相机，上述两个视觉相机获得的画面主要用于控制计算，当然还可以包括多个监控相机，可以对进料部、研磨机构、输送机构进行实时拍摄，从而实现全面的可视化监测，视觉分析芯片可以对获得的视觉画面进行快速准确的分析，显示屏可以实现各个视觉画面和监控画面，存储器用于存储处理全程的数据和控制数据备查。

30、可选的，所述进料部为漏斗状，底部设置进料通道，进料通道的两块侧边板采用透明材料制成，侧边板为边长100mm的正方形，两块侧边板的内侧间距为10mm-20mm，进料视觉相机通过支架安装在侧边板的一侧，镜头正对侧边板的中心，拍摄侧边板的完整画面；

31、研磨机构的出口处设置与进料通道结构一样的出料通道。

32、通过采用上述技术方案，采用透明的进料通道和出料通道，将进料和出料的土壤均布在两块侧边板夹成的通道处，控制土壤下落的量就可以实现瀑布式的颗粒分布，为后续视觉计算提供更好的画面。

33、可选的，输送机构是称重式螺旋输送机。

34、通过采用上述技术方案，输送机构可以是多套，称重式螺旋输送机可以布置在进料通道的底部和出料通道的底部，进料口处和出料口处均设置可以自动控制的电动阀门，从而实现定量可控的土壤样本输送。

35、综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

36、本发明能提供一种土壤样本检测前置处理方法及装置，采用电脑可视化自动控制模块对土壤样本检测前置处理进行全程视觉监视，实现了采用电脑和视觉相机结合的方式，对土壤样本检测前置处理各个步骤进行可视化监控，并基于监控的画面分析结果，对于各个处理环节进行更加精准的自动化控制，通过软件设置，可通过调整装置不同执行器的执行动作，实现研磨参数的设置；

37、土壤样本检测前置处理方法并不设置筛分机构，采用视觉分析算法计算研磨后土壤样品的平均粒径数据；通过这个研磨结果的数据来跟研磨目标数据对比来实现研磨质量的把控，可以获得粒径均匀度更好的土壤样本，且能减少研磨时间，设定了粒径差异度阈值，可以实现自动化的质检及质检后的控制。