CN101776621A - 一种土壤测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种土壤测量方法，包括以下步骤：a、操作人员携带便携式土壤分析仪至待测土壤，将所述分析仪放置在土壤测量点上；b、操作人员远离土壤分析仪至安全地带；c、开启土壤分析仪中的X射线光源，进行样品激发，待测土壤发出的X射线荧光被探测器接收，得到待测元素的谱数据；关闭X射线光源；d、操作人员取回土壤分析仪；上述测量步骤还包括数据处理过程，即：处理单元获取和处理所述谱数据，得出待测元素的浓度；所述数据处理过程在步骤c或d中完成。本发明还公开了一种土壤测量装置。本发明具有安全性高、操作简便、应用范围广、准确性高等优点。

Description

一种土壤测量方法及装置

技术领域

本发明涉及土壤测量，特别涉及土壤中金属或非金属元素的测量方法及装置。

背景技术

近年来，由于人口急剧增长，工业迅猛发展，固体废物不断向土壤表面堆放和倾倒，有害废水不断向土壤中渗透，大气中的有害气体及飘尘也不断随雨水降落在土壤中，导致了严重的土壤污染。土壤污染直接影响土壤生态系统的结构和功能，最后将对生态安全和人们的健康构成威胁。近年来由于工业发展所导致的重金属或非金属污染事件越来越多，对当地居民的生产生活产生重要影响，这就迫切需要对一些重点区域进行评估和检测。

X射线荧光(XRF)技术作为一种无损的多元素分析技术，操作简单、快速，在土壤中金属或非金属元素的测量中得到了广泛的应用。

随着技术的进步，市场上已经出现了小型的便携式XRF仪器，该类型仪器操作简单，携带方便。便携式XRF仪器用于环境(如空气，水，土壤等)方面的现场污染检测具有很大的优势，无需进行样品制备，并能够快速有效的进行多元素分析，从而做出全面的污染评估。

但便携式XRF仪器需要用户手持操作和激发。当用便携式XRF仪器检测土壤中金属或非金属元素的浓度时，X光管需要采用较高的电压和电流激发土壤样品，X光的透射或漫散射都较强烈，对近距离操作人员造成危害。

目前，国家对环境保护越来越重视，要求测量的土壤中元素(如对人体有害的铅、镉、砷)浓度越来越低，也即提高了对便携式XRF仪器灵敏度的要求，通用的解决方式是通过提高X光管的功率去提高测量灵敏度，而这对近距离操作人员的危害会更大。

为了保护便携式XRF仪器的操作人员，一些国外厂家为便携式XRF仪器配置了含铅的防护附件，并且这种仪器无需人员手持操作，但随着X光管功率的逐步提高，含铅的防护附件的体积和重量都急剧上升，XRF仪器的携带和使用极不方便，这与XRF仪器要实现的便携功能是相悖的；变大变重的防护附件也提高了仪器成本。对于工况不好的测量点，如测量点不平整时，X射线会从防护附件的底部泄露出来危害操作人员。

此外，当使用便携式XRF仪器在野外测量时，若遇到特殊工况如坑道内、污水池边等，操作人员难以接触到测量点，无法实现测量操作。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供了一种安全性高、操作简便、应用范围广的土壤测量方法，以及一种安全性高、测量精度高、操作简便的土壤测量装置。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种土壤测量方法，包括以下步骤：

a、操作人员携带便携式土壤分析仪至待测土壤，将所述分析仪放置在土壤测量点上，使得所述分析仪内的X射线光源发出的光能够照射在待测土壤上；

b、操作人员远离土壤分析仪至安全地带；

c、开启土壤分析仪中的X射线光源，进行样品激发，待测土壤发出的X射线荧光被探测器接收，得到待测元素的谱数据；

关闭X射线光源；

d、操作人员取回土壤分析仪；

上述测量步骤还包括数据处理过程，即：处理单元获取和处理所述谱数据，得出待测元素的浓度C’；

所述数据处理过程在步骤c或d中完成。

操作人员取样测量点上的土壤，并放置在取样装置内，使得所述分析仪内的X射线光源发出的光能够照射在取样装置内的土壤上。

作为优选，操作人员携带便携式控制器至安全地带，利用控制器去开启和关闭所述X射线光源。

作为优选，操作人员启动分析仪中的延时工作模块，待操作人员至安全地带后，延时工作模块开启所述X射线光源。

进一步，所述测量方法还包括湿度校正过程，该过程包括以下步骤：

土壤湿度传感器测得土壤湿度H，该步骤在步骤a或c中完成；

处理单元根据C＝F(C′，H)处理所述浓度C’、湿度H，得到待测元素的校正浓度C；该步骤在所述数据处理过程中完成。

作为优选，所述C＝F(C′，H)为C＝C′/(1-H)。

作为优选，所述C＝F(C′，H)为C＝(A+C′)e^μH-A，其中μ为水对待测元素特征X射线的有效衰减系数，A为与待测元素相关的常数。

操作人员读取所述土壤湿度H并将其输入至处理单元。

作为优选，所述分析仪内的连动结构启动土壤湿度传感器，测得的土壤湿度H传送给处理单元。

进一步，所述处理单元设置在土壤分析仪或控制器或远程服务器内。

进一步，控制器与土壤分析仪之间通过通信接口转接器实现通讯。

进一步，土壤分析仪与通信接口转接器之间以及通信接口转接器与控制器之间是无线或有线通讯；

有线通讯为RS232或RS485或USB；无线通讯为红外线或蓝牙或WirelessLAN或RF。

作为优选，通信接口转接器或控制器通过远程通讯模块及其通讯接口，将所述谱数据传递给远程服务器，远程服务器的处理单元接收谱数据并进行数据处理。

本发明还提供了一种土壤测量装置，包括便携式土壤分析仪及处理单元，所述土壤分析仪包括X射线光源、探测器，所述测量装置还包括：

用于在间隔一定时间后开启X射线光源，并在所述光源工作一段时间后关闭该光源的控制单元。

作为优选，所述控制单元是便携式控制器，包括X光源控制模块和电源；所述土壤分析仪配置有外部数据通讯接口，所述控制器的外部数据接口与所述土壤分析仪的外部数据通讯接口相连接。

作为优选，所述控制单元是设置在分析仪内的延时工作模块。

进一步，所述控制器与土壤分析仪之间设置有通信接口转接器，所述的通信接口转接器包括至少两个通讯接口和用于转换所述通讯接口之间的信号格式的转接模块；所述的土壤分析仪的外部数据通讯接口与通信接口转接器的通讯接口相连接；所述的控制器的外部数据通讯接口与通信接口转接器的通讯接口相连接。

进一步，所述处理单元设置在土壤分析仪或控制器或远程服务器内。

进一步，所述测量装置还包括土壤湿度传感器、湿度校正模块，所述湿度校正模块设置在所述处理单元内。

所述土壤湿度传感器与所述土壤分析仪为独立的装置。

所述土壤湿度传感器通过连动结构集成在所述土壤分析仪上，所述土壤湿度传感器的输出端连接所述处理单元。

所述测量装置还包括一个手柄长度可调节的夹具。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、安全性高。

操作人员可以在尽量远离XRF分析仪的情况下，方便地对仪器进行操作并获取数据，保证了操作人员的安全。

2、方便携带、操作简便快捷。

本发明测量装置方便携带，同时无需操作人员进行待测土壤样品的干燥预处理，能够直接给出湿度校正后的元素的浓度，在野外或现场测量时，操作简便快捷，能够满足野外现场快速测量的需求。

3、提高测量准确性。

本发明通过湿度校正方法得到土壤中元素的校正浓度。大量的实验结果表明，本发明较大地提高了土壤中元素的测量准确性。

4、操作方式灵活多样、数据处理方式多样化。

本发明土壤湿度的测量及土壤元素浓度的测量既可以同步，也可以异步；待测土壤的湿度可以由人工读取湿度信息并输入至土壤分析仪的处理单元，也可以由土壤湿度传感器直接将湿度信息传送给土壤分析仪的处理单元，操作方式灵活多样。这样操作人员就可以根据自己的需求选择采取哪种方式测量，可以满足野外现场测量的需求。

土壤分析仪、控制器及远程服务器均可实现对测量数据的处理，方便操作人员选择。

5、应用范围广。

本发明所涉及到的湿度校正方案应用范围广泛，可应用于所有类型土壤中元素的测量，其中包含污染或严重污染的土壤。同时对操作人员难以到达的工况，可以通过本发明方便地对仪器进行即时控制并获取测量结果。

6、记录了测量点的位置坐标，方便操作人员进行后续处理。

操作人员在野外测量时，需要测量多个测量点的土壤信息。本发明将测量点的位置坐标记录下来，可以使操作人员方便地将测量值与测量点对应起来，而不用操作人员另外记录测量点的信息，使操作人员的操作更加简便快捷且准确率高。

在进行土壤元素的测量时，有时需要对同一测量点在不同的时间进行重复测量。由于本发明具有GPS功能，可以定位并记录测量点的位置坐标，则在进行重复测量时，对同一测量点的确定就比较准确，操作也比较方便。

7、测量并存储了待测土壤的湿度信息。

本发明不仅测量了待测土壤中待测元素的浓度，还测量(存储)了待测土壤的湿度信息以及测量点的坐标信息。

附图说明

图1为实施例1中测量方法的流程示意图；

图2为实施例1中测量装置的示意图；

图3为实施例1、10中土壤分析仪内部结构方框图；

图4为实施例1、7中通信接口转接器的内部结构方框图；

图5为实施例1、10中控制器的内部结构方框图；

图6为实施例2中测量装置的示意图；

图7为实施例2中控制器的内部结构方框图；

图8为实施例3中测量装置的示意图；

图9为实施例3中控制器的内部结构方框图；

图10为实施例4中测量装置的示意图；

图11为实施例4中控制器的内部结构方框图；

图12为实施例5中测量装置的示意图；

图13为实施例5中通信接口转接器的内部结构方框图；

图14为实施例6中测量装置的示意图；

图15为实施例6、7中控制器的内部结构方框图；

图16为实施例7中测量装置的示意图；

图17为实施例10中测量装置的示意图；

图18为实施例10中土壤分析仪的内部结构方框图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明做进一步详尽描述。

实施例1：

如图2、图3、图4、图5所示，一种土壤测量装置，用于测量土壤中铅的浓度，所述测量装置包括便携式土壤分析仪11、控制器31、通信接口转接器21和处理单元103。

土壤分析仪11还包括X射线光源101、探测器102，处理单元103设置在土壤分析仪11内，包括谱数据读取模块、算法模型选择、浓度计算等模块。

控制器31包括控制模块311、输入输出装置(液晶显示屏LCD321、触摸屏331和按键341)、外部数据通讯装置(通讯模块305、通讯接口306)和电池电源300。控制模块311包括控制器操作管理及控制、X光源控制、滤光片控制、样品激发、测试时间调整。

土壤分析仪11配置有RS485串口通讯接口106，控制器31内配置有蓝牙通讯接口306；通信接口转接器21具有RS485-蓝牙转接功能。通信接口转接器21一端的通讯接口211通过RS485线缆与土壤分析仪11的通讯接口106连接，另一端为无线发射接收端口212，其发射接收频率与控制器31的蓝牙通讯接口306的发射接收频率位于同一波段上，通过控制器31与通信接口转接器21之间的自由空间实现无线通讯。

通信接口转接器21内包含有用来把土壤分析仪11的输出数据格式转化成控制器31的通讯接口306可以识别接收的格式、把控制器31的输出数据格式转化成土壤分析仪11的通讯接口106可以识别接收的格式的数字信号转换模块201。

本实施例还提供了一种土壤测量方法，用于测量土壤中铅的浓度，如图1所示，所述方法包括以下步骤：

a、操作人员携带上述测量装置至待测土壤，将便携式土壤分析仪11放置在土壤测量点上，使得所述分析仪11内的X射线光源101发出的光能够照射在待测土壤上；

开启所述分析仪11的电源并等待分析仪自检完毕、正常运转；

b、操作人员至安全地带，具体步骤如下：

b1、操作人员手持控制器31远离土壤分析仪11至安全地带；

一般操作人员与土壤分析仪的距离为5～10米时即可保证安全，本实施例为8米；

b2、启动控制器31，并等候足够长时间直至控制器31完成自检、正常运转；

b3、建立控制器31与土壤分析仪11之间的通讯，步骤如下：

b3-1、通信接口转接器21一端的通讯接口211通过RS485线缆与土壤分析仪11的通讯接口106连接；通信接口转接器另一端的通讯接口212通过无线方式与控制器的蓝牙通讯接口306相连接；

b3-2、运行控制器31上的通讯建立程序，该程序向土壤分析仪11的地址发送通讯请求指令并等候分析仪11的回应：若有回应，土壤分析仪11与控制器31的通讯联系建立，通讯建立程序结束，可开始运行控制器31上的其它应用程序；若无回应，其原因是土壤分析仪11没有准备好或所发地址错误等，重新发送通讯请求指令；如果在设定的时间范围内系统无回应，给出超时信息，通讯建立失败，检查系统连接，查找错误；

c、操作人员通过控制器31对土壤分析仪11进行操作和控制，得到铅元素的谱数据，所述谱数据传递给处理单元103，处理单元103处理所述谱数据得出铅的浓度C’，具体步骤如下：

c1、操作人员通过控制器31选择合适档位，所述档位确定了X射线光源的电压、电流和选用的滤光片，同时设置测试时间；

c2、操作人员利用控制器31开启X射线光源101，进行样品激发；

c3、探测器102将测得的铅元素的谱数据传递给土壤分析仪11的处理单元103，处理单元103读取所述谱数据，并进行算法模型选择及浓度计算，得到铅的浓度C’；

c4、操作人员利用控制器31关闭X射线光源101；

由于操作人员在X射线光源工作期间远离测量现场，利用控制器完成对土壤分析仪的操作，最大限度地保证了操作人员的安全；

d、操作人员取回土壤分析仪11。

实施例2：

如图6、图7所示，一种土壤中铅元素的测量装置，与实施例1不同的是：

还包括土壤湿度传感器41和湿度校正模块；所述土壤湿度传感器41与土壤分析仪12为互不连接的各自独立的装置；所述土壤湿度传感器41显示测得的土壤湿度；所述湿度校正模块设置在处理单元203内。

本实施例还揭示了一种土壤中铅元素的测量方法，与实施例1不同的是：

在步骤a中：操作人员还要将土壤湿度传感器41插入待测土壤，测得待测土壤的湿度H；同时操作人员读取(保存)测得的待测土壤的湿度H，并输入至土壤分析仪12内的处理单元203；

在步骤c中：得到铅元素的浓度C’后，处理单元203内的湿度校正模块根据C＝C′/(1-H)处理所述浓度C’及土壤湿度H，从而得到铅元素的校正浓度C。

可见，本发明无需操作人员进行待测土壤样品的干燥预处理，能够直接给出湿度校正后的金属元素的浓度，在野外或现场测量时，操作简便快捷，能够满足土壤普查等野外现场快速测量的需求；同时还大大提高了测量的准确性。

实施例3：

如图8、图9所示，一种土壤中汞元素的测量装置，与实施例2不同的是：

控制器32包括控制模块312、输入输出装置(液晶显示屏LCD322、触摸屏332和按键342)、外部数据通讯装置(通讯模块305、通讯接口306)和电池电源300。处理单元设置在控制器32内。

本实施例还提供了一种土壤中汞元素的测量方法，与实施例2不同的是：

在步骤a中：操作人员携带上述测量装置至待测土壤，将便携式土壤分析仪11放置在土壤测量点上；开启所述分析仪11的电源并等待分析仪自检完毕、正常运转；

在步骤c中，探测器102将测得的汞元素的谱数据传递给控制器32，处理单元读取所述谱数据，并进行算法模型选择及浓度计算，得到汞元素的浓度C’；关闭X射线光源101；

操作人员将土壤分析仪移开，将土壤湿度传感器插入土壤待测点，测得待测土壤的湿度H，并输入至控制器32的处理单元；

处理单元内的湿度校正模块根据公式C＝(A+C′)e^μH-A处理所述浓度C’及土壤湿度H，得到待测汞元素的校正浓度C；

μ为水对汞元素特征X射线的有效衰减系数，通过实验对标样加水回归计算得到；A为与汞元素相关的常数，是以标样建立校正模型对土壤进行预测时的曲线的截距。

在本实施例中，操作人员将土壤分析仪携带至测量现场以后，无需对土壤分析仪进行其它操作，直接操作控制器就可以完成对土壤中金属元素的测量，操作简便、快捷。

实施例4：

如图10、图11所示，一种土壤中汞元素的测量装置，与实施例2不同的是：

所述土壤湿度传感器通过连动结构集成在便携式土壤分析仪13上；

所述控制器33包括控制模块313、输入输出装置(液晶显示屏LCD323、触摸屏333和按键343)、外部数据通讯装置(通讯模块305、通讯接口306)、远程通讯模块351、GPRS接口352和电池电源300。GPRS接口352通过通讯通道如无线电波与GPRS网和英特网连接，与同样连接在英特网上的远程服务器实现无线远程通讯。控制器33的控制模块313包括控制器操作管理及控制、校准、X光源控制、滤光片控制、样品激发、测试时间调整等模块。处理单元设置在远程服务器内。

本实施例还提供了一种土壤中汞元素的测量方法，与实施例1不同的是：

在步骤c中：控制器33发出命令启动连动结构，将集成在所述分析仪13上的土壤湿度传感器插入待测土壤，得到待测土壤的湿度H；

控制器33将汞元素的谱数据及土壤湿度H传到远程通讯模块上，然后通过通讯接口352及天线发到GPRS网络上通过英特网(Internet)发送给远程服务器；

在步骤d中，操作人员取回土壤分析仪13；

处理单元根据接收到的汞元素的谱数据，通过算法模型选择及浓度计算，得出汞元素的浓度C’，处理单元内的湿度校正模块根据C＝C′/(1-H)处理所述浓度C’及土壤湿度H，从而得到汞元素的校正浓度C。

本实施例方便操作人员不在测量现场进行浓度计算，可以先测量待测土壤的湿度及谱数据，然后对谱数据及湿度进行后续处理得到待测金属元素的校正浓度。尤其适用于现场测量任务很多、时间紧迫的情况，同时湿度的校正大大提高了测量的准确性。

实施例5：

如图12、图13所示，一种土壤中砷元素的测量装置，与实施例4不同的是：

通信接口转接器22内除了包括与土壤分析仪13的通讯接口106相匹配的通讯接口211、与控制器的通讯接口306功能匹配的通讯接口212和用来把土壤分析仪13的输出数据格式转化成控制器31的通讯接口306可以识别接收的格式、把控制器31的输出数据格式转化成土壤分析仪13的通讯接口106可以识别接收的格式的数字信号转换模块202；还包括第三个通讯接口213如GPRS接口用于通过通讯通道如无线电波与GPRS网和英特网连接，与同样连接在英特网上的远程服务器实现无线远程通讯。

本实施例还提供了一种土壤中砷元素的测量方法，与实施例4不同的是：

在步骤c中：通信接口转接器22将分析仪13传来的砷元素的谱数据及待测土壤湿度H通过通讯接口213及天线发到GPRS网络上通过英特网(Internet)发送给远程服务器；

远程服务器处理接收到的砷元素的谱数据，得到砷元素的浓度C’，湿度校正模块根据公式C＝(A+C′)e^μH-A处理所述浓度C’及土壤湿度H，得到砷元素的校正浓度C；

μ为水对砷元素特征X射线的有效衰减系数，通过实验对标样加水回归计算得到；A为与砷元素相关的常数，是以标样建立校正模型对土壤进行预测时的曲线的截距。

在步骤d中，操作人员取回土壤分析仪。

本实施例操作人员在现场进行测量时，远程服务器同时将数据进行了处理，得到砷元素的校正浓度，无需操作人员进行后续的处理，节省了时间，提高了工作效率。

实施例6：

如图14、图15所示，一种土壤中砷元素的测量装置，与实施例2不同的是：

控制器34包括控制模块314、输入输出装置(液晶显示屏LCD324、触摸屏334和按键344)、外部数据通讯装置(通讯模块305、通讯接口306)、GPS定位模块361和电池电源300。

本实施例还提供了一种土壤中砷元素的测量方法，与实施例2不同的是：控制器定位并记录测量点的位置坐标。

实施例7：

如图4、图15、图16所示，一种土壤中镉元素的测量装置，与实施例6不同的是：

所述土壤湿度传感器通过连动结构集成在便携式土壤分析仪13上；

处理单元设置在控制器内；

所述测量装置还包括一个手柄长度可调节的夹具4。

本实施例还提供了一种土壤中镉元素的测量方法，包括以下步骤：

a、操作人员携带便携式土壤分析仪13至特殊工况，即坑道内或污水池边等难以到达测量点的工况，本实施例为坑道；

开启所述分析仪13的电源并等待分析仪自检完毕、正常运转；

操作人员用手柄长度可调节的夹具4夹持所述分析仪，将所述分析仪13放置于坑道内的测量点上，使得所述分析仪内的X射线光源发出的光能够照射在待测土壤上；

夹具手柄的长度可以根据操作人员所能到达的与测量点最近的距离选择或调节；本实施例操作人员所能到达的离坑道内测量点最近的距离为2米，则将夹具手柄的长度调节为2米；

b、操作人员建立控制器34与土壤分析仪13之间的通讯，并远离土壤分析仪13至安全地带，具体步骤如下：

b1、启动控制器34，并等候足够长时间直至控制器34完成自检、正常运转；

b2、建立控制器34与土壤分析仪13之间的通讯，步骤如下：

b2-1、通信接口转接器21一端的通讯接口211通过RS485线缆与土壤分析仪13的通讯接口106连接；通信接口转接器另一端的通讯接口212通过无线方式与控制器的蓝牙通讯接口306相连接；

b2-2、运行控制器34上的通讯建立程序，该程序向土壤分析仪13的地址发送通讯请求指令并等候分析仪13的回应：若有回应，土壤分析仪13与控制器34的通讯联系建立，通讯建立程序结束，可开始运行控制器34上的其它应用程序；若无回应，其原因是土壤分析仪13没有准备好或所发地址错误等，重新发送通讯请求指令；如果在设定的时间范围内系统无回应，给出超时信息，通讯建立失败，检查系统连接，查找错误；

b3、操作人员手持控制器34远离土壤分析仪13至安全地带；

本实施例操作人员退后至离测量点5米处；

c、操作人员通过控制器34对土壤分析仪13进行操作和控制，得到镉元素的谱数据及土壤湿度H，湿度校正模块根据所述谱数据及湿度H，得出镉元素的浓度，具体步骤如下：

c1、利用控制器34的GPS模块361定位并记录测量点的位置坐标；

c2、操作人员通过控制器选择合适档位，所述档位确定了X射线光源的电压、电流和选用的滤光片，同时设置测试时间；

c3、操作人员利用控制器34开启X射线光源101，进行样品激发；

c4、探测器102将测得的镉元素的谱数据传递给控制器，处理单元读取所述谱数据，并进行算法模型选择及浓度计算，得到镉元素的浓度C’；

c5、操作人员利用控制器34关闭X射线光源101；

c6、控制器34发出命令启动连动结构，将集成在所述分析仪上13的土壤湿度传感器插入待测土壤，得到待测土壤的湿度H；土壤湿度传感器将测得的土壤湿度H传送给处理单元；

控制器读取镉元素浓度C’及土壤湿度H，湿度校正模块根据C＝C′/(1-H)处理所述浓度C’及土壤湿度H，从而得到镉元素的校正浓度C。

由于操作人员在X射线光源工作期间远离测量现场，利用控制器完成对土壤分析仪的操作，最大限度地保证了操作人员的安全；

d、操作人员取回土壤分析仪。

对测量点进行定位并记录了测量点的位置坐标，方便操作人员将测量点与测量值对应起来，也方便以后查询。

对操作人员难以到达的工况，可以通过本发明方便地对仪器进行即时控制并获取测量结果。

实施例8：

一种土壤中镉元素的测量装置，与实施例6相同。

本实施例还提供了一种土壤中镉元素的测量方法，与实施例6不同的是：

在步骤a中，操作人员将土壤分析仪放置在待测点以后，利用控制器的GPS定位模块确定测量点是否为目标测量点，若测量点的位置信息出现异常，则说明测量点的位置寻找不准确；移动土壤分析仪，直至测量点的位置信息正确；然后再退至安全地带，操作控制器，实现对待测土壤中镉元素的浓度测量。

本实施例可以实现在不同时间对同一测量点进行重复测量，可以方便获取同一测量点不同时段待测元素的浓度并进行湿度校正，方便地实现对同一测量点土壤污染的监测。

实施例9：

一种土壤中硒元素的测量装置，与实施例7相同。

本实施例还提供了一种土壤中硒元素的测量方法，与实施例7不同的是：

在步骤a中，操作人员利用一个手柄长度可调节的夹具夹持土壤分析仪并将其放置于坑道内的测量点上以后，利用控制器的GPS定位模块确定测量点是否为目标测量点，若测量点的位置信息出现异常，则说明测量点的位置寻找不准确；移动土壤分析仪，直至测量点的位置信息正确；然后再退至安全地带，操作控制器，实现对坑道内土壤硒元素的浓度测量。

实施例10：

如图5、图17、图18所示，一种土壤测量装置，用于测量土壤中铅的浓度，与实施例1不同的是：

1、无需转接器。

2、便携式土壤分析仪11内的通讯接口506直接和控制器31内的通讯接口306建立红外通讯。

3、土壤分析仪的探头采用手枪式的结构，X光管设置在该结构内，测量装置内还配有采样杯。

本实施例还提供了一种土壤测量方法，用于测量土壤中铅的浓度，所述方法包括以下步骤：

a、操作人员携带上述测量装置至待测土壤，将便携式土壤分析仪11放置在土壤测量点上；

采集测量点的土壤并放置在采样杯内，放置好分析仪的探头，确保探头发出X光时能照射到采样杯内的土壤上；

开启所述分析仪11的电源并等待分析仪自检完毕、正常运转；

b、操作人员至安全地带，具体步骤如下：

b1、操作人员手持控制器31远离土壤分析仪11至安全地带；

一般操作人员与土壤分析仪的距离为5～10米时即可保证安全，本实施例为8米；

b2、启动控制器31，并等候足够长时间直至控制器31完成自检、正常运转；

b3、建立控制器31与土壤分析仪11之间的通讯，步骤如下：

运行控制器31上的通讯建立程序，该程序向土壤分析仪11的地址发送通讯请求指令并等候分析仪11的回应：若有回应，土壤分析仪11与控制器31的通讯联系建立，通讯建立程序结束，可开始运行控制器31上的其它应用程序；若无回应，其原因是土壤分析仪11没有准备好或所发地址错误等，重新发送通讯请求指令；如果在设定的时间范围内系统无回应，给出超时信息，通讯建立失败，检查系统连接，查找原因；

c、具体分为如下步骤：

c1、操作人员通过控制器31选择合适档位，所述档位确定了X射线光源的电压、电流和选用的滤光片，同时设置测试时间；

c2、操作人员利用控制器31开启X射线光源101，光源101发出的X光照射在采样杯内的土壤上，进行样品激发；

c3、探测器102将测得的铅元素的谱数据传递给土壤分析仪11的处理单元103，处理单元103读取所述谱数据，并进行算法模型选择及浓度计算，得到铅的浓度C’；

c4、操作人员利用控制器31关闭X射线光源101；

由于操作人员在X射线光源工作期间远离测量现场，利用控制器完成对土壤分析仪的操作，最大限度地保证了操作人员的安全；

d、操作人员取回土壤分析仪11。

实施例11：

一种土壤中硒元素的测量装置，包括便携式土壤分析仪、处理单元和延时工作模块。

土壤分析仪包括X射线光源、探测器，处理单元和延时工作模块设置在土壤分析仪内，处理单元包括算法模型选择、浓度计算等模块。延时工作模块用于在特定间隔时间后自动开启和关闭X射线光源。

本实施例还提供了一种土壤中硒元素的测量方法，所述方法包括以下步骤：

a、操作人员携带上述测量装置至待测土壤，将便携式土壤分析仪放置在土壤测量点上，使得所述分析仪内的X射线光源发出的光能够照射在待测土壤上；

开启所述分析仪的电源并等待分析仪自检完毕、正常运转；

启动延时工作模块，使X射线光源在5分钟后开启，10分钟后关闭；

b、操作人员远离土壤分析仪至安全地带；

一般操作人员与土壤分析仪的距离为5～10米时即可保证安全，本实施例为8米；

c、延时工作模块自动开启X射线光源，进行样品激发，得到硒元素的谱数据，所述谱数据传递给处理单元，处理单元处理所述谱数据得出硒元素的浓度C’；

延时工作模块自动关闭X射线光源；

由于操作人员在X射线光源工作期间远离测量现场，利用控制器完成对土壤分析仪的操作，最大限度地保证了操作人员的安全；

d、操作人员取回土壤分析仪。

上述实施方式不应理解为对本发明保护范围的限制。本发明的关键是：操作人员远离土壤分析仪，并利用控制单元去开启和关闭分析仪中的X射线光源，有效保证了操作人员的安全。在不脱离本发明精神的情况下，对本发明做出的任何形式的改变均应落入本发明的保护范围之内。

Claims (22)

1.一种土壤测量方法，包括以下步骤：

a、操作人员携带便携式土壤分析仪至待测土壤，将所述分析仪放置在土壤测量点上；

b、操作人员远离土壤分析仪至安全地带；

c、开启土壤分析仪中的X射线光源，进行样品激发，待测土壤发出的X射线荧光被探测器接收，得到待测元素的谱数据；

关闭X射线光源；

d、操作人员取回土壤分析仪；

上述测量步骤还包括数据处理过程，即：处理单元获取和处理所述谱数据，得出待测元素的浓度C’；

所述数据处理过程在步骤c或d中完成。

2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于：操作人员取样测量点上的土壤，并放置在取样装置内，使得所述分析仪内的X射线光源发出的光能够照射在取样装置内的土壤上。

3.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于：操作人员携带控制器至安全地带，利用控制器去开启和关闭所述X射线光源。

4.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于：操作人员启动分析仪中的延时工作模块，待操作人员至安全地带后，延时工作模块开启所述X射线光源。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的测量方法，其特征在于：所述测量方法还包括湿度校正过程，该过程包括以下步骤：

土壤湿度传感器测得土壤的湿度H，该步骤在步骤a或c中完成；

处理单元根据C＝F(C′，H)处理所述浓度C’、湿度H，得到待测元素的校正浓度C；该步骤在所述数据处理过程中完成。

6.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于：所述C＝F(C′，H)为C＝C′/(1-H)。

7.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于：所述C＝F(C′，H)为C＝(A+C′)e^μH-A，其中μ为水对待测元素特征X射线的有效衰减系数，A为与待测元素相关的常数。

8.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于：操作人员读取所述土壤湿度H并将其输入至处理单元。

9.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于：所述分析仪内的连动结构启动土壤湿度传感器，测得的土壤湿度H传送给处理单元。

10.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于：所述处理单元设置在土壤分析仪或控制器或远程服务器内。

11.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于：控制器与土壤分析仪之间通过通信接口转接器实现通讯。

12.根据权利要求11所述的测量方法，其特征在于：土壤分析仪与通信接口转接器之间以及通信接口转接器与控制器之间是无线或有线通讯；

有线通讯为RS232或RS485或USB；无线通讯为红外线或蓝牙或WirelessLAN或RF。

13.根据权利要求11所述的测量方法，其特征在于：通信接口转接器或控制器通过远程通讯模块及其通讯接口，将所述谱数据传递给远程服务器，远程服务器的处理单元接收谱数据并进行数据处理。

14.一种土壤测量装置，包括便携式土壤分析仪及处理单元，所述土壤分析仪包括X射线光源、探测器，其特征在于：所述测量装置还包括：

用于在间隔一定时间后开启X射线光源，并在所述光源工作一段时间后关闭该光源的控制单元。

15.根据权利要求14所述的测量装置，其特征在于：所述控制单元是便携式控制器，包括X光源控制模块和电源；所述土壤分析仪配置有外部数据通讯接口，所述控制器的外部数据接口与所述土壤分析仪的外部数据通讯接口相连接。

16.根据权利要求14所述的测量装置，其特征在于：所述控制单元是设置在分析仪内的延时工作模块。

17.根据权利要求15所述的测量装置，其特征在于：所述控制器与土壤分析仪之间设置有通信接口转接器，所述的通信接口转接器包括至少两个通讯接口和用于转换所述通讯接口之间的信号格式的转接模块；所述的土壤分析仪的外部数据通讯接口与通信接口转接器的通讯接口相连接；所述的控制器的外部数据通讯接口与通信接口转接器的通讯接口相连接。

18.根据权利要求15所述的测量装置，其特征在于：所述处理单元设置在土壤分析仪或控制器或远程服务器内。

19.根据权利要求14所述的测量装置，其特征在于：所述测量装置还包括土壤湿度传感器、湿度校正模块，所述湿度校正模块设置在所述处理单元内。

20.根据权利要求19所述的测量装置，其特征在于：所述土壤湿度传感器与所述土壤分析仪为独立的装置。

21.根据权利要求19所述的测量装置，其特征在于：所述土壤湿度传感器通过连动结构集成在所述土壤分析仪上，所述土壤湿度传感器的输出端连接所述处理单元。

22.根据权利要求14所述的测量装置，其特征在于：所述测量装置还包括一个手柄长度可调节的夹具。

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