CN109374390A - 一种吸收光谱检测土壤养分自动混合系统 - Google Patents
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Abstract
一种吸收光谱检测土壤养分自动混合系统，包括注射泵、储液环，多通道切换阀、清洗蠕动泵、清洗单元、过程控制蠕动泵、混合腔单元、三通电磁阀、均匀混合螺旋环、光电检测单元和气液分离器，注射泵通过储液环连接多通道切换阀，多通道切换阀连接混合腔单元，混合腔单元连接清洗蠕动泵，清洗蠕动泵连接清洗单元，混合腔单元连接三通电磁阀，三通电磁阀连接光电检测单元，光电检测单元通过三通连接气液分离器，三通电磁阀连接均匀混合螺旋环，均匀混合螺旋环连接过程控制蠕动泵，过程控制蠕动泵通过三通连接气液分离器，本发明旨在提供一种溶液和试剂自动进样混合及清洗系统，以提高土壤养分检测精度与效率，减少土壤养分检测中由于操作造成的误差。
Description
技术领域
本发明属于自动检测技术领域，具体涉及一种吸收光谱检测土壤养分自动混合系统。
背景技术
中国发明CN201810305531.X公开了一种液体混合腔，包括顶端盖、雾化喷头、液体混合筒和底端盖，顶端盖内部设有透气孔和清洗孔，液体混合筒的下端设有外螺纹，底端盖包括一端设有内螺纹的空心瓶盖和大端中心处设有圆锥状沉孔的凸台，凸台小端内部设有进液孔和排液孔，其中进液孔穿透至圆锥状沉孔的锥顶处，排液孔穿透至圆锥状沉孔的侧壁上；顶端盖下端插入液体混合筒的上端，雾化喷头固定在顶端盖下端并连通清洗孔，凸台大端套设在空心瓶盖设有内螺纹一端的相对端且凸台的小端伸出空心瓶盖，空心瓶盖的内螺纹啮合液体混合筒下端的外螺纹。
随着经济社会及信息产业的发展，农业信息化逐步得到普及，在植物种植过程中，土壤的氮磷钾含量对植物生长和植物品质有重要的影响，及时准确地获取土壤氮磷钾参数变化，并有针对性的才去调节措施，达到有效保障植物健康生长和科学土地的目的，在传统的土壤的氮磷钾含量检测实验中样液的混合程度和实验人员的操作习惯会直接影响实验结果，检测完成后实验仪器的清洗需由实验人员手动完成，且样液混合及清洗占用实验时间较长，试剂和样液中的物质直接接触对人体有一定的影响。
发明内容
本发明的目的是为了解决背景技术中所提出的问题，而提供一种光电比色检测方法中土壤氮磷钾养分溶液和试剂自动进样混合，加快土壤氮磷钾养分溶液和试剂混合进程，检测之后对混合系统进行自动清洗的光谱吸收检测土壤样品自动混合系统。
本发明的目的是这样实现的：
一种吸收光谱检测土壤养分自动混合系统，包括注射泵、储液环，多通道切换阀、清洗蠕动泵、清洗单元、过程控制蠕动泵、混合腔单元、三通电磁阀、均匀混合螺旋环、光电检测单元和气液分离器，注射泵的输出端通过储液环连接多通道切换阀的公共通道，多通道切换阀一个通道连接混合腔单元的一个输出端，混合腔单元的输入端连接清洗蠕动泵的输出端，清洗蠕动泵的输入端连接清洗单元一侧，混合腔单元的另一输出端连接三通电磁阀的一个通口，三通电磁阀的另一通口连接光电检测单元的输入端，光电检测单元的输出端通过三通连接气液分离器的输入端，三通电磁阀的下端通口连接均匀混合螺旋环的输入端，均匀混合螺旋环的输出端连接过程控制蠕动泵的输入端，过程控制蠕动泵的输出端通过与光电检测单元相连的三通连接气液分离器的输入端，均匀混合螺旋环设于混合腔单元的下方，均匀混合螺旋环为中空玻璃管环绕而成的螺旋结构，玻璃管的内径为2mm，玻璃管的外径为4mm，均匀混合螺旋环的中空部分的内径为20mm，均匀混合螺旋环的中空部分的外径为28mm。
优选的，还包括控制器，注射泵、多通道切换阀、均匀混合螺旋环、混合腔单元3、清洗蠕动泵、过程控制蠕动泵、三通电磁阀、光电检测单元均与控制器连接，各个部件均通过塑料软管连接。
优选的，混合腔单元包括加热模块，雾化喷头、通口，第一通液口，第二通液口和腔体，混合腔单元的顶端通道通口连接清洗蠕动泵的输入端，混合腔单元的底部右端通道第一通液口连接三通电磁阀，混合腔单元的底部左端通道第二通液口连接多通道切换阀，雾化喷头设于混合腔单元的腔体的顶端，加热模块设于混合腔单元的左右两侧壁内，加热模块可对腔内的液体自动加热。
优选的，储液环设于靠近注射泵侧，储液环为管道环绕1次以上而成的同心环体。
优选的，多通道切换阀的其他接口可拆卸连接一个以上样品溶液瓶和一个以上试剂瓶的瓶口端，样品溶液瓶内盛放实验所需的定量的土壤样品溶液，试剂瓶内盛放光谱检测反应所需试剂，多通道切换阀在注射泵的作用下可以切换浸提土壤样品溶液或试剂至混合腔单元的腔体中。
优选的，清洗单元包括酸性溶液瓶、碱性溶液瓶、蒸馏水瓶、空气通道和四个夹管阀，酸性溶液瓶、碱性溶液瓶、蒸馏水瓶和空气通道均通过塑料软管与清洗蠕动泵的输入端连接，酸性溶液瓶内盛放酸性溶液，碱性溶液瓶内盛放碱性溶液，蒸馏水瓶内盛放蒸馏水，蒸馏水内溶解疏水剂，夹管阀控制酸性溶液、碱性溶液、蒸馏水或空气向清洗蠕动泵输入端的流入。
优选的，气液分离器的输出端连接废液瓶，气液分离器的上端设气体出口，废液瓶经过气液分离器与过程控制蠕动泵相连。
优选的，基于光谱吸收检测土壤样品自动混合的方法，包括如下步骤：
(1)打开控制蒸馏水瓶的夹管阀，清洗蠕动泵抽取蒸馏水瓶内的蒸馏水，蒸馏水通过喷头均匀喷洒在混合腔单元中腔体的内壁上，切换三通电磁阀，使混合腔单元的第二通液口与均匀混合螺旋环的输入端连接，过程控制蠕动泵正转，过程控制蠕动泵抽取腔体中的清洗溶液通过均匀混合螺旋环直接进入废液瓶中。
(2)注射泵抽取一定量的土壤样品溶液或一定量的试剂进入储液环中，储液环中的液体进入腔体内组成混合溶液，切换三通电磁阀，连通混合腔单元的第一通液口与均匀混合螺旋环的输入端，过程控制蠕动泵正转，过程控制蠕动泵抽取混合腔单元中的混合溶液通过第一通液口和三通电磁阀的通道进入均匀混合螺旋环中，混合溶液在均匀混合螺旋环的螺旋流动过程中混合，过程控制蠕动泵反转，混合溶液在均匀混合螺旋环螺旋流动和进入混合腔单元的过程中再次混合，在过程控制蠕动泵的正转和反转过程中混合溶液得以均匀混合。
(3)混合溶液混合均匀后，进入混合腔单元的腔体内，过程控制蠕动泵抽取一定的混合溶液进入均匀混合螺旋环中，切换三通电磁阀，使均匀混合螺旋环与光电检测单元连通，过程控制蠕动泵反转，均匀混合螺旋环内的混合溶液进入光电检测单元，光电检测单元开始检测工作，可反复重复上述步骤，继续抽取混合溶液进入光电检测单元进行多次检测，得出土壤样品溶液中氮磷钾的吸光度，通过计算得出土壤样品溶液中氮磷钾的含量。
(4)检测结束后，过程控制蠕动泵反转，抽取均匀混合螺旋环和光电检测单元中的全部混合溶液到废液瓶中，切换三通电磁阀，过程控制蠕动泵正转，过程控制蠕动泵抽取混合腔单元中腔体内多余的混合溶液直接通过均匀混合螺旋环进入废液瓶中，清洗蠕动泵开始抽入清洗液，清洗液通过雾化喷头均匀喷洒入混合腔单元的腔体内，过程控制蠕动泵同时抽取混合腔单元中的清洗溶液通过均匀螺旋环进入到废液瓶中，混合腔单元和均匀混合螺旋环清洗工作完成后，切换三通电磁阀，使均匀混合螺旋环与光电检测单元连通，过程控制蠕动泵反转，清洗液进入光电检测单元进行清洗，清洗液直接进入废液瓶中。
优选的，步骤2中土壤样品溶液和试剂的混合具体如下：
清洗混合腔单元后，多通道切换阀切换到样品溶液瓶通道，注射泵抽取一定量的土壤样品溶液进入储液环，切换多通道切换阀，连接多通道切换阀的输出通道与混合腔单元的第二通液口，注射泵把储液环中土壤样品溶液通过第二通液口注入混合腔单元的腔体中，多通道切换阀切换到试剂瓶通道，注射泵抽取一定量的试剂进入储液环，切换多通道切换阀，连接多通道切换阀与混合腔单元的第二通液口，注射泵把储液环中的试剂注入混合腔单元的腔体中，混合腔单元中的加热模块对混合腔单元启动，自行加热腔体内的混合溶液，加热完成后，三通电磁阀自动切换到混合腔单元的第一通液口与均匀混合螺旋环的输入端连接通道，过程控制蠕动泵正转，过程控制蠕动泵抽取腔体内的混合溶液进入到均匀混合螺旋环中，混合溶液在均匀混合螺旋环通道流动的过程中进行混合，随后过程控制蠕动泵反转，均匀混合螺旋环内混合溶液在倒转进入混合腔单元中腔体的过程中再次进行混合，三通电磁阀自动切换到混合腔单元的第一通液口与均匀混合螺旋环的输入端通道，在过程控制蠕动泵的正转和反转过程中混合溶液混合充分、均匀。
优选的，步骤4中系统的清洗具体如下：
检测结束后，过程控制蠕动泵反转，抽取均匀混合螺旋环和光电检测单元中的全部混合溶液到废液瓶中，切换三通电磁阀，使均匀混合螺旋环的输入端与混合腔单元的第一通液口连接，过程控制蠕动泵正转，混合腔单元中多余的混合溶液通过均匀混合螺旋环排入到废液瓶中，根据混合溶液的酸性或碱性，打开相应的控制碱性溶液瓶或酸性溶液瓶的夹管阀，三通电磁阀切换到混合腔单元第一通液口与均匀混合螺旋环输入端通道，清洗蠕动泵输出端抽取相应碱性或酸性清洗溶液通过通口进入混合腔单元，清洗溶液通过雾化喷头均匀的喷洒到混合腔单元的腔体内壁上，过程控制蠕动泵正转，过程控制蠕动泵抽取碱性或酸性清洗溶液从混合腔单元进入均匀混合螺旋环中，清洗溶液通过均匀混合螺旋环直接进入废液瓶中，系统断开碱性或酸性清洗溶液的夹管阀，三通电磁阀切换到光电检测单元输入端与均匀混合螺旋环输入端通道，过程控制蠕动泵反转，过程控制蠕动泵抽取均匀混合螺旋环内的清洗溶液进入光电检测单元进行清洗，光电检测单元清洗完成后，清洗溶液直接经气液分离器的输入端进入废液瓶内，三通电磁阀再次切换到混合腔单元的第一通液口与均匀混合螺旋环输入端通道，系统打开控制蒸馏水瓶的夹管阀，清洗蠕动泵输出端抽取蒸馏水通过通口进入混合腔单元，蒸馏水通过雾化喷头均匀的喷洒到混合腔单元的腔体内壁上，过程控制蠕动泵正转，过程控制蠕动泵抽取混合腔单元内的清洗液进入均匀混合螺旋环中，过程控制蠕动泵停止工作，系统断开蒸馏水夹管阀，三通电磁阀切换到光电检测单元输入端与均匀混合螺旋环输入端通道，过程控制蠕动泵反转，过程控制蠕动泵抽取均匀混合螺旋环内的清洗液进入光电检测单元进行清洗，清洗液直接经气液分离器的输入端进入废液瓶内，过程控制蠕动泵停止工作，三通电磁阀切换到混合腔单元与均匀混合螺旋环通道，打开控制空气通道夹管阀，清洗蠕动泵抽入空气到混合腔单元当中，再次重复上述步骤，所有清洗工作完成之后，控制空气通道的夹管阀断开，清洗蠕动泵停止工作，自动混合系统等待下次土壤样品氮磷钾含量检测。
本发明的有益效果在于：
1、本发明提供的一种吸收光谱检测土壤养分自动混合系统可自动抽入土壤氮磷钾养分待测样品溶液和试剂，土壤样品溶液和试剂在过程控制蠕动泵、混合腔单元和均匀混合螺旋管的反复作用下实现自动均匀混合，提高实验检测的精度与效率，减少人为的操作给土壤养分检测造成的误差。
2、本发明提供的一种吸收光谱检测土壤养分自动混合系统在检测完成后，系统可自行进行清洗，清洗过程中根据检测混合溶液的酸碱性可先自动进行相应的中和反应，再进行蒸馏水的清洗，使清洗更彻底，使残留液充分洗出，仪器不易被腐蚀，延长使用寿命，提高了下次实验的准确度，利用过程控制蠕动泵和清洗蠕动泵的相互配合，实现对各部件的彻底清洗，显著节约了实验人员的人力和时间投入。
3、本发明提供的一种吸收光谱检测土壤养分自动混合系统中的储液环可用于盛放待检测土壤样品和试剂，实现土壤样品和试剂的定量精确进样，使样品或试剂不与注射泵直接接触，避免了注射泵的磨损和腐蚀。
4、本发明提供的一种吸收光谱检测土壤养分自动混合系统对土壤样品溶液中氮磷钾含量的检测准确，操作方便，实验周期短，从样液的混合到仪器的清洗均可自动化进行，可以快速转入下一次检测。
附图说明
图1是本发明一种吸收光谱检测土壤养分自动混合系统的系统结构示意图。
图2是本发明一种吸收光谱检测土壤养分自动混合系统中混合腔单元的示意图。
图3土壤氮磷钾养分实验中人工实验和光谱吸收检测土壤样品自动混合系统实验平均时间对比图。
图中：1、注射泵；2、储液环；3、混合腔单元；4、塑料软管；5、清洗蠕动泵；6、清洗单元；7、三通；8、多通道切换阀；9、样品溶液瓶；10、试剂瓶；11、三通电磁阀；12、均匀混合螺旋环；13、光电检测单元；14、过程控制蠕动泵；15、废液瓶；16、气液分离器；17、气体出口；18、夹管阀；31、通口；32、喷头；33、加热模块；34、第一通液口；35、第二通液口；36、腔体；61、酸性溶液瓶；62、碱性溶液瓶；63、蒸馏水瓶；64、空气通道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，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1
如图1、图2所示，一种吸收光谱检测土壤养分自动混合系统，其特征在于：包括注射泵1、储液环2，多通道切换阀8、清洗蠕动泵5、清洗单元6、过程控制蠕动泵14、混合腔单元3、三通电磁阀11、均匀混合螺旋环12、光电检测单元13和气液分离器16，注射泵1的输出端通过储液环2连接多通道切换阀8的公共通道，多通道切换阀8一个通道连接混合腔单元3的一个输出端，混合腔单元3的输入端连接清洗蠕动泵5的输出端，清洗蠕动泵5的输入端连接清洗单元6一侧，混合腔单元3的另一输出端连接三通电磁阀11的一个通口，三通电磁阀11的另一通口连接光电检测单元13的输入端，光电检测单元13的输出端通过三通7连接气液分离器16的输入端，三通电磁阀11的下端通口连接均匀混合螺旋环12的输入端，均匀混合螺旋环12的输出端连接过程控制蠕动泵14的输入端，过程控制蠕动泵14的输出端通过与光电检测单元13相连的三通7连接气液分离器16的输入端，均匀混合螺旋环12设于混合腔单元3的下方，均匀混合螺旋环12为中空玻璃管环绕而成的螺旋结构，玻璃管的内径为2mm，玻璃管的外径为4mm，均匀混合螺旋环12的中空部分的内径为20mm，均匀混合螺旋环12的中空部分的外径为28mm，系统还包括控制器，注射泵1、多通道切换阀8、均匀混合螺旋环12、混合腔单元3、清洗蠕动泵5、过程控制蠕动泵14、三通电磁阀11、光电检测单元13均与控制器连接，各个部件均通过塑料软管4连接。
混合腔单元3包括加热模块33，雾化喷头32、通口31，第一通液口34，第二通液口35和腔体36，混合腔单元3的顶端通道通口31连接清洗蠕动泵5的输入端，混合腔单元3的底部右端通道第一通液口34连接三通电磁阀11，混合腔单元3的底部左端通道第二通液口35连接多通道切换阀8，雾化喷头32设于混合腔单元3的腔体36的顶端，雾化喷头32可使清洗液均匀的喷洒在腔体36的内壁上，实现全面清洗，加热模块33设于混合腔单元3的左右两侧壁内，加热模块33可对腔内的液体自动加热，使液体混合更充分，提高土壤样品中氮磷钾含量的检测精度。
储液环2设于靠近注射泵1侧，储液环2为管道环绕1次以上而成的同心环体，储液环2用于盛放混合充分的待检测混合液，储液环2的设置可使样品或试剂不与注射泵1直接接触，避免了注射泵1的磨损和腐蚀。
多通道切换阀8的其他接口可拆卸连接一个以上样品溶液瓶9和一个以上试剂瓶10的瓶口端，样品溶液瓶9内盛放实验所需的定量的土壤样品溶液，试剂瓶10内盛放光谱检测反应所需试剂，多通道切换阀8在注射泵1的作用下可以切换浸提土壤样品溶液或试剂至混合腔单元3的腔体36中，避免了人为操作的失误。
清洗单元6包括酸性溶液瓶61、碱性溶液瓶62、蒸馏水瓶63、空气通道64和四个夹管阀18，酸性溶液瓶61、碱性溶液瓶62、蒸馏水瓶63和空气通道64均通过塑料软管4与清洗蠕动泵5的输入端连接，酸性溶液瓶61内盛放酸性溶液，碱性溶液瓶62内盛放碱性溶液，蒸馏水瓶63内盛放蒸馏水，蒸馏水内溶解疏水剂，夹管阀18控制酸性溶液、碱性溶液、蒸馏水或空气向清洗蠕动泵5输入端的流入，清洗过程中根据检测混合溶液的酸碱性可自动进行相应的中和反应，再进行蒸馏水的清洗，使清洗更彻底，使系统内残留液充分洗出，避免仪器被腐蚀，延长使用寿命。
气液分离器16的输出端连接废液瓶15，气液分离器16的上端设气体出口17，废液瓶15经过气液分离器16与过程控制蠕动泵14相连。
基于光谱吸收检测土壤样品自动混合的方法，包括如下步骤：
(1)打开控制蒸馏水瓶63的夹管阀18，清洗蠕动泵5抽取蒸馏水瓶63内的蒸馏水，蒸馏水通过喷头32均匀喷洒在混合腔单元3中腔体36的内壁上，切换三通电磁阀11，使混合腔单元3的第二通液口35与均匀混合螺旋环12的输入端连接，过程控制蠕动泵14正转，过程控制蠕动泵14抽取腔体36中的清洗溶液通过均匀混合螺旋环12直接进入废液瓶15中。
(2)注射泵1抽取一定量的土壤样品溶液或一定量的试剂进入储液环2中，储液环2中的液体进入腔体36内组成混合溶液，切换三通电磁阀11，连通混合腔单元3的第一通液口34与均匀混合螺旋环12的输入端，过程控制蠕动泵14正转，过程控制蠕动泵14抽取混合腔单元3中的混合溶液通过第一通液口34和三通电磁阀11的通道进入均匀混合螺旋环12中，混合溶液在均匀混合螺旋环12的螺旋流动过程中混合，过程控制蠕动泵14反转，混合溶液在均匀混合螺旋环12螺旋流动和进入混合腔单元3的过程中再次混合，在过程控制蠕动泵14的正转和反转过程中混合溶液得以均匀混合。
(3)混合溶液混合均匀后，进入混合腔单元3的腔体36内，过程控制蠕动泵14抽取一定的混合溶液进入均匀混合螺旋环12中，切换三通电磁阀8，使均匀混合螺旋环12与光电检测单元13连通，过程控制蠕动泵14反转，均匀混合螺旋环12内的混合溶液进入光电检测单元13，光电检测单元13开始检测工作，可反复重复上述步骤，继续抽取混合溶液进入光电检测单元13进行多次检测，得出土壤样品溶液中氮磷钾的吸光度，通过计算得出土壤样品溶液中氮磷钾的含量。
(4)检测结束后，过程控制蠕动泵14反转，抽取均匀混合螺旋环12和光电检测单元13中的全部混合溶液到废液瓶15中，切换三通电磁阀11，过程控制蠕动泵14正转，过程控制蠕动泵14抽取混合腔单元3中腔体36内多余的混合溶液直接通过均匀混合螺旋环12进入废液瓶15中，清洗蠕动泵5开始抽入清洗液，清洗液通过雾化喷头32均匀喷洒入混合腔单元3的腔体36内，过程控制蠕动泵14同时抽取混合腔单元3中的清洗溶液通过均匀螺旋环12进入到废液瓶15中，混合腔单元3和均匀混合螺旋环12清洗工作完成后，切换三通电磁阀11，使均匀混合螺旋环12与光电检测单元13连通，过程控制蠕动泵14反转，清洗液进入光电检测单元13进行清洗，清洗液直接进入废液瓶15中。
实施例2
系统的整个运转过程如下：打开控制蒸馏水瓶63的夹管阀18，清洗蠕动泵5抽取蒸馏水瓶63内的蒸馏水，蒸馏水通过喷头32均匀喷洒在混合腔单元3中腔体36的内壁上，切换三通电磁阀11，使混合腔单元3的第二通液口35与均匀混合螺旋环12的输入端连接，过程控制蠕动泵14正转，过程控制蠕动泵14抽取腔体36中的清洗溶液通过均匀混合螺旋环12直接进入废液瓶15中，清洗混合腔单元3后，多通道切换阀8切换到样品溶液瓶9通道，注射泵1抽取一定量的土壤样品溶液进入储液环2，切换多通道切换阀8，连接多通道切换阀8的输出通道与混合腔单元3的第二通液口35，注射泵1把储液环2中土壤样品溶液通过第二通液口35注入混合腔单元3的腔体36中，多通道切换阀8切换到试剂瓶10通道，注射泵1抽取一定量的试剂进入储液环2，切换多通道切换阀8，连接多通道切换阀8与混合腔单元3的第二通液口35，注射泵1把储液环2中的试剂注入混合腔单元3的腔体36中，混合腔单元3中的加热模块33对混合腔单元3启动，自行加热腔体36内的混合溶液，加热完成后，三通电磁阀11自动切换到混合腔单元3的第一通液口34与均匀混合螺旋环12的输入端连接通道，过程控制蠕动泵14正转，过程控制蠕动泵14抽取腔体36内的混合溶液进入到均匀混合螺旋环12中，混合溶液在均匀混合螺旋环12通道流动的过程中进行混合，随后过程控制蠕动泵14反转，均匀混合螺旋环12内混合溶液在倒转进入混合腔单元3中腔体36的过程中再次进行混合，三通电磁阀11自动切换到混合腔单元3的第一通液口34与均匀混合螺旋环12的输入端通道，在过程控制蠕动泵14的正转和反转过程中混合溶液混合充分、均匀，混合溶液混合均匀后，进入混合腔单元3的腔体36内，过程控制蠕动泵14抽取一定的混合溶液进入均匀混合螺旋环12中，切换三通电磁阀8，使均匀混合螺旋环12与光电检测单元13连通，过程控制蠕动泵14反转，均匀混合螺旋环12内的混合溶液进入光电检测单元13，光电检测单元13开始检测工作，可反复重复上述步骤，继续抽取混合溶液进入光电检测单元13进行多次检测，得出土壤样品溶液中氮磷钾的吸光度，通过计算得出土壤样品溶液中氮磷钾的含量，检测结束后，过程控制蠕动泵14反转，抽取均匀混合螺旋环12和光电检测单元13中的全部混合溶液到废液瓶15中，切换三通电磁阀11，使均匀混合螺旋环12的输入端与混合腔单元3的第一通液口34连接，过程控制蠕动泵14正转，混合腔单元3中多余的混合溶液通过均匀混合螺旋环12排入到废液瓶15中，根据混合溶液的酸性或碱性，打开相应的控制碱性溶液瓶62或酸性溶液瓶61的夹管阀18，三通电磁阀11切换到混合腔单元3第一通液口34与均匀混合螺旋环12输入端通道，清洗蠕动泵5输出端抽取相应碱性或酸性清洗溶液通过通口31进入混合腔单元3，清洗溶液通过雾化喷头32均匀的喷洒到混合腔单元3的腔体36内壁上，过程控制蠕动泵14正转，过程控制蠕动泵14抽取碱性或酸性清洗溶液从混合腔单元3进入均匀混合螺旋环12中，清洗溶液通过均匀混合螺旋环12直接进入废液瓶15中，系统断开碱性或酸性清洗溶液的夹管阀18，三通电磁阀11切换到光电检测单元13输入端与均匀混合螺旋环12输入端通道，过程控制蠕动泵14反转，过程控制蠕动泵14抽取均匀混合螺旋环12内的清洗溶液进入光电检测单元13进行清洗，光电检测单元13清洗完成后，清洗溶液直接经气液分离器16的输入端进入废液瓶15内，三通电磁阀11再次切换到混合腔单元3的第一通液口34与均匀混合螺旋环12输入端通道，系统打开控制蒸馏水瓶63的夹管阀18，清洗蠕动泵5输出端抽取蒸馏水通过通口31进入混合腔单元3，蒸馏水通过雾化喷头32均匀的喷洒到混合腔单元3的腔体36内壁上，过程控制蠕动泵14正转，过程控制蠕动泵14抽取混合腔单元3内的清洗液进入均匀混合螺旋环12中，过程控制蠕动泵14停止工作，系统断开蒸馏水夹管阀18，三通电磁阀11切换到光电检测单元13输入端与均匀混合螺旋环12输入端通道，过程控制蠕动泵14反转，过程控制蠕动泵14抽取均匀混合螺旋环12内的清洗液进入光电检测单元13进行清洗，清洗液直接经气液分离器16的输入端进入废液瓶15内，过程控制蠕动泵14停止工作，三通电磁阀11切换到混合腔单元3与均匀混合螺旋环12通道，打开控制空气通道64夹管阀18，清洗蠕动泵5抽入空气到混合腔单元3当中，再次重复上述步骤，所有清洗工作完成之后，控制空气通道64的夹管阀18断开，清洗蠕动泵5停止工作，自动混合系统等待下次土壤样品氮磷钾含量检测。
在进行检测时，样品溶液瓶9内盛放的是标准溶液，按上述过程先进行标准溶液检测的清洗、混合、检测和清洗过程，在对标准溶液的检测完成后，更换样品溶液瓶9内的溶液为土壤样品溶液，按上述过程进行土壤样品溶液检测的清洗、混合、检测和清洗过程，至此，完成一个土壤样品氮磷钾含量的检测。
实施例3
如图1、图2、图3所示，一种吸收光谱检测土壤养分自动混合系统，包括注射泵1、储液环2，多通道切换阀8、清洗蠕动泵5、清洗单元6、过程控制蠕动泵14、混合腔单元3、三通电磁阀11、均匀混合螺旋环12、光电检测单元13和气液分离器16，注射泵1的输出端通过储液环2连接多通道切换阀8的公共通道，多通道切换阀8一个通道连接混合腔单元3的一个输出端，混合腔单元3的输入端连接清洗蠕动泵5的输出端，清洗蠕动泵5的输入端连接清洗单元6一侧，混合腔单元3的另一输出端连接三通电磁阀11的一个通口，三通电磁阀11的另一通口连接光电检测单元13的输入端，光电检测单元13的输出端通过三通7连接气液分离器16的输入端，三通电磁阀11的下端通口连接均匀混合螺旋环12的输入端，均匀混合螺旋环12的输出端连接过程控制蠕动泵14的输入端，过程控制蠕动泵14的输出端通过与光电检测单元13相连的三通7连接气液分离器16的输入端，均匀混合螺旋环12设于混合腔单元3的下方，均匀混合螺旋环12为中空玻璃管环绕而成的螺旋结构，玻璃管的内径为2mm，玻璃管的外径为4mm，均匀混合螺旋环12的中空部分的内径为20mm，均匀混合螺旋环12的中空部分的外径为28mm，系统还包括控制器，注射泵1、多通道切换阀8、均匀混合螺旋环12、混合腔单元3、清洗蠕动泵5、过程控制蠕动泵14、三通电磁阀11、光电检测单元13均与控制器连接，各个部件均通过塑料软管4连接。
混合腔单元3包括加热模块33，雾化喷头32、通口31，第一通液口34，第二通液口35和腔体36，混合腔单元3的顶端通道通口31连接清洗蠕动泵5的输入端，混合腔单元3的底部右端通道第一通液口34连接三通电磁阀11，混合腔单元3的底部左端通道第二通液口35连接多通道切换阀8，雾化喷头32设于混合腔单元3的腔体36的顶端，雾化喷头32可使清洗液均匀的喷洒在腔体36的内壁上，实现全面清洗，加热模块33设于混合腔单元3的左右两侧壁内，加热模块33可对腔内的液体自动加热，使液体混合更充分，提高土壤样品中氮磷钾含量的检测精度。
多通道切换阀8和注射泵1之间设储液环2，储液环2设于靠近注射泵1侧，储液环2为管道环绕1次以上而成的同心环体，储液环2用于盛放混合充分的待检测混合液，储液环2的设置可使样品或试剂不与注射泵1直接接触，避免了注射泵1的磨损和腐蚀。
多通道切换阀8的其他接口可拆卸连接一个以上样品溶液瓶9和一个以上试剂瓶10的瓶口端，样品溶液瓶9内盛放实验所需的定量的土壤样品溶液，试剂瓶10内盛放光谱检测反应所需试剂，多通道切换阀8在注射泵1的作用下可以切换浸提土壤样品溶液或试剂至混合腔单元3的腔体36中，避免了人为操作的失误。
清洗单元6包括酸性溶液瓶61、碱性溶液瓶62、蒸馏水瓶63、空气通道64和四个夹管阀18，酸性溶液瓶61、碱性溶液瓶62、蒸馏水瓶63和空气通道64均通过塑料软管4与清洗蠕动泵5的输入端连接，酸性溶液瓶61内盛放酸性溶液，碱性溶液瓶62内盛放碱性溶液，蒸馏水瓶63内盛放蒸馏水，蒸馏水内溶解疏水剂，夹管阀18控制酸性溶液、碱性溶液、蒸馏水或空气向清洗蠕动泵5输入端的流入，清洗过程中根据检测混合溶液的酸碱性可自动进行相应的中和反应，再进行蒸馏水的清洗，使清洗更彻底，使系统内残留液充分洗出，避免仪器被腐蚀，延长使用寿命。
气液分离器16的输出端连接废液瓶15，气液分离器16的上端设气体出口17，废液瓶15经过气液分离器16与过程控制蠕动泵14相连。
基于光谱吸收检测土壤样品自动混合的方法，包括如下步骤：
(1)打开控制蒸馏水瓶63的夹管阀18，清洗蠕动泵5抽取蒸馏水瓶63内的蒸馏水，蒸馏水通过喷头32均匀喷洒在混合腔单元3中腔体36的内壁上，切换三通电磁阀11，使混合腔单元3的第二通液口35与均匀混合螺旋环12的输入端连接，过程控制蠕动泵14正转，过程控制蠕动泵14抽取腔体36中的清洗溶液通过均匀混合螺旋环12直接进入废液瓶15中。
(2)注射泵1抽取一定量的土壤样品溶液或一定量的试剂进入储液环2中，储液环2中的液体进入腔体36内组成混合溶液，切换三通电磁阀11，连通混合腔单元3的第一通液口34与均匀混合螺旋环12的输入端，过程控制蠕动泵14正转，过程控制蠕动泵14抽取混合腔单元3中的混合溶液通过第一通液口34和三通电磁阀11的通道进入均匀混合螺旋环12中，混合溶液在均匀混合螺旋环12的螺旋流动过程中混合，过程控制蠕动泵14反转，混合溶液在均匀混合螺旋环12螺旋流动和进入混合腔单元3的过程中再次混合，在过程控制蠕动泵14的正转和反转过程中混合溶液得以均匀混合。
(3)混合溶液混合均匀后，进入混合腔单元3的腔体36内，过程控制蠕动泵14抽取一定的混合溶液进入均匀混合螺旋环12中，切换三通电磁阀8，使均匀混合螺旋环12与光电检测单元13连通，过程控制蠕动泵14反转，均匀混合螺旋环12内的混合溶液进入光电检测单元13，光电检测单元13开始检测工作，可反复重复上述步骤，继续抽取混合溶液进入光电检测单元13进行多次检测，得出土壤样品溶液中氮磷钾的吸光度，通过计算得出土壤样品溶液中氮磷钾的含量。
(4)检测结束后，过程控制蠕动泵14反转，抽取均匀混合螺旋环12和光电检测单元13中的全部混合溶液到废液瓶15中，切换三通电磁阀11，过程控制蠕动泵14正转，过程控制蠕动泵14抽取混合腔单元3中腔体36内多余的混合溶液直接通过均匀混合螺旋环12进入废液瓶15中，清洗蠕动泵5开始抽入清洗液，清洗液通过雾化喷头32均匀喷洒入混合腔单元3的腔体36内，过程控制蠕动泵14同时抽取混合腔单元3中的清洗溶液通过均匀螺旋环12进入到废液瓶15中，混合腔单元3和均匀混合螺旋环12清洗工作完成后，切换三通电磁阀11，使均匀混合螺旋环12与光电检测单元13连通，过程控制蠕动泵14反转，清洗液进入光电检测单元13进行清洗，清洗液直接进入废液瓶15中。
在样液和试剂的混合过程中，人工操作混合的平均时间为3min，本系统对样液和试剂进行混合的平均时间为1.5min，在检测过程中，人工操作检测土壤氮磷钾养分含量所需平均时间为5min，本系统对土壤氮磷钾养分含量的检测所需平均时间为3min，实验完毕后，在对实验仪器的清洗过程中，人工清洗所需平均时间为8分钟，本系统对实验仪器的清洗所需平均时间为5min，由以上数据对比可知，本发明一种吸收光谱检测土壤养分自动混合系统可大大缩减实验所花费的时间，且系统化的操作可降低人工操作的误差，对实验结果精度有很大的提升作用。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的保护范围内所做的任何修改，等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种吸收光谱检测土壤养分自动混合系统，其特征在于：包括注射泵(1)、储液环(2)，多通道切换阀(8)、清洗蠕动泵(5)、清洗单元(6)、过程控制蠕动泵(14)、混合腔单元(3)、三通电磁阀(11)、均匀混合螺旋环(12)、光电检测单元(13)和气液分离器(16)，所述注射泵(1)的输出端通过储液环(2)连接多通道切换阀(8)的公共通道，所述多通道切换阀(8)一个通道连接混合腔单元(3)的一个输出端，所述混合腔单元(3)的输入端连接清洗蠕动泵(5)的输出端，所述清洗蠕动泵(5)的输入端连接清洗单元(6)一侧，所述混合腔单元(3)的另一输出端连接三通电磁阀(11)的一个通口，所述三通电磁阀(11)的另一通口连接光电检测单元(13)的输入端，所述光电检测单元(13)的输出端通过三通(7)连接气液分离器(16)的输入端，所述三通电磁阀(11)的下端通口连接均匀混合螺旋环(12)的输入端，所述均匀混合螺旋环(12)的输出端连接过程控制蠕动泵(14)的输入端，所述过程控制蠕动泵(14)的输出端通过与光电检测单元(13)相连的三通(7)连接气液分离器(16)的输入端，所述均匀混合螺旋环(12)设于混合腔单元(3)的下方，所述均匀混合螺旋环(12)为中空玻璃管环绕而成的螺旋结构，所述玻璃管的内径为2mm，所述玻璃管的外径为4mm，所述均匀混合螺旋环(12)的中空部分的内径为20mm，所述均匀混合螺旋环(12)的中空部分的外径为28mm。
2.根据权利要求1所述的一种吸收光谱检测土壤养分自动混合系统，其特征在于：还包括控制器，所述注射泵(1)、多通道切换阀(8)、均匀混合螺旋环(12)、混合腔单元(3)、清洗蠕动泵(5)、过程控制蠕动泵(14)、三通电磁阀(11)、光电检测单元(13)均与控制器连接，所述各个部件均通过塑料软管(4)连接。
3.根据权利要求1所述的一种吸收光谱检测土壤养分自动混合系统，其特征在于：所述混合腔单元(3)包括加热模块(33)，雾化喷头(32)、通口(31)，第一通液口(34)，第二通液口(35)和腔体(36)，所述混合腔单元(3)的顶端通道通口(31)连接清洗蠕动泵(5)的输入端，所述混合腔单元(3)的底部右端通道第一通液口(34)连接三通电磁阀(11)，所述混合腔单元(3)的底部左端通道第二通液口(35)连接多通道切换阀(8)，所述雾化喷头(32)设于混合腔单元(3)的腔体(36)的顶端，所述加热模块(33)设于混合腔单元(3)的左右两侧壁内，所述加热模块(33)可对腔内的液体自动加热。
4.根据权利要求1所述的一种吸收光谱检测土壤养分自动混合系统，其特征在于：所述储液环(2)设于靠近注射泵(1)侧，所述储液环(2)为管道环绕1次以上而成的同心环体。
5.根据权利要求1所述的一种吸收光谱检测土壤养分自动混合系统，其特征在于：所述多通道切换阀(8)的其他接口可拆卸连接一个以上样品溶液瓶(9)和一个以上试剂瓶(10)的瓶口端，所述样品溶液瓶(9)内盛放实验所需的定量的土壤样品溶液，所述试剂瓶(10)内盛放光谱检测反应所需试剂，所述多通道切换阀(8)在注射泵(1)的作用下可以切换浸提土壤样品溶液或试剂至混合腔单元(3)的腔体(36)中。
6.根据权利要求1所述的一种吸收光谱检测土壤养分自动混合系统，其特征在于：所述清洗单元(6)包括酸性溶液瓶(61)、碱性溶液瓶(62)、蒸馏水瓶(63)、空气通道(64)和四个夹管阀(18)，所述酸性溶液瓶(61)、碱性溶液瓶(62)、蒸馏水瓶(63)和空气通道(64)均通过塑料软管(4)与清洗蠕动泵(5)的输入端连接，所述酸性溶液瓶(61)内盛放酸性溶液，所述碱性溶液瓶(62)内盛放碱性溶液，所述蒸馏水瓶(63)内盛放蒸馏水，蒸馏水内溶解疏水剂，所述夹管阀(18)控制酸性溶液、碱性溶液、蒸馏水或空气向清洗蠕动泵(5)输入端的流入。
7.根据权利要求1所述的一种吸收光谱检测土壤养分自动混合系统，其特征在于：所述气液分离器(16)的输出端连接废液瓶(15)，所述气液分离器(16)的上端设气体出口(17)，所述废液瓶(15)经过气液分离器(16)与过程控制蠕动泵(14)相连。
8.根据权利要求1至7任一项所述的一种吸收光谱检测土壤养分自动混合系统，其特征在于：基于光谱吸收检测土壤样品自动混合的方法，包括如下步骤：
(1)打开控制蒸馏水瓶(63)的夹管阀(18)，清洗蠕动泵(5)抽取蒸馏水瓶(63)内的蒸馏水，蒸馏水通过喷头(32)均匀喷洒在混合腔单元(3)中腔体(36)的内壁上，切换三通电磁阀(11)，使混合腔单元(3)的第二通液口(35)与均匀混合螺旋环(12)的输入端连接，过程控制蠕动泵(14)正转，过程控制蠕动泵(14)抽取腔体(36)中的清洗溶液通过均匀混合螺旋环(12)直接进入废液瓶(15)中。
(2)注射泵(1)抽取一定量的土壤样品溶液或一定量的试剂进入储液环(2)中，储液环(2)中的液体进入腔体(36)内组成混合溶液，切换三通电磁阀(11)，连通混合腔单元(3)的第一通液口(34)与均匀混合螺旋环(12)的输入端，过程控制蠕动泵(14)正转，过程控制蠕动泵(14)抽取混合腔单元(3)中的混合溶液通过第一通液口(34)和三通电磁阀(11)的通道进入均匀混合螺旋环(12)中，混合溶液在均匀混合螺旋环(12)的螺旋流动过程中混合，过程控制蠕动泵(14)反转，混合溶液在均匀混合螺旋环(12)螺旋流动和进入混合腔单元(3)的过程中再次混合，在过程控制蠕动泵(14)的正转和反转过程中混合溶液得以均匀混合。
(3)混合溶液混合均匀后，进入混合腔单元(3)的腔体(36)内，过程控制蠕动泵(14)抽取一定的混合溶液进入均匀混合螺旋环(12)中，切换三通电磁阀(8)，使均匀混合螺旋环(12)与光电检测单元(13)连通，过程控制蠕动泵(14)反转，均匀混合螺旋环(12)内的混合溶液进入光电检测单元(13)，光电检测单元(13)开始检测工作，可反复重复上述步骤，继续抽取混合溶液进入光电检测单元(13)进行多次检测，得出土壤样品溶液中氮磷钾的吸光度，通过计算得出土壤样品溶液中氮磷钾的含量。
(4)检测结束后，过程控制蠕动泵(14)反转，抽取均匀混合螺旋环(12)和光电检测单元(13)中的全部混合溶液到废液瓶(15)中，切换三通电磁阀(11)，过程控制蠕动泵(14)正转，过程控制蠕动泵(14)抽取混合腔单元(3)中腔体(36)内多余的混合溶液直接通过均匀混合螺旋环(12)进入废液瓶(15)中，清洗蠕动泵(5)开始抽入清洗液，清洗液通过雾化喷头(32)均匀喷洒入混合腔单元(3)的腔体(36)内，过程控制蠕动泵(14)同时抽取混合腔单元(3)中的清洗溶液通过均匀螺旋环(12)进入到废液瓶(15)中，混合腔单元(3)和均匀混合螺旋环(12)清洗工作完成后，切换三通电磁阀(11)，使均匀混合螺旋环(12)与光电检测单元(13)连通，过程控制蠕动泵(14)反转，清洗液进入光电检测单元(13)进行清洗，清洗液直接进入废液瓶(15)中。
9.根据权利要求8所述的一种吸收光谱检测土壤养分自动混合系统，其特征在于：步骤(2)中土壤样品溶液和试剂的混合具体如下：
清洗混合腔单元(3)后，多通道切换阀(8)切换到样品溶液瓶(9)通道，注射泵(1)抽取一定量的土壤样品溶液进入储液环(2)，切换多通道切换阀(8)，连接多通道切换阀(8)的输出通道与混合腔单元(3)的第二通液口(35)，注射泵(1)把储液环(2)中土壤样品溶液通过第二通液口(35)注入混合腔单元(3)的腔体(36)中，多通道切换阀(8)切换到试剂瓶(10)通道，注射泵(1)抽取一定量的试剂进入储液环(2)，切换多通道切换阀(8)，连接多通道切换阀(8)与混合腔单元(3)的第二通液口(35)，注射泵(1)把储液环(2)中的试剂注入混合腔单元(3)的腔体(36)中，混合腔单元(3)中的加热模块(33)对混合腔单元(3)启动，自行加热腔体(36)内的混合溶液，加热完成后，三通电磁阀(11)自动切换到混合腔单元(3)的第一通液口(34)与均匀混合螺旋环(12)的输入端连接通道，过程控制蠕动泵(14)正转，过程控制蠕动泵(14)抽取腔体(36)内的混合溶液进入到均匀混合螺旋环(12)中，混合溶液在均匀混合螺旋环(12)通道流动的过程中进行混合，随后过程控制蠕动泵(14)反转，均匀混合螺旋环(12)内混合溶液在倒转进入混合腔单元(3)中腔体(36)的过程中再次进行混合，三通电磁阀(11)自动切换到混合腔单元(3)的第一通液口(34)与均匀混合螺旋环(12)的输入端通道，在过程控制蠕动泵(14)的正转和反转过程中混合溶液混合充分、均匀。
10.根据权利要求8所述的一种吸收光谱检测土壤养分自动混合系统，其特征在于：步骤(4)中系统的清洗具体如下：
检测结束后，过程控制蠕动泵(14)反转，抽取均匀混合螺旋环(12)和光电检测单元(13)中的全部混合溶液到废液瓶(15)中，切换三通电磁阀(11)，使均匀混合螺旋环(12)的输入端与混合腔单元(3)的第一通液口(34)连接，过程控制蠕动泵(14)正转，混合腔单元(3)中多余的混合溶液通过均匀混合螺旋环(12)排入到废液瓶(15)中，根据混合溶液的酸性或碱性，打开相应的控制碱性溶液瓶(62)或酸性溶液瓶(61)的夹管阀(18)，三通电磁阀(11)切换到混合腔单元(3)第一通液口(34)与均匀混合螺旋环(12)输入端通道，清洗蠕动泵(5)输出端抽取相应碱性或酸性清洗溶液通过通口(31)进入混合腔单元(3)，清洗溶液通过雾化喷头(32)均匀的喷洒到混合腔单元(3)的腔体(36)内壁上，过程控制蠕动泵(14)正转，过程控制蠕动泵(14)抽取碱性或酸性清洗溶液从混合腔单元(3)进入均匀混合螺旋环(12)中，清洗溶液通过均匀混合螺旋环(12)直接进入废液瓶(15)中，系统断开碱性或酸性清洗溶液的夹管阀(18)，三通电磁阀(11)切换到光电检测单元(13)输入端与均匀混合螺旋环(12)输入端通道，过程控制蠕动泵(14)反转，过程控制蠕动泵(14)抽取均匀混合螺旋环(12)内的清洗溶液进入光电检测单元(13)进行清洗，光电检测单元(13)清洗完成后，清洗溶液直接经气液分离器(16)的输入端进入废液瓶(15)内，三通电磁阀(11)再次切换到混合腔单元(3)的第一通液口(34)与均匀混合螺旋环(12)输入端通道，系统打开控制蒸馏水瓶(63)的夹管阀(18)，清洗蠕动泵(5)输出端抽取蒸馏水通过通口(31)进入混合腔单元(3)，蒸馏水通过雾化喷头(32)均匀的喷洒到混合腔单元(3)的腔体(36)内壁上，过程控制蠕动泵(14)正转，过程控制蠕动泵(14)抽取混合腔单元(3)内的清洗液进入均匀混合螺旋环(12)中，过程控制蠕动泵(14)停止工作，系统断开蒸馏水夹管阀(18)，三通电磁阀(11)切换到光电检测单元(13)输入端与均匀混合螺旋环(12)输入端通道，过程控制蠕动泵(14)反转，过程控制蠕动泵(14)抽取均匀混合螺旋环(12)内的清洗液进入光电检测单元(13)进行清洗，清洗液直接经气液分离器(16)的输入端进入废液瓶(15)内，过程控制蠕动泵(14)停止工作，三通电磁阀(11)切换到混合腔单元(3)与均匀混合螺旋环(12)通道，打开控制空气通道(64)夹管阀(18)，清洗蠕动泵(5)抽入空气到混合腔单元(3)当中，再次重复上述步骤，所有清洗工作完成之后，控制空气通道(64)的夹管阀(18)断开，清洗蠕动泵(5)停止工作，自动混合系统等待下次土壤样品氮磷钾含量检测。
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