CN112557627A - 城市搬迁地土壤障碍因子快速取样和检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种城市搬迁地障碍因子快速取样和检测系统及方法，它包括检测杆，检测杆上设有可拆卸的配重，配重用于将检测杆压入到土壤中一定深度；在检测杆内设有至少一条管路，管路的底部开口靠近检测杆的底端，管路的顶部开口与加气泵或液体泵连接，还设有采集装置，用于测量土壤的参数。将检测杆插入到土壤中，加液体泵注入液体一段时间，切换阀切换，液体泵将注入的水反吸进入到采集皿内，采集装置对采集皿内的液体进行检测；通过以上步骤实现城市搬迁地障碍因子快速取样和检测。能够对非土层层厚度，土壤通气度、pH值、污染物和土壤酶活性进行快速检测。

Description

城市搬迁地土壤障碍因子快速取样和检测系统及方法

技术领域

本发明涉及土壤参数检测领域，特别是一种城市搬迁地障碍因子快速取样和检测系统及方法。

背景技术

土壤具备一定对各类废弃物自净化能力，但是当土壤中的各类污染物过多，影响和超过了土壤的自净能力，则不适于作为园林绿地。在城市搬迁过程中，需要对是否具备形成园林绿地的土壤进行检测，以避免规划失误。

现有技术中的土壤检测装置通常仅能检测单一的参数，而且检测步骤非常复杂，使用不便。例如土壤检测常规五项涉及有机质、氮、磷、钾和pH值，就需要多个不同的试剂和设备，而且难以实现现场检测。中国专利文献CN108637004A记载了一种便携式土壤检测修复设备及土壤检测修复方法，设备包括至少两个检测修复装置，检测修复装置包括基座、探杆和探头；探头与硬度传感器连接；探杆设置有采样口和采样测试区，采样口下方的探杆外周上设置有螺旋叶片；探杆内部设置有传输杆；探杆的外周设置有导电炭层，导电炭层与基座内的电源连接端连接；不同检测修复装置通过导线分别与电源的正极和负极连接。该方案虽然设想较好，但是几乎没有实现的价值，例如以弹性部件(400)与硬度传感器(210)连接的方案，检测是弹性部件的变形力，和土壤硬度关系不大。至于以电导率检测模块检测重金属含量更难以确保准确，由于影响土壤电导率的非重金属物质较多，例如铁、铝和碳等元素，因此电导率与重金属含量并无令人信服的对应关系。还有一些其他方案，例如CN211904714U，CN111929102A用于土壤取样，能够获得较为精确的数据，但是在需要快速测量的场合仍显得操作较为麻烦，需要采集和携带大量的土样到实验室，劳动强度大，实现成本高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种城市搬迁地障碍因子快速取样和检测系统，能够快速的对城市搬迁地障碍因子进行检测。而且劳动强度较低，实现成本低。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种城市搬迁地障碍因子快速取样和检测装置，它包括检测杆，检测杆上设有可拆卸的配重，配重用于将检测杆压入到土壤中一定深度；

在检测杆内设有至少一条管路，管路的底部开口靠近检测杆的底端，管路的顶部开口与加气泵或液体泵连接，还设有采集装置，用于测量土壤的参数。

优选的方案中，在配重上设有孔，配重通过孔与检测杆活动套接，配重的顶部设有便于吊装的结构，配重的重量被设置为能够将检测杆压入到土壤中；

检测杆上设有限位部，用于限制配重的轴向位置。

优选的方案中，检测杆的底部设有尖端；

管路的底部开口设置在靠近尖端的圆柱形外壁上。

优选的方案中，在检测杆上设有加速度传感器，用于采集检测杆压入到土壤中的加速度。

优选的方案中，管路的顶部开口与加气泵的输出口连接，在加气泵的输出口还设有压力传感器，用于测量土壤的通气度。

优选的方案中，管路的顶部开口与液体泵的输出口连接，在液体泵的输出口还设有压力传感器，用于测量土壤的渗透率。

优选的方案中，管路的顶部开口通过管路和切换阀分别与液体泵的输出口和接入口连接，还设有采集皿和供液箱，采集皿通过管路和切换阀与液体泵的输出口连接，供液箱通过管路和切换阀与液体泵的输入口连接；

所述的切换阀为二位四通阀。

优选的方案中，还设有采集装置，采集装置与采集皿连接，用于根据采集液体样本分析土壤参数。

优选的方案中，在检测杆内设有两条管路，一条为导气管，另一条为输液管；

导气管的顶部开口与加气泵的输出口连接，在加气泵的输出口还设有压力传感器，用于测量土壤的通气度；

输液管的顶部开口通过管路和切换阀分别与液体泵的输出口和接入口连接，还设有采集皿和供液箱，采集皿通过管路和切换阀与液体泵的输出口连接，供液箱通过管路和切换阀与液体泵的输入口连接；

所述的切换阀为二位四通阀；

还设有采集装置，采集装置与采集皿连接，用于根据采集液体样本分析土壤参数；

在检测杆内设有加速度传感器，加速度传感器采用单轴加速度传感器，用于采集检测杆压入到土壤中的加速度。

优选的方案中，在检测杆的底部设有尖端；在尖端的位置设有取土槽，取土槽的外壁设有铰接的盖板，当检测杆被压下时，盖板关闭，当检测杆抬起时，盖板开启，土进入到取土槽内。

一种采用上述的城市搬迁地障碍因子快速取样和检测系统的方法，包括以下步骤：

S1、利用静力将检测杆插入到土壤中，加速度传感器检测加速度及位置变化发送至采集装置，由加速度计算得出相应土层的深度；

S2、在插入过程中，启动加气泵持续供气，由压力传感器与时间的曲线得出不同深度条件下土壤的通气度；

S3、当检测杆插入到预设深度后，停止加气泵，液体泵保持注入液体一段时间，切换阀切换，液体泵将注入的水反吸进入到采集皿内，采集装置对采集皿内的液体进行检测；

通过以上步骤实现城市搬迁地障碍因子快速取样和检测。

本发明提供的一种城市搬迁地障碍因子快速取样和检测系统，通过采用上述的方案，能够对非土层层厚度，土壤通气度、pH值、污染物和土壤酶活性进行快速检测，大幅提高城市搬迁地障碍因子的检测效率，降低劳动强度和实施成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明检测时的状态示意图。

图3为本发明检测时的结构示意图。

图4为本发明中液体泵的连接结构示意图。

图5为本发明中取土槽和盖板的局部结构放大示意图。

图中：检测杆1，导气管101，输液管102，气管接口103，液管接口104，取土槽105，盖板106，限位部2，配重3，起吊装置4，表土层5，非土层6，原土层7，加速度传感器8，加气泵9，压力传感器10，采集装置11，液体泵12，切换阀13，采集皿14，供液箱15。

具体实施方式

城市搬迁地立地障碍因子指标体系参数的快速测量，本发明采用了以下的方案。

如图1~3中，一种城市搬迁地障碍因子快速取样和检测系统，它包括检测杆1，检测杆1上设有可拆卸的配重3，配重3用于将检测杆1压入到土壤中一定深度；

在检测杆1内设有至少一条管路，管路的底部开口靠近检测杆1的底端，管路的顶部开口与加气泵9或液体泵12连接，还设有采集装置，用于测量液体泵12抽吸的土壤混合液体或者采集的土壤样本的混合液体，以获得土壤的参数。由此结构，通过定重的配重将检测杆1压入到土壤，即可检测土壤相应参数。

优选的方案如图1中，在配重3上设有孔，配重3通过孔与检测杆1活动套接，配重3的顶部设有便于吊装的结构，配重3的重量被设置为能够将检测杆1压入到土壤中；

检测杆1上设有限位部2，用于限制配重3的轴向位置。使用时，利用人工或起吊装置将预定重量的配重3安装到检测杆1上，利用配重将检测杆1压入到土壤中，即可开始对土壤的城市搬迁地障碍因子进行检测。

优选的方案如图1~3中，检测杆1的底部设有尖端；

管路的底部开口设置在靠近尖端的圆柱形外壁上。由此结构，确保检测与水平位置的土壤深度相对应。

优选的方案如图1中，在检测杆1上设有加速度传感器8，用于采集检测杆1压入到土壤中的加速度。本例中，创造性的采用了固定配重和加速度传感器8的组合对土壤的侧摩阻力进行检测。尤其是当检测杆1穿过由水泥、钢筋、砖石等填杂物构成的非土层6时，侧摩阻力会产生能够被检测到的变化，并对插入的加速度产生影响，从而能够根据加速度的变化计算出非土层6的厚度。

优选的方案如图3中，管路的顶部开口与加气泵9的输出口连接，在加气泵9的输出口还设有压力传感器10，用于测量土壤的通气度。检测过程可以贯穿检测杆1的插入过程，从而快速得出不同深度条件下土壤的通气度。

优选的方案如图3中，管路的顶部开口与液体泵12的输出口连接，在液体泵12的输出口还设有压力传感器10，用于测量土壤的渗透率。检测过程可以贯穿检测杆1的插入过程，从而快速得出不同深度条件下土壤的渗透率。

优选的方案如图4中，管路的顶部开口通过管路和切换阀13分别与液体泵12的输出口和接入口连接，还设有采集皿14和供液箱15，采集皿14通过管路和切换阀13与液体泵12的输出口连接，供液箱15通过管路和切换阀13与液体泵12的输入口连接；供液箱15中储存的为纯水。液体泵12采用隔膜泵。

所述的切换阀13为二位四通阀。切换阀13的一个工作位是使液体泵12从供液箱15内抽取纯水，送入到输液管102中；另一个工作位则是从输液管102抽取液体，送入到采集皿14中。

优选的方案中，还设有采集装置11，采集装置11与采集皿14连接，用于根据采集液体样本分析土壤参数。采集装置11根据采集皿14内的液体进行土壤参数的检测，包括电导率、有机质、酸碱度、重金属离子、有机污染等。采集装置11为外购设备，例如其中用于有机物和有机污染检测的郑州欧柯奇仪器制造有限公司的土壤参数速测仪，津工仪器科技苏州有限公司的基于X射线荧光技术方案的便携式土壤重金属分析仪。涉及土壤酶活性测定的手持式光谱分析仪等，其中土壤酶活性测定可选的采用苯酚钠-次氯酸钠比色法、磷酸苯二钠比色法、3,5-二硝基水杨酸比色法等。目前暂无全集成的多功能检测设备，在检测过程中需要进行切换，但是将上述功能进行集成并无技术障碍。

上述的方案中，采用单个管路，操作仍较为复杂，优选的方案如图3中，在检测杆1内设有两条管路，一条为导气管101，另一条为输液管102；

导气管101的顶部开口与加气泵9的输出口连接，在加气泵9的输出口还设有压力传感器10，用于测量土壤的通气度；

输液管102的顶部开口通过管路和切换阀13分别与液体泵12的输出口和接入口连接，还设有采集皿14和供液箱15，采集皿14通过管路和切换阀13与液体泵12的输出口连接，供液箱15通过管路和切换阀13与液体泵12的输入口连接；

所述的切换阀13为二位四通阀；

还设有采集装置11，采集装置11与采集皿14连接，用于根据采集液体样本分析土壤参数；采集的液体即作为土壤的浸出液，用于直接或在添加辅助药剂后进行各种参数的检测。

在检测杆1内设有加速度传感器8，加速度传感器8采用单轴加速度传感器，用于采集检测杆1压入到土壤中的加速度。由此结构，大幅提高检测效率。通过一次插入土壤的操作，即可完成多达11类指标，包括土壤物理指标，土壤化学指标、土体参数、污染物和土壤酶活性等，将近50项参数的检测，例如氮、磷、钾含量，各种农药残留含量，各种重金属元素含量等。

优选的方案如图5中，在检测杆1的底部设有尖端；在尖端的位置设有取土槽105，取土槽105的外壁设有铰接的盖板106，当检测杆1被压下时，盖板106关闭，当检测杆拔出时，盖板106开启，土进入到取土槽105内。优选的方案如图5中，盖板106的底部与取土槽105铰接，且盖板106的转动被限位在一定的角度，例如15°，在盖板106的自由端设有翘起的结构，突出于检测杆1的尖端的外壁，当拔出检测杆时，盖板106被强制开启。

由此结构，在必要的情形下，能够根据取得的土样做进一步的精确检测，以弥补快速检测精度不足的问题。

使用时，先将检测杆1的尖端按预设深度插入到表土层5中，将液体泵12和加气泵9分别与液管接口104和气管接口103连接，启动液体泵12和加气泵9。使检测杆1保持竖直，利用人工或起吊装置4将配重3安装到检测杆1的顶端，确保配重3与检测杆1之间无撞击。检测杆1在配重3作用下，插入到土层中，加速度传感器8检测加速度及位置变化发送至采集装置，例如工控机，其中加速度发生变化的位置大概率进入到非土层6，再次发生变化的位置即为穿过非土层6，由加速度的积分计算得出相应土层的深度，尤其是非土层6的深度。由压力传感器10与时间的曲线得出不同深度条件下土壤的通气度以及液体渗透率。当检测杆1插入到预设深度后，停止加气泵9，液体泵12保持注入液体一段时间，切换阀13切换，液体泵12将注入的水反吸进入到采集皿14内，采集装置11检测包括有机质、酸碱度、电导率、重金属离子、有机污染物以及土壤酶活性等参数。具体的检测方法是将采集皿14内的液体，分为多份，直接或添加药剂后，分别用不同的仪器进行检测。例如土壤参数速测仪，用于检测土壤参数；便携式土壤重金属分析仪用于检测土壤中重金属含量；便携式分光计配合采用苯酚钠-次氯酸钠比色法、磷酸苯二钠比色法、3,5-二硝基水杨酸比色法等方法进行土壤酶活性测量。

当土壤渗透率较高，未能采集到注入水的情形下，提起检测杆1，盖板106开启，将土样采集到取土槽105内，取出土样后以采集装置11再次进行检测。优选的方案中，由于采集到的注入水浓度难以标定，因此检测精度难以达到较高的精度。优选的，采用常见元素参数类比法进行修正，将某种常见元素作为参照物，例如以氮、磷、钾等元素作为参照物，以前述的方式将采集皿14内的液体检测完成后，再对获取的土样中的氮、磷、钾含量进行精确检测，以检测后的数值与原始检测数值相除得出修正参数，将其他原始检测的参数均乘以修正参数，由此方案即可对原始检测的参数进行修正，进一步提高检测精度。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种城市搬迁地障碍因子快速取样和检测系统，其特征是：它包括检测杆（1），检测杆（1）上设有可拆卸的配重（3），配重（3）用于将检测杆（1）压入到土壤中一定深度；

在检测杆（1）内设有至少一条管路，管路的底部开口靠近检测杆（1）的底端，管路的顶部开口与加气泵（9）或液体泵（12）连接，还设有采集装置，用于测量土壤的参数。

2.根据权利要求1所述的一种城市搬迁地障碍因子快速取样和检测系统，其特征是：在配重（3）上设有孔，配重（3）通过孔与检测杆（1）活动套接，配重（3）的顶部设有便于吊装的结构，配重（3）的重量被设置为能够将检测杆（1）压入到土壤中；

检测杆（1）上设有限位部（2），用于限制配重（3）的轴向位置。

3.根据权利要求1所述的一种城市搬迁地障碍因子快速取样和检测系统，其特征是：检测杆（1）的底部设有尖端；

管路的底部开口设置在靠近尖端的圆柱形外壁上；

在检测杆（1）上设有加速度传感器（8），用于采集检测杆（1）压入到土壤中的加速度。

4.根据权利要求1所述的一种城市搬迁地障碍因子快速取样和检测系统，其特征是：管路的顶部开口与加气泵（9）的输出口连接，在加气泵（9）的输出口还设有压力传感器（10），用于测量土壤的通气度。

5.根据权利要求1所述的一种城市搬迁地障碍因子快速取样和检测系统，其特征是：管路的顶部开口与液体泵（12）的输出口连接，在液体泵（12）的输出口还设有压力传感器（10），用于测量土壤的渗透率。

6.根据权利要求1所述的一种城市搬迁地障碍因子快速取样和检测系统，其特征是：管路的顶部开口通过管路和切换阀（13）分别与液体泵（12）的输出口和接入口连接，还设有采集皿（14）和供液箱（15），采集皿（14）通过管路和切换阀（13）与液体泵（12）的输出口连接，供液箱（15）通过管路和切换阀（13）与液体泵（12）的输入口连接；

所述的切换阀（13）为二位四通阀。

7.根据权利要求6所述的一种城市搬迁地障碍因子快速取样和检测系统，其特征是：还设有采集装置（11），采集装置（11）与采集皿（14）连接，用于根据采集液体样本分析土壤参数。

8.根据权利要求1所述的一种城市搬迁地障碍因子快速取样和检测系统，其特征是：在检测杆（1）内设有两条管路，一条为导气管（101），另一条为输液管（102）；

导气管（101）的顶部开口与加气泵（9）的输出口连接，在加气泵（9）的输出口还设有压力传感器（10），用于测量土壤的通气度；

输液管（102）的顶部开口通过管路和切换阀（13）分别与液体泵（12）的输出口和接入口连接，还设有采集皿（14）和供液箱（15），采集皿（14）通过管路和切换阀（13）与液体泵（12）的输出口连接，供液箱（15）通过管路和切换阀（13）与液体泵（12）的输入口连接；

所述的切换阀（13）为二位四通阀；

还设有采集装置（11），采集装置（11）与采集皿（14）连接，用于根据采集液体样本分析土壤参数；

在检测杆（1）内设有加速度传感器（8），加速度传感器（8）采用单轴加速度传感器，用于采集检测杆（1）压入到土壤中的加速度。

9.根据权利要求1~8任一项所述的一种城市搬迁地障碍因子快速取样和检测系统，其特征是：在检测杆（1）的底部设有尖端；在尖端的位置设有取土槽（105），取土槽（105）的外壁设有铰接的盖板（106），当检测杆（1）被压下时，盖板（106）关闭，当检测杆抬起时，盖板（106）开启，土进入到取土槽（105）内。

10.一种采用权利要求1~9任一项所述的城市搬迁地障碍因子快速取样和检测系统的方法，其特征是包括以下步骤：

S1、利用静力将检测杆（1）插入到土壤中，加速度传感器（8）检测加速度及位置变化发送至采集装置，由加速度计算得出相应土层的深度；

S2、在插入过程中，启动加气泵（9）持续供气，由压力传感器（10）与时间的曲线得出不同深度条件下土壤的通气度；

S3、当检测杆（1）插入到预设深度后，停止加气泵（9），液体泵（12）保持注入液体一段时间，切换阀（13）切换，液体泵（12）将注入的水反吸进入到采集皿（14）内，采集装置（11）对采集皿（14）内的液体进行检测；

通过以上步骤实现城市搬迁地障碍因子快速取样和检测。

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