CN113075270B - 一种用于湿地土壤重金属智能识别与监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及环保领域中的土壤污染监测技术领域，具体涉及一种用于湿地土壤重金属智能识别与监测装置，包括反应筒，所述反应筒的顶端嵌入设置有电极组件，所述电极组件的顶端成环形设置有三个导电连接杆，三个所述导电连接杆的顶端共同安装有控制盒，所述控制盒的上端嵌入设置有导线，所述电极组件包括筒盖，所述第三连接柱的下端设置有工作电极。本发明通过集水管可以把大范围的水吸入到反应筒内，通过滤膜层和内滤网对液体进行过滤，从而可以有效地减少固体杂质进入到反应筒，从而可以使得工作电极在反应筒内反应，而不受到外界干扰，提高了检测精度，通过筒壳内安装液位传感器，在筒壳下安装单向电磁阀，从而可以在不同的时间段，随机对土壤进行检测。
Description
技术领域
本发明涉及土壤污染监测技术领域，具体是一种用于湿地土壤重金属智能识别与监测装置。
背景技术
如今，随着现代农业以及科学技术的发展，自动化、智能化、综合化和精确化的快速检测土壤重金属技术已经成为必然趋势，近几年，种植地因农药、肥料、生长素的大量施用及工业“三废”的污染，土壤重金属含量超标较严重且普遍，这不仅毒害土壤-植物系统，降低种植物品质，而且还会通过径流和淋洗作用污染地表水，尤其重要的是通过食物链，尤其是湿地受到污染后，对环境生态影响非常大，众多的鱼类和禽类受到影响，因此，需要对湿地土壤重金属含量进行检测。
中国专利公开了一种农田重金属污染在线监测预警与实时处理系统（授权公告号CN108896737B），该专利技术根据土壤污染严重程度发出预警信号；控制处理装置用于接收且分析预警信号并发出控制指令；重金属实时处理装置用于接收控制指令，并对重金属进行吸附处理，但是其在监测的过程中，受到外界环境干扰的较大，从而导致检测误差较大，准确地不高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于湿地土壤重金属智能识别与监测装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于湿地土壤重金属智能识别与监测装置，包括反应筒，所述反应筒的顶端嵌入设置有电极组件，所述电极组件的顶端成环形设置有三个导电连接杆，三个所述导电连接杆的顶端共同安装有控制盒，所述反应筒的外侧成环形布置有若干根集水管，且反应筒的外侧的下端设置有长软管，所述电极组件包括筒盖，所述筒盖的内侧成环形依次贯穿连接有第一连接柱、第二连接柱和第三连接柱，所述第三连接柱的下端设置有工作电极，所述第二连接柱的下端设置有对电极，所述第一连接柱的下端设置有参比电极，所述工作电极的上端位于第三连接柱的内侧固定连接有螺纹接头。
作为本发明再进一步的方案：所述反应筒包括筒壳，所述筒壳的外侧的上端嵌入设置有若干个进水接口，且筒壳的内部靠近进水接口的下端固定连接有内滤网，所述筒壳的内部靠近内滤网的下端安装有液位传感器，所述筒壳的内侧的底端开设有排水孔，且筒壳外侧的底端固定连接有隔离管，所述筒壳的内部位于排水孔的下端设置有单向电磁阀，所述隔离管的内部的下端固定连接有下滤网。
作为本发明再进一步的方案：所述筒盖嵌入在筒壳的上端，所述工作电极、参比电极和对电极均贯穿内滤网的内侧。
作为本发明再进一步的方案：所述筒壳的内部靠近排水孔的一侧安装有微型泵，且筒壳的外侧位于微型泵的输出端固定连接有出水接口，所述出水接口的内侧安装有止回阀，所述微型泵的输入端连接有进水软管，所述进水软管的一端连接有过滤头，所述出水接口与长软管相连接。
作为本发明再进一步的方案：所述控制盒包括盒体，所述盒体的上端嵌入设置有盒盖，且盒体的内部安装有线路板，所述线路板的上端的一侧安装有蓄电池，且线路板的上端靠近蓄电池的前侧安装有I/V转换器，且线路板的上端靠近蓄电池的后侧安装有无线通讯模块，所述线路板的上端靠近无线通讯模块的一侧安装有单片机，且线路板的上端靠近I/V转换器的一侧安装有定时器，所述线路板的上端靠近单片机的一侧安装有定位模块，所述盒盖的上端嵌入安装有警示灯，所述警示灯与线路板电性连接，所述单片机内部设置有D/A转换器和A/D转换器，且单片机通过无线通讯模块与外部的无线终端连接。
作为本发明再进一步的方案：所述集水管包括集水管本体，所述集水管本体的前端设置有插口，且集水管本体的后端设置有承口，所述集水管本体的内侧壁设置有滤膜层，且集水管本体的外侧壁均匀开设有若干个毛细孔，所述承口的内侧嵌入设置有堵头，所述集水管本体向上倾斜5～10°。
作为本发明再进一步的方案：所述工作电极选用铋膜电极，所述参比电极选用Ag-AgCl电极，所述对电极选用Pt电极。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明结构紧凑，通过集水管可以将大范围的水体吸入到反应筒内，监测范围广，避免了现有技术中监测设备取样过少，单次监测偏差大的问题，且通过滤膜层和内滤网对液体进行过滤，有效地减少固体杂质进入到反应筒，使工作电极在反应筒内反应，而不受到外界干扰，提高了检测精度，通过筒壳内安装液位传感器，在筒壳下安装单向电磁阀，从而可以在不同的时间段，随机对土壤中的重金属进行检测，实用性较强，通过在控制盒内部设置单片机、无线通讯模块、定时器和I/V转换器，可以实时传输检测结果，智能化程度高，且可以实时监测。
附图说明
图1为一种用于湿地土壤重金属智能识别与监测装置的结构示意图；
图2为一种用于湿地土壤重金属智能识别与监测装置中电极组件的结构示意图；
图3为一种用于湿地土壤重金属智能识别与监测装置中反应筒的局部结构示意图；
图4为图3中的A部分的放大示意图；
图5为一种用于湿地土壤重金属智能识别与监测装置中集水管的局部结构示意图；
图6为一种用于湿地土壤重金属智能识别与监测装置的工作原理示意图；
图7为一种用于湿地土壤重金属智能识别与监测装置中控制盒的结构示意图。
图中：1、反应筒；11、筒壳；12、单向电磁阀；13、下滤网；14、隔离管；15、排水孔；16、液位传感器；17、内滤网；18、进水接口；101、微型泵；102、进水软管；103、过滤头；104、出水接口；105、止回阀；2、电极组件；21、筒盖；22、螺纹接头；23、工作电极；24、参比电极；25、对电极；26、第一连接柱；27、第二连接柱；28、第三连接柱；3、导电连接杆；4、控制盒；41、盒体；42、蓄电池；43、无线通讯模块；44、盒盖；45、警示灯；46、单片机；47、线路板；48、定位模块；49、定时器；40、I/V转换器；5、长软管；6、集水管；61、集水管本体；62、承口；63、毛细孔；64、插口；65、滤膜层；66、堵头。
具体实施方式
请参阅图1～7，本发明实施例中，一种用于湿地土壤重金属智能识别与监测装置，包括反应筒1，反应筒1的顶端嵌入设置有电极组件2，电极组件2的顶端成环形设置有三个导电连接杆3，三个导电连接杆3的顶端共同安装有控制盒4，反应筒1的外侧成环形布置有若干根集水管6，且反应筒1的外侧的下端设置有长软管5，电极组件2包括筒盖21，筒盖21的内侧成环形依次贯穿连接有第一连接柱26、第二连接柱27和第三连接柱28，第三连接柱28的下端设置有工作电极23，第二连接柱27的下端设置有对电极25，第一连接柱26的下端设置有参比电极24，工作电极23的上端位于第三连接柱28的内侧固定连接有螺纹接头22，从而在工作电极23在长时间工作，受到严重腐蚀后，可以快速更换新的工作电极23，实用性较强。
在图3中：反应筒1包括筒壳11，筒壳11的外侧的上端嵌入设置有若干个进水接口18，且筒壳11的内部靠近进水接口18的下端固定连接有内滤网17，筒壳11的内部靠近内滤网17的下端安装有液位传感器16，筒壳11的内侧的底端开设有排水孔15，且筒壳11外侧的底端固定连接有隔离管14，筒壳11的内部位于排水孔15的下端设置有单向电磁阀12，隔离管14的内部的下端固定连接有下滤网13。
在图2和图3中：筒盖21嵌入在筒壳11的上端，工作电极23、参比电极24和对电极25均贯穿内滤网17的内侧，从而便可以通过工作电极23对筒壳11内的液体进行电化学反应。所述工作电极23选用铋膜电极，所述参比电极24选用Ag-AgCl电极，所述对电极25选用Pt电极。
在图3和图4中：筒壳11的内部靠近排水孔15的一侧安装有微型泵101，筒壳11的外侧位于微型泵101的输出端固定连接有出水接口104，出水接口104的内侧安装有止回阀105，微型泵101的输入端连接有进水软管102，进水软管102的一端连接有过滤头103，出水接口104与长软管5相连接，通过微型泵101把筒壳11的内部的水抽出，水依次通过过滤头103和进水软管102后，再经过止回阀105、出水接口104和长软管5后，排入到地面上，从而使得湿地土壤中的水再次流入到筒壳11内，进行下一次监测，检测人员还可以对排水的水进行收集，可以把抽出的水收集起来，送入到实验室内进行精确检测。
在图6和图7中：控制盒4包括盒体41，盒体41的上端嵌入设置有盒盖44，盒体41的内部安装有线路板47，线路板47的上端的一侧安装有蓄电池42，线路板47的上端靠近蓄电池42的前侧安装有I/V转换器40，线路板47的上端靠近蓄电池42的后侧安装有无线通讯模块43，线路板47的上端靠近无线通讯模块43的一侧安装有单片机46，线路板47的上端靠近I/V转换器40的一侧安装有定时器49，线路板47的上端靠近单片机46的一侧安装有定位模块48，盒盖44的上端嵌入安装有警示灯45，警示灯45与线路板47电性连接，单片机46内部设置有D/A转换器和A/D转换器，单片机46通过无线通讯模块43与外部的无线终端连接，单片机46用于读取无线终端提供的工作参数，且单片机46利用D/A转换器与定时器49配合生成一个精确时序的激励电势，激励电势通过恒电位电路转换后施加到工作电极23上，引发电化学反应，电化学反应产生的微弱电流信号经I/V转换器40转换并放大后送单片机46内部的A/D转换器，转化成数据后实时读取并存储，单片机46将数据打包，并将数据通过无线通讯模块43发送至无线终端。
在图5中：集水管6包括集水管本体61，集水管本体61的前端设置有插口64，且集水管本体61的后端设置有承口62，集水管本体61的内侧壁设置有滤膜层65，且集水管本体61的外侧壁均匀开设有若干个毛细孔63，承口62的内侧嵌入设置有堵头66，集水管本体61向上倾斜5～10°，湿地中的水经过毛细孔63的吸附后，再经过滤膜层65的过滤后，通过集水管本体61的斜坡流入到筒壳11，把一根集水管6的插口64插入到另一根集水管6的承口62内，可以对集水管6进行接长，最后把堵头66嵌入到最外侧的集水管6的承口62内，形成封堵，从而可以对大范围的土壤中的水进行收集，扩大了监测范围。
本发明的工作原理：首先，把反应筒1埋入到需要监测的湿地中，并根据要求使得土壤覆盖一定的深度，其中长软管5的上端位于地面之上，湿地中的水经过毛细孔63的吸附后，再经过滤膜层65的过滤后，通过集水管本体61的斜坡流入到筒壳11，当需要对大范围的土壤中的水进行收集，可以把一根集水管6的插口64插入到另一根集水管6的承口62内，可以对集水管6进行接长，最后把堵头66嵌入到最外侧的集水管6的承口62内，形成封堵，水进入到筒壳11内，再经过内滤网17的过滤后，液体进入到筒壳11内的下部分，这时通过液位传感器16便可以检测到筒壳11液体的深度，当需要对液体中的重金属含量进行检测时，首先，利用单片机46读取无线终端提供的工作参数，单片机46再利用D/A转换器与定时器49配合生成一个精确时序的激励电势，激励电势通过恒电位电路转换后，在工作电极23上施加一个恒定的负电势，引发电化学反应，使湿地土壤中的被测重金属离子沉积到工作电极23表面，接着，再向工作电极23施加一个正向脉冲扫描电势，使沉积的重金属迅速氧化溶出而产生强烈的溶出电流峰，产生的电流峰信号经I/V转换器40转换并放大后送单片机46内部的A/D转换器，转化成数据后实时读取并存储，单片机46将数据打包，并将数据通过无线通讯模块43发送至无线终端，由于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，而溶出电流峰的峰电位与被测元素种类有关，从而可以分别检测出液体中不同的重金属的含量，但检测结束后，打开单向电磁阀12，筒壳11中的液体从排水孔15排到隔离管14内，再穿过下滤网13重新回流到土壤中，经过下滤网13可以防止土壤中的杂质堵塞单向电磁阀12，当需要再次对土壤中的重金属进行检测时，关闭单向电磁阀12，重新收集湿地土壤中的液体，当液位传感器16检测到筒壳11内液体的深度到达反应要求时，便可以重新对工作电极23通电反应，当湿地上的地下水较多时，单向电磁阀12无法排出筒壳11中的水中，开启微型泵101，通过微型泵101把筒壳11的内部的水抽出，水依次通过过滤头103和进水软管102后，再经过止回阀105、出水接口104和长软管5后，排入到地面上，从而使得湿地土壤中的水再次流入到筒壳11内，进行下一次监测，检测人员还可以对排水的水进行收集，可以把抽出的水收集起来，送入到实验室内进行精确检测。
以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种用于湿地土壤重金属智能识别与监测装置，包括反应筒（1），其特征在于，所述反应筒（1）的顶端嵌入设置有电极组件（2），所述电极组件（2）的顶端成环形设置有三个导电连接杆（3），三个所述导电连接杆（3）的顶端共同安装有控制盒（4），所述反应筒（1）的外侧成环形布置有若干根集水管（6），且反应筒（1）的外侧的下端设置有长软管（5），所述电极组件（2）包括筒盖（21），所述筒盖（21）的内侧成环形依次贯穿连接有第一连接柱（26）、第二连接柱（27）和第三连接柱（28），所述第三连接柱（28）的下端设置有工作电极（23），所述第二连接柱（27）的下端设置有对电极（25），所述第一连接柱（26）的下端设置有参比电极（24），所述工作电极（23）的上端位于第三连接柱（28）的内侧固定连接有螺纹接头（22）；
所述反应筒（1）包括筒壳（11），所述筒壳（11）的外侧的上端嵌入设置有若干个进水接口（18），且筒壳（11）的内部靠近进水接口（18）的下端固定连接有内滤网（17），所述筒壳（11）的内部靠近内滤网（17）的下端安装有液位传感器（16），所述筒壳（11）的内侧的底端开设有排水孔（15），且筒壳（11）外侧的底端固定连接有隔离管（14），所述筒壳（11）的内部位于排水孔（15）的下端设置有单向电磁阀（12），所述隔离管（14）的内部的下端固定连接有下滤网（13）；
所述集水管（6）包括集水管本体（61），所述集水管本体（61）的前端设置有插口（64），且集水管本体（61）的后端设置有承口（62），所述集水管本体（61）的内侧壁设置有滤膜层（65），且集水管本体（61）的外侧壁均匀开设有若干个毛细孔（63），所述承口（62）的内侧嵌入设置有堵头（66），所述集水管本体（61）向上倾斜5～10°。
2.根据权利要求1所述的一种用于湿地土壤重金属智能识别与监测装置，其特征在于，所述筒盖（21）嵌入在筒壳（11）的上端，所述工作电极（23）、参比电极（24）和对电极（25）均贯穿内滤网（17）的内侧。
3.根据权利要求1所述的一种用于湿地土壤重金属智能识别与监测装置，其特征在于，所述筒壳（11）的内部靠近排水孔（15）的一侧安装有微型泵（101），且筒壳（11）的外侧位于微型泵（101）的输出端固定连接有出水接口（104），所述出水接口（104）的内侧安装有止回阀（105），所述微型泵（101）的输入端连接有进水软管（102），所述进水软管（102）的一端连接有过滤头（103），所述出水接口（104）与长软管（5）相连接。
4.根据权利要求1所述的一种用于湿地土壤重金属智能识别与监测装置，其特征在于，所述控制盒（4）包括盒体（41），所述盒体（41）的上端嵌入设置有盒盖（44），且盒体（41）的内部安装有线路板（47），所述线路板（47）的上端的一侧安装有蓄电池（42），且线路板（47）的上端靠近蓄电池（42）的前侧安装有I/V转换器（40），且线路板（47）的上端靠近蓄电池（42）的后侧安装有无线通讯模块（43），所述线路板（47）的上端靠近无线通讯模块（43）的一侧安装有单片机（46），且线路板（47）的上端靠近I/V转换器（40）的一侧安装有定时器（49），所述线路板（47）的上端靠近单片机（46）的一侧安装有定位模块（48），所述盒盖（44）的上端嵌入安装有警示灯（45），所述警示灯（45）与线路板（47）电性连接，所述单片机（46）内部设置有D/A转换器和A/D转换器，且单片机（46）通过无线通讯模块（43）与外部的无线终端连接。
5.根据权利要求1所述的一种用于湿地土壤重金属智能识别与监测装置，其特征在于，所述工作电极（23）选用铋膜电极，所述参比电极（24）选用Ag-AgCl电极，所述对电极（25）选用Pt电极。
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