CN113433297B - 一种土壤中二氧化碳浓度实时在线检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土壤中二氧化碳浓度实时在线检测方法，采用二氧化碳浓度检测器对土壤中的二氧化碳的浓度进进行检测，该检测方法包括：二氧化碳采集步骤和二氧化碳浓度检测步骤；本发明能够通过二氧化碳浓度检测器自动化对土壤内的气体进行采集，并且对土壤内的气体进行采集完成后还能够自动化在线对土壤内气体中的二氧化碳浓度进行检测，方便使用，能够大大减轻劳动强度，并且检测数据准确，提高实用性，并且整体自动化程度高，且能够重复使用，进而降低劳动强度，提高使用效果。

Description

一种土壤中二氧化碳浓度实时在线检测方法

技术领域

本发明属于土壤中二氧化碳浓度检测技术领域，具体的说，涉及一种土壤中二氧化碳浓度实时在线检测方法。

背景技术

土壤内部由于微生物呼吸，会产生一定数量的二氧化碳气体，目前通用的二氧化碳检测设备主要是检测空气中和工业排放气体中的二氧化碳浓度，而专业用于检测土壤中释放的二氧化碳的检测设备其整体自动化程度低。

如专利号为：CN201310275313.3 公开了一种土壤中二氧化碳气体采集装置，该装置包括用于搜集土壤中释放的二氧化碳气体的气室罩和用于抽采所述气室罩中气体的储气瓶；所述气室罩底部敞口，顶部连接有采气管，所述采气管底部与所述气室罩内部连通，且采气管上可拆卸地安装有第一阀门；所述储气瓶底部具有导管，所述导管上安装有第二阀门，所述导管与所述第一阀门可拆卸地连接，所述储气瓶上设有抽气管、压力表、温度计和密封塞，所述抽气管上设有第三阀门。

上述该类现有的土壤用二氧化碳气体采集装置，采用技术的技术方案为，首先使储气瓶内存在有负压，并且使储气瓶通过导管和采气管与气室罩连通，而后通过储气瓶内的负压用于抽吸气室罩内的气体，进而实现对土壤中的二氧化碳进行采集，而后将储气瓶中的二氧化碳运送至实验室内，并通过化学法对储气瓶中的二氧化碳浓度进行检测，由此可见，该现有的土壤用二氧化碳气体采集装置整体自动化程度低，需要对土壤中的二氧化碳进行采集而后将二氧化碳运送至实验室内进行检测，其不能对土壤中的二氧化碳在现场进行实时检测，使用效果低下。

并且该现有的土壤用二氧化碳气体采集装置整体结构复杂，采集过程繁琐，需要采集员进行多步操作，加大劳动强度，降低实用性。

发明内容

本发明要解决的主要技术问题是提供一种能够实时对土壤内的二氧化碳浓度进行检测，并且检测数据准确，自动化程度高，可大大减轻劳动强度的土壤中二氧化碳浓度实时在线检测方法。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种土壤中二氧化碳浓度实时在线检测方法，采用二氧化碳浓度检测器对土壤中的二氧化碳的浓度进进行检测，该检测方法包括：二氧化碳采集步骤，二氧化碳采集步骤包括以下步骤：

S1、安装：将二氧化碳浓度检测器预埋在待检测的土壤内；

S2、对二氧化碳浓度检测器的存储空腔进行抽真空，使存储空腔内形成负压；

S3、对存储空腔内的实时气压进行检测；

S4、将实时气压与最小压力预设阈值进行时刻比较，实时气压大于最小压力预设阈值时，返回步骤S2继续重复执行；实时气压小于等于最小压力预设阈值时，执行步骤S5；

S5、停止对存储空腔进行抽真空，土壤内的气体可通过二氧化碳浓度检测器上的进气孔进入存储空腔内；

S6、对存储空腔内的实时气压进行检测；并将该实时气压与最大压力预设阈值进行时刻比较，实时气压小于最大压力预设阈值时返回步骤S5继续重复执行；实时气压大于等于最大压力预设阈值时，执行步骤S7。

以下是本发明对上述技术方案的进一步优化：

该检测方法还包括：二氧化碳浓度检测步骤；二氧化碳浓度检测步骤包括以下步骤：

S7、检测：采用二氧化碳检测器对存储空腔内的二氧化碳浓度进行实时检测，获得检测结果。

进一步优化：所述步骤S1中二氧化碳浓度检测器的预埋深度为：25-35cm。

进一步优化：所述二氧化碳浓度检测器包括采集器和检测装置；采集器包括采集管，采集管的内部设置有存储空腔，采集管的外表面上开设有多个进气孔，采集管上分别设置有用于对存储空腔进行抽真空的真空抽吸组件和用于对存储空腔内的气压进行检测的气压检测组件。

进一步优化：真空抽吸组件包括水泵，水泵的输出端与外部大气连通，水泵的输入端连通有真空管，真空管上串联有单向阀，真空管的另一端与存储空腔连通。

进一步优化：气压检测组件包括压力传感器，压力传感器的检测端与存储空腔连通。

进一步优化：检测装置包括二氧化碳检测器，二氧化碳检测器的检测端安装在存储空腔内，二氧化碳检测器与采集管之间通过密封组件密封连接。

进一步优化：检测端的端部位于真空管与采集管的连接处上方，检测端的外表面与存储空腔的内表面为间隙布设，检测端的外表面与存储空腔的内表面之间设置有空腔，空腔与存储空腔相互连通。

进一步优化：所述水泵、压力传感器和二氧化碳检测器由控制系统控制工作，控制系统包括主控制器，主控制器内设置有最小压力预设阈值和最大压力预设阈值。

进一步优化：所述主控制器的输出端与水泵的控制端电性连接，所述压力传感器和二氧化碳检测器的输出端与主控制器的输入端电性连接。

本发明采用上述技术方案，构思巧妙，结构合理，能够通过二氧化碳浓度检测器自动化对土壤内的气体进行采集，并且对土壤内的气体进行采集完成后还能够自动化在线对土壤内气体中的二氧化碳浓度进行检测，方便使用，能够大大减轻劳动强度，并且检测数据准确，提高实用性，并且整体自动化程度高，且能够重复使用，进而降低劳动强度，提高使用效果。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图说明

图1为本发明实施例中二氧化碳浓度检测器的结构示意图；

图2为本发明实施例中二氧化碳浓度检测器的剖视图；

图3为图2中A处的局部放大图；

图4为本发明实施例中控制系统的结构示意图。

图中：1-采集管；2-四通接头；3-存储空腔；4-进气孔；5-真空管；6-水泵；7-单向阀；8-压力传感器；9-安装箱；10-二氧化碳检测器；11-空腔；12-密封接管；13-检测端；14-主控制器；15-防土透气层。

具体实施方式

实施例：请参阅图1-4，一种土壤中二氧化碳浓度实时在线检测方法，采用二氧化碳浓度检测器对土壤中的二氧化碳的浓度进进行检测。

所述二氧化碳浓度检测器具备包括采集器和检测装置。

所述采集器包括采集管1，所述采集管1的下方为封闭端，所述采集管1的内部设置有存储空腔3。

所述采集管1的外表面上靠近其封闭端的位置处开设有多个进气孔4，所述进气孔4与存储空腔3连通。

所述多个进气孔4分别沿采集管1的外表面呈环形依次间隔布设。

这样设计，在使用时，可将该采集管1的下端预埋在土壤中，所述土壤中的二氧化碳气体可通过进气孔4进入存储空腔3内，进而实现对土壤中的二氧化碳气体进行采集，方便使用。

所述采集管1的上端设置有四通接头2，所述采集管1的上端与四通接头2的一端密封连接。

所述四通接头2的内腔分别与采集管1的存储空腔3相互连通。

所述采集管1与四通接头2的连接处可采用密封胶进行密封连通。

所述采集管1上设置有用于对存储空腔3进行抽真空的真空抽吸组件，所述真空抽吸组件的进气端与存储空腔3连通。

所述真空抽吸组件工作用于对存储空腔3内进行抽真空，进而使存储空腔3内形成负压，此时该负压可通过进气孔4用于抽吸土壤中的二氧化碳气体，进而使土壤中的二氧化碳气体可通过进气孔4进入存储空腔3内，方便进行采集土壤中的二氧化碳气体。

所述真空抽吸组件包括水泵6，所述水泵6的输出端与外部大气连通，所述水泵6的输入端连通有真空管5，所述真空管5的另一端与四通接头2与采集管1垂直的一端连通。

所述真空管5通过四通接头2与采集管1内的存储空腔3连通。

这样设计，所述水泵6工作通过真空管5用于抽吸存储空腔3内的气体，使存储空腔3内形成负压，此时该负压可通过进气孔4用于抽吸土壤中的二氧化碳气体，进而使土壤中的二氧化碳气体可通过进气孔4进入存储空腔3内，方便进行采集土壤中的二氧化碳气体。

所述采集管1预埋在土壤内时，土壤内的水分也可通过进气孔4进入存储空腔3内，此时存储空腔3内容易存留积水，所述水泵6工作可通过真空管5用于抽吸存储空腔3内的积水，提高使用效果。

所述真空管5上串联有单向阀7，所述单向阀7用于控制真空管5内气体的流向。

这样设计，可通过单向阀7用于控制真空管5内气体的流向，避免外部气体通过真空管5反向流入存储空腔3内，方便使用。

所述采集管1上设置有用于对存储空腔3内的气压进行检测的气压检测组件，所述气压检测组件的检测端与存储空腔3连通。

所述气压检测组件包括压力传感器8，所述压力传感器8的检测端与存储空腔3连通，所述压力传感器8用于实时检测存储空腔3内的气压大小。

所述采集管1的上方位于四通接头2的上端一体连接有安装箱9，所述水泵6安装在安装箱9内。

所述检测装置包括二氧化碳检测器10，所述二氧化碳检测器10的检测端13安装在存储空腔3内，所述检测端13的端部位于真空管5与采集管1的连接处上方。

这样设计，所述采集管1预埋在土壤内时，土壤内的水分也可通过进气孔4进入存储空腔3内，此时存储空腔3内容易存留积水，将检测端13的端部设置在真空管5与采集管1的连接处上方，可避免存储空腔3内的积水浸泡二氧化碳检测器10的检测端13。

所述检测端13的外表面与存储空腔3的内表面为间隙布设，所述检测端13的外表面与存储空腔3的内表面之间设置有空腔11，所述空腔11与存储空腔3相互连通。

这样设计，可通过该空腔11能够使检测端13的外部储存有二氧化碳气体，进而方便二氧化碳检测器10进行检测二氧化碳浓度，提高使用效果。

所述二氧化碳检测器10与采集管1的连接处采用密封组件密封连接。

所述密封组件包括密封接管12，所述密封接管12套设在二氧化碳检测器10的检测端13上，所述密封接管12与检测端13的连接处为密封连接，所述密封接管12的另一端与四通接头2的一端密封连接。

这样设计，可通过密封接管12和四通接头2的配合将检测端13的下端密封安装在存储空腔3内，方便使用。

在本实施例外，所述密封组件还可以采用密封胶，所述二氧化碳检测器10的检测端13与存储空腔3内壁的连接处布设有密封胶，通过密封胶用于将检测端13密封安装在存储空腔3内。

所述二氧化碳检测器10的安装端安装在安装箱9内。

所述安装箱9内安装有用于控制水泵6、压力传感器8和二氧化碳检测器10进行自动化工作的控制系统，所述控制系统包括主控制器14，所述主控制器14的输出端与水泵6的控制端电性连接。

所述压力传感器8和二氧化碳检测器10的输出端与主控制器14的输入端电性连接。

所述主控制器14的输出端与管控平台通讯连接，所述管控平台可采用电脑或手机。

所述主控制器14的输出端与管控平台的通讯连接为现有技术。

所述主控制器14内设置有最小压力预设阈值和最大压力预设阈值。

所述最小压力预设阈值为0.02-0.05MPa，所述最大压力预设阈值为0.08-0.1MPa；所述最小压力预设阈值和最大压力预设阈值分别可通过管控平台进行修改并保存。

所述主控制器14为PLC主控制器或单片机。

所述采集管1的外表面上靠近进气孔4的位置处缠绕布设有防土透气层15，所述防土透气层15用于阻挡外部土壤通过进气孔4进入存储空腔3内。

所述防土透气层15为无纺布、纱布等透气材料制成。

所述土壤中二氧化碳浓度实时在线检测方法，包括以下步骤：

S1、安装：将上述二氧化碳浓度检测器的采集管1预埋在待检测的土壤内，所述预埋深度为：25-35cm；将该二氧化碳浓度检测器预埋在待检测的土壤内后，尽可能减少人为活动对土壤扰动，隔绝气体泄露。

在本实施例中，所述步骤S1中预埋深度优选为：30cm。

S2、对二氧化碳浓度检测器的存储空腔3进行抽真空，使存储空腔3内形成负压，所述主控制器14控制水泵6工作，所述水泵6工作通过真空管5用于抽吸存储空腔3内的气体，进行使存储空腔3内形成负压。

S3、对存储空腔3内的实时气压进行检测；所述压力传感器8时刻检测存储空腔3内的实时气压，并将该实时气压发送至主控制器14内。

S4、校对实时气压是否达要求：所述主控制器14将压力传感器8检测的实时气压与最小压力预设阈值进行时刻比较，所述实时气压大于最小压力预设阈值时，返回步骤S2继续重复执行；所述实时气压小于等于最小压力预设阈值时，执行步骤S5。

所述步骤S4中，当实时气压大于最小压力预设阈值时表示：存储空腔3内还未形成负压真空，需要继续执行步骤S3对存储空腔3内进行抽真空。

所述步骤S4中，当实时气压小于等于最小压力预设阈值时表示，存储空腔3内已形成负压真空，并且该存储空腔3内的负压吸力可通过进气孔4用于抽吸土壤中的气体，进而使土壤中的气体通过进气孔4进入存储空腔3内。

S5、主控制器14控制水泵6停止工作，实现停止对存储空腔3进行抽真空，此时土壤内的气体可通过进气孔4进入存储空腔3内。

S6、所述压力传感器8时刻检测存储空腔3内的实时气压，并将该实时气压发送至主控制器14内，所述主控制器14将实时气压与最大压力预设阈值进行时刻比较，所述实时气压小于最大压力预设阈值时返回步骤S5继续重复执行；所述实时气压大于等于最大压力预设阈值时，执行步骤S7。

S7、检测：主控制器14控制二氧化碳检测器10进行工作，所述二氧化碳检测器10工作用于检测存储空腔3内的二氧化碳浓度，并将该二氧化碳浓度检测数据发送至主控制器14内。

所述主控制器14用于将二氧化碳浓度检测信号发送至管控平台内，此时使用者可通过管控平台查看土壤中的二氧化碳浓度。

在本实施例中，所述最小压力预设阈值和最大压力预设阈值是设置在主控制器14内的，且最小压力预设阈值和最大压力预设阈值是根据待检测土壤进行设定的，方便使用。

在上述实施例中，所述步骤S1-S6为二氧化碳采集步骤；所述步骤S7为二氧化碳浓度检测步骤。

本发明采用上述技术方案，能够通过二氧化碳浓度检测器自动化对土壤内的气体进行采集，并且对土壤内的气体进行采集完成后还能够自动化在线对土壤内气体中的二氧化碳浓度进行检测，方便使用，能够大大减轻劳动强度，并且检测数据准确，提高实用性，并且整体自动化程度高，且能够重复使用，进而降低劳动强度，提高使用效果。

对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种土壤中二氧化碳浓度实时在线检测方法，其特征在于：采用二氧化碳浓度检测器对土壤中的二氧化碳的浓度进行检测；

二氧化碳浓度检测器包括采集器和检测装置以及控制系统；采集器包括采集管（1），采集管（1）的内部设置有存储空腔（3），采集管（1）的外表面上开设有多个进气孔（4），采集管（1）上分别设置有用于对存储空腔（3）进行抽真空的真空抽吸组件和用于对存储空腔（3）内的气压进行检测的气压检测组件；

采集管（1）的外表面上靠近进气孔（4）的位置处缠绕布设有防土透气层（15）；

真空抽吸组件包括水泵（6），水泵（6）的输出端与外部大气连通，水泵（6）的输入端连通有真空管（5），真空管（5）上串联有单向阀（7），真空管（5）的另一端与存储空腔（3）连通；

检测装置包括二氧化碳检测器（10），二氧化碳检测器（10）的检测端（13）安装在存储空腔（3）内，二氧化碳检测器（10）与采集管（1）之间通过密封组件密封连接；

检测端（13）的端部位于真空管（5）与采集管（1）的连接处上方，检测端（13）的外表面与存储空腔（3）的内表面为间隙布设，检测端（13）的外表面与存储空腔（3）的内表面之间设置有空腔（11），空腔（11）与存储空腔（3）相互连通；

控制系统包括主控制器（14），主控制器（14）内设置有最小压力预设阈值和最大压力预设阈值；

该检测方法包括：二氧化碳采集步骤和二氧化碳浓度检测步骤；

二氧化碳采集步骤包括以下步骤：

S1、安装：将二氧化碳浓度检测器预埋在待检测的土壤内；

S2、对二氧化碳浓度检测器的存储空腔（3）进行抽真空，使存储空腔（3）内形成负压；

S3、对存储空腔（3）内的实时气压进行检测；

S4、将实时气压与最小压力预设阈值进行时刻比较，实时气压大于最小压力预设阈值时，返回步骤S2继续重复执行；实时气压小于等于最小压力预设阈值时，执行步骤S5；

S5、停止对存储空腔（3）进行抽真空，土壤内的气体可通过二氧化碳浓度检测器上的进气孔（4）进入存储空腔（3）内；

S6、对存储空腔（3）内的实时气压进行检测；并将该实时气压与最大压力预设阈值进行时刻比较，实时气压小于最大压力预设阈值时返回步骤S5继续重复执行；实时气压大于等于最大压力预设阈值时，执行步骤S7；

二氧化碳浓度检测步骤包括以下步骤：

S7、检测：采用二氧化碳检测器（10）对存储空腔（3）内的二氧化碳浓度进行实时检测，获得检测结果。

2.根据权利要求1所述的一种土壤中二氧化碳浓度实时在线检测方法，其特征在于：所述步骤S1中二氧化碳浓度检测器的预埋深度为：25-35cm。

3.根据权利要求2所述的一种土壤中二氧化碳浓度实时在线检测方法，其特征在于：气压检测组件包括压力传感器（8），压力传感器（8）的检测端与存储空腔（3）连通。

4.根据权利要求3所述的一种土壤中二氧化碳浓度实时在线检测方法，其特征在于：所述主控制器（14）的输出端与水泵（6）的控制端电性连接，所述压力传感器（8）和二氧化碳检测器（10）的输出端与主控制器（14）的输入端电性连接。

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