CN114924323A - 一种可渗透反应屏障吸附效果监测装置与监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于涉及环境领域水污染处理效果监测领域，尤其为一种可渗透反应屏障吸附效果监测装置与监测方法，该装置包括：测量电极阵列结构，包括在X、Y、Z三方向等间距布置测量电极形成电极矩阵，以及在电极矩阵两侧的供电电极板，所述供电电极板通电后在供电电极板之间形成电场；多路开关控制网路，包括电极切换电路和中控MCU，所述电极切换电路按标号与电极矩阵中的每一个电极相连，由中控MCU控制其实现切换；数据采集电路，在中控MCU控制下对电极电压的采集。解决实验室小体积土壤沙石环境下渗透反应屏障吸附效果的检测问题。
Description
技术领域
本发明属于涉及环境领域水污染处理效果监测领域，尤其为一种可渗透反应屏障吸附效果监测装置与监测方法。
背景技术
可渗透反应屏障技术(PRB)是通过在地下构筑可透水的反应墙或是反应带，使流经的地下水中的污染物与之反应，以达到净化地下水目的的地下水污染原位修复技术。PRB技术可渗透反应屏障墙填充的反应介质与对地下水中污染物的处理原理密切相关，不同的污染物需要填充不同的反应介质来去除。在反应一段时间后，反应屏障由于生成物及杂质的阻塞以及反应物的消耗，反应速率以及吸附效果会持续下降，直到反应完全停止。这就需要监测可渗透反应屏障吸附效果情况，以及时更换反应物。目前，监测可渗透反应屏障吸附效果的实验装置的吸附效果通常采用取样法，即在侧壁开口，从实验装置内取一定样品来检测其电阻率，效率低且无法做到实时性。
电阻率法是地球物理勘探技术中重要的一种探测方法。电阻率法是利用地壳中不同岩石间导电性(以电阻率表示)的差异，通过观测与研究在地下人工建立的稳定电流场的分布规律，来寻找煤和其它有益矿产和地下水，以及解决有关地质问题的一种电法勘探方法。按电极排列方式和工作方法可分为电阻率测深法(简称电测深法)和电阻率剖面法(简称电剖面法)。前者方法为固定电极距，由小到大改变供电电极距，来测量不同深度的地质体电导性情况；后者方法为将供电电极和测量电极都固定，整个测量装置都在沿侧线的一个方向移动，来测量大体上同一深度上的地质体的电导性情况。目前，利用电阻率法的对地测量多采用高密度电阻率法，其原理与普通电阻率法相同，所不同的是在观测中设置了高密度的观测点，并利用半自动化的采集系统自动切换电极及获取数据。整个装置一次布设完成，大大提高了效率和采集数据的信息丰富程度。通常电阻率法的电极都是布置在地表平面上，或者布置在矿井或是山峦等复杂的平面上，工作环境在野外，无法适应实验室小体积土壤沙石环境下电阻率法的应用。
发明内容
本发明针对上述实验室内实时便捷地监测可渗透反应屏障吸附效果的需求，提出一种可渗透反应屏障吸附效果监测装置。
另一方面提供一种可渗透反应屏障吸附效果监测方法
本发明是这样实现的，
一种可渗透反应屏障吸附效果监测装置，该装置包括：
测量电极阵列结构，包括在X、Y、Z三方向等间距布置测量电极形成电极矩阵，以及在电极矩阵两侧的供电电极板，所述供电电极板通电后在供电电极板之间形成电场；
多路开关控制网路，包括电极切换电路和中控MCU，所述电极切换电路按标号与电极矩阵中的每一个电极相连，由中控MCU控制其实现切换；
数据采集电路，在中控MCU控制下对电极电压的采集。
进一步地，所述测量电极通过裁剪成长条状包裹在电极柱，所述电极柱等间距排列，每个电极柱上的电极从上至下等间距排列，且在多个电极柱形成多层的测量电极，每层测量电极水平高度相等，所述电极柱采用绝缘耐腐蚀材质；所述供电电极板紧贴在可渗透反应屏障设备上，两个供电电极板顶部设置支撑板，每个测量电极外接一根导线至上层支撑板外。
进一步地，所述电极切换电路为多组多选1的模拟开关芯片构成，并由中控MCU通过接入数字控制端来对其控制，实现对模拟开关的选通，从而采集到对应测量电极的电压数据。
进一步地，所述中控MCU通过接入数字控制端来对电极切换电路控制，数字控制端分为片选端与位选端，当要使某一测量电极与之后数据采集电路连通时，则利用片选端将相应的模拟开关芯片使能端置低电平，并在位选端以2进制的形式输入电极编号。
进一步地，所述中控MCU还用于接收上位机传递来的控制命令来对确认就绪、测量方式、工作频率做出相应的响应，并在全部电极数据未测量完成之前，将每组的测量电极电压数据存储到缓冲区，并按测量电极所在组号从低到高排列，其中每组内的电极电压数据也按从低到高排列，待全部电极电压数据测量完成，向上位机按存储顺序输出所有电极电压。
进一步地，所述上位机通过得到的电压数据绘制成三维矩阵每层的平面色温图来观察电阻率的分布情况，包括：
解析电极电压数据，并将其存储在一维数组中；
将一维数组重新排列成三维阵列的三维数组，数组中的每一元素为该位置电极电压值；
求出每个测量电极X、Y、Z三方向的相邻电极电压数据间的梯度向量，并对三方向梯度向量求和得到求和后的向量模值；
将每个测量电极电压的梯度向量模值按照测量电极在空间上的实际位置重新放入到三维矩阵中；
对每层电极电压梯度向量的模值矩阵进行插值扩充，得到各位置的电阻率相对大小，其中每层指是同高度水平面上；
利用画图软件依据相应画图参数对数据进行成图。
进一步地，所述梯度向量的计算中，若测量电极在计算的方向上只有一个相邻电极，则该测量电极该方向上的梯度为二者中更靠近坐标轴正方向的电极电压减去另一个电极电压的差值；若测量电极在计算方向上有两个相邻电极，则该测量电极电压梯度为三者中更靠近坐标轴正方向的电极电压减去该测量电极电压的差值，以及该测量电极减去三者中远离坐标轴正方向的电极电压的差值，这两个差值的平均值；最终得到每个测量电极三个方向的梯度向量，再对每一个测量电极的三方向梯度向量进行向量相加，并求得相加后的梯度向量模值；所述向量模值作为测量电极所处区域的视电阻率；将每个测量电极求得的梯度向量模值按测量电极位置重新放入三维数组中，得到电极电压梯度的三维模值矩阵。
进一步地，成图包括对插值后的矩阵用等高线绘图函数成填充颜色的等高线图，成图之前，设定5个滤值参数来设定用来画等高线的数据范围，以滤除掉波动不大的一些数据范围，只保留电阻率较大和较小的范围，其中5个参数分别为：最大值、最小值、上截止值、下截止值、步进值，最大值和最小值用于限定绘画等高线的数据范围，而上截至值和下截止值的设定分别使只在上截止值和最大值以及下截止值和最小值之间的数据绘画等高线，而上截止值和下截止值之间的数据不绘画等高线。步进参数用于设定在应绘画等高线区间的数据以多大的步进来绘画等高线。
本发明提供一种可渗透反应屏障吸附效果监测方法，该方法包括：
在可渗透反应屏障装置的沙土层布置测量电极阵列；
在电极矩阵所在范围通过两侧设置供电电极板产生电场；
测量每个测量电极的电压数据；
解析电极电压数据，并将其存储在一维数组中；
将一维数组重新排列成三维阵列的三维数组，数组中的每一元素为该位置电极电压值；
求出每个测量电极X、Y、Z三方向的相邻电极电压数据间的梯度向量，并对三方向梯度向量求和得到求和后的向量模值；
将每个测量电极电压的梯度向量模值按照测量电极在空间上的实际位置重新放入到三维矩阵中；
对每层电极电压梯度向量的模值矩阵进行插值扩充，得到各位置的电阻率相对大小，其中每层指是同高度水平面上；
利用画图软件依据相应画图参数对数据进行成图。
进一步地，所述梯度向量的计算中，若测量电极在计算的方向上只有一个相邻电极，则该测量电极该方向上的梯度为二者中更靠近坐标轴正方向的电极电压减去另一个电极电压的差值；若测量电极在计算方向上有两个相邻电极，则该测量电极电压梯度为三者中更靠近坐标轴正方向的电极电压减去该测量电极电压的差值，以及该测量电极减去三者中远离坐标轴正方向的电极电压的差值，这两个差值的平均值；最终得到每个测量电极三个方向的梯度向量，再对每一个测量电极的三方向梯度向量进行向量相加，并求得相加后的梯度向量模值；所述向量模值作为测量电极所处区域的视电阻率；将每个测量电极求得的梯度向量模值按测量电极位置重新放入三维数组中，得到电极电压梯度的三维模值矩阵。
本发明与现有技术相比，有益效果在于：
本发明可以布置在小体积的的实验装置环境中；可以以较高的扫描频率对整个实验环境的电阻率分布情况进行监控；可以实时地在上位机观察电阻率分布信息。
附图说明
图1为可渗透反应屏障装置结构示意图；
图2为整个测量装置的系统布局图；
图3为三维电极矩阵的结构示意图图；
图4为电极切换电路及模拟信号调理电路设计图；
图5为下位机循环测量线程流程图；
图6为下位机主线程流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1所示，可渗透反应屏障装置以及该吸附效果监测装置结构示意图。待过滤的水在从左侧水槽中注入后进入到左侧沙土中，随后流入中间的可渗透反应屏障，其中水中的污染物便会和可渗透反应屏障中的反应物进行反应，从而被消耗。过滤后的水则进入右侧的沙土区，最终流到右侧水槽中。本发明装置中的三维电极矩阵应埋入到可渗透反应屏障的沙土区中。
参见图2所示，本发明的装置是包括测量电极阵列结构、多路开关控制网路、数据采集电路、电源及上位机，多路开关控制网络由电极切换电路和中控MCU两部分构成。测量电极阵列每个测量电极按标号与切换电极电路相连，中控MCU的I/O控制端与切换电极电路的数字控制端相连，AD测量端与模拟信号调理电路电压输出端相连。供电电源U1接供电电极、切换电极电路及模拟信号调理电路。U2接中控MCU，二者共地。中控的uart输出端接上位机。
其中，测量电极阵列结构参见图3，包供电电极板和电极矩阵，本实施例中共包括2个供电电极板和64个电极，64个电极形成4×4×4的三维阵列结构，X、Y、Z三方向各个方向相邻电极之间的距离相等，供电电极板位于电极矩阵的两侧。每个电极的进行标号。电极的的标号遵循如下原则：以最底层左上角的电极为1号电极，正对图示，先从左到右，再从底到高，最后从上到下依次标号。下文如若提到对应的电极标号及坐标轴正方向皆参见图3。
若无法保证测量电极间距相等，则至少要保证沿电场线方向(y方向)上的电极间距相等。由于极板周围的极化作用，极板附近的测量电阻(即显示出来的电阻)会略高，这属于正常现象。可在部署供电电极位置时略远离电极矩阵。极板的面积要大于所对矩阵电极面的面积，这样可以保证在测量环境中的电阻率分布均匀的情况下，电极矩阵处的电场尽量水平。
采用测量电极结构如图3所示。其中测量电极的原材料为石墨纸或其它电极材料。每个测量电极通过裁剪成长条状并包裹在电极柱上来合成，多个电极柱等间距平行放置。供电电极板两侧平行设置，顶端上层支撑板，上层支撑板可以选用亚克力材料，电极柱固定在上层支撑板上。每个测量电极外接一根导线至上层支撑板外。每个电极柱上的电极从上至下等间距排列，且每一层(同高度)电极水平高度相等。电极柱应为绝缘耐腐蚀材质。供电电极板则选用可紧贴装置边缘的石墨板或其它电极材料。供电电极和测量电极的电极材质可根据反应物需求更换。
多路开关控制网络：多路开关控制网络由电极切换电路和中控MCU两部分构成。其中电极切换电路如图4所示。电极切换电路按标号与电极矩阵中的每一个电极相连，由中控MCU控制其实现切换与后一级数据采集电路相连的电极的功能；
1)电极切换电路：主要由4个16选1的模拟开关芯片构成，并由中控MCU通过接入数字控制端来对其控制，实现对模拟开关的选通，从而采集到对应电极的电压数据。
2)中控MCU：作用是控制测量电极的切换。中控MCU通过接入数字控制端来对其控制。数字控制端分为片选端与位选端。当要使某一电极与之后数据采集电路连通时，则利用片选端将相应的模拟开关芯片使能(使能端置低电平)，并在位选端以2进制的形式输入电极编号。为提高效率，监控系统采用直接将4路片选端全部置低电平，即选通所有芯片，从而一次直接采集4路电极数据的办法。在这里将每4路的输出作为一组，共16组。每组测量电极分别为4个模拟开关芯片位选端选中的相应电极。表1展示了每组所包含的测量电极以及对应的位选端控制字。切换的顺序即从第1组开始一直到最后第16组。
表1为控制电极切换的控制码表
多路模拟开关可选用CD4067芯片，中控MCU则选用stm32系列芯片，分压电阻可选用精密电阻RX70，运算放大器选用单电源轨至轨精密放大器，且支持供电电压大于U1。供电系统给供电电极、多路开关控制网络以及测量电路的供电电压U1为12V，给中控MCU以及其芯片内部的AD采集电路的供电电压U2为3.3V。根据计算可得到理想k值为3.3/12＝0.275。这里选用R2＝11kΩ、R1＝29.4kΩ。实际k值在0.272。由于电阻实际阻值和真实阻值之间会有一定误差，所以可以利用电表测量R1、R2阻值后计算真实k值，再在上位机输入k值。
数据采集电路：包括模拟信号调理电路，实现对电极电压的采集功能。其中模拟信号调理电路如图4所示。
模拟信号调理电路将电极切换电路与之后电路用电压跟随器隔离并通过分压电阻将电极电压降到中控MCU自带AD测量范围内。其降压的比例系数设为(0<k<1)，即若切换电极电路输出的电压为Ui，则测量电路输出的电压为Uo＝k*Ui。系数k要低于AD测量范围最大值÷电场电极板供电电压，一般可直接取AD测量范围÷电场电极板供电电压。
中控MCU在测量电极电压数据。在全部电极数据未测量完成之前，将每组的电极电压数据存储到缓冲区，并按组号从低到高排列，其中每组内的电极电压数据也按从低到高排列，如表2所示。待全部电极电压数据测量完成，向上位机按存储顺序输出所有电极电压。最终电极数据以小数形式输出，每条数据前加上“D+”以表示该数据帧为AD测量数据，每个数据之间以“,”为间断符，最终以“\r\n”结尾。
表2上传的电极电压数据排列顺序说明表
| 示例 | D+ | 0.00 | ， | 0.00 | ， | 0.00 | ， | 0.00 | ， | 0.00 | ... | 0.00 | \r\n |
| 说明 | 前缀 | 1号电极电压 | 分隔符(下同) | 17号电极电压 | 33号电极电压 | 9号电极电压 | 2号电极电压 | 64号电极电压 | 结束符 |
中控MCU还负责接收上位机传递来的控制命令来对确认就绪、测量方式、工作频率等做出相应的响应。其中相应的通信格式如表3所示。
表3为上传和下传的数据帧格式
确认就绪即当上位机发送确认就绪命令后，下位机(中控MCU)回传“ok”信号，即表示通信成功且可以准备测量。当下位机处在循环测量过程中，则当上位机发送确认就绪命令后，下位机回传“busy”信号，表示当前系统正在忙，只有停止循环测量，才会回传“ok”信号。测量方式分为单次测量及循环测量，单次测量即只有当上位机给下位机发送控制命令后，下位机才会触发一次对所有电极的测量；循环测量即当上位机给下位机一个启动信号后，下位机循环对所有电极进行测量，只有当上位机再次向下位机发送停止信号后，下位机才会停止测量。工作频率即当下位机处在循环测量模式时，每秒完成多少轮电极数据的测量，对其的调节通过改变每轮测量之间的延时时间来实现。
整个下位机(中控MCU)在嵌入式实时操作系统的环境下运行(RTOS)。主体程序分为两部分：主线程、循环测量线程。主线程图5负责接收上位机信号并解析，再根据解析结果对整个监控系统做相应的动作。循环测量线程图6则负责对电极电压数据的循环采集。上位机与下位机通过uart串口来进行信息传递。
电源系统分别以两个电压来为整个系统供电，一个为给供电电极板、多路开关控制网络以及测量电路的供电电压U1，一个是给MCU以及其芯片内部的AD采集电路的供电电压U2。
上位机软件则在接收到由下位机传来的数据后，计算相邻测量电极间的电压的梯度并处理成图呈现给用户。处理过程包括以下步骤：
A、解析电极电压数据，并将其存储在一维数组中；
B、将该一维数组重新排列成4×4×4的三维数组，数组中的每一元素为该位置电极电压值。
C、求出每个测量电极X、Y、Z三方向的相邻电极电压数据间的梯度向量，并对三方向梯度向量求和并得到求和后的向量模值。将每个电极电压的梯度向量模值按照电极实际位置重新放入到三维矩阵中。
D、对每层电极电压梯度向量的模值矩阵进行插值扩充，得到各位置的电阻率相对大小；
E、利用画图软件依据相应画图参数对数据进行成图。
最终上位机通过得到的数据绘制成三维矩阵每层的平面色温图来观察电阻率的分布情况。其分析方法如下：若某一区域的最终计算得到的数值偏大，则可认为这个区域相对于电场线方向的其它区域电阻率偏大；反之，则该区域相对于电场线方向的其它区域电阻率偏小。而在非电场线方向上的数值变化，仅具有一定参考性，不一定意味着电阻率真正有差异。
对数据的分析可以通过数值分析或者是通过直观的图象来进行分析。若是要呈现直观的图象，可以选用matlab软件来实现对上传数据的解析与成图操作，并最终以GUI界面来呈现。
具体实现步骤如下：首先解析上传的电极电压数据，在确认前缀正确后，去掉前缀和结束符，并将以逗号为分隔的电极电压数据从字符串转化成浮点格式，并存储在一维数组中。再将该一维数组重排成如图3所示排列方式的4*4*4三维数组，并求其三方向相邻电极间的电压梯度矩阵。电极电压梯度按如下法则计算：若电极在计算的方向上只有一个相邻电极，则该电极该方向上的梯度为二者中更靠近坐标轴正方向的电极电压减去另一个电极电压的差值；若电极在计算方向上有两个相邻电极，则该电极电压梯度为三者中更靠近坐标轴正方向的电极电压减去该电极电压的差值，以及该电极减去三者中远离坐标轴正方向的电极电压的差值，这两个差值的平均值。最终得到每个电极三个方向的梯度向量，再对每一个电极的三方向梯度向量进行向量相加，并求得相加后的向量模值。该模值即可看作电极所处区域的视电阻率。再将每个电极求得的梯度向量模值按电极位置重新放入4*4*4三维数组中，得到电极电压梯度的三维模值矩阵。提取每层的模值数据为一个二维矩阵，再利用插值函数对其进行插值扩充。一般可取10倍数据量大小扩充。最后对插值后的矩阵用等高线绘图函数成填充颜色的等高线图。成图之前，用户可以通过设定5个滤值参数来设定用来画等高线的数据范围，以滤除掉波动不大的一些数据范围，只保留电阻率较大和较小的范围。这5个参数分别为：最大值、最小值、上截止值、下截止值、步进值。最大值和最小值限定了绘画等高线的数据范围，而上截至值和下截止值的设定分别使只在上截止值和最大值以及下截止值和最小值之间的数据绘画等高线，而上截止值和下截止值之间的数据不绘画等高线。步进参数设定了在应绘画等高线区间的数据以多大的步进来绘画等高线。例如最大值、上截止值、下截止值、最小值和步进分别设定为2.2、2.1、1.9、1.8、0.02，则代表在2.1～2.2以及1.8～1.9之间的数据以0.02为步进画等高线图。
上位机包含的的主要功能如图6所示。整个上位机主要共分为三个功能区，分别是：画图区，通信区，画图参数设定区。画图区即成图的地方，通信区功能为与上位机的联络。其包含打开串口按钮、测试就绪按钮、单次测量按钮，多次测量按钮，状态显示框以及循环间隔输入框。上位机向下位机发送通信信息后，如果下位机回传R+error\r\n,则上位机显示“操作失败”；若没有接到操作成功R+ok\r\n,则在2s后显示“操作超时”；如果接到R+busy\r\n，则显示“下位机正忙”。画图参数设定区包括k值输入框，滤值参数选择滑条，当前更新频率显示，上传信息显示，下载历史记录按钮。该区域作用就是调整前文画图算法中所需要的参数以及一些其它便于分析的操作。
基于上述装置，本发明还通过一种监测可渗透反应屏障吸附效果的方法如下：在可渗透反应屏障吸附效果实验开始前将三维矩阵电极埋藏在可渗透反应屏障装置的沙土中，并在电极矩阵两侧垂直于测量面方向布置电场电极板。
包括：
在可渗透反应屏障装置的沙土层布置测量电极阵列；
在电极矩阵所在范围通过两侧设置供电电极板产生电场；
测量每个测量电极的电压数据；
解析电极电压数据，并将其存储在一维数组中；
将一维数组重新排列成三维阵列的三维数组，数组中的每一元素为该位置电极电压值；
求出每个测量电极X、Y、Z三方向的相邻电极电压数据间的梯度向量，并对三方向梯度向量求和得到求和后的向量模值；
将每个测量电极电压的梯度向量模值按照测量电极在空间上的实际位置重新放入到三维矩阵中；
对每层电极电压梯度向量的模值矩阵进行插值扩充，得到各位置的电阻率相对大小，其中每层指是同高度水平面上；
利用画图软件依据相应画图参数对数据进行成图。
若某区域无机污染物浓度升高或降低，则电阻率相较于其它区域同样会相应的升高或降低。通过分析电阻率在空间范围内的分布，最终可以判定可渗透反应屏障的吸附效果。
根据需求选择单次测量或者循环测量。在循环测量时，调节循环测量的测量频率，以使更新频率达到所需要求。这时候观察所成图形，如果发现电场线线分布较为混乱，可以在土壤表层电极附近安插一已知高阻体或者低阻体，再观察电场线分布。如果依然混乱，无法明显体现出表层的高阻体或者低阻体，可调节滤值参数，使得在上截止值和下截止至之间的数据分布不再显示，以突出放置的高阻体或者低阻体的位置。之后拿开高阻体或者低阻体，让监控系统自动以循环模式运行。
一段时间后，在右侧沙土去观察到有有一定区域出现低阻区后，则有理由认为，该位置附近的可渗透反应屏障内部的反应物已经消耗殆尽，左侧含有污染物的液体渗透进来。这个时候就要考虑更换可渗透反应屏障内部的反应物。另外，通过历史记录功能，可以观察一段时间内的仪器内电阻率变换情况。即导出电极电压数据，以一定的高速播放帧率回放图象。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种可渗透反应屏障吸附效果监测装置，其特征在于，该装置包括：
测量电极阵列结构，包括在X、Y、Z三方向等间距布置测量电极形成电极矩阵，以及在电极矩阵两侧的供电电极板，所述供电电极板通电后在供电电极板之间形成电场；
多路开关控制网路，包括电极切换电路和中控MCU，所述电极切换电路按标号与电极矩阵中的每一个电极相连，由中控MCU控制其实现切换；
数据采集电路，在中控MCU控制下对电极电压的采集。
2.按照权利要求1所述的可渗透反应屏障吸附效果监测装置，其特征在于，
所述测量电极通过裁剪成长条状包裹在电极柱，所述电极柱等间距排列，每个电极柱上的电极从上至下等间距排列，且在多个电极柱形成多层的测量电极，每层测量电极水平高度相等，所述电极柱采用绝缘耐腐蚀材质；所述供电电极板紧贴在可渗透反应屏障设备上，两个供电电极板顶部设置支撑板，每个测量电极外接一根导线至上层支撑板外。
3.按照权利要求1所述的可渗透反应屏障吸附效果监测装置，其特征在于，所述电极切换电路为多组多选1的模拟开关芯片构成，并由中控MCU通过接入数字控制端来对其控制，实现对模拟开关的选通，从而采集到对应测量电极的电压数据。
4.按照权利要求3所述的可渗透反应屏障吸附效果监测装置，其特征在于，所述中控MCU通过接入数字控制端来对电极切换电路控制，数字控制端分为片选端与位选端，当要使某一测量电极与之后数据采集电路连通时，则利用片选端将相应的模拟开关芯片使能端置低电平，并在位选端以2进制的形式输入电极编号。
5.按照权利要求3所述的可渗透反应屏障吸附效果监测装置，其特征在于，所述中控MCU还用于接收上位机传递来的控制命令来对确认就绪、测量方式、工作频率做出相应的响应，并在全部电极数据未测量完成之前，将每组的测量电极电压数据存储到缓冲区，并按测量电极所在组号从低到高排列，其中每组内的电极电压数据也按从低到高排列，待全部电极电压数据测量完成，向上位机按存储顺序输出所有电极电压。
6.按照权利要求5所述的可渗透反应屏障吸附效果监测装置，其特征在于，所述上位机通过得到的电压数据绘制成三维矩阵每层的平面色温图来观察电阻率的分布情况，包括：
解析电极电压数据，并将其存储在一维数组中；
将一维数组重新排列成三维阵列的三维数组，数组中的每一元素为该位置电极电压值；
求出每个测量电极X、Y、Z三方向的相邻电极电压数据间的梯度向量，并对三方向梯度向量求和得到求和后的向量模值；
将每个测量电极电压的梯度向量模值按照测量电极在空间上的实际位置重新放入到三维矩阵中；
对每层电极电压梯度向量的模值矩阵进行插值扩充，得到各位置的电阻率相对大小，其中每层指是同高度水平面上；
利用画图软件依据相应画图参数对数据进行成图。
7.按照权利要求6所述的可渗透反应屏障吸附效果监测装置，其特征在于，
所述梯度向量的计算中，若测量电极在计算的方向上只有一个相邻电极，则该测量电极该方向上的梯度为二者中更靠近坐标轴正方向的电极电压减去另一个电极电压的差值；若测量电极在计算方向上有两个相邻电极，则该测量电极电压梯度为三者中更靠近坐标轴正方向的电极电压减去该测量电极电压的差值，以及该测量电极减去三者中远离坐标轴正方向的电极电压的差值，这两个差值的平均值；最终得到每个测量电极三个方向的梯度向量，再对每一个测量电极的三方向梯度向量进行向量相加，并求得相加后的梯度向量模值；所述向量模值作为测量电极所处区域的视电阻率；将每个测量电极求得的梯度向量模值按测量电极位置重新放入三维数组中，得到电极电压梯度的三维模值矩阵。
8.按照权利要求6所述的可渗透反应屏障吸附效果监测装置，其特征在于，成图包括对插值后的矩阵用等高线绘图函数成填充颜色的等高线图，成图之前，设定5个滤值参数来设定用来画等高线的数据范围，以滤除掉波动不大的一些数据范围，只保留电阻率较大和较小的范围，其中5个参数分别为：最大值、最小值、上截止值、下截止值、步进值，最大值和最小值用于限定绘画等高线的数据范围，而上截至值和下截止值的设定分别使只在上截止值和最大值以及下截止值和最小值之间的数据绘画等高线，而上截止值和下截止值之间的数据不绘画等高线。步进参数用于设定在应绘画等高线区间的数据以多大的步进来绘画等高线。
9.一种可渗透反应屏障吸附效果监测方法，其特征在于，该方法包括：
在可渗透反应屏障装置的沙土层布置测量电极阵列；
在电极矩阵所在范围通过两侧设置供电电极板产生电场；
测量每个测量电极的电压数据；
解析电极电压数据，并将其存储在一维数组中；
将一维数组重新排列成三维阵列的三维数组，数组中的每一元素为该位置电极电压值；
求出每个测量电极X、Y、Z三方向的相邻电极电压数据间的梯度向量，并对三方向梯度向量求和得到求和后的向量模值；
将每个测量电极电压的梯度向量模值按照测量电极在空间上的实际位置重新放入到三维矩阵中；
对每层电极电压梯度向量的模值矩阵进行插值扩充，得到各位置的电阻率相对大小，其中每层指是同高度水平面上；
利用画图软件依据相应画图参数对数据进行成图。
10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，
所述梯度向量的计算中，若测量电极在计算的方向上只有一个相邻电极，则该测量电极该方向上的梯度为二者中更靠近坐标轴正方向的电极电压减去另一个电极电压的差值；若测量电极在计算方向上有两个相邻电极，则该测量电极电压梯度为三者中更靠近坐标轴正方向的电极电压减去该测量电极电压的差值，以及该测量电极减去三者中远离坐标轴正方向的电极电压的差值，这两个差值的平均值；最终得到每个测量电极三个方向的梯度向量，再对每一个测量电极的三方向梯度向量进行向量相加，并求得相加后的梯度向量模值；所述向量模值作为测量电极所处区域的视电阻率；将每个测量电极求得的梯度向量模值按测量电极位置重新放入三维数组中，得到电极电压梯度的三维模值矩阵。
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