CN116358976B - 离子膜振荡吸附设备及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了离子膜振荡吸附设备及其操作方法，涉及土壤检测技术领域。其中，该离子膜振荡吸附设备，包括：壳体总成；振荡总成，设置于壳体总成；若干个样品杯结构，分别与振荡总成相连；膜卡扣总成，设置于样品杯结构内；水箱结构，与壳体总成可拆卸连接，且与振荡总成相对设置；及定量给水结构，设置于壳体总成内部，且与水箱结构相连。本发明，解决由于无法充分接触，离子膜直接在农田现场用于农田土壤中离子的吸附效果并不理想，另外，通过固定接触的形式，离子转移吸附过程极为缓慢，无法实现快速测量；且常规的方法，离子膜的固定、拿取困难，且容易被污染；离子吸收不均匀影响测量结果；操作流程繁琐的问题。

Description

离子膜振荡吸附设备及其操作方法

技术领域

本发明涉及土壤检测技术领域，尤其涉及一种离子膜振荡吸附设备及其操作方法。

背景技术

随着人口增加、工业化进程的加速，以及农业生产向规模化、高效化、精细化方向发展，农田土壤污染、退化等问题日益严重，土地资源的保护成为迫切需要解决的问题。农田土壤检测作为防范农田土地资源安全、保障农产品安全、提高农业效益的重要措施之一，得到了越来越多的关注和推广。其中，食品安全问题和农用化学品使用量的增加和不合理使用引起了人们对农田土壤检测的关注；同时，国家对农田土壤安全管理进行了更强调的要求。在此背景下，农田土壤检测已成为了对保障土地资源、农田环境和人们健康至关重要的一项任务。

离子膜吸附技术是一种应用于土壤元素检测的新型技术。由于土壤中的离子往往与无机质或有机质结合，难以直接测定其含量，而离子膜吸附技术可以通过吸附膜让合适的离子通过，使得土壤元素的测定变得更加简便可靠。

虽然离子膜吸附技术在土壤检测方便有很多优势，但是离子膜在实际应用过程中存在很多问题，首先，由于无法充分接触，离子膜直接在农田现场用于农田土壤中离子的吸附效果并不理想，另外，通过固定接触的形式，离子转移吸附过程极为缓慢，无法实现快速测量；为了增加离子转移效率，可以通过让土壤与离子膜充分快速接触的方式来实现离子的快速提取，但常规的方法，离子膜的固定、拿取困难，且容易被污染；离子吸收不均匀影响测量结果；操作流程繁琐的问题。针对上述出现的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

发明目的：提供一种离子膜振荡吸附设备及其操作方法，以解决现有技术存在的上述问题。

技术方案：离子膜振荡吸附设备，包括：

壳体总成；

振荡总成，设置于所述壳体总成；

若干个样品杯结构，分别与所述振荡总成相连；

膜卡扣总成，设置于所述样品杯结构内，用于定位和夹紧离子膜；

水箱结构，与所述壳体总成可拆卸连接，且与所述振荡总成相对设置；及

定量给水结构，设置于所述壳体总成内部，且与所述水箱结构相连，用于自动定量给水。

作为优选，所述壳体总成包括：底板，与所述底板相连的外壳，所述外壳包括：面板总成，设置于所述面板总成底部一侧的前壳，所述面板总成包括：触摸屏、分别与所述振荡总成电性连接的左按钮和右按钮，所述外壳一侧设置有接水台，所述接水台上开设有杯体容置腔，所述接水台内侧设置有感应开关。

作为优选，所述振荡总成包括：与所述底板相连的下轴座，所述下轴座上设置有第二步进电机，其输出端与偏心轴相连，分别与所述下轴座和所述偏心轴相连的第二轴承，所述偏心轴上还设有第一轴承，所述第一轴承与上轴座相连，所述上轴座上设置有橡胶碗，所述橡胶碗通过第二压环与所述前壳相连，所述橡胶碗的顶部设置有海绵扣，所述海绵扣内设置有固定海绵，以共同构成样品杯座。

作为优选，所述壳体总成内设置有电控系统，所述电控系统包括：主板、以及从上至下依次设置有第一步进驱动器、第二步进驱动器和第三步进驱动器、插座总成和开关电源，所述主板分别与所述第一步进驱动器、所述第二步进驱动器和所述第三步进驱动器、所述插座总成和所述开关电源电性连接。

作为优选，所述样品杯结构包括：杯体，所述杯体的顶部设置有杯盖，所述杯盖上设置有向所述杯体内延伸的两卡扣，两所述卡扣相对设置，两所述卡扣之间设置有所述膜卡扣总成；所述膜卡扣总成包括：相对设置的上压片和下压片，所述上压片和所述下压片之间设置有离子膜，所述上压片上分别设置有限位柱和上卡扣，所述下压片上分别设置有限位孔和下卡扣，所述限位柱与所述限位孔相连，所述上卡扣与所述下卡扣相连。

作为优选，所述水箱结构包括：管路总成，所述管路总成包括：设置于所述底板上的取水座，所述取水座上设置有水箱壳，所述水箱壳顶部设置有水箱盖，所述水箱壳靠近所述水箱盖一侧设置有水箱把手。

作为优选，所述取水座上设置有连接座，所述连接座通过螺纹与转接头相连，所述转接头另一端与进水管相连，所述转接头顶部设置有凸顶，所述水箱壳通过弹簧设置有阀芯，所述水箱壳分别通过第一密封圈和两第三密封圈与所述连接座密封连接；

当水箱壳下压时，凸顶接近并推动阀芯带动弹簧压缩，阀芯打开，阀芯密封面脱离接触，水路通；当水箱壳上提时，凸顶远离阀芯，弹簧回弹，推动阀芯向下运动，阀芯密封面接触，水路断。

作为优选，所述定量给水结构包括：注水总成，所述注水总成包括：与所述壳体总成相连的第一固定板，所述第一固定板上设置有第一步进模组和两第一注射器固定座，所述第一步进模组包括：第一步进电机，所述第一步进电机与第一丝杆相连，所述第一丝杆上设置有第一滑块，所述第一滑块与第一导轨相连，两所述第一注射器固定座上设置有第一注射器，所述第一滑块通过第一活塞固定座与第一活塞相连，所述第一固定板通过第一限位开关座与第一限位开关相连。

作为优选，所述第一注射器通过吸水管与电磁阀的公共端相连，所述电磁阀的常开端通过出水管与出水口相连，其常闭端通过进水管与转接头连接，转接头又通过连接座与水箱连接；

当电磁阀断电时，常闭端保持，水源关闭；当电磁阀通电时，常闭端打开，水源打开。

为实现上述目的，本发明提出了离子膜振荡吸附设备的操作方法，包括以下步骤：

步骤一、将装附有膜卡扣总成的杯盖安装到杯体上，将样品杯插入到固定海绵对应的孔洞中，按下左按钮，振荡总成启动，开始振荡；

步骤二、在预设速度下，振荡总成按照预设速度进行旋转振荡，当转动圈数到达设定圈数后振荡总成停止，主板会发出提示音，拿出样品杯，打开杯盖，将装附有膜卡扣总成的杯盖直接进行冲洗干净；

步骤三、振荡时，第二步进电机驱动偏心轴在第二轴承的限位下进行旋转，带动偏心轴上半部分进行偏心转动，进而带动安装在上轴座上的样品杯座进行偏心转动，进一步带动样品杯偏心振动；

步骤四、吸附过程中，由于离子膜由膜卡扣总成进行固定后又固定在杯盖上，当开始振荡后，固定位置的离子膜在相同转速、圈数条件下，不同数量、不同容量和不同工位的离子膜均能实现同等条件的吸附过程。

有益效果：在本申请实施例中，采用离子膜固定和定量给水的方式，通过壳体总成；振荡总成，设置于所述壳体总成；若干个样品杯结构，分别与所述振荡总成相连；膜卡扣总成，设置于所述样品杯结构内，用于定位和夹紧离子膜；水箱结构，与所述壳体总成可拆卸连接，且与所述振荡总成相对设置；及定量给水结构，设置于所述壳体总成内部，且与所述水箱结构相连，用于自动定量给水，达到了固定离子膜和定量给水的目的，从而实现了保证吸附效果和提高检测精度的技术效果，进而解决了由于无法充分接触，离子膜直接在农田现场用于农田土壤中离子的吸附效果并不理想，另外，通过固定接触的形式，离子转移吸附过程极为缓慢，无法实现快速测量；为了增加离子转移效率，可以通过让土壤与离子膜充分快速接触的方式来实现离子的快速提取，但常规的方法，离子膜的固定、拿取困难，且容易被污染；离子吸收不均匀影响测量结果；操作流程繁琐的技术问题。

附图说明

图1是本发明的离子膜振荡吸附设备整体结构图；

图2是本发明的离子膜振荡吸附设备又一整体结构图；

图3是本发明的离子膜振荡吸附设备内部结构示意图；

图4是本发明的离子膜振荡吸附设备的振荡总成结构示意图；

图5是本发明的离子膜振荡吸附设备的水箱底部对接示意图；

图6是本发明的离子膜振荡吸附设备的定量给水结构示意图；

图7是本发明的离子膜振荡吸附设备的膜卡扣总成示意图；

图8是本发明的离子膜振荡吸附设备的样品杯结构内部示意图；

图9是本发明的离子膜振荡吸附设备的往复循环注水示意图。

附图标记为：100、壳体总成；101、外壳；1020、面板总成；1021、左按钮；1022、触摸屏；1023、右按钮；103、前壳；104、接水台；200、振荡总成；2010、样品杯座；2011、固定海绵；3010、样品杯结构；3011、杯盖；3012、杯体；3020、水箱结构；3021、水箱盖；3022、水箱把手；3023、水箱壳；303、出水口；304、感应开关；105、底板；305、取水座；4010、插座总成；4011、品字插座；4012、带灯开关；400、电控系统；402、开关电源；403、主板；404、第一步进驱动器；405、第二步进驱动器；406、第三步进驱动器；500、注水总成；600、管路总成；2012、海绵扣；202、橡胶碗；203、第一轴承；204、第二轴承；205、偏心轴；206、上轴座；207、下轴座；208、第二步进电机；209、固定螺栓；210、第一压环；211、第二压环；3024、阀芯；3025、弹簧；3026、阀芯密封面；6020、连接座；6021、连接座螺纹；6022、第一密封圈；6023、第二密封圈；6024、第三密封圈；6030、转接头；6031、转接头螺纹；6032、凸顶；5010、第一步进模组；5011、第一步进电机；5012、第一丝杆；5013、第一滑块；5014、第一导轨；502、第一固定板；503、第一活塞固定座；504、第一活塞；505、第一注射器；506、第一注射器固定座；507、第一限位开关；508、第一限位开关座；6010、电磁阀；6011、常闭端；6012、常开端；6013、公共端；604、出水管；605、进水管；606、吸水管；700、膜卡扣总成；710、下压片；711、限位孔；712、下卡扣；720、上压片；721、限位柱；722、上卡扣；3013、卡扣；800、往复循环注水器；8010、第二步进模组；8011、第三步进电机；8012、第二丝杆；8013、第二滑块；8014、第二导轨；8020、并联注水总成；8021、第二注射器固定座；8022、第二注射器；8023、第二活塞；803、第二限位开关；804、第二限位开关座；805、第二固定板；806、第二活塞固定座；900、定量给水结构。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1-3所示，本申请涉及一种离子膜振荡吸附设备及其操作方法。该一种离子膜振荡吸附设备包括：壳体总成100；壳体总成100是指具有保护功能的壳体，同时还能实现容置其他部件的效果。优选的，壳体总成100呈阶梯状，能够实现良好的部件布局效果，从而防止发生干涉的情况。壳体总成100的形状呈L形，当然也可以为其他具有阶梯形状的结构，本申请中不作限定。

振荡总成200，设置于所述壳体总成100；能够实现良好的振荡效果，从而提高离子的吸附速度，同时，还能保证土壤溶液与离子膜充分接触和撞击，提高土壤中离子被离子膜吸附的效率。

若干个样品杯结构3010，分别与所述振荡总成200相连；能够实现良好的样品容置效果，从而保证良好的吸附效果；同时，通过设置有多个样品杯结构3010，能够提高检测效率。

膜卡扣总成700，设置于所述样品杯结构3010内，用于定位和夹紧离子膜；能够实现良好的离子膜固定效果，从而提高吸附效果。

水箱结构3020，与所述壳体总成100可拆卸连接，且与所述振荡总成200相对设置；能够实现稳定的水源供给效果，同时，还能实现便于拆装的效果。

定量给水结构900，设置于所述壳体总成100内部，且与所述水箱结构3020相连，用于自动定量给水；能够实现良好的定量给水效果，同时，还能提高测量准确度因采用自动定量给水，给水量根据土壤样品多少调控，提高给水准确性和一致性，保证检测结果的高精度，同时大大降低人工劳动强度。

采用离子膜吸附技术具有如下优点：

1.操作简便。离子膜吸附技术不需要样品的前处理，不需要使用化学试剂或高端仪器设备，只需将样品放在吸附膜上进行吸附和洗脱等简单的处理即可。

2.检测灵敏度高。由于离子膜的选择性较好，因此这种技术可以在较低的溶液浓度下获得较高的检测灵敏度。

3.结果准确可靠。由于吸附膜的选择性，仅目标离子可穿透膜，因此测定结果准确可靠。

4.安全性高。相比传统的土壤元素检测方法，离子膜吸附技术对实验人员和环境的影响较小，安全性更高。

通过离子膜吸附技术检测土壤元素含量，可以快速、准确地了解土壤上的元素含量状况，为精细施肥提供科学依据，做出更准确的决策，从而提高作物产量和质量，同时保护土壤和环境。

从以上的描述中，可以看出，本申请实现了如下技术效果：

在本申请实施例中，采用离子膜固定和定量给水的方式，通过壳体总成100；振荡总成200，设置于所述壳体总成100；若干个样品杯结构3010，分别与所述振荡总成200相连；膜卡扣总成700，设置于所述样品杯结构3010内，用于定位和夹紧离子膜；水箱结构3020，与所述壳体总成100可拆卸连接，且与所述振荡总成200相对设置；及定量给水结构900，设置于所述壳体总成100内部，且与所述水箱结构3020相连，用于自动定量给水，达到了固定离子膜和定量给水的目的，从而实现了保证吸附效果和提高检测精度的技术效果，进而解决了由于无法充分接触，离子膜直接在农田现场用于农田土壤中离子的吸附效果并不理想，另外，通过固定接触的形式，离子转移吸附过程极为缓慢，无法实现快速测量；为了增加离子转移效率，可以通过让土壤与离子膜充分快速接触的方式来实现离子的快速提取，但常规的方法，离子膜的固定、拿取困难，且容易被污染；离子吸收不均匀影响测量结果；操作流程繁琐的技术问题。

进一步的，所述壳体总成100包括：底板105，与所述底板105相连的外壳101，所述外壳101包括：面板总成1020，设置于所述面板总成1020底部一侧的前壳103，所述面板总成1020包括：触摸屏1022、分别与所述振荡总成200电性连接的左按钮1021和右按钮1023，所述外壳101一侧设置有接水台104，所述接水台104上开设有杯体3012容置腔，所述接水台104内侧设置有感应开关304。其中，面板总成1020上安装有左按钮1021、右按钮1023分别控制两个振荡总成200，安装有触摸屏1022用于交互。样品杯可插入到固定海绵2011的四个孔洞内，每个固定海绵2011可固定四个样品杯，能够形成振荡吸附设备雏形的效果，从而实现多种功能的效果。

如图4所示，所述振荡总成200包括：与所述底板105相连的下轴座207，所述下轴座207上设置有第二步进电机208，其输出端与偏心轴205相连，分别与所述下轴座207和所述偏心轴205相连的第二轴承204，所述偏心轴205上还设有第一轴承203，所述第一轴承203与上轴座206相连，所述上轴座206上设置有橡胶碗202，所述橡胶碗202通过第二压环211与所述前壳103相连，所述橡胶碗202的顶部设置有海绵扣2012，所述海绵扣2012内设置有固定海绵2011，以共同构成样品杯座2010。其中，四个固定螺栓209将下轴座207固定到底板105上，第二步进电机208固定到下轴座207上，转轴插入偏心轴205中，第二轴承204外圈固定在下轴座207上，内圈固定在偏心轴205下半轴。第一轴承203内圈固定在偏心轴205上半轴，外圈固定在上轴座206上，偏心轴205上下半轴偏心距4mm。橡胶碗202下半部分通过第二压坏与前壳103固定，上半部分通过第一压环210与上轴座206固定。海绵扣2012固定在上轴座206上为一个整体，固定海绵2011安装在海绵扣2012中共同构成样品杯座2010。橡胶碗202通过柔性连接上轴座206和前壳103，防止上轴座206及其上固定物自转，只做绕圆(半径4mm)旋转，已达到振荡效果，同时也可防止异物或者水进入内部。当第二步进电机208转轴转动时带动偏心轴205下半轴转动同时带动偏心轴205上半轴进行偏心转动，固定在上轴座206的橡胶碗202限制了其自转。

进一步的，所述壳体总成100内设置有电控系统400，所述电控系统400包括：主板403、以及从上至下依次设置有第一步进驱动器404、第二步进驱动器405和第三步进驱动器406、插座总成4010和开关电源402，所述主板403分别与所述第一步进驱动器404、所述第二步进驱动器405和所述第三步进驱动器406、所述插座总成4010和所述开关电源402电性连接。其中，通过安装到接水台104上的感应开关304感应到去掉杯盖3011的杯体3012放置到接水台104时，出水口303流水，出水口303安装在接水台104顶部。品字插座4011接外部电源，带灯开关4012是总电源开关，并可显示电源通断。开关电源402、主板403、第一步进驱动器404、第二步进驱动器405、第三步进驱动器406、注水总成500分别固定在外壳101上。其中，第一步进驱动器404、第二步进驱动器405、第三步进驱动器406分别控制注水总成500中的第一步进电机5011和两台振荡总成200中的第二步进电机208。开关电源402将由品字插座4011引入的220V交流电转化为24V直流为设备中的所有器件供电。

如图7-8所示，所述样品杯结构3010包括：杯体3012，所述杯体3012的顶部设置有杯盖3011，所述杯盖3011上设置有向所述杯体3012内延伸的两卡扣3013，两所述卡扣3013相对设置，两所述卡扣3013之间设置有所述膜卡扣总成700；所述膜卡扣总成700包括：相对设置的上压片720和下压片710，所述上压片720和所述下压片710之间设置有离子膜，所述上压片720上分别设置有限位柱721和上卡扣722，所述下压片710上分别设置有限位孔711和下卡扣712，所述限位柱721与所述限位孔711相连，所述上卡扣722与所述下卡扣712相连。通过上压片720和下压片710将离子膜夹紧到中间，保证表面平整。其中，通过限位柱721与限位孔711，上卡扣722与下卡扣712配合进行卡紧，后形成一个整体，作为一个产品使用，保证离子膜表面平整，便于拿取、固定，离子吸附。同时，膜卡扣总成700被卡扣3013固定在样品杯中央位置。

如图5所示，所述水箱结构3020包括：管路总成600，所述管路总成600包括：设置于所述底板105上的取水座305，所述取水座305上设置有水箱壳3023，所述水箱壳3023顶部设置有水箱盖3021，所述水箱壳3023靠近所述水箱盖3021一侧设置有水箱把手3022。更进一步的，所述取水座305上设置有连接座6020，所述连接座6020通过螺纹与转接头6030相连，所述转接头6030另一端与进水管605相连，所述转接头6030顶部设置有凸顶6032，所述水箱壳3023通过弹簧3025设置有阀芯3024，所述水箱壳3023分别通过第一密封圈6022和两第三密封圈6024与所述连接座6020密封连接；

当水箱壳3023下压时，凸顶6032接近并推动阀芯3024带动弹簧3025压缩，阀芯3024打开，阀芯密封面3026脱离接触，水路通；当水箱壳3023上提时，凸顶6032远离阀芯3024，弹簧3025回弹，推动阀芯3024向下运动，阀芯密封面3026接触，水路断。

其中，取水座305固定在底板105上，连接座6020固定在取水座305上并通过第二密封圈6023进行防水密封。转接头6030通过其转接头螺纹6031与连接座6020的连接座螺纹6021进行固定，连上另一头连接进水管605。阀芯3024通过弹簧3025固定在水箱壳3023上，并可上下运动。水箱壳3023通过第一密封圈6022和两个第三密封圈6024与连接座6020进行密封连接。当水箱壳3023下压时，凸顶6032接近并推动阀芯3024带动弹簧3025压缩，阀芯3024打开，阀芯密封面3026脱离接触，水路通。当水箱壳3023上提时，凸顶6032远离阀芯3024，弹簧3025回弹，推动阀芯3024向下运动，阀芯密封面3026接触，水路断。

如图6所示，所述定量给水结构900包括：注水总成500，所述注水总成500包括：与所述壳体总成100相连的第一固定板502，所述第一固定板502上设置有第一步进模组5010和两第一注射器固定座506，所述第一步进模组5010包括：第一步进电机5011，所述第一步进电机5011与第一丝杆5012相连，所述第一丝杆5012上设置有第一滑块5013，所述第一滑块5013与第一导轨5014相连，两所述第一注射器固定座506上设置有第一注射器505，所述第一滑块5013通过第一活塞固定座503与第一活塞504相连，所述第一固定板502通过第一限位开关座508与第一限位开关507相连。更进一步的，所述第一注射器505通过吸水管606与电磁阀6010的公共端6013相连，所述电磁阀6010的常开端6012通过出水管604与出水口303相连，其常闭端6011通过进水管605与转接头6030连接，转接头6030又通过连接座6020与水箱连接；

当电磁阀6010断电时，常闭端6011保持，水源关闭；当电磁阀6010通电时，常闭端6011打开，水源打开。

具体地，第一步进电机5011、第一丝杆5012、第一滑块5013、第一导轨5014构成第一步进模组5010，第一步进模组5010、两个第一注射器固定座506固定在第一固定板502上，而第一固定板502固定在外壳101上。第一注射器505通过两个第一注射器固定座506固定，第一活塞504通过第一活塞固定座503与第一滑块5013固定。第一限位开关507通过第一限位开关座508与第一固定板502固定。第一丝杆5012由第一步进电机5011驱动可带动第一滑块5013沿第一导轨5014进行滑动。电磁阀6010的公共端6013通过吸水管606与第一注射器505连接，常开端6012通过出水管604与出水口303连接，常闭端6011通过进水管605与转接头6030连接，转接头6030又通过连接座6020与水箱连接。当电磁阀6010断电时，常闭端6011保持，水源关闭，当电磁阀6010通电时，常闭端6011打开，水源打开。第一步进电机5011正转，带动第一丝杆5012正转，带动第一滑块5013沿第一导轨5014向上移动，带动第一活塞504向上移动，系统处于吸水状态，当第一步进电机5011转动到设定圈数后停止，电磁阀6010断电，常开端6012打开、常闭端6011关闭，然后第一步进电机5011反转，带动第一活塞504向下移动，系统处于排水状态，水流通过吸水管606、出水管604从出水口303流出。

如图9所示，为往复循环注水器800的方案图，主要由第二步进模组8010(第二步进模组运动原理和结构构成与第一步进模组相同)、第三步进电机8011、第二丝杆8012、第二滑块8013、第二导轨8014、并联注水总成8020、第二注射器固定座8021、第二注射器8022、第二活塞8023、第二限位开关803、第二限位开关座804、第二固定板805、第二活塞固定座806组成。第二步进模组8010、四个第二注射器固定座8021固定在第二固定板805上，并联注水总成8020由两个第二注射器8022沿相反方向由第二注射器固定座8021固定于第二固定板805和两个第二活塞8023相反方向由第二活塞固定座806固定为一个整体而组成。注射器两端出口均安装三通，将水箱和出水口的电磁阀1、电磁阀2进行并联，从而实现当第二滑块8013左右移动时排水口均能排水，从而提高排水效率。

当然图9中的电磁阀1、电磁阀2也可以由4个单向阀进行替换，实现更为简单的控制回路和较低成本。图6中的出水管604与进水管605中也可各装1个单向阀，从而省去电磁阀6010的控制。

进一步的，当电磁阀1断电，电磁阀2上电，常闭打开，常开关闭。第三步进电机8011正转，带动第二丝杆8012正转，带动第二滑块8013沿第二导轨8014右移，进而带动左侧第二活塞8023吸水，右侧第二活塞8023排水。由于电磁阀2常开关闭(单向阀作用)，电磁阀2常闭打开(单向阀作用)，左侧第二注射器8022与水箱端通路，与出水口端断路，形成吸水，右侧第二注射器8022与水箱端断路，与出水口端通路，形成注水。当到达第二限位开关803的位置时，第二步进电机8011转动停止。

当下一次注水时，电磁阀1上电，常闭打开，常开关闭，电磁阀2断电。第三步进电机8011反转，带动第二丝杆8012反转，带动第二滑块8013沿第二导轨8014左移，进而带动左侧第二活塞8023排水，右侧第二活塞8023吸水。由于电磁阀1常开关闭(单向阀作用)，电磁阀1常闭打开(单向阀作用)，左侧第二注射器8022与水箱端断路，与出水口端通路，形成注水，右侧第二注射器8022与水箱端通路，与出水口端断路，形成吸水。当转动到设定圈数后，第二步进电机8011转动停止，完成本次注水。等待下一个循环。

同样的，主板403可编程控制第三步进电机8011的旋转圈数，进而控制第二活塞8023的左右移动量，进而控制注水量，形成定量给水功能。本并联结构不论电机正反转均能实现定量给水，给水不间断，大大提高了注水效率。理论上在增大第二步进模组8010行程，增加第二注射器8022的直径上长度后，可实现所有流量范围的精准定量给液。

如图5所示，本发明还提供离子膜振荡吸附设备的操作方法，包括以下步骤：

步骤一、将装附有膜卡扣总成700的杯盖3011安装到杯体3012上，将样品杯插入到固定海绵2011对应的孔洞中，按下左按钮1021，振荡总成200启动，开始振荡；

步骤二、在预设速度下，振荡总成200按照预设速度进行旋转振荡，当转动圈数到达设定圈数后振荡总成200停止，主板403会发出提示音，拿出样品杯，打开杯盖3011，将装附有膜卡扣总成700的杯盖3011直接进行冲洗干净，可避免手直接接触膜卡扣总成700；

步骤三、振荡时，第二步进电机208驱动偏心轴205在第二轴承204的限位下进行旋转，带动偏心轴205上半部分进行偏心转动，进而带动安装在上轴座206上的样品杯座2010进行偏心转动，进一步带动样品杯偏心振动；

步骤四、吸附过程中，由于离子膜由膜卡扣总成700进行固定后又固定在杯盖上，当开始振荡后，固定位置的离子膜在相同转速、圈数条件下，不同数量、不同容量和不同工位的离子膜均能实现同等条件的吸附过程，保证结果一致性和准确性。

具体的，打开总电源带灯开关4012，设备开机上电。

装样品、注水：

如图7所示，离子膜形态扭曲，将离子膜如图7组成膜卡扣总成700，后将膜卡扣总成700安装在杯盖3011的卡扣3013上，这样离子膜被限位固定，漏出部分结构平整。在杯体3012装好土样放置到接水台104，感应开关304收到信号，发信号给主板403,主板403发给第一步进驱动器404固定脉冲信号进而驱动第一步进电机反转，带动第一丝杆5012反转，带动第一滑块5013沿第一导轨5014向下移动，带动第一活塞504向下移动，系统处于排水状态，转到固定圈数后暂停。主板403上的蜂鸣器发出2声信号，提醒定额注水完成。然后主板403控制电磁阀上电常闭端6011打开、常开端6012关闭，主板403发给第一步进驱动器404固定脉冲信号进而驱动第一步进电机正转，带动第一丝杆5012正转，带动第一滑块5013沿第一导轨5014向上移动，带动第一活塞504向上移动，直至到第一限位开关507后停止，此时系统已经吸满水，主板403控制电磁阀断电常闭端6011关闭、常开端6012打开，等待下次注水循环。

由于主板403发送固定脉冲信号，所以第一步进电机5011的转动圈数是固定的，所以可以通过脉冲数来控制第一步进电机5011圈数，进而控制注水量的多少。

相比于采用蠕动泵的方案，此结构所涉及系统结构简单，器件成本低，可通过程序调整发送脉冲数实现可调的定量给水。理论上在增大第一步进模组5010行程，增加第一注射器505的直径上长度后，增加出水管604、进水管605、吸水管606等的管径后，可实现所有流量范围的精准定量给液。

混匀、吸附：

将装附有膜卡扣总成700的杯盖3011安装到杯体3012上，将样品杯3010插入到固定海绵2011对应的孔洞中，按下左按钮1021，振荡总成200启动，开始振荡。在设定的速度下，振荡总成200按照设定速度进行旋转振荡，当转动圈数到达设定圈数后振荡总成200停止，主板403会发出提示音，拿出样品杯3010，打开杯盖3011，将装附有膜卡扣总成700的杯盖3011直接进行冲洗干净，可避免手直接接触膜卡扣总成700。

振荡时，第二步进电机208驱动偏心轴205在第二轴承204的限位下进行旋转，带动偏心轴205上半部分进行偏心转动，进而带动安装在上轴座206上的样品杯座进行偏心转动，进一步带动样品杯3010偏心振动。而橡胶碗202下端固定在前壳103，上端固定在上轴座206上防止其发生自转，同时也能起到防水密封作用。

吸附过程中，由于离子膜由膜卡扣总成700进行固定后又固定在杯盖3011上，当开始振荡后，固定位置的离子膜在相同转速、圈数条件下，不同数量、不同容量(重量)和不同工位的离子膜均能实现同等条件的吸附过程，保证结果一致性和准确性。同时，由于安装到固定位置进行吸附，避免离子膜与土壤颗粒一起跟随运动而形成相对静止运动，提高接触机会和撞击强度，提高了吸附效果。

本专利设计有两套振荡总成200，每个上面可同时处理4个样品，两套振荡总成200可同时使用，也可交替使用，处理速度快，一致性高。

加水、清洗水箱：

当加水时可以直接打开水箱盖3021进行加水，也可以通过水箱把手3022将水箱3020直接拔出，当做容器拎着去加满水，然后再安装。这个过程需要阀门进行水箱自动开关，如图5所示，当拎起水箱3020后，阀芯3024与凸顶6032不接触，阀芯3024在弹簧3025的作用下，向下移动至阀芯密封面3026与水箱壳3023接触，阀闭合。当放下水箱后，阀芯3024与凸顶6032接触，阀芯3024推动弹簧3025压缩，阀芯3024向上移动，阀芯密封面3026与水箱壳3023脱离密封，阀打开。这样设计可以做到水箱有水的情况下拿起或者安装水箱，实现自动密封。当然也便于拿出清洗水箱等操作。

本发明解决如下技术问题：

(1)吸附膜形态不规则，“吸附”时位置无法掌控，不能保证吸附效果，形态扭曲，不易进行仪器检测；

(2)混匀吸附一致性、均匀性差，影响测量结果准确性；

(3)振荡速度不可控，造成同一离子膜吸附效果差异大；

(4)人工注水劳动量大，易造成失误。如采用蠕动泵方案：流量较低，无法做到冲洗，维护成本高，需要经常换耗材等；

(5)常规土壤检测应用的离子选择性电极离子转移和响应缓慢等问题本发明具有如下益效果如下：

1、提高离子吸附速度：通过振荡旋转的方法，保证土壤溶液与离子膜充分接触和撞击，提高土壤中离子被离子膜吸附的效率；同时，采用双工位布局，提高振荡效率，方便流程切换；

2、促进离子充分转移和吸附：采用固定装置后，安装到固定位置吸附进行吸附，避免离子膜与土壤颗粒产生相对静止运动，提高接触机会和撞击强度，保证吸附效果。同时便于仪器进行检测，保证检测准确性；

3、提高适配能力：振荡采用步进电机进行闭环控制，整个过程速度和强度可控，不受样品负载影响，保证振荡效果一致性，可对不同数量、不同容量的土壤样品进行处理，同时保证检测结果一致性；

4、提高测量准确度采用自动定量给水，给水量根据土壤样品多少调控，提高给水准确性和一致性，保证检测结果的高精度，同时大大降低人工劳动强度；

5、降低成本：活塞式吸注水方案，结构简单效率高，成本低，免维护；

6、设置插拔式储水箱，方便接水和清洗；

7、操作简单，降低劳动，提高处理效率，降低操作者使用门槛。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.离子膜振荡吸附设备，其特征在于，包括：

壳体总成；所述壳体总成包括：底板，与所述底板相连的外壳，所述外壳包括：面板总成，设置于所述面板总成底部一侧的前壳，所述面板总成包括：触摸屏、分别与振荡总成电性连接的左按钮和右按钮，所述外壳一侧设置有接水台，所述接水台上开设有杯体容置腔，所述接水台内侧设置有感应开关；

振荡总成，设置于所述壳体总成；所述振荡总成包括：与所述底板相连的下轴座，所述下轴座上设置有第二步进电机，其输出端与偏心轴相连，分别与所述下轴座和所述偏心轴相连的第二轴承，所述偏心轴上还设有第一轴承，所述第一轴承与上轴座相连，所述上轴座上设置有橡胶碗，所述橡胶碗通过第二压环与所述前壳相连，所述橡胶碗的顶部设置有海绵扣，所述海绵扣内设置有固定海绵，以共同构成样品杯座；

若干个样品杯结构，分别与所述振荡总成相连；

膜卡扣总成，设置于所述样品杯结构内，用于定位和夹紧离子膜；所述样品杯结构包括：杯体，所述杯体的顶部设置有杯盖，所述杯盖上设置有向所述杯体内延伸的两卡扣，两所述卡扣相对设置，两所述卡扣之间设置有所述膜卡扣总成；所述膜卡扣总成包括：相对设置的上压片和下压片，所述上压片和所述下压片之间设置有离子膜，所述上压片上分别设置有限位柱和上卡扣，所述下压片上分别设置有限位孔和下卡扣，所述限位柱与所述限位孔相连，所述上卡扣与所述下卡扣相连；

水箱结构，与所述壳体总成可拆卸连接，且与所述振荡总成相对设置；及

定量给水结构，设置于所述壳体总成内部，且与所述水箱结构相连，用于自动定量给水。

2.根据权利要求1所述的离子膜振荡吸附设备，其特征在于，所述壳体总成内设置有电控系统，所述电控系统包括：主板、以及从上至下依次设置有第一步进驱动器、第二步进驱动器和第三步进驱动器、插座总成和开关电源，所述主板分别与所述第一步进驱动器、所述第二步进驱动器和所述第三步进驱动器、所述插座总成和所述开关电源电性连接。

3.根据权利要求1所述的离子膜振荡吸附设备，其特征在于，所述水箱结构包括：管路总成，所述管路总成包括：设置于所述底板上的取水座，所述取水座上设置有水箱壳，所述水箱壳顶部设置有水箱盖，所述水箱壳靠近所述水箱盖一侧设置有水箱把手。

4.根据权利要求3所述的离子膜振荡吸附设备，其特征在于，所述取水座上设置有连接座，所述连接座通过螺纹与转接头相连，所述转接头另一端与进水管相连，所述转接头顶部设置有凸顶，所述水箱壳通过弹簧设置有阀芯，所述水箱壳分别通过第一密封圈和两第三密封圈与所述连接座密封连接；

当水箱壳下压时，凸顶接近并推动阀芯带动弹簧压缩，阀芯打开，阀芯密封面脱离接触，水路通；当水箱壳上提时，凸顶远离阀芯，弹簧回弹，推动阀芯向下运动，阀芯密封面接触，水路断。

5.根据权利要求1所述的离子膜振荡吸附设备，其特征在于，所述定量给水结构包括：注水总成，所述注水总成包括：与所述壳体总成相连的第一固定板，所述第一固定板上设置有第一步进模组和两第一注射器固定座，所述第一步进模组包括：第一步进电机，所述第一步进电机与第一丝杆相连，所述第一丝杆上设置有第一滑块，所述第一滑块与第一导轨相连，两所述第一注射器固定座上设置有第一注射器，所述第一滑块通过第一活塞固定座与第一活塞相连，所述第一固定板通过第一限位开关座与第一限位开关相连。

6.根据权利要求5所述的离子膜振荡吸附设备，其特征在于，所述第一注射器通过吸水管与电磁阀的公共端相连，所述电磁阀的常开端通过出水管与出水口相连，其常闭端通过进水管与转接头连接，转接头又通过连接座与水箱连接；

当电磁阀断电时，常闭端保持，水源关闭；当电磁阀通电时，常闭端打开，水源打开。

7.离子膜振荡吸附设备的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将装附有膜卡扣总成的杯盖安装到杯体上，将样品杯插入到固定海绵对应的孔洞中，按下左按钮，振荡总成启动，开始振荡；

步骤二、在预设速度下，振荡总成按照预设速度进行旋转振荡，当转动圈数到达设定圈数后振荡总成停止，主板会发出提示音，拿出样品杯，打开杯盖，将装附有膜卡扣总成的杯盖直接进行冲洗干净；

步骤三、振荡时，第二步进电机驱动偏心轴在第二轴承的限位下进行旋转，带动偏心轴上半部分进行偏心转动，进而带动安装在上轴座上的样品杯座进行偏心转动，进一步带动样品杯偏心振动；

步骤四、吸附过程中，由于离子膜由膜卡扣总成进行固定后又固定在杯盖上，当开始振荡后，固定位置的离子膜在相同转速、圈数条件下，不同数量、不同容量和不同工位的离子膜均能实现同等条件的吸附过程。