CN116466042A - 一种土壤内挥发性有机物的检测系统及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及土壤污染检测领域，公开了一种土壤内挥发性有机物的检测系统及检测方法，通过第一检测杆和第二检测的设置，在原地对土壤进行气体检测，相较于现有技术具有非常高的时效性，即能够快速获得检测结果，为后续土壤内挥发性有机物的去除提供参考，第一检测杆进行初检，初步确定采样位置处是否存在挥发性有机物气体，并且利用外管对内管通入载流气，起到疏通内管作用的同时还能够辅助鼓出采样土壤内携带的挥发性有机物气体，提高检测的灵敏性并促进持续作业，以快速确定二次检测的深度，结合第二检测杆的设置，将载流气鼓入第二检测杆，促使挥发性有机物气体向第二检测杆流通，提高气体浓度检测的准确程度并减少堵塞问题的产生。
Description
技术领域
本发明涉及土壤污染检测领域，更具体的说是涉及一种土壤内挥发性有机物的检测系统及检测方法。
背景技术
挥发性有机物是指室温下饱和蒸汽压超过70.91P土壤内挥发性有机物的检测系统或沸点小于260℃的有机物，是石油、化工、制药、印刷、建材、喷涂等行业排放的最常见污染物。挥发性有机物可以气相或者液相的形态存在于土壤内。在一般土壤中，土壤气主要包含了氮气、氧气、二氧化碳等。在部分地下环境中，一些污染气体会扩散进入土壤气，例如垃圾掩埋场、采矿和石油所产生的挥发性有机物(VOCs)等。涉及有毒有害物质的土壤气体可以扩散进入建筑物中，从而对人体健康产生影响。
在污染场地挥发性有机物的检测过程中，通常采用薄壁取土器对原状土进行采样，而后对样品进行密封保存并输送至实验室进行检测。然而在实际操作过程中，土壤的挖掘与扰动容易导致土壤气的挥发，进而导致检测结果差异较大，并且对土壤进行采样而后运输至实验室进行检测的过程会耗费较长的时间。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种土壤内挥发性有机物的检测系统，用于克服现有技术中的上述缺陷。
为实现本发明的第一目的，本发明提供了如下技术方案：
一种土壤内挥发性有机物的检测系统，包括支架，所述支架上设置有
第一检测杆，所述第一检测杆包括内管和外管，所述外管套设于所述内管的外部，所述内管的一端开设有流通口，所述内管和外管之间连通有进气口，所述外管外设置有供气装置以向外管内通入载流气，
第二检测杆，所述第二检测杆和第一检测杆之间倾斜设置，当所述第二检测杆的下端部靠近所述第一检测杆的下端部时，所述第一检测杆输出载流气至第二检测杆，
驱动组件，所述驱动组件用于带动第一检测杆和第二检测杆下探，
气体检测组件，所述气体检测组件分别与内管和第二检测杆相连通，所述气体检测组件抽取内管或者第二检测杆内气体以获取挥发性气体浓度。
在本发明中，优选的，所述检测系统包括
环境获取模块，所述环境获取模块获取环境参数以定义为环境数据，所述环境参数包括当前气温、风力、历史降水；
土壤信息获取模块，所述土壤信息获取模块拍摄土壤的图像以定义为土壤图像信息，并从土壤图像信息内提取土壤数据，所述土壤数据包括土壤颗粒数据和土壤颜色数据，所述土壤颗粒数据反映土壤表面颗粒的平均大小，所述土壤颜色数据反映土壤表面的颜色；
控制模块，所述控制模块控制驱动组件以预设下探速度驱动第一检测杆下探，所述供气装置持续向外管通入载流气并使气体检测单元判断内管内挥发性气体的有无，当检测到存在挥发性气体时，所述气体检测单元获取气体浓度以得到气体预检浓度并生成深度检测信号，并控制供气装置和驱动组件停止工作，所述气体预检浓度反应第一检测杆上流通口位置处的挥发性气体的实际浓度，
深度测量模块，所述深度测量模块获取深度检测信号并获取深度数据，所述深度数据反映第一检测杆的流通口距离地表的距离大小，
处理模块，所述处理模块获取所述环境数据、土壤数据、气体预检浓度以及深度数据并输入训练好的深度浓度模型以获得预测深度值并生成深度信号至控制模块，所述预测深度值反映理论上气体浓度达到最大值时的深度，所述控制模块令驱动组件驱动所述第一检测杆、第二检测杆下探至预测深度值位置，而后供气装置供气以使载流气经外管到达第二检测杆，气体检测单元采集第二检测杆的挥发性气体浓度以定义为实际测量浓度。
在本发明中，优选的，所述第一检测杆内设置有挡板组件，所述挡板组件包括感应件、固定件、滑动件和传动滑块，
所述滑动件滑动连接于所述外管内壁内，所述传动滑块呈环状并滑动连接于内管和外管之间，所述传动滑块依靠两侧压强差在外管内进行滑动，所述传动滑块与滑动部固定连接以带动滑动件同步滑动，
所述固定件固定连接于外管上并用于限制传动滑块的移动，当所述第二检测杆的下端部靠近第一检测杆的下端部时，所述感应件触发以使固定件释放传动滑块，
所述滑动件贯穿所述外管的靠近流通口的一端，所述滑动件包括挡板部、柔性支撑部和滑动部，所述柔性支撑部可弯曲并连接于挡板部和滑动部之间，当所述滑动部在所述外管内滑动时，所述滑动部能够推动挡板部外露于外管以将载流气导向第二检测杆。
在本发明中，优选的，所述传动滑块设置为橡胶弹性件，所述橡胶弹性件上开设有泄压孔，当所述泄压孔沿孔径方向受到挤压时，所述橡胶弹性件能够产生弹性形变以改变泄压孔的流通孔径，
所述外管内沿长度方向设置有扩孔组，所述扩孔组与所述泄压孔一一对应，所述扩孔组包括若干扩孔杆，同一所述扩孔组的扩孔杆之间呈圆锥状分布，当所述传动滑块向靠近流通口的方向滑动时，所述扩孔杆和泄压孔之间的挤压减小以泄压孔的流通孔径。
在本发明中，优选的，所述支架包括第一支座和第二支座，所述第一支座和第二支座之间的间距可相对调节，所述第一检测杆滑动安装于所述第一支座上，所述第二检测杆滑动安装于所述第二支座上，
所述驱动组件包括设置于第一支座上的第一电机、第一驱动齿轮和第一驱动套环，所述第一驱动齿轮和所述第一驱动套环之间相互啮合且均与所述第一支座转动连接，所述第一电机的输出轴与所述第一驱动齿轮同轴固定连接，所述第一驱动套环套设于所述第一检测杆的外部，且所述第一驱动套环套和所述第一检测杆之间螺纹连接，当所述第一驱动套环转动时，所述第一检测杆能够沿自身长度方向滑动，
所述驱动组件包括设置于第二支座上的第二电机、第二驱动齿轮和第二驱动套环，所述第二驱动齿轮和所述第二驱动套环之间相互啮合且均与所述第二支座转动连接，所述第二电机驱动所述第二驱动齿轮旋转，所述第二驱动套环套设于所述第二检测杆的外部，且所述第二驱动套环套和所述第二检测杆之间螺纹连接，当所述第二驱动套环转动时，所述第二检测杆能够沿自身长度方向滑动。
在本发明中，优选的，所述处理模块配置有操作判断策略，所述操作判断策略具体为，获取并判断所述预测深度值是否符合预设的检测区间，若所述预测检测深度小于预设的检测区间的下限则生成第一终止信号以提示深度过浅，若所述预测检测深度符合预设的检测区间的下限则生成第二检测信号至控制模块，若所述预测检测深度超过预设的检测区间的上线则生成第二终止信号以提示深度过限。
在本发明中，优选的，所述处理模块配置有浓度转换策略以将实际测量浓度转化为目标浓度，所述浓度转换策略具体为，以感应件触发后的预设等待时长为采集时刻起点，长度为预设测量时长为时间跨度，采集供气装置的平均供气速度、气体检测组件的气体抽取速度以及气体检测单元的平均测量浓度，所述平均测量浓度表示实际测量浓度的均值，经平均供气速度、气体抽取速度、平均测量浓度换算得到所述目标浓度。
在本发明中，优选的，所述检测系统配置有模型更新策略，所述模型更新策略具体包括：依据深度浓度模型获取理论浓度极值，所述理论浓度极值反应理论上预测深度值位置处的气体浓度，比较所述实际测量浓度和理论浓度极值，若两者的差值大小大于预设的差值，则剔除这一数据并提示重新检测，若两者的差值大小小于或等于预设的差值，则将实际测量浓度作为新的理论浓度极值，作为一组数据补入深度浓度模型的训练集内。
在本发明中，优选的，所述土壤信息获取模块配置有颗粒数据提取策略，具体包括：将土壤图像信息划分为若干个矩形块并获取各个矩形块的灰度值，计算矩形块的灰度均值，比较每一矩形块的灰度值与灰度均值，若灰度值大于灰度均值则将对矩形块赋第一灰度值，若灰度值小于或等于灰度均值则对该矩形块的赋第二灰度值，所述第一灰度值大于灰度均值，灰度均值大于第二灰度值，以实现土壤图像信息的二值化，将灰度值相同的矩形块合并为同色区域，计算灰度值为第一灰度值的同色区域数量以及各同色区域的面积之和以获取平均同色区域的面积大小，所述同色区域的面积大小反映土壤图像信息中土壤颗粒的平均大小。
为实现本发明的第二目的，本发明提供了如下技术方案：
一种土壤内挥发性有机物的检测方法，提供一种土壤内挥发性有机物的检测系统，包括环境获取模块，土壤信息获取模块，控制模块，深度测量模块，处理模块以及支架，所述支架上设置有第一检测杆，第二检测杆，驱动组件和气体检测组件，所述第一检测杆包括内管和外管，所述外管套设于所述内管的外部，所述内管的一端开设有流通口，所述内管和外管之间连通有进气口，所述外管外设置有供气装置以向外管内通入载流气，所述第二检测杆和第一检测杆之间倾斜设置，当所述第二检测杆的下端部靠近所述第一检测杆的下端部时，所述第一检测杆输出载流气至第二检测杆，所述驱动组件用于带动第一检测杆和第二检测杆下探，所述气体检测组件分别与内管和第二检测杆相连通，所述气体检测组件抽取内管或者第二检测杆内气体以获取挥发性气体浓度，
所述检测方法包括：
步骤一，在地表架设支架，土壤信息获取模块拍摄土壤的图像以定义为土壤图像信息，并从土壤图像信息内提取土壤数据，所述土壤数据包括土壤颗粒数据和土壤颜色数据，所述土壤颗粒数据反映土壤表面颗粒的平均大小，所述土壤颜色数据反映土壤表面的颜色，环境获取模块获取环境参数以定义为环境数据，所述环境参数包括当前气温、风力、历史降水，
步骤二，所述控制模块控制驱动组件以预设下探速度驱动第一检测杆下探，所述供气装置持续向外管通入载流气，载流气经外管、进气口和内管并到达气体检测组件并利用气体检测单元判断内管内挥发性气体的有无，当检测到存在挥发性气体时，所述气体检测单元获取气体浓度以得到气体预检浓度并生成深度检测信号，并控制供气装置和驱动组件停止工作，所述气体预检浓度反应第一检测杆上流通口位置处的挥发性气体的实际浓度，
深度测量模块获取深度检测信号并获取深度数据，所述深度数据反映第一检测杆的流通口距离地表的距离大小；
步骤三，处理模块获取所述环境数据、土壤数据、气体预检浓度以及深度数据并输入训练好的深度浓度模型以获得预测深度值并生成深度信号至控制模块，所述预测深度值反映理论上气体浓度达到最大值时的深度；
步骤四，所述控制模块接收所述深度信号并驱动组件驱动所述第一检测杆、第二检测杆下探至预测深度值位置，而后供气装置供气以使载流气经外管到达第二检测杆，气体检测单元采集第二检测杆的挥发性气体浓度以定义为实际测量浓度。
本发明的有益效果：
1、本发明通过第一检测杆和第二检测的设置，在原地对土壤进行气体检测，相较于现有技术中采样-运输-实验室检测的方式具有非常高的时效性，即能够快速获得检测结果，为后续土壤内挥发性有机物的去除提供参考；
2、本发明通过第一检测杆进行初检，初步确定采样位置处是否存在挥发性有机物气体，并且利用外管对内管通入载流气，起到疏通内管作用的同时还能够辅助鼓出采样土壤内携带的挥发性有机物气体，提高检测的灵敏性并促进持续作业，以快速确定二次检测的深度，结合第二检测杆的设置，在第二检测杆下探的过程中，第二检测杆为单层设置，其外径小于第一检测杆，能够减少气体的溢出，另外第一检测杆能够将载流气鼓入第二检测杆，促使挥发性有机物气体向第二检测杆流通，提高气体浓度检测的准确程度并减少堵塞问题的产生；
3、本发明通过挡板组件的设置，利用挡板部对输出的载流气提供导向作用，促进载流气向靠近第二检测杆的方向流通，提高检测的准确程度，并且挡板部的驱动无需增加额外的驱动源，利用供气装置即可同步实现供气以及驱动传动滑块移动两个功能，考虑到挡板部的伸出还会受到土壤的挤压，泄压孔的流通孔径设置为变化的，提高驱动效果。
附图说明
图1是本发明的主视结构示意图；
图2是本发明中第一检测杆在第一状态下的局部剖视结构示意图；
图3是图2中A处的局部放大示意图；
图4是本发明中第一检测杆在第二状态下的局部剖视结构示意图；
图5是本发明的系统架构图。
附图标记：
1、第一检测杆；101、流通口；102、进气口；11、内管；12、外管；121、供气装置；13、滑动件；131、挡板部；132、柔性支撑部；133、滑动部；14、传动滑块；141、泄压孔；15、扩孔杆；16、拉绳；2、第二检测杆；31、第一支座；311、第一电机；312、第一驱动齿轮；313、第一驱动套环；32、第二支座；321、第二电机；322、第二驱动齿轮；323、第二驱动套环；4、气体检测组件；41、气体检测单元；5、环境获取模块；6、土壤信息获取模块；7、控制模块；8、深度测量模块；9、处理模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1：
请同时参见图1至图5，本实施例提供了一种土壤内挥发性有机物的检测系统，包括支架，支架上设置有第一检测杆1，第二检测杆2，驱动组件和气体检测组件4。驱动组件用于带动第一检测杆1和第二检测杆2下探。气体检测组件4包括气体检测单元41，并通过抽取气体以进行挥发性气体浓度检测。
首先支架部分，请参见图1，支架包括第一支座31和第二支座32，其中第一检测杆1滑动安装于第一支座31上，第一检测杆1的外壁上开设有第一滑槽(图中未示出)，第一支座31内设置有第一滑块(图中未示出)，第一检测杆1和第一支座31通过第一滑槽和第二滑块滑动连接，并且第一检测杆1的滑动方向为竖向。第二检测杆2滑动安装于第二支座32上，第二检测杆2和第二支座32的连接方式同上，区别在于第二检测杆2与第一检测杆1之间存在夹角，并且第二检测杆2的驱动方向为沿自身长度方向。第一支座31和第二支座32之间的间距可相对调节，为了便于控制第一检测杆1和第二检测杆2的间距，将第一支座31和第二支座32通过一带长度标记的伸缩杆进行连接。
驱动组件包括设置于第一支座31上的第一电机311、第一驱动齿轮312和第一驱动套环313。第一驱动套环313和第一驱动齿轮312均与第一支座31转动连接，第一驱动套环313的外围分布有若干连续的第一齿形部，第一驱动齿轮312与第一齿形部相互啮合。第一电机311的输出轴与第一驱动齿轮312同轴固定连接，第一驱动套环313套设于第一检测杆1的外部，且第一驱动套环313套和第一检测杆1之间螺纹连接，当第一驱动套环313转动时，第一检测杆1能够沿自身长度方向滑动。
驱动组件包括设置于第二支座32上的第二电机321、第二驱动齿轮322和第二驱动套环323，第二驱动齿轮322和第二驱动套环323均与第二支座32转动连接，第二驱动套环323的外围分布有若干连续的第二齿形部，第二驱动齿轮322与第二齿形部相互啮合。第二电机321驱动第二驱动齿轮322旋转，第二驱动套环323套设于第二检测杆2的外部，且第二驱动套环323套和第二检测杆2之间螺纹连接，当第二驱动套环323转动时，第二检测杆2能够沿自身长度方向滑动。
针对第一检测杆1和第二检测杆2的结构部分，请参照图2，第一检测杆1包括内管11和外管12，外管12套设于内管11的外部，内管11的一端开设有流通口101，内管11和外管12之间连通有进气口102，外管12外设置有供气装置121以向外管12内通入载流气。第二检测杆2和第一检测杆1之间倾斜设置，当第二检测杆2的下端部靠近第一检测杆1的下端部时，第一检测杆1输出载流气至第二检测杆2。气体检测组件4分别与内管11和第二检测杆2相连通气体检测组件4抽取内管11或者第二检测杆2内气体以获取挥发性气体浓度。在第一检测杆1内部，载流气有两种流通方式，一是由外管12经进气口102并从内管11流向气体检测组件4，此时气体检测装置检测由第一检测杆1流出气体，二是由外管12经进气口102并从内管11的流通口101流出并进入第二检测杆2内，最后到达气体检测组件4，此时气体检测装置检测由第二检测杆2流出气体。通入载流气的方式能够疏通在第一检测杆1的内管11或者第二检测杆2，减少堵塞产生的可能，并且能够用于缓解采样过程中产生的气体散溢问题，利用载流气将气体带向第二检测杆2，提高气体检测的准确程度。
第一检测杆1内设置有挡板组件，请参见图2至图4，挡板组件包括感应件、固定件、滑动件13和传动滑块14。当第二检测杆2的下端部靠近第一检测杆1的下端部时，感应件触发以使固定件释放传动滑块14。具体可以利用接近开关，例如在第二检测杆2下端部内置磁铁，在第一检测杆1的下端部设置霍尔元件，两者相互靠近可使得霍尔元件触发，固定件与感应件也就是霍尔元件电性连接。
滑动件13滑动连接于外管12内壁内，传动滑块14呈环状并滑动连接于内管11和外管12之间，传动滑块14依靠两侧压强差在外管12内进行滑动，传动滑块14与滑动部133固定连接以带动滑动件13同步滑动，固定件固定连接于外管12上并用于限制传动滑块14的移动，滑动件13贯穿外管12的靠近流通口101的一端，滑动件13包括挡板部131、柔性支撑部132和滑动部133，柔性支撑部132可弯曲并连接于挡板部131和滑动部133之间，当滑动部133在外管12内滑动时，滑动部133能够推动挡板部131外露于外管12以将载流气导向第二检测杆2。固定件可设置为伸缩的挂钩，传动滑块14远离挡板部131的一侧固定连接有拉绳16，也就是说当拉动拉绳16时可以使得挡板部131收回，拉绳16挂置在挂钩上，当感应件触发时，挂钩触发使得拉绳16脱离挂钩，此时传动滑块14就不受到限制，并依靠压强差进行滑动，带动挡板部131伸出。
具体请参照图3，传动滑块14设置为橡胶弹性件，橡胶弹性件上开设有泄压孔141，当泄压孔141沿孔径方向受到挤压时，橡胶弹性件能够产生弹性形变以改变泄压孔141的流通孔径，流通孔径的改变会改变两侧的压强，外管12内沿长度方向设置有扩孔组，扩孔组与泄压孔141一一对应，扩孔组包括若干扩孔杆15，同一扩孔组的扩孔杆15之间呈圆锥状分布，当传动滑块14向靠近流通口101的方向滑动时，扩孔杆15和泄压孔141之间的挤压减小以泄压孔141的流通孔径。
请参见图5，检测系统包括环境获取模块5，土壤信息获取模块6，控制模块7，深度测量模块8和处理模块9。环境获取模块5获取环境参数以定义为环境数据，环境参数包括当前气温、风力、历史降水。土壤信息获取模块6拍摄土壤的图像以定义为土壤图像信息，并从土壤图像信息内提取土壤数据，土壤数据包括土壤颗粒数据和土壤颜色数据，土壤颗粒数据反映土壤表面颗粒的平均大小，土壤颜色数据反映土壤表面的颜色。土壤信息获取模块6配置有颗粒数据提取策略，具体包括：将土壤图像信息划分为若干个矩形块并获取各个矩形块的灰度值，计算矩形块的灰度均值，比较每一矩形块的灰度值与灰度均值，若灰度值大于灰度均值则将对矩形块赋第一灰度值，若灰度值小于或等于灰度均值则对该矩形块的赋第二灰度值，第一灰度值大于灰度均值，灰度均值大于第二灰度值，以实现土壤图像信息的二值化，将灰度值相同的矩形块合并为同色区域，计算灰度值为第一灰度值的同色区域数量以及各同色区域的面积之和以获取平均同色区域的面积大小，同色区域的面积大小反映土壤图像信息中土壤颗粒的平均大小。二值化的作用是能够区分土壤图像信息中的暗部和亮部，用于凸显出土壤颗粒的边界，以便于计算土壤颗粒的大小。土壤颜色数据的获取，可以直接在土壤图像信息内任意选取多个点并采集RGB色值，计算均值并排除差异较大的点的RGB色值，而后重新计算排除点后的均值作为土壤颜色数据。
控制模块7控制驱动组件以预设下探速度驱动第一检测杆1下探，供气装置121持续向外管12通入载流气并使气体检测单元41判断内管11内挥发性气体的有无，当检测到存在挥发性气体时，气体检测单元41获取气体浓度以得到气体预检浓度并生成深度检测信号，并控制供气装置121和驱动组件停止工作，气体预检浓度反应第一检测杆1上流通口101位置处的挥发性气体的实际浓度。深度测量模块8获取深度检测信号并获取深度数据，深度数据反映第一检测杆1的流通口101距离地表的距离大小。处理模块9获取环境数据、土壤数据、气体预检浓度以及深度数据并输入训练好的深度浓度模型以获得预测深度值并生成深度信号至控制模块7，预测深度值反映理论上气体浓度达到最大值时的深度，控制模块7令驱动组件驱动第一检测杆1、第二检测杆2下探至预测深度值位置，而后供气装置121供气以使载流气经外管12到达第二检测杆2，气体检测单元41采集第二检测杆2的挥发性气体浓度以定义为实际测量浓度。
处理模块9配置有操作判断策略，操作判断策略具体为，获取并判断预测深度值是否符合预设的检测区间，若预测检测深度小于预设的检测区间的下限则生成第一终止信号以提示深度过浅，若预测检测深度符合预设的检测区间的下限则生成第二检测信号至控制模块7，若预测检测深度超过预设的检测区间的上线则生成第二终止信号以提示深度过限。
处理模块9配置有浓度转换策略以将实际测量浓度转化为目标浓度，浓度转换策略具体为，以感应件触发后的预设等待时长为采集时刻起点，长度为预设测量时长为时间跨度，采集供气装置121的平均供气速度、气体检测组件4的气体抽取速度以及气体检测单元41的平均测量浓度，平均测量浓度表示实际测量浓度的均值，经平均供气速度、气体抽取速度、平均测量浓度换算得到目标浓度。
检测系统配置有模型更新策略，模型更新策略具体包括：依据深度浓度模型获取理论浓度极值，理论浓度极值反应理论上预测深度值位置处的气体浓度，比较实际测量浓度和理论浓度极值，若两者的差值大小大于预设的差值，则剔除这一数据并提示重新检测，若两者的差值大小小于或等于预设的差值，则将实际测量浓度作为新的理论浓度极值，作为一组数据补入深度浓度模型的训练集内。
实施例2：
本实施例提供了一种土壤内挥发性有机物的检测方法，借助由实施例1中公开的一种土壤内挥发性有机物的检测系统进行操作，包括环境获取模块5，土壤信息获取模块6，控制模块7，深度测量模块8，处理模块9以及支架，支架上设置有第一检测杆1，第二检测杆2，驱动组件和气体检测组件4，第一检测杆1包括内管11和外管12，外管12套设于内管11的外部，内管11的一端开设有流通口101，内管11和外管12之间连通有进气口102，外管12外设置有供气装置121以向外管12内通入载流气，第二检测杆2和第一检测杆1之间倾斜设置，当第二检测杆2的下端部靠近第一检测杆1的下端部时，第一检测杆1输出载流气至第二检测杆2，驱动组件用于带动第一检测杆1和第二检测杆2下探，气体检测组件4分别与内管11和第二检测杆2相连通，气体检测组件4抽取内管11或者第二检测杆2内气体以获取挥发性气体浓度。
检测方法包括：
步骤一，在地表架设支架，土壤信息获取模块6拍摄土壤的图像以定义为土壤图像信息，并从土壤图像信息内提取土壤数据，土壤数据包括土壤颗粒数据和土壤颜色数据，土壤颗粒数据反映土壤表面颗粒的平均大小，土壤颜色数据反映土壤表面的颜色，环境获取模块5获取环境参数以定义为环境数据，环境参数包括当前气温、风力、历史降水。
步骤二，控制模块7控制驱动组件以预设下探速度驱动第一检测杆1下探，供气装置121持续向外管12通入载流气，载流气经外管12、进气口102和内管11并到达气体检测组件4并利用气体检测单元41判断内管11内挥发性气体的有无，当检测到存在挥发性气体时，气体检测单元41获取气体浓度以得到气体预检浓度并生成深度检测信号，并控制供气装置121和驱动组件停止工作，气体预检浓度反应第一检测杆1上流通口101位置处的挥发性气体的实际浓度，深度测量模块8获取深度检测信号并获取深度数据，深度数据反映第一检测杆1的流通口101距离地表的距离大小。
步骤三，处理模块9获取环境数据、土壤数据、气体预检浓度以及深度数据并输入训练好的深度浓度模型以获得预测深度值并生成深度信号至控制模块7，预测深度值反映理论上气体浓度达到最大值时的深度。
步骤四，控制模块7接收深度信号并驱动组件驱动第一检测杆1、第二检测杆2下探至预测深度值位置，而后供气装置121供气以使载流气经外管12到达第二检测杆2，气体检测单元41采集第二检测杆2的挥发性气体浓度以定义为实际测量浓度。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种土壤内挥发性有机物的检测系统，其特征在于：包括支架，所述支架上设置有
第一检测杆(1)，所述第一检测杆(1)包括内管(11)和外管(12)，所述外管(12)套设于所述内管(11)的外部，所述内管(11)的一端开设有流通口(101)，所述内管(11)和外管(12)之间连通有进气口(102)，所述外管(12)外设置有供气装置(121)以向外管(12)内通入载流气，
第二检测杆(2)，所述第二检测杆(2)和第一检测杆(1)之间倾斜设置，当所述第二检测杆(2)的下端部靠近所述第一检测杆(1)的下端部时，所述第一检测杆(1)输出载流气至第二检测杆(2)，
驱动组件，所述驱动组件用于带动第一检测杆(1)和第二检测杆(2)下探，
气体检测组件(4)，所述气体检测组件(4)分别与内管(11)和第二检测杆(2)相连通，所述气体检测组件(4)抽取内管(11)或者第二检测杆(2)内气体以获取挥发性气体浓度。
2.根据权利要求1所述的一种土壤内挥发性有机物的检测系统，其特征在于：所述检测系统包括
环境获取模块(5)，所述环境获取模块(5)获取环境参数以定义为环境数据，所述环境参数包括当前气温、风力、历史降水；
土壤信息获取模块(6)，所述土壤信息获取模块(6)拍摄土壤的图像以定义为土壤图像信息，并从土壤图像信息内提取土壤数据，所述土壤数据包括土壤颗粒数据和土壤颜色数据，所述土壤颗粒数据反映土壤表面颗粒的平均大小，所述土壤颜色数据反映土壤表面的颜色；
控制模块(7)，所述控制模块(7)控制驱动组件以预设下探速度驱动第一检测杆(1)下探，所述供气装置(121)持续向外管(12)通入载流气并使气体检测单元(41)判断内管(11)内挥发性气体的有无，当检测到存在挥发性气体时，所述气体检测单元(41)获取气体浓度以得到气体预检浓度并生成深度检测信号，并控制供气装置(121)和驱动组件停止工作，所述气体预检浓度反应第一检测杆(1)上流通口(101)位置处的挥发性气体的实际浓度，
深度测量模块(8)，所述深度测量模块(8)获取深度检测信号并获取深度数据，所述深度数据反映第一检测杆(1)的流通口(101)距离地表的距离大小，
处理模块(9)，所述处理模块(9)获取所述环境数据、土壤数据、气体预检浓度以及深度数据并输入训练好的深度浓度模型以获得预测深度值并生成深度信号至控制模块(7)，所述预测深度值反映理论上气体浓度达到最大值时的深度，所述控制模块(7)令驱动组件驱动所述第一检测杆(1)、第二检测杆(2)下探至预测深度值位置，而后供气装置(121)供气以使载流气经外管(12)到达第二检测杆(2)，气体检测单元(41)采集第二检测杆(2)的挥发性气体浓度以定义为实际测量浓度。
3.根据权利要求1所述的一种土壤内挥发性有机物的检测系统，其特征在于：所述第一检测杆(1)内设置有挡板组件，所述挡板组件包括感应件、固定件、滑动件(13)和传动滑块(14)，
所述滑动件(13)滑动连接于所述外管(12)内壁内，所述传动滑块(14)呈环状并滑动连接于内管(11)和外管(12)之间，所述传动滑块(14)依靠两侧压强差在外管内进行滑动，所述传动滑块(14)与滑动部(133)固定连接以带动滑动件(13)同步滑动，
所述固定件固定连接于外管(12)上并用于限制传动滑块(14)的移动，当所述第二检测杆(2)的下端部靠近第一检测杆(1)的下端部时，所述感应件触发以使固定件释放传动滑块(14)，
所述滑动件(13)贯穿所述外管(12)的靠近流通口(101)的一端，所述滑动件(13)包括挡板部(131)、柔性支撑部(132)和滑动部(133)，所述柔性支撑部(132)可弯曲并连接于挡板部(131)和滑动部(133)之间，当所述滑动部(133)在所述外管(12)内滑动时，所述滑动部(133)能够推动挡板部(131)外露于外管(12)以将载流气导向第二检测杆(2)。
4.根据权利要求3所述的一种土壤内挥发性有机物的检测系统，其特征在于：所述传动滑块(14)设置为橡胶弹性件，所述橡胶弹性件上开设有泄压孔(141)，当所述泄压孔(141)沿孔径方向受到挤压时，所述橡胶弹性件能够产生弹性形变以改变泄压孔(141)的流通孔径，
所述外管(12)内沿长度方向设置有扩孔组，所述扩孔组与所述泄压孔(141)一一对应，所述扩孔组包括若干扩孔杆(15)，同一所述扩孔组的扩孔杆(15)之间呈圆锥状分布，当所述传动滑块(14)向靠近流通口(101)的方向滑动时，所述扩孔杆(15)和泄压孔(141)之间的挤压减小以泄压孔(141)的流通孔径。
5.根据权利要求2所述的一种土壤内挥发性有机物的检测系统，其特征在于：所述支架包括第一支座(31)和第二支座(32)，所述第一支座(31)和第二支座(32)之间的间距可相对调节，所述第一检测杆(1)滑动安装于所述第一支座(31)上，所述第二检测杆(2)滑动安装于所述第二支座(32)上，
所述驱动组件包括设置于第一支座(31)上的第一电机(311)、第一驱动齿轮(312)和第一驱动套环(313)，所述第一驱动齿轮(312)和所述第一驱动套环(313)之间相互啮合且均与所述第一支座(31)转动连接，所述第一电机(311)的输出轴与所述第一驱动齿轮(312)同轴固定连接，所述第一驱动套环(313)套设于所述第一检测杆(1)的外部，且所述第一驱动套环(313)套和所述第一检测杆(1)之间螺纹连接，当所述第一驱动套环(313)转动时，所述第一检测杆(1)能够沿自身长度方向滑动，
所述驱动组件包括设置于第二支座(32)上的第二电机(321)、第二驱动齿轮(322)和第二驱动套环(323)，所述第二驱动齿轮(322)和所述第二驱动套环(323)之间相互啮合且均与所述第二支座(32)转动连接，所述第二电机(321)驱动所述第二驱动齿轮(322)旋转，所述第二驱动套环(323)套设于所述第二检测杆(2)的外部，且所述第二驱动套环(323)套和所述第二检测杆(2)之间螺纹连接，当所述第二驱动套环(323)转动时，所述第二检测杆(2)能够沿自身长度方向滑动。
6.根据权利要求2所述的一种土壤内挥发性有机物的检测系统，其特征在于：所述处理模块(9)配置有操作判断策略，所述操作判断策略具体为，获取并判断所述预测深度值是否符合预设的检测区间，若所述预测检测深度小于预设的检测区间的下限则生成第一终止信号以提示深度过浅，若所述预测检测深度符合预设的检测区间的下限则生成第二检测信号至控制模块(7)，若所述预测检测深度超过预设的检测区间的上线则生成第二终止信号以提示深度过限。
7.根据权利要求3所述的一种土壤内挥发性有机物的检测系统，其特征在于：所述处理模块(9)配置有浓度转换策略以将实际测量浓度转化为目标浓度，所述浓度转换策略具体为，以感应件触发后的预设等待时长为采集时刻起点，长度为预设测量时长为时间跨度，采集供气装置(121)的平均供气速度、气体检测组件(4)的气体抽取速度以及气体检测单元(41)的平均测量浓度，所述平均测量浓度表示实际测量浓度的均值，经平均供气速度、气体抽取速度、平均测量浓度换算得到所述目标浓度。
8.根据权利要求2所述的一种土壤内挥发性有机物的检测系统，其特征在于：所述检测系统配置有模型更新策略，所述模型更新策略具体包括：依据深度浓度模型获取理论浓度极值，所述理论浓度极值反应理论上预测深度值位置处的气体浓度，比较所述实际测量浓度和理论浓度极值，若两者的差值大小大于预设的差值，则剔除这一数据并提示重新检测，若两者的差值大小小于或等于预设的差值，则将实际测量浓度作为新的理论浓度极值，作为一组数据补入深度浓度模型的训练集内。
9.根据权利要求2所述的一种土壤内挥发性有机物的检测系统，其特征在于：所述土壤信息获取模块(6)配置有颗粒数据提取策略，具体包括：将土壤图像信息划分为若干个矩形块并获取各个矩形块的灰度值，计算矩形块的灰度均值，比较每一矩形块的灰度值与灰度均值，若灰度值大于灰度均值则将对矩形块赋第一灰度值，若灰度值小于或等于灰度均值则对该矩形块的赋第二灰度值，所述第一灰度值大于灰度均值，灰度均值大于第二灰度值，以实现土壤图像信息的二值化，将灰度值相同的矩形块合并为同色区域，计算灰度值为第一灰度值的同色区域数量以及各同色区域的面积之和以获取平均同色区域的面积大小，所述同色区域的面积大小反映土壤图像信息中土壤颗粒的平均大小。
10.一种土壤内挥发性有机物的检测方法，其特征在于：提供一种土壤内挥发性有机物的检测系统，包括环境获取模块(5)，土壤信息获取模块(6)，控制模块(7)，深度测量模块(8)，处理模块(9)以及支架，所述支架上设置有第一检测杆(1)，第二检测杆(2)，驱动组件和气体检测组件(4)，所述第一检测杆(1)包括内管(11)和外管(12)，所述外管(12)套设于所述内管(11)的外部，所述内管(11)的一端开设有流通口(101)，所述内管(11)和外管(12)之间连通有进气口(102)，所述外管(12)外设置有供气装置(121)以向外管(12)内通入载流气，所述第二检测杆(2)和第一检测杆(1)之间倾斜设置，当所述第二检测杆(2)的下端部靠近所述第一检测杆(1)的下端部时，所述第一检测杆(1)输出载流气至第二检测杆(2)，所述驱动组件用于带动第一检测杆(1)和第二检测杆(2)下探，所述气体检测组件(4)分别与内管(11)和第二检测杆(2)相连通，所述气体检测组件(4)抽取内管(11)或者第二检测杆(2)内气体以获取挥发性气体浓度，
所述检测方法包括：
步骤一，在地表架设支架，土壤信息获取模块(6)拍摄土壤的图像以定义为土壤图像信息，并从土壤图像信息内提取土壤数据，所述土壤数据包括土壤颗粒数据和土壤颜色数据，所述土壤颗粒数据反映土壤表面颗粒的平均大小，所述土壤颜色数据反映土壤表面的颜色，环境获取模块(5)获取环境参数以定义为环境数据，所述环境参数包括当前气温、风力、历史降水，
步骤二，所述控制模块(7)控制驱动组件以预设下探速度驱动第一检测杆(1)下探，所述供气装置(121)持续向外管(12)通入载流气，载流气经外管(12)、进气口(102)和内管(11)并到达气体检测组件(4)并利用气体检测单元(41)判断内管(11)内挥发性气体的有无，当检测到存在挥发性气体时，所述气体检测单元(41)获取气体浓度以得到气体预检浓度并生成深度检测信号，并控制供气装置(121)和驱动组件停止工作，所述气体预检浓度反应第一检测杆(1)上流通口(101)位置处的挥发性气体的实际浓度，
深度测量模块(8)获取深度检测信号并获取深度数据，所述深度数据反映第一检测杆(1)的流通口(101)距离地表的距离大小；
步骤三，处理模块(9)获取所述环境数据、土壤数据、气体预检浓度以及深度数据并输入训练好的深度浓度模型以获得预测深度值并生成深度信号至控制模块(7)，所述预测深度值反映理论上气体浓度达到最大值时的深度；
步骤四，所述控制模块(7)接收所述深度信号并驱动组件驱动所述第一检测杆(1)、第二检测杆(2)下探至预测深度值位置，而后供气装置(121)供气以使载流气经外管(12)到达第二检测杆(2)，气体检测单元(41)采集第二检测杆(2)的挥发性气体浓度以定义为实际测量浓度。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310511974.5A CN116466042A (zh) | 2023-05-08 | 2023-05-08 | 一种土壤内挥发性有机物的检测系统及检测方法 |
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| CN202310511974.5A CN116466042A (zh) | 2023-05-08 | 2023-05-08 | 一种土壤内挥发性有机物的检测系统及检测方法 |
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|---|---|
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| CN (1) | CN116466042A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117346716A (zh) * | 2023-12-05 | 2024-01-05 | 武汉科技大学 | 一种土壤真空抽提管道的尺寸测量方法及装置 |
-
2023
- 2023-05-08 CN CN202310511974.5A patent/CN116466042A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117346716A (zh) * | 2023-12-05 | 2024-01-05 | 武汉科技大学 | 一种土壤真空抽提管道的尺寸测量方法及装置 |
| CN117346716B (zh) * | 2023-12-05 | 2024-03-08 | 武汉科技大学 | 一种土壤真空抽提管道的尺寸测量方法及装置 |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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