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一種土壤性質與重金屬檢測平臺及使用方法技術

技術編號：43468964 閱讀：23 留言：0更新日期：2024-11-27 13:06

本發明專利技術涉及一種土壤性質與重金屬檢測平臺，包括用于插入地下采取土壤樣品的鉆進部、用于驅使鉆進部插入土壤內的驅動部以及高光譜儀，所述高光譜儀包括分體設置的高光譜儀主體和探測頭；所述探測頭與鉆進部底端連接，且所述探測頭與高光譜儀主體通信連接。一種土壤性質與重金屬檢測平臺的使用方法，通過將探測頭跟隨鉆進部一起插入地面以下，實時獲取土壤的光譜信息，進行原位檢測。以解決現有技術通過野外采取樣本和實驗室化學分析來實現土壤重金屬污染調查時，調查過程繁瑣、周期長，且只能獲得點位信息，難以快速有效確定土壤重金屬污染范圍的問題。

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【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及土壤性質與重金屬檢測，具體涉及一種土壤性質與重金屬檢測平臺及使用方法。

技術介紹

1、隨著社會的快速發展，各種工業活動，如礦物開采、金屬加工、化工生產等過程中廢棄物的排放造成土壤重金屬污染日益嚴重，并對農產品安全和人類健康造成了威脅，土壤重金屬污染防治已成為環境保護領域重要的任務之一。土壤性質是選擇重金屬污染治理技術的重要參考指標之一，土壤重金屬檢測是重金屬污染評價的前提和基礎，土壤性質和重金屬的檢測對土壤重金屬污染防治工作尤為重要。

2、原位土壤性質與重金屬檢測方法是在土壤重金屬污染調查領域具有更廣泛的前景。原位檢測方法依托于鉆進技術，將光譜傳感器與鉆探工藝相結合，能夠對檢測點位進行原位隨鉆隨探，實現檢測區域重金屬污染物的連續、原位檢測和記錄。高光譜遙感技術能夠快速獲取土壤樣品的反射光譜，不僅可以通過定性分析獲取土壤礦物類型，還可以通過建立反演模型估算重金屬含量。

3、現有技術中，傳統的土壤重金屬污染調查主要通過野外采取樣本和實驗室化學分析來實現，雖然檢測精度高，但是調查過程繁瑣、周期長，且只能獲得點位信息，難以快速有效確定土壤重金屬污染范圍。

技術實現思路

1、有鑒于此，本專利技術的目的在于提供一種土壤性質與重金屬檢測平臺及使用方法，以解決現有技術通過野外采取樣本和實驗室化學分析來實現土壤重金屬污染調查時，調查過程繁瑣、周期長，且只能獲得點位信息，難以快速有效確定土壤重金屬污染范圍的問題。

2、本專利技術通過以下技術方案實現：</p>

3、一種土壤性質與重金屬檢測平臺，包括用于插入地下采取土壤樣品的鉆進部、用于驅使鉆進部插入土壤內的驅動部以及高光譜儀，所述高光譜儀包括分體設置的高光譜儀主體和探測頭；

4、所述探測頭與鉆進部底端連接，且所述探測頭與高光譜儀主體通信連接。

5、進一步的，所述鉆進部包括呈豎直狀態的鉆桿、與鉆桿同軸轉動配合的套管，所述鉆桿外從頂端到底端纏繞且固定連接有螺旋葉片，且所述螺旋葉片外邊與套管內壁貼合；

6、所述驅動部用于驅使套管和鉆桿一起沿豎直方向運動，所述驅動部還用于驅使鉆桿于套管內轉動。

7、進一步的，所述螺旋葉片底端螺旋槽內固定連接有塑形箱，且通過所述塑形箱封堵螺旋槽；

8、所述塑形箱呈中空結構、且沿鉆桿旋轉方向的兩側壁開口并均與螺旋槽相連通；

9、所述探測頭與塑形箱背向鉆桿旋轉方向的端面頂邊固定連接，且通過所述探測頭豎直向下探測螺旋槽內的土壤樣品。

10、進一步的，所述塑形箱內設有相平行且沿豎直方向排布的兩個滾壓筒，兩個所述滾壓筒外圓面分別與塑形箱內頂面和塑形箱內底面貼合，且兩個所述滾壓筒之間設有縫隙；

11、兩個所述滾壓筒的兩端均分別與塑形箱內兩側壁轉動配合，且所述滾壓筒軸線與鉆桿軸線相交。

12、進一步的，兩個所述滾壓筒背向鉆桿的兩端均貫穿塑形箱背向鉆桿的側壁、且分別與相嚙合的兩個同步齒輪同軸固定連接；

13、兩個所述滾壓筒與鉆桿之間設有聯動組件，所述鉆桿于套管上轉動時通過聯動組件帶動兩個滾壓筒同步反向轉動。

14、進一步的，兩個所述滾壓筒外圓面上均固定連接有多個推進條，且多個所述推進條繞對應滾壓筒軸線呈環形陣列排布。

15、進一步的，所述聯動組件包括設于套管內且同軸固定連接的冠齒輪、與冠齒輪相嚙合的傳動齒輪，所述傳動齒輪與其中一個滾壓筒背向鉆桿的一端同軸固定連接，且所述鉆桿在鉆取土壤時兩個滾壓筒于背向探測頭的一側轉動靠近。

16、一種土壤性質與重金屬檢測平臺的使用方法，包括使用上述土壤性質與重金屬檢測平臺，使用方法如下：

17、s1、設備進場與調試：

18、在啟動之前，檢查鉆進部與驅動部的傳動連接是否穩定，檢查探測頭與高光譜儀主體之間信號傳輸是否穩定；確認所有安全裝置都處于工作狀態并且場地滿足安全要求；若地面部分存在硬化層，硬化區域需提前破除硬化層；

19、s2、鉆進和取樣：

20、驅動部驅使鉆進部豎直向下運動插入土壤內，連續采取土壤樣品，通過探測頭連續或間隔對土壤樣品進行檢測以獲取到土壤樣品的光譜信息，并傳輸至高光譜儀主體，通過高光譜儀主體對光譜信息進行處理和分析，經過處理的光譜數據生成高光譜圖像，得到不同土壤深度中土壤樣品中土壤的反射率圖譜；

21、s3、數據處理與分析：

22、對于土壤性質的確定，將測得的土壤反射率圖譜進行礦物光譜對照分析；在軟件內打開土壤的反射率圖譜，首先對目標圖譜進行尋峰，然后在標準庫中進行檢索，以確定土壤樣品的礦物類型；

23、對于重金屬含量的估算，對土壤反射率圖譜先進行預處理，對噪聲較大的波段進行剔除，并對光譜曲線進行平滑去噪；預處理后，對光譜曲線進行數學變換處理，以突出光譜特征；最后，將處理后的圖譜帶入模型估算重金屬含量。

24、進一步的，驅動部驅使鉆進部豎直向下運動時，鉆桿正向轉動，螺旋葉片底端棱邊切割土壤，并將土壤抬升進螺旋葉片的螺旋槽內，套管對螺旋槽進行側擋，限制土壤移出，以采集土壤樣品。

25、進一步的，螺旋葉片正向轉動，使土壤樣品順著螺旋葉片向上運動；同時兩個滾壓筒同步沿相反方向轉動，土壤樣品運動進入塑形箱內后，兩個滾壓筒對松散的土壤樣品擠壓塑形，使土壤樣品較為緊密規整并從兩個滾壓筒之間縫隙處移出，移動至探測頭正下方時，探測頭采集土壤樣品的光譜信息；

26、隨著鉆桿帶動螺旋葉片持續正向轉動，螺旋葉片內不斷采集對應土壤深度內的土壤樣品，并抬升套管內不同土壤深度中的土壤樣品持續向上運動，進而實時采集對應土壤深度中土壤樣品的光譜信息。

27、本專利技術的有益效果在于：

28、該一種土壤性質與重金屬檢測平臺,將高光譜儀主體和探測頭分體設置，并將探測頭與鉆進部底端連接，使探測頭跟隨鉆進部一起插入地面以下，通過將高光譜遙感技術與鉆探工藝相結合，同步實現鉆土取樣和土壤樣品反射率圖譜的采集，省去樣品轉運至實驗室檢測的復雜流程，提高土壤樣品檢測的效率。

29、一種土壤性質與重金屬檢測平臺的使用方法,通過采用高光譜儀快速獲取土壤樣品的反射率圖譜，通過對圖譜進行處理分析，以至于原位、快速獲取不同深度土壤樣品的重金屬含量，從而快速判斷土壤中重金屬含量的空間分布，以快速確定場地的重金屬污染程度和污染范圍，從而提高檢測效率。

30、本專利技術的其他優點、目標和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領域技術人員而言將是顯而易見的，或者可以從本專利技術的實踐中得到教導。本專利技術的目標和其他優點可以通過下面的說明書來實現和獲得。

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【技術保護點】

1.一種土壤性質與重金屬檢測平臺，其特征在于：包括用于插入地下采取土壤樣品的鉆進部、用于驅使鉆進部插入土壤內的驅動部以及高光譜儀，所述高光譜儀包括分體設置的高光譜儀主體(11)和探測頭(12)；

2.根據權利要求1所述的一種土壤性質與重金屬檢測平臺，其特征在于：所述鉆進部包括呈豎直狀態的鉆桿(21)、與鉆桿(21)同軸轉動配合的套管(22)，所述鉆桿(21)外從頂端到底端纏繞且固定連接有螺旋葉片(23)，且所述螺旋葉片(23)外邊與套管(22)內壁貼合；

3.根據權利要求2所述的一種土壤性質與重金屬檢測平臺，其特征在于：所述螺旋葉片(23)底端螺旋槽內固定連接有塑形箱(31)，且通過所述塑形箱(31)封堵螺旋槽；

4.根據權利要求3所述的一種土壤性質與重金屬檢測平臺，其特征在于：所述塑形箱(31)內設有相平行且沿豎直方向排布的兩個滾壓筒(32)，兩個所述滾壓筒(32)外圓面分別與塑形箱(31)內頂面和塑形箱(31)內底面貼合，且兩個所述滾壓筒(32)之間設有縫隙；

5.根據權利要求4所述的一種土壤性質與重金屬檢測平臺，其特征在于：兩

6.根據權利要求5所述的一種土壤性質與重金屬檢測平臺，其特征在于：兩個所述滾壓筒(32)外圓面上均固定連接有多個推進條，且多個所述推進條繞對應滾壓筒(32)軸線呈環形陣列排布。

7.根據權利要求5所述的一種土壤性質與重金屬檢測平臺，其特征在于：所述聯動組件包括設于套管(22)內且同軸固定連接的冠齒輪(34)、與冠齒輪(34)相嚙合的傳動齒輪(35)，所述傳動齒輪(35)與其中一個滾壓筒(32)背向鉆桿(21)的一端同軸固定連接，且所述鉆桿(21)在鉆取土壤時兩個滾壓筒(32)于背向探測頭(12)的一側轉動靠近。

8.一種土壤性質與重金屬檢測平臺的使用方法，其特征在于：包括使用權利要求7中所述土壤性質與重金屬檢測平臺，使用方法如下：

9.根據權利要求8所述的使用方法，其特征在于：驅動部驅使鉆進部豎直向下運動時，鉆桿(21)正向轉動，螺旋葉片(23)底端棱邊切割土壤，并將土壤抬升進螺旋葉片(23)的螺旋槽內，套管(22)對螺旋槽進行側擋，限制土壤移出，以采集土壤樣品。

10.根據權利要求9所述的使用方法，其特征在于：螺旋葉片(23)正向轉動，使土壤樣品順著螺旋葉片(23)向上運動；同時兩個滾壓筒(32)同步沿相反方向轉動，土壤樣品運動進入塑形箱(31)內后，兩個滾壓筒(32)對松散的土壤樣品擠壓塑形，使土壤樣品較為緊密規整并從兩個滾壓筒(32)之間縫隙處移出，移動至探測頭(12)正下方時，探測頭(12)采集土壤樣品的光譜信息；

...

【技術特征摘要】

5.根據權利要求4所述的一種土壤性質與重金屬檢測平臺，其特征在于：兩個所述滾壓筒(32)背向鉆桿(21)的兩端均貫穿塑形箱(31)背向鉆桿(21)的側壁、且分別與相嚙合的兩個同步齒輪(33)同軸固定連接；

6.根據權利要求5所述的一種土壤性質與重金屬檢測平臺，其特征在于：兩個所述...

【專利技術屬性】
技術研發人員：向羅京，李哲泳，張強，呂翠，蔡忠麗，崔昊陽，蘇瑜舒，蔡俊雄，
申請(專利權)人：湖北省生態環境科學研究院省生態環境工程評估中心，
類型：發明
國別省市：

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