一種重金屬污染場(chǎng)地檢測裝置的設計研究論文
我國是土地資源匱乏的大國，人口密集，可用土壤資源緊張。而土壤污染卻越來(lái)越嚴重。部分地區嚴重污染，土壤重污染區和高風(fēng)險區分布廣泛。有統計調查稱(chēng)，我國受鎘、鉻、鉛等重金屬污染的耕地面積已達到2000 萬(wàn)公頃，占全國總耕地面積的1/5。即使是工業(yè)區與城市，鉻污染的程度也不容小覷。土壤污染帶來(lái)一系列的農作物食品安全問(wèn)題以及復雜的區域性中毒現象等，全國范圍內頻發(fā)重金屬中毒的緊急事件，嚴重威脅人民健康與生存環(huán)境。
對于土壤污染物檢測這個(gè)問(wèn)題，國內外都進(jìn)行了很多的研究與發(fā)明。就國外來(lái)說(shuō)，國外早已將先進(jìn)的科學(xué)應用于土壤環(huán)境探測中，其自動(dòng)化程度已經(jīng)領(lǐng)先世界其他國家的相關(guān)研究。在自動(dòng)化技術(shù)開(kāi)始廣泛應用的20 年代后期，國外針對于農業(yè)生產(chǎn)的土壤探測開(kāi)始進(jìn)入自動(dòng)化監測網(wǎng)絡(luò )時(shí)代，并快速實(shí)現了商品化、規�；�，并廣泛應用于各種土壤指標探測中。這種自動(dòng)化土壤探測技術(shù)速度快、容量大，很快開(kāi)始廣泛應用于各種土壤指標的探測中。在重金屬檢測方面，國內的研究主要集中在一些金屬礦產(chǎn)探測方面。用這種探測金屬礦產(chǎn)的裝置進(jìn)行重金屬污染方面的勘測，會(huì )出現各種問(wèn)題。包括探測深度的不同、檢測濃度的差別等。針對重金屬污染，我們需要一種能夠更精確檢測污染源的裝置。
1 相關(guān)方法原理介紹與選擇
在重金屬檢測方面，相關(guān)檢測方法有電磁法、激發(fā)極化法、電阻率法等。
(1)電磁法：電磁法又叫做電磁感應法。它是根據巖石、礦石導電性和導磁性差異，利用電磁感應原理進(jìn)行勘探與檢測。其工作方式是：對地注入磁場(chǎng)，當土地中存在導電介質(zhì)時(shí)，在對地輸入的交變電磁場(chǎng)的作用下，土壤中的導電重金屬將由電磁感應現象產(chǎn)生電流，感應電流再次在周?chē)a(chǎn)生磁場(chǎng)二次場(chǎng)的出現會(huì )干擾一次場(chǎng)，最終產(chǎn)生一個(gè)新的磁場(chǎng)，我們就根據這個(gè)新的磁場(chǎng)進(jìn)行對地下重金屬污染情況的.判斷。電磁法非常適用對金屬礦的探測。
(2)電阻率法：土壤、巖石以及礦石的導電性具有各種各樣的差異，在土壤周?chē)斯そ㈦妶?chǎng)，觀(guān)測與研究電阻率的不同，因此電阻率法的本質(zhì)就是勘測過(guò)程中通過(guò)對電阻率的識別來(lái)進(jìn)行土壤、地質(zhì)的勘測。
(3)激發(fā)極化發(fā)：是電法勘測的一種。就是對地注入電流，根據導電介質(zhì)的激發(fā)極化效應勘測。它包括時(shí)間域與頻率域法兩種。其中注入交流電就是頻率域法，也稱(chēng)交流激發(fā)極化;注入直流電則叫做時(shí)間域法，也叫做直流激發(fā)極化。
2 時(shí)間域數學(xué)模型
時(shí)間域測量的理論基礎是：ΔU1是人工電流帶來(lái)的電勢，ΔU2是土壤極化之后產(chǎn)生的電勢。ΔU(T)則是ΔU1和ΔU2疊加的電變化值，據圖可知，其值先增大、再趨于一個(gè)穩定值。斷電后，ΔU1消失，ΔU2的則慢慢消失，該變化過(guò)程用ΔU2 ( t)表示。
主要參數為極化率η：激電電阻率G：激電電導率J：
3 整體檢測的設計
文章設計的硬件電路包括：DSP 及外圍電路、AD 及其外圍器件和外圍電路、信號采集電路、通信接口電路和電源電路等等。核心處理器選擇TMS320F2812，AD 則選擇AD73360。
4 現場(chǎng)測試方法
探測方法包括兩種：
(1)地表測量。這是一種傳統的土壤探測方法，其具體實(shí)現過(guò)程非常復雜：它采取的仍然是鉆孔、布局探測器的傳統工藝。其原理是通過(guò)一個(gè)個(gè)的供電電極和測量電極來(lái)獲取不同地點(diǎn)之間的電勢差，進(jìn)而得到整體測量地區的電阻率布局。該研究方法在鉆進(jìn)過(guò)程耗費大量人力物力，且更適用于較深礦產(chǎn)、地質(zhì)探測。
(2)電阻率測井測量。地表測量是只在地表布局供電電極向地下傳導穩定直流電流，人為設置電場(chǎng)，也是通過(guò)測量一個(gè)個(gè)電極電極之間的電勢差來(lái)達到勘測效果。地表測量方式工藝簡(jiǎn)單，省時(shí)省力且更適合像污染物勘測這樣埋藏較淺的異物探測。因此，選擇電阻率測井測量。
5 結束語(yǔ)
綜上所述，文章介紹了我國重金屬污染情況，說(shuō)明了研發(fā)重金屬污染檢測裝置的重要性，為一種重金屬污染探測裝置提出了明確的設計方案。該設計將很好的解決我國重金屬污染難以探測的問(wèn)題，為進(jìn)一步的研發(fā)奠定基礎。
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