1.一种土壤重金属含量的检测装置,其特征在于,所述检测装置包括:传感器,放大器,A/D转换器,以及单片微型计算机;在检测时,传感器中填装有采集得到的土壤试样。
2.一种基于DDS的土壤重金属含量的检测装置,其特征在于,所述检测装置包括:
传感器,直接数字式频率合成器(Direct Digital Synthesizer,DDS),电流采样器,仪用放大器,A/D转换器,接口电路,MCU(微控制单元,MicroController Unit;MCU,又称为单片微型计算机),输入设备,温度控制器,电源模块;所述传感器还内置有电加热器和热电偶;电源模块为MCU、传感器、直接数字式频率合成器、电流采样器、仪用放大器、A/D转换器、接口电路、输入设备、温度控制器提供电能;在检测时,传感器中填装有采集得到的土壤试样;
直接数字式频率合成器可接收MCU发出的指令,按照MCU发出的指令合成出频率和幅值由MCU预设的交流电信号;在检测时,预设产生的交流电信号为频率f随时间t变化、幅值保持不变的交流电信号;
在任意时刻,直接数字式频率合成器的输出交流电压信号即传感器两端的交流电压信号由MCU发出的指令生成;
所述输入设备电性连接至MCU,直接数字式频率合成器的信号输入端电性连接至MCU,直接数字式频率合成器的信号输出端电性连接至传感器,电流采样器与传感器电性连接,电流采样器与仪用放大器的信号输入端电性连接,仪用放大器的信号输出端电性连接至A/D转换器的模拟信号输入端,A/D转换器的数字信号输出端通过接口电路电性连接至MCU;
输入设备用于向MCU输入预设的测量参数和检测指令;
所述传感器包括一对平行的圆片状的金属板,每一片金属板均连接有交流电信号输入端,用于连接至直接数字式频率合成器的信号输出端;
直接数字式频率合成器输出所述交流电信号至所述传感器,对土壤试样进行检测;
在检测时,MCU还向温度控制器发出指令,使传感器内置的电加热器工作,控制所述传感器的温度值维持在预设的值;
经过传感器的交流电流信号经过电流采样器后输出至仪用放大器进行放大,再由A/D转换器将放大后的模拟信号转换为数字信号,得到经过传感器的交流电流信号的数字值;
所述经过传感器的交流电流信号的数字值通过接口电路实时地传输至MCU,由MCU实时地存储,MCU还根据经过传感器的交流电流信号和传感器两端的交流电压信号这两者的幅值、相位计算得到土壤试样的表观电容实部Cp、表观电容虚部Cp’、损耗角正切值Tan(Delta),同时将计算结果实时地存储;
在检测土壤试样的重金属含量时,由MCU将检测得到的土壤试样的表观电容实部-频率曲线即Cp-f曲线、损耗角正切值-频率曲线即Tan(Delta)-f曲线作归一化处理,对经过归一化的曲线进行曲线特征度识别,再与MCU中内设的存储器中预存的标准曲线库中的曲线作自动匹配运算,参照标准曲线库中的数值,得到所采集的土壤试样的重金属含量,所述标准曲线库记录有多个预先经过测量得到的、不同重金属含量的标准土壤试样的经过归一化处理的表观电容实部-频率曲线即Cp-f曲线、损耗角正切值-频率曲线即Tan(Delta)-f曲线;
其中,Cp为土壤试样的表观电容的实部,Tan(Delta)为土壤试样的损耗角正切值,f为频率。
3.一种如权利要求2所述的基于DDS的土壤重金属含量的检测装置,其特征在于:
在非基于查表器架构的直接数字式频率合成器中,内部包括有D/A转换器、滤波器,D/A转换器接收来自MCU发出的交流电压信号的数字值,将其转换为模拟交流电压信号,并经过滤波器滤除高频数字噪声后,输出模拟交流电压信号。
4.一种如权利要求2所述的基于DDS的土壤重金属含量的检测装置,其特征在于:输入设备是键盘、按钮、触摸屏中任一种。
5.一种如权利要求2-4任一项所述的基于DDS的土壤重金属含量的检测装置,其特征在于:在受重金属污染的土壤试样中,重金属的种类、含量均影响着表观电容实部-频率曲线即Cp-f曲线、损耗角正切值—频率曲线即Tan(Delta)-f曲线的形状,曲线形状的畸变程度、畸变发生的位置,体现出土壤中不同成分的物质的权重。
6.一种如权利要求2-5任一项所述的基于DDS的土壤重金属含量的检测装置,其特征在于:所述传感器的每一片金属板内部还均设有电加热器和热电偶,即所述传感器内置有两个电加热器和两个热电偶;电加热器和热电偶通过引线延伸出金属板外,电加热器及引线均与金属板电性绝缘,即电加热器及引线均设有绝缘套管;电加热器和热电偶通过引线连接至温度控制模块,使得土壤试样的温度在检测时保持在由MCU预设的温度值。
7.一种如权利要求2-6任一项所述的基于DDS的土壤重金属含量的检测装置,其特征在于:所述传感器内置的两个电加热器并联地电连接至温度控制模块。
8.一种如权利要求2-7任一项所述的基于DDS的土壤重金属含量的检测装置,其特征在于:电源模块由MAX610芯片为核心辅之以外围电阻电容元件构成。
9.一种如权利要求2-8任一项所述的基于DDS的土壤重金属含量的检测装置,其特征在于:标准曲线库中,每一条曲线还具有附加信息,所述附加信息包括:每一条经过归一化处理的表观电容实部-频率曲线、损耗角正切值-频率曲线的所有极值点、一阶导数曲线的零点、二阶导数曲线的零点。
10.一种基于DDS的土壤重金属含量的检测装置,其特征在于:所述检测装置包括:传感器,放大器,A/D转换器,以及单片微型计算机;在检测时,传感器中填装有采集得到的土壤试样;所述传感器包括一对平行的片状的金属板,每一片金属板均连接有交流电信号的输入端;所述传感器用于测量得到土壤试样的Cp-f曲线、Tan(Delta)-f曲线,由测量得到的土壤试样的Cp-f曲线、Tan(Delta)-f曲线,反演出土壤重金属含量;其中,Cp为土壤试样的表观电容的实部,Tan(Delta)为土壤试样的损耗角正切值,f为频率。