1.一种无线式土壤重金属含量的检测系统,其特征在于,所述检测系统包括: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,MCU,无线发送/接收模块,温度控制器,电源模块,以及手持式移动智能终端;
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、无线发送/接收模块、温度控制器提供电能;传感器包括一对平行的圆片状的金属板,每一片金属板内部均设有电加热器和热电偶;
在检测时,传感器中填装有采集得到的土壤试样;
无线发送/接收模块电性连接至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;
直接数字式频率合成器能够接收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;直接数字式频率合成器输出交流电信号至传感器,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;
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,在检测前,在手持式移动智能终端上输入检测参数,通过无线发送/接收模块将检测参数和指令传送给MCU;在检测时,MCU将测量得到的测试数据、来自直接数字式频率合成器的交流电信号的电压值通过无线发送/接收模块传送给手持式移动智能终端,并由手持式移动智能终端实时地记录;检测完毕时,由手持式移动智能终端根据测试数据来分析得到土壤中的重金属含量,手持式移动智能终端根据测试数据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,再与手持式移动智能终端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。
2.如权利要求1所述的检测系统,其特征在于:传感器的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;
无线发送/接收模块用于接收来自MCU的数据并向手持式移动智能终端发送数据、接收来自手持式移动智能终端的指令并向MCU输入预设的测量参数和检测指令;
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;
在采用查表器架构的直接数字式频率合成器中,直接数字式频率合成器生成的交流电信号的电压值由直接数字式频率合成器内置的运算单元将MCU传达的指令和查表器查询结果经过运算得到,并反向回传至MCU;在后续的测量工作中,无需再对传感器两端的交流电信号的电压进行测量,MCU在对直接数字式频率合成器发出指令的同时,存储交流电信号电压值,仅需要测量经过传感器和土壤试样的交流电信号的电流值。
3.如权利要求1或2所述的检测系统,其特征在于:手持式移动智能终端根据测试数据来分析得到土壤中的重金属含量,具体为: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,由手持式移动智能终端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,再与手持式移动智能终端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,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。
4.如权利要求1或2所述的检测系统,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。
5.如权利要求1或2所述的检测系统,其特征在于: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。
6.如权利要求5所述的检测系统,其特征在于: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。
7.如权利要求1或2所述的检测系统,其特征在于:电源模块由全桥整流器、前端滤波器、自激振荡变压器、采样电路、反馈电路、后端整流器、后端滤波器构成开关式直流电源。
8.如权利要求1或2所述的检测系统,其特征在于:标准曲线库中,每一条曲线还具有附加信息,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。
9.一种土壤重金属含量的检测系统的应用,其特征在于:采用如权利要求1‑8任一项所述的无线式土壤重金属含量的检测系统,当检测的结果报告出土壤中重金属含量显著超标时,标记取样片区的土壤受重金属污染,并采用紫外可分光光度法、原子吸收法、原子荧光法、电感耦合等离子体法、X荧光光谱、电感耦合等离子质谱法中的任一种方法,进一步进行重金属种类鉴别、含量精确测定。