孫茹

摘 要：土壤是人類最為賴以生存的資源，是生命的成長不可或缺的支撐。日前，隨著全球人口問題已成為談?wù)摰慕裹c，世界工業(yè)迅速發(fā)展與崛起，人類尤其是在發(fā)展中國家較為落后的地區(qū)的人們，環(huán)保與可持續(xù)發(fā)展意識較差，固體廢物、有害廢水以及未經(jīng)處理的廢氣越來越多的排放到外界環(huán)境中，這些有害物質(zhì)不知不覺的向土壤滲透。部分地區(qū)嚴(yán)重污染，土壤重污染區(qū)和高風(fēng)險區(qū)分布廣泛。文章設(shè)計了一種重金屬污染場地檢測裝置。

關(guān)鍵詞：重金屬；污染場地；檢測裝置；設(shè)計

引言

我國是土地資源匱乏的大國，人口密集，可用土壤資源緊張。而土壤污染卻越來越嚴(yán)重。部分地區(qū)嚴(yán)重污染，土壤重污染區(qū)和高風(fēng)險區(qū)分布廣泛。有統(tǒng)計調(diào)查稱，我國受鎘、鉻、鉛等重金屬污染的耕地面積已達(dá)到2000萬公頃，占全國總耕地面積的1/5。即使是工業(yè)區(qū)與城市，鉻污染的程度也不容小覷。土壤污染帶來一系列的農(nóng)作物食品安全問題以及復(fù)雜的區(qū)域性中毒現(xiàn)象等，全國范圍內(nèi)頻發(fā)重金屬中毒的緊急事件，嚴(yán)重威脅人民健康與生存環(huán)境。

對于土壤污染物檢測這個問題，國內(nèi)外都進(jìn)行了很多的研究與發(fā)明。就國外來說，國外早已將先進(jìn)的科學(xué)應(yīng)用于土壤環(huán)境探測中，其自動化程度已經(jīng)領(lǐng)先世界其他國家的相關(guān)研究。在自動化技術(shù)開始廣泛應(yīng)用的20年代后期，國外針對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的土壤探測開始進(jìn)入自動化監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)時代，并快速實現(xiàn)了商品化、規(guī)模化，并廣泛應(yīng)用于各種土壤指標(biāo)探測中。這種自動化土壤探測技術(shù)速度快、容量大，很快開始廣泛應(yīng)用于各種土壤指標(biāo)的探測中。在重金屬檢測方面，國內(nèi)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，會出現(xiàn)各種問題。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(yīng)法。它是根據(jù)巖石、礦石導(dǎo)電性和導(dǎo)磁性差異，利用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行勘探與檢測。其工作方式是：對地注入磁場，當(dāng)土地中存在導(dǎo)電介質(zhì)時，在對地輸入的交變電磁場的作用下，土壤中的導(dǎo)電重金屬將由電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生電流，感應(yīng)電流再次在周圍產(chǎn)生磁場二次場的出現(xiàn)會干擾一次場，最終產(chǎn)生一個新的磁場，我們就根據(jù)這個新的磁場進(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(dǎo)電性具有各種各樣的差異，在土壤周圍人工建立電場，觀測與研究電阻率的不同，因此電阻率法的本質(zhì)就是勘測過程中通過對電阻率的識別來進(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(jù)導(dǎo)電介質(zhì)的激發(fā)極化效應(yīng)勘測。它包括時間域與頻率域法兩種。其中注入交流電就是頻率域法，也稱交流激發(fā)極化；注入直流電則叫做時間域法，也叫做直流激發(fā)極化。激發(fā)極化法的電路原理圖如圖1。

當(dāng)K置于A時為直流供電，屬于時間域測量方式；K置于B時為交流供電，屬于頻域測量方式。文章選擇是基于復(fù)電阻率的時間域激發(fā)極化法。

2 時間域數(shù)學(xué)模型

時間域測量的理論基礎(chǔ)是：ΔU1是人工電流帶來的電勢，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(jù)圖可知，其值先增大、再趨于一個穩(wěn)定值。斷電后，ΔU1消失，ΔU2的則慢慢消失，該變化過程用ΔU2（t）表示。

3 整體檢測的設(shè)計

文章設(shè)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。（圖3）

4 現(xiàn)場測試方法

探測方法包括兩種：（1）地表測量。這是一種傳統(tǒng)的土壤探測方法，其具體實現(xiàn)過程非常復(fù)雜：它采取的仍然是鉆孔、布局探測器的傳統(tǒng)工藝。其原理是通過一個個的供電電極和測量電極來獲取不同地點之間的電勢差，進(jìn)而得到整體測量地區(qū)的電阻率布局。該研究方法在鉆進(jìn)過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(dǎo)穩(wěn)定直流電流，人為設(shè)置電場，也是通過測量一個個電極電極之間的電勢差來達(dá)到勘測效果。地表測量方式工藝簡單，省時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(jié)束語

綜上所述，文章介紹了我國重金屬污染情況，說明了研發(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(shè)計方案。該設(shè)計將很好的解決我國重金屬污染難以探測的問題，為進(jìn)一步的研發(fā)奠定基礎(chǔ)。