土壤原油污染物检测装置的制作方法

1.本发明涉及安全环保技术领域，具体而言，涉及一种土壤原油污染物检测装置。


背景技术：

2.原油是目前人类社会赖以生存和发展的主要能源之一。但由于环境腐蚀、自然灾害及人为因素等复杂原因，原油管道泄漏产生油气类污染物，导致环境污染且存在火灾、爆炸等隐患。埋地输油管道泄漏原油近场为土壤介质，当石油类污染物进入到土壤环境，其破坏程度超过土壤的自净作用的速度，长期累积过程将导致土壤环境正常功能的失调和土壤质量的下降，并通过食物链最终影响到人类健康的现象。
3.目前还没有建立完善的土壤中原油及其相关污染物的环境质量检测方法体系，对油污土壤的环境危害分析造成诸多不便。现有的能够快速、现场检测土壤中原油污染物的方法多数采取取样分析法，在现场土壤中原油污染物检测分析时，需要对土样中的油类组分进行提后再经过萃取、浓缩、清洗、皂化、过滤、层析等一系列复杂的预处理操作步骤，极大的耗费检测时间和成本。
4.目前缺乏可以实现对土壤原油污染物原位、快速检测的装置，而土壤中石油类有机污染物是一类可以严重威胁人类生存和社会可持续发展的污染问题，对土壤原油污染物原位检测装置研发的重视程度也日益趋升。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于提供一种土壤原油污染物检测装置，以解决现有技术中的土壤中原油污染物检测过程复杂、费时费力的问题。
6.为了实现上述目的，本发明提供了一种土壤原油污染物检测装置，包括：外壳，外壳开设有透明的光学窗口，土壤原油污染物检测装置插入待测土壤中，待测土壤遮挡在光学窗口外侧；激光准直透镜，激光准直透镜与红外激光器连接，并能够发射激光；激光接收透镜，激光接收透镜与光学分析仪器连接，并能够接收反射回来的激光，激光准直透镜发出的激光经过光学窗口照射到待测土壤上，并在待测土壤的漫反射作用下再次经过光学窗口射入激光接收透镜。
7.进一步地，土壤原油污染物检测装置还包括聚焦透镜，聚焦透镜固定设置在外壳内，并且激光准直透镜安装在聚焦透镜的中心处，经由待测土壤的漫反射反射回的至少部分激光经过聚焦透镜的汇聚作用下照射在激光接收透镜上。
8.进一步地，外壳的内壁具有固定卡槽，聚焦透镜的外边缘处固定在固定卡槽上。
9.进一步地，土壤原油污染物检测装置还包括用于滤除颗粒散射和杂散辐射的陷波滤光片，陷波滤光片设置在聚焦透镜与激光接收透镜之间。
10.进一步地，外壳具有隔断，隔断将外壳分隔成第一腔体和第二腔体，且第一腔体密闭设置，激光准直透镜设置在第一腔体内，光学窗口开设在第一腔体的侧壁，激光接收透镜穿设在隔断的中心处。
11.进一步地，激光准直透镜通过发射光纤与红外激光器连接，隔断开设有供发射光纤穿过的过孔，激光接收透镜通过接收光纤与光学分析仪器连接。
12.进一步地，土壤原油污染物检测装置还包括棱镜反射镜，棱镜反射镜设置在外壳内，并且具有反射斜面，光学窗口开设在外壳的侧面，激光准直透镜发出的激光照射在反射斜面上，并经反射斜面反射后照射到光学窗口外的待测土壤上，待测土壤的漫反射回的激光照射在反射斜面上，并经反射斜面反射后照射到激光接收透镜上。
13.进一步地，反射斜面的表面镀有二氧化硅保护层金膜。
14.进一步地，外壳具有活动设置的挡板，外壳的侧面设置有容纳槽，挡板活动设置在容纳槽内，并能够伸出容纳槽以关闭光学窗口或者缩回容纳槽以打开光学窗口。
15.进一步地，挡板伸出容纳槽的一端具有倾斜设置的刀口切面，挡板朝向光学窗口的表面具有用于擦拭光学窗口的土渍擦拭棉。
16.进一步地，光学窗口为光学玻璃件，光学窗口的外侧镀有耐磨层，光学窗口的内侧镀有红外增透膜。
17.进一步地，土壤原油污染物检测装置还包括：电动机箱，电动机箱设置在外壳伸入待测土壤的一端，电动机箱内设置有电动机；推进钻头，推进钻头设置在电动机箱上，并与电动机电连接。
18.进一步地，外壳远离伸入待测土壤的一端具有连接部，土壤原油污染物检测装置还包括连接杆，连接杆与连接部可拆卸连接。
19.应用本发明的技术方案，通过设置的激光准直透镜和激光接收透镜，使用时，将土壤原油污染物检测装置插入到待测土壤中，激光准直透镜对红外激光器的激光进行准直和扩束，使得检测面积随着激光光斑面积增大而扩大，激光准直透镜将激光发射出去，射出的激光穿过透明的光学窗口照射到外侧的待测土壤上，在激光照射作用下，待测土壤表面中的原油污染物分子将吸收红外激光能量，激光能量发生衰减，由于土壤表面粗糙度较大，激光会发生漫反射作用，其中近似垂直光学窗口的部分激光在漫反射作用下反向再次经过光学窗口射入到外壳内，并被激光接收透镜接收，传输到微型光栅光谱仪或光电探测器等光学分析仪器，进行相应分析。探测到的油污土壤吸收光谱信号与已建立的不同浓度油污土壤吸收光谱图谱数据库进行比对分析，根据吸收光谱峰值与土壤含油浓度成正比关系，建立标定拟合方程，利用光谱信息处理系统将探测到的吸收光谱峰值代入标定拟合方程，实现待测土壤中原油污染物浓度的检测。上述设置方式利用激光吸收光谱技术对油污土壤进行检测并传输至数据分析系统，获得反射光中土壤中原油污染物的浓度信息，从而不需要对样品进行复杂的处理，可以快速、无损伤、准确地对土壤原油污染物进行原位检测，能够为石油化工和油气储运场地污染检测及后期土壤修复质量评价提供原油污染物的特征识别与浓度检测功能。
附图说明
20.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
21.图1示出了本发明的土壤原油污染物检测装置的结构示意图；
22.图2示出了图1中的土壤原油污染物检测装置的剖视图。
23.其中，上述附图包括以下附图标记：
24.10、外壳；11、光学窗口；12、隔断；13、挡板；14、容纳槽；20、激光准直透镜；30、激光接收透镜；40、聚焦透镜；50、发射光纤；60、接收光纤；70、棱镜反射镜；80、电动机箱；90、推进钻头；100、连接部。
具体实施方式
25.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
26.需要指出的是，除非另有指明，本技术使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
27.在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。
28.为了解决现有技术中的土壤中原油污染物检测过程复杂、费时费力的问题，本发明提供了一种土壤原油污染物检测装置。
29.如图1和图2所示的一种土壤原油污染物检测装置，包括外壳10、激光准直透镜20和激光接收透镜30，外壳10开设有透明的光学窗口11，土壤原油污染物检测装置插入待测土壤中，待测土壤遮挡在光学窗口11外侧；激光准直透镜20与红外激光器连接，并能够发射激光；激光接收透镜30与光学分析仪器连接，并能够接收反射回来的激光，激光准直透镜20发出的激光经过光学窗口11照射到待测土壤上，并在待测土壤的漫反射作用下再次经过光学窗口11射入激光接收透镜30。
30.本实施例通过设置的激光准直透镜20和激光接收透镜30，使用时，将土壤原油污染物检测装置插入到待测土壤中，激光准直透镜20对红外激光器的激光进行准直和扩束，使得检测面积随着激光光斑面积增大而扩大，激光准直透镜20将激光发射出去，射出的激光穿过透明的光学窗口11照射到外侧的待测土壤上，在激光照射作用下，待测土壤表面中的原油污染物分子将吸收红外激光能量，激光能量发生衰减，由于土壤表面粗糙度较大，激光会发生漫反射作用，其中近似垂直光学窗口11的部分激光在漫反射作用下反向再次经过光学窗口11射入到外壳10内，并被激光接收透镜30接收，传输到微型光栅光谱仪或光电探测器等光学分析仪器，进行相应分析。探测到的油污土壤吸收光谱信号与已建立的不同浓度油污土壤吸收光谱图谱数据库进行比对分析，根据吸收光谱峰值与土壤含油浓度成正比关系，建立标定拟合方程，利用光谱信息处理系统将探测到的吸收光谱峰值代入标定拟合方程，实现待测土壤中原油污染物浓度的检测。上述设置方式利用激光吸收光谱技术对油污土壤进行检测并传输至数据分析系统，获得反射光中土壤中原油污染物的浓度信息，从而不需要对样品进行复杂的处理，可以快速、无损伤、准确地对土壤原油污染物进行原位检测，能够为石油化工和油气储运场地污染检测及后期土壤修复质量评价提供原油污染物的特征识别与浓度检测功能。
31.在本实施例中，土壤原油污染物检测装置还包括聚焦透镜40，聚焦透镜40固定设置在外壳10内，并且激光准直透镜20安装在聚焦透镜40的中心处，这样，激光准直透镜20发
出的激光能够准确照射在预定的位置，并且经由待测土壤的漫反射反射回的至少部分激光则会经过聚焦透镜40，并且在聚焦透镜40的汇聚作用下照射在激光接收透镜30上，从而提高了激光接收透镜30接收到的激光量，有利于后续的数据分析处理。
32.可选地，本实施例在外壳10的内壁上固定设置有四个固定卡槽，固定卡槽沿外壳10的内壁周向排布，聚焦透镜40的外边缘处固定在固定卡槽上，从而完成聚焦透镜40及其上的激光准直透镜20的安装。
33.可选地，土壤原油污染物检测装置还包括陷波滤光片，陷波滤光片设置在聚焦透镜40与激光接收透镜30之间，陷波滤光片用于滤除颗粒散射和杂散辐射，从而保证检测结果的可靠性和准确性。
34.在本实施例中，外壳10具有隔断12，隔断12将外壳10内的空腔分隔成第一腔体和第二腔体，且第一腔体密闭设置，第二腔体可以根据需要密闭或者不密闭，激光准直透镜20设置在第一腔体内，光学窗口11开设在第一腔体的侧壁上，激光接收透镜30穿设在隔断12的中心处并伸入至第一腔体内。
35.本实施例的激光准直透镜20通过发射光纤50与红外激光器连接，隔断12开设有供发射光纤50穿过的过孔。相似地，激光接收透镜30通过接收光纤60与光学分析仪器连接。发射光纤50和接收光纤60均采用fc接口单模单芯光纤。
36.在本实施例中，外壳10呈圆柱形，激光准直透镜20和激光接收透镜30均沿外壳10的轴线设置，激光准直透镜20发射出的激光以及激光接收透镜30接收到的激光均与外壳10的轴线平行，而光学窗口11设置在外壳10的圆周侧壁上，这样，激光准直透镜20发出的激光需要转向才能够照射到光学窗口11。基于此，本实施例的土壤原油污染物检测装置还包括棱镜反射镜70，本实施例采用直角棱镜反射镜，棱镜反射镜70设置在外壳10内，其直角面通过粘接等方式与外壳10内壁连接，其斜面作为反射斜面，当激光照射到反射斜面上时在反射斜面的作用下即会改变方向。具体而言，激光准直透镜20发出的激光沿外壳10的轴线照射在反射斜面上，并经反射斜面反射后转90度，照射到光学窗口11外的待测土壤上，待测土壤的漫反射回的激光由于近似垂直光学窗口11，因而照射在反射斜面上，并经反射斜面反射后反向转90度，照射到聚焦透镜40上，在聚焦透镜40的作用下汇聚到激光接收透镜30上。并且由于激光准直透镜20安装在聚焦透镜40的中心处，因而可以保证激光照射于棱镜反射镜70的反射斜面的中心。
37.可选地，为了保证良好的反射效果，本实施例在反射斜面的表面镀有二氧化硅保护层金膜。
38.在本实施例中，外壳10具有活动设置的挡板13，外壳10的侧面设置有容纳槽14，挡板13活动设置在容纳槽14内，并能够伸出容纳槽14以关闭光学窗口11或者缩回容纳槽14以打开光学窗口11，从而实现土壤原油污染物检测装置的关闭收纳和正常使用。本实施例将挡板13与单片机等控制件电连接，通过控制件控制挡板13的动作。
39.可选地，挡板13伸出容纳槽14的一端具有倾斜设置的刀口切面，挡板13朝向光学窗口11的表面具有用于擦拭光学窗口11的土渍擦拭棉，起到对光学窗口11的清洁功能。
40.在本实施例中，光学窗口11为光学玻璃件，光学窗口11的外侧镀有耐磨层，减小土壤颗粒对光学窗口11表面的磨损，光学窗口11的内侧镀有红外增透膜，提高激光的透过率。
41.在本实施例中，土壤原油污染物检测装置还包括电动机箱80和推进钻头90，电动
机箱80设置在外壳10伸入待测土壤的一端，电动机箱80内设置有电动机，并铺设有减震垫，以减小对其他光学器件的震动损伤和位置错动；推进钻头90设置在电动机箱80上，并与电动机电连接，推进钻头90具有304不锈钢螺旋叶片，提高土壤原油污染物检测装置在土层中的检测速率。
42.可选地，外壳10远离伸入待测土壤的一端具有凸出的呈圆柱状的连接部100，土壤原油污染物检测装置还包括可供操作人员手持的连接杆，连接杆可以根据需要设置有多个，且分别为不同长度，也可以设置可伸缩的连接杆，通过连接杆与连接部100可拆卸连接，使得土壤原油污染物检测装置可以根据需要伸入到不同深度的待测土壤中，从而实现不同深度范围土壤原油污染物的检测，提高可检测的范围。
43.本实施例的土壤原油污染物检测装置使用过程如下：
44.在测量时，开启红外激光器，红外激光器的波长为2.4μm，激光经发射光纤50传输至激光准直透镜20，完成激光的准直和扩束，检测面积随着激光光斑面积增大而扩大，竖直的激光光束经棱镜反射镜70的反射斜面反射作用转折射入光学窗口11。待测土壤附着于光学窗口11的外侧，在激光照射作用下，待测土壤表面中的原油污染物分子将吸收红外激光能量，激光能量发生衰减。由于待测土壤表面粗糙度较大，激光回波信号以漫反射形式再次经过光学窗口11到达棱镜反射镜70，棱镜反射镜70将其中近似垂直光学窗口11的回波光线反射到达聚焦透镜40，回波光线经过汇聚作用被激光接收透镜30接收，回波光线经接收光纤60传至微型光栅光谱仪或光电探测器。
45.探测到的油污土壤吸收光谱信号与已建立的不同浓度油污土壤吸收光谱图谱数据库进行比对分析，根据吸收光谱峰值与土壤含油浓度成正比关系，建立标定拟合方程。利用光谱信息处理系统将探测到的吸收光谱峰值代入标定拟合方程，实现土壤中原油污染物浓度的检测。
46.检测结束或变换检测位置时，通过单片机控制挡板13降下，实现对光学窗口11的关闭，降低土壤颗粒对光学窗口11的损耗。
47.需要说明的是，上述实施例中的多个指的是至少两个。
48.从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
49.1、解决了现有技术中的土壤中原油污染物检测过程复杂、费时费力的问题；
50.2、利用激光吸收光谱技术对油污土壤进行检测，不需要对样品进行复杂的处理，可以快速、无损伤、准确地对土壤原油污染物进行原位检测；
51.3、能够为石油化工和油气储运场地污染检测及后期土壤修复质量评价提供原油污染物的特征识别与浓度检测功能；
52.4、整体结构简单，使用方便，检测结果准确可靠。
53.显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
54.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。
55.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
56.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。