一种便携式土壤重金属离子传感器

1.本实用新型涉及重金属离子传感器技术领域，更具体地涉及一种便携式土壤重金属离子传感器。


背景技术：

2.土壤是指地球表面的一层疏松的物质，由各种颗粒状矿物质、有机物质、水分、空气、微生物等组成，能生长植物。土壤由岩石风化而成的矿物质、动植物、微生物残体腐解产生的有机质、土壤生物(固相物质)以及水分(液相物质)、空气(气相物质)、氧化的腐殖质等组成。而土壤无机污染物中以重金属比较突出，主要是由于重金属不能为土壤微生物所分解，而易于积累，转化为毒性更大的甲基化合物，甚至有的通过食物链以有害浓度在人体内蓄积，严重危害人体健康，由此可见土壤中重金属离子的含量对于农作物的生长以及人类的生活都至关重要，因此工作人员通常会使用土壤重金属检测设备对土壤进行检测，但现有的土壤重金属检测设备的体积通常较大，在使用时，需要工作人员耗费较多的精力进行搬运设备，导致设备在使用时的便捷性较差，降低设备的实用性。


技术实现要素：

3.为了克服现有技术的上述缺陷，本实用新型提供了一种便携式土壤重金属离子传感器，以解决上述背景技术中存在的问题。
4.本实用新型提供如下技术方案：一种便携式土壤重金属离子传感器，包括上盖，所述上盖的底部固定连接有底盖，所述底盖的底部固定连接有环形电极，所述底盖的顶部通过m2螺丝固定连接有电子控制单元，所述电子控制单元位于上盖的内腔，所述环形电极内腔设有针状电极，所述针状电极的底部延伸至环形电极的下方。
5.进一步的，所述底盖的中部开设有通口，所述针状电极的顶部贯穿通口且延伸至底盖的上方。
6.进一步的，所述针状电极的外壁固定连接有挡块，所述挡块的顶部搭接在底盖底部的中部，所述针状电极的顶部螺纹连接有螺母，所述螺母的底部搭接在底盖顶部的中部。
7.进一步的，所述上盖的一侧开设有窗口。
8.进一步的，所述环形电极的环边通过八颗m3螺丝与底盖和上盖之间固定连接。
9.进一步的，所述环形电极为不锈钢镀金，镀金层厚度为200um。
10.进一步的，所述针状电极为不锈钢镀金，镀金层厚度为300um。
11.本实用新型的技术效果和优点：
12.1.本实用新型通过设有上盖、底盖、环形电极、针状电极、挡块、螺母、通口和窗口的配合，利用阳极溶出伏安法检测，将环形电极作为阴极，针状电极作为阳极，当土壤中有重金属离子存在时，将土壤中重金属离子吸附到环形电极上，并且电压达到其电解还原电位，则电流就会以变大的方式产生突变，其伏安特性曲线将不再是一条直线，通过后期分析电压与电流的特性曲线可以判断出土壤重金属离子的多少，使得便于检测土壤中的重金属
离子含量。
13.2.本实用新型的土壤重金属离子传感器体积小巧，方便工作人员随身携带，提高土壤重金属离子传感器使用时的便捷性。
附图说明
14.图1为本实用新型的整体结构示意图。
15.图2为本实用新型的上盖结构示意图。
16.图3为本实用新型的底盖和电子控制单元结构示意图。
17.图4为本实用新型的针状电极结构示意图。
18.图5为本实用新型的底盖结构剖视示意图。
19.图6为本实用新型的环形电极结构示意图。
20.图7为本实用新型的电路原理图。
21.图8为本实用新型的电子控制单元线路设计。
22.附图标记为：1、上盖；2、底盖；3、环形电极；4、针状电极；5、电子控制单元；6、挡块；7、螺母；8、通口；9、窗口。
具体实施方式
23.下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，另外，在以下的实施方式中记载的各结构的形态只不过是例示，本实用新型所涉及的一种便携式土壤重金属离子传感器并不限定于在以下的实施方式中记载的各结构，在本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式都属于本实用新型保护的范围。
24.实施例一：
25.如图1-8所示，一种便携式土壤重金属离子传感器，包括上盖1，其特征在于，上盖1的底部固定连接有底盖2，底盖2的底部固定连接有环形电极3，底盖2的顶部通过m2螺丝固定连接有电子控制单元5，电子控制单元5位于上盖1的内腔，环形电极3内腔设有针状电极4，针状电极4的底部延伸至环形电极3的下方，上盖1的一侧开设有窗口9，底盖2的中部开设有通口8，针状电极4的顶部贯穿通口8且延伸至底盖2的上方，环形电极3为不锈钢镀金，镀金层厚度为200um，针状电极4为不锈钢镀金，镀金层厚度为300um。
26.在本实施例中，通过上盖1便于对内腔的电控单元5进行保护，并通过窗口9用与数据线的连接，电子控制单元5用于产生电解电压并记录电流，通过usb串口与电脑通信，设备通过usb-b口进行通讯与供电，首先通过二极管d1进行单向通电保护，通过ams1117-3.3产生3.3v为主控供电，主控采用esp32-s2，主控esp32上配备有8位的adc模拟转数字和8位的dca数字转模拟，dac模拟转数字的输出电位通过opa541电路进行功率放大，将放大后的功率信号输入电极翻转电路，电极翻转电路是由一个双刀双掷的继电器实现电极的翻转，当继电器未吸合时环形电极为阴极针状电极为阳极，当继电器吸合时极性翻转，同时在回路上添加两个并联的100毫欧的电阻作为电流采样电阻，产生的采样信号送入电流采样运放电路，电流采样运放电路是一个由lm324dt构成的非反向20倍放大电路，将采样的微小的电流信号放大送入主控的adc进行采样，主控将电压数据与电流数据通过h340g-usb－串口电
路实时的传输到电脑，完成传感功能，在对土壤重金属离子进行检测时，利用阳极溶出伏安法检测，开始将环形电极3作为阴极，针状电极4作为阳极，在两电极之间缓慢提升电压，当电极之间电压达到土壤中的某重金属离子的还原电位时，该重金属离子将在阴极电极上发生还原反应，并以吸附到阴极上，由于电解反应的存在两电极之间的电流会大于土壤电阻产生电流，通过后期分析电压与电流的特性曲线可以判断出土壤重金属离子的多少，之后翻转电极的电位，以同样的方式缓慢提升电压，此时将吸附到电极上的重金属重新氧化到土壤中，当电极之间电压达到某重金属的氧化电位时，该重金属将会从电极上氧化重新以离子的形式返回土壤中，此时因为电解氧化反应的存在两电极之间的电流会大于土壤电阻产生电流，通过后期分析电压与电流的特性曲线可以判断出土壤重金属离子的种类。
27.实施例二：
28.如图1-8所示，针状电极4的外壁固定连接有挡块6，挡块6的顶部搭接在底盖2底部的中部，针状电极4的顶部螺纹连接有螺母7，螺母7的底部搭接在底盖2顶部的中部，环形电极3的环边通过八颗m3螺丝与底盖2和上盖1之间固定连接。
29.在本实施例中，通过八颗m3螺丝便于将环形电极3、底盖2和上盖1之间进行固定，通过m2螺丝便于将电子控制单元5固定在底盖2上，通过螺母7和挡块6之间配合，便于将针状电极4的一端固定在底盖2上，如对设备进行拆卸时，先将八颗m3螺丝从环形电极3的环边、底盖2和上盖1上拆卸，使得将环形电极3、底盖2和上盖1拆分成三个独立的个体，再取下m2螺丝，并将电子控制单元5从底盖2上拆下，再旋转螺母7，将螺母7从针状电极4的顶部取下，最后将针状电极4的顶部从底盖2上的通口8内取出，从而便于将设备进行拆分，方便工作人员对设备进行检修。
30.综上所述，如图1-8所示，该便携式土壤重金属离子传感器，使用时，将设备接插入土壤中，在每次对土壤进行灌溉的时候，开始将环形3电极作为阴极，针状电极4作为阳极，在两电极之间施加电压u，电压从0v以每分钟1v的升速逐步提升到3v，并记录下每个时刻的电流大小，当土壤中有重金属离子存在时，将土壤中重金属离子吸附到环形电极3上，并且电压达到其电解还原电位，则电流就会以变大的方式产生突变，其伏安特性曲线将不再是一条直线，假设湿润的土壤电阻率为r0，则两电极之间的电流因为i0＝u/r0，如果在通电的土壤内产生了电解还原反应，则相应的两电极之间电流会大于i0；再将两电极的极性翻转，此时环形电极3作为阳极，针状电极4作为阴极，在两电极之间施加电压u，电压从0v以每分钟1v的升速逐步提升到3v，并记录下每个时刻的电流大小，使得将环形电极3吸附还原的重金属重新电解氧化到土壤中，当电压达到某个重金属氧化电位时，环形电极3上的重金属将会氧化溶解到土壤中，并且在该电位的电流会大于湿润土壤电阻的导电电流，假设湿润的土壤电阻率为r0，则两电极之间的电流因为i0＝u/r0，如果在通电的土电极上产生了电解氧化反应，则相应的两电极之间电流会大于i0。
31.最后应说明的几点是：首先，在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；
32.其次：本实用新型公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本实用新型同一实施例及不同实施例可以相互
组合；
33.最后：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。