一种基于激光荧光诱导技术的土壤污染实时原位检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于激光荧光诱导技术的土壤污染实时原位检测装置。该检测装置包括钻头、激光发射系统、检测系统、数据采集处理系统和控制系统；钻头上设有探头，激光发射系统发射脉冲激光信号传递到探头处，探头处的土壤污染物受到激光激发，产生荧光信号，然后荧光信号传递给检测系统进行检测，最终由数据采集处理系统对检测的数据进行处理，并实时输出结果；控制系统分别与钻头、激光发射系统和检测系统连接。本发明专利技术的检测装置利用LIF技术进行污染场地实时调查，能对土壤中的有机污染物进行实时原位的检测，并实时提供污染物在土壤中的三维分布。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光荧光诱导技术的土壤污染实时原位检测装置
本专利技术涉及一种利用激光荧光诱导技术的土壤污染原位实时检测装置，属于环境调查与修复

技术介绍
目前，我国的环境污染问题已经十分严重，严重影响了人民大众的生活质量。在众多污染中，土壤污染问题十分严峻。土壤污染具有隐蔽性和滞后性，不同于大气污染和水污染一般可以直接被人们感受到，土壤中的污染物往往难以被认为感知，必须借助相应的工具。而且从土壤污染的产生到发现，往往需要很长时间。由于土壤本身循环慢，自净化能力差，污染物难以在土壤中稀释，因此土壤污染具有累积性。地下土壤地质结构复杂，往往具有不均匀性，因此污染物在土壤中分布差异大。土壤中的污染物通常需要很长的时间才能降解，因此一旦发生污染，往往具有不可逆性，土壤污染的治理成本高、周期长，难度大。土壤污染的以上特点对土壤污染场地的调查提出了严格的要求。为了避免土壤污染造成的不可逆后果，必须对土壤污染做到早发现，并查清污染物在土壤中的空间分布。目前使用的场地调查方法，如采用钻探设备取土芯和安装监测井采集样品，然后再把样品送实验室分析，这种方法分析周期长，且只能得到点状信息的结果，无法在现场快速有效确定物污染范围。特别是在有机物污染场地，有机物在取样过程挥发产生损失，在运输过程也会产生一定的损失；同时有机污染场地中存在的非水溶相液体(NonaqueousPhaseLiquids，NAPLs)污染物在地下环境中存在和迁移的形式与无机污染物有很大的区别，传统的调查方法很难查清NAPLs在地下的分布。因此必须使用一种能够快速原位检测土壤中有机污染物并确定污染物空间分布的技术，解决目前在土壤有机物污染调查中的相关问题。激光诱导荧光(LaserInducedFluorescence，LIF)技术原理是物质在激发光激发下产生荧光的效应。利用该技术可以对很多有机污染物进行测试，具有分辨率高，检测限低的优势，尤其是对多环芳烃检测灵敏，对NAPLs污染物有很好的检测效果。根据国内文献和专利的调研，目前LIF只在实验室使用，并不能解决目前场地调查的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服目前污染场地调查过程中的技术问题，具体包括：土壤中的有机污染物在取样和流转过程会产生损失，导致测量浓度偏低；采样、送实验室分析周期长，调查成本高，无法在现场快速确定污染的范围；只能得到污染场地污染物的点状信息，无法得到高分辨率的污染物的三维空间分布；对于NAPLs污染物无法进行有效的测试。因此，本专利技术提出了一种基于激光荧光诱导技术的土壤污染实时原位检测装置。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于激光荧光诱导技术的土壤污染实时原位检测装置，包括钻头、激光发射系统、检测系统、数据采集处理系统和控制系统；所述钻头上设有探头，激光发射系统发射脉冲激光信号传递到探头处，探头处的土壤污染物受到激光激发，产生荧光信号，然后荧光信号传递给检测系统进行检测，最终由数据采集处理系统对检测的数据进行处理，并实时输出结果；所述控制系统分别与钻头、激光发射系统和检测系统连接。进一步地，所述钻头的底部还设有电导率测试仪。进一步地，所述电导率测试仪与数据采集处理系统连接。进一步地，所述探头上连接有激发光纤和采集光纤，激发光纤将激光信号传递到探头处，采集光纤将荧光信号传递给检测系统。进一步地，所述激光发射系统采用多波段全固态激光器，激光器发出的平行脉冲激光束经过倍频晶体和滤光片后得到固定波长的单色脉冲激发光束，然后经过凸透镜聚光，再经过激光耦合器耦合到激发光纤。进一步地，所述检测系统包括单色仪和增强型电荷耦合器件，单色仪一端接入采集光纤，另一端与增强型电荷耦合器件连接，增强型电荷耦合器件与数据采集处理系统连接。进一步地，所述检测装置采用弦式位移测试器测得钻头深度数据，所述弦式位移测试器与数据采集处理系统连接。进一步地，所述探头内置有改变激光信号方向的光路。进一步地，数据采集处理系统实时输出荧光强度-钻头深度二维曲线图和电导率强度-钻头深度二维曲线图，并借助大数据数据库和人工智能系统对采集的光谱数据进行对比，对污染物质进行定性定量分析，并出具污染物质的三维空间分布图。本专利技术提出一种利用LIF技术进行污染场地实时调查的装置，将LIF的探头集成在钻探工具的钻头中，光谱仪和数据处理系统集成在地面，依托于直接推进式钻机，对土壤中的有机污染物进行实时原位的检测，并实时提供污染物在土壤中的三维分布。相比现有技术，本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术是一种对地下土壤中污染物的原位检测装置，借助于直接推进式钻机，对土壤扰动小，可以得到土壤中污染物质的真实信息。(2)本专利技术是一种对地下土壤中污染物的实时检测装置，与传统现场采样后送实验室分析的调查方法相比，能够大大缩短调查周期，增强采样分析方案设计的针对性，减少采样分析工作量、调查产生的废物量及调查成本，对污染场地调查具有深远意义。(3)本专利技术的检测装置，并不只能得到单点土壤的污染信息，而是能够提供土壤中污染物质的三维空间分布。(4)采用LIF技术作为检测原理，对土壤中的NAPLs污染物灵敏度高，检测限低。不需要使用任何化学试剂，是一种非接触式、无二次污染的检测方式。(5)采用全固态激光器，该激光器集合了传统固态激光器和半导体激光器的优势，具有功率大、稳定性强、单色性好和波段宽等优势，能发射出从紫外到红外的多波段激光。在现场工作不同于在实验室工作，该激光器稳定性高，能够有效保证在野外工作的稳定性。(6)采用蓝宝石镜头作为脉冲激光和荧光的串口，光透过率高、耐磨性强、具有很高的化学稳定性。蓝宝石具有出色的表面硬度，且透过率的范围从紫外延伸到中红外波长区域。(7)采样单色仪和ICCD配合作为荧光检测系统，能够大大降低荧光噪声，提高荧光的信号强度。土壤污染物质产生的荧光一般在纳秒级别，荧光强度一般也很弱，而且现场工作环境差。通过单色仪可以删除一些干扰荧光，通过ICCD可以大大降低荧光噪音，其具备的时间分辨功能，能够采集完成的荧光信号，并通过内置的放大器放大荧光强信号。(8)数据采集处理系统能够进一步降低荧光的信噪比，提高数据的可靠性。并能够实时生成荧光强度-钻头深度二维曲线图和电导率强度-钻头深度二维曲线图；数据后处理过程中能够通过大数据数据库和人工智能帮助对土壤中的物质进行定性、定量的分析。附图说明图1是基于激光荧光诱导技术的土壤污染实时原位检测装置原理简图；图2是基于激光荧光诱导技术的土壤污染实时原位检测装置原理框图。图中：1-脉冲延时发生器；2-全固态激光器；3-脉冲激光；4-倍频晶体；5-滤光片；6-凸透镜；7-激光耦合器；8-污染物的荧光；9-激发光纤；10-采集光纤；11-LIF钻头；12-电导率传感器；13-LIF探头；14-蓝宝石镜头；15-单色仪；16-增强型电荷耦合器件(ICCD)；17-个人电脑(PC)；18-地面；19-土壤中的污染物。具体实施方式为了是本领域技术人员更好的理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步的详细描述。如图1所示，本实施例的一种基于激光荧光诱导技术的土壤污染实时原位检测装置，包括LIF钻头11、LIF激光发射系统、LIF检测系统、LIF数据采集处理系统和LIF控制系统。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于激光荧光诱导技术的土壤污染实时原位检测装置，其特征在于，包括钻头、激光发射系统、检测系统、数据采集处理系统和控制系统；所述钻头上设有探头，激光发射系统发射脉冲激光信号传递到探头处，探头处的土壤污染物受到激光激发，产生荧光信号，然后荧光信号传递给检测系统进行检测，最终由数据采集处理系统对检测的数据进行处理，并实时输出结果；所述控制系统分别与钻头、激光发射系统和检测系统连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于激光荧光诱导技术的土壤污染实时原位检测装置，其特征在于，包括钻头、激光发射系统、检测系统、数据采集处理系统和控制系统；所述钻头上设有探头，激光发射系统发射脉冲激光信号传递到探头处，探头处的土壤污染物受到激光激发，产生荧光信号，然后荧光信号传递给检测系统进行检测，最终由数据采集处理系统对检测的数据进行处理，并实时输出结果；所述控制系统分别与钻头、激光发射系统和检测系统连接。2.根据权利要求1所述的一种基于激光荧光诱导技术的土壤污染实时原位检测装置，其特征在于，所述钻头的底部还设有电导率测试仪。3.根据权利要求2所述的一种基于激光荧光诱导技术的土壤污染实时原位检测装置，其特征在于，所述电导率测试仪与数据采集处理系统连接。4.根据权利要求1所述的一种基于激光荧光诱导技术的土壤污染实时原位检测装置，其特征在于，所述探头上连接有激发光纤和采集光纤，激发光纤将激光信号传递到探头处，采集光纤将荧光信号传递给检测系统。5.根据权利要求4所述的一种基于激光荧光诱导技术的土壤污染实时原位检测装置，其特征在于，所述激光发射系统采用多波段全固态激光器，激...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴翩翩，尹业新，聂溧，徐敏，郑孟杰，梁德秀，陈小萍，刘淦源，
申请(专利权)人：南京贻润环境科技有限公司，南京羽华环境科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32