技術(shù)特征：

1.一種基于紅外光譜的土壤硝態(tài)氮的快速專用裝置，所述裝置包括：土壤樣品池模塊、激發(fā)光源模塊、反射鏡和ATR晶體模塊、檢測(cè)器模塊、建模系統(tǒng)模塊、結(jié)果顯示窗口模塊和四個(gè)操作按鈕模塊；其特征在于，

所述樣品池上標(biāo)有土壤體積的標(biāo)準(zhǔn)線和加水體積的標(biāo)準(zhǔn)線，可供保持分別加入土壤樣品與水的水土比例；

所述激發(fā)光源模塊發(fā)射特定波段范圍的中紅外光信號(hào)，激發(fā)光源為中外點(diǎn)激光器，激發(fā)光譜范圍為1450cm^-1－1250cm^-1，掃描分辨率為4cm^-1，掃描次數(shù)為32次；

所述反射鏡模塊和反射鏡用于調(diào)節(jié)光路方向；

所述ATR晶體模塊用于光路的多次反射；

所述檢測(cè)器模塊用于將光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)；

所述建模系統(tǒng)模塊用于接受并處理來(lái)自檢測(cè)器模塊的光譜數(shù)據(jù)信息，將采集的樣品光譜信息數(shù)字信號(hào)和硝態(tài)氮濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線，通過(guò)建模和模型參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化；

所述結(jié)果輸出窗口模塊用于將所得硝態(tài)氮含量進(jìn)行數(shù)字顯示；

所述按鈕模塊Ⅰ用于掃描樣品標(biāo)樣的衰減全反射光譜；

所述按鈕模塊Ⅱ用于保存樣品標(biāo)樣的最優(yōu)模型算法；

所述按鈕模塊Ⅲ用于掃描未知硝態(tài)氮濃度的土壤樣品標(biāo)樣的衰減全反射光譜；

所述按鈕模塊Ⅵ用于計(jì)算最優(yōu)模型算法計(jì)算硝態(tài)氮含量并顯示結(jié)果。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于紅外光譜的土壤硝態(tài)氮的快速專用裝置，其特征在于，所述樣品池中ATR晶體模塊采用鉆石界面。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于紅外光譜的土壤硝態(tài)氮的快速專用裝置，其特征在于，所述建模系統(tǒng)模塊用于接受并處理來(lái)自檢測(cè)器模塊的光譜數(shù)據(jù)信息，將采集的樣品光譜信息數(shù)字信號(hào)和硝態(tài)氮濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線，通過(guò)建模和模型參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，該模塊為計(jì)算軟件模塊。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于紅外光譜的土壤硝態(tài)氮的快速專用裝置，其特征在于，所述檢測(cè)器模塊選擇高精度的CCD檢測(cè)器；

所述激發(fā)光源模塊、反射鏡和ATR晶體模塊、檢測(cè)器模塊和建模系統(tǒng)模塊均置于封閉空間中。

5.一種使用權(quán)利要求1所述的基于紅外光譜的土壤硝態(tài)氮的快速專用裝置進(jìn)行土壤硝態(tài)氮快速、無(wú)損測(cè)定的方法，其特征在于，步驟如下：

步驟一：采用化學(xué)分析法檢測(cè)一系列加入硝態(tài)氮梯度溶液的土壤樣品的硝態(tài)氮含量值。

步驟二：配制一系列硝酸鉀溶液不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)樣品，采集土壤樣品，并按照樣品池上土壤體積的標(biāo)準(zhǔn)線和加硝酸鉀溶液體積的標(biāo)準(zhǔn)線分別放入土壤樣品與水，將樣本攪拌均勻至糊狀，采集全反射衰減紅外光譜信息，連續(xù)掃描多次，取平均光譜；

步驟三：對(duì)于步驟二所得到的不同濃度的硝態(tài)氮的衰減全反射光譜曲線，進(jìn)行扣除水分干擾、消噪、平滑、標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)處理；

步驟四：利用光譜數(shù)值與步驟一化學(xué)分析法檢測(cè)的硝態(tài)氮濃度的相關(guān)性，輸入對(duì)應(yīng)的硝態(tài)氮濃度化學(xué)參考值，采用偏最小二乘法建立樣品光譜信息模型，通過(guò)交叉驗(yàn)證求偏最小二乘法歸回的最佳成分?jǐn)?shù)，對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化和驗(yàn)證，獲得最佳計(jì)算模型；

步驟五：采集未知硝態(tài)氮含量的土壤樣品，按照樣品池上土壤體積的標(biāo)準(zhǔn)線和加水體積的標(biāo)準(zhǔn)線分別加入土壤樣品與水，并將樣本攪拌均勻至糊狀，均勻覆蓋在樣本臺(tái)上，采集全反射衰減紅外光譜信息，連續(xù)掃描多次，取平均光譜；

步驟六：對(duì)于步驟五所得到的不同濃度的硝態(tài)氮的衰減全反射光譜曲線，進(jìn)行扣除水分干擾、消噪、平滑預(yù)處理；

步驟七：將采集到的未知硝態(tài)氮含量的土壤樣品光譜數(shù)據(jù)帶入步驟四所得偏最小二乘法模型中，通過(guò)運(yùn)算，得出硝態(tài)氮濃度的含量結(jié)果。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于紅外光譜的土壤硝態(tài)氮的快速專用裝置進(jìn)行土壤硝態(tài)氮快速、無(wú)損測(cè)定的方法，其特征在于，步驟四中增加有以下操作：通過(guò)設(shè)置保存，將步驟四所得到的土壤標(biāo)準(zhǔn)曲線模型預(yù)存儲(chǔ)在硝態(tài)氮快速檢測(cè)專用裝置的模塊7中，在田間和野外檢測(cè)時(shí)可直接選擇該標(biāo)準(zhǔn)曲線模型。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于紅外光譜的土壤硝態(tài)氮的快速專用裝置進(jìn)行土壤硝態(tài)氮快速、無(wú)損測(cè)定的方法，其特征在于，步驟二中，配制一系列硝酸鉀溶液不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)樣品分別為：0mg/kg、20mg/kg、40mg/kg、60mg/kg、80mg/kg及100mg/kg的標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照樣品池上土壤體積的標(biāo)準(zhǔn)線和加硝酸鉀溶液體積的標(biāo)準(zhǔn)線分別放入土壤樣品與水，將樣本攪拌均勻至糊狀，采集全反射衰減紅外光譜信息，掃描范圍1450cm^-1－1250cm^-1，連續(xù)掃描32次，掃描分辨率為4cm^-1，取平均光譜。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于紅外光譜的土壤硝態(tài)氮的快速專用裝置進(jìn)行土壤硝態(tài)氮快速、無(wú)損測(cè)定的方法，其特征在于，步驟三中，對(duì)于步驟二所得到的不同濃度的硝態(tài)氮的衰減全反射光譜曲線，進(jìn)行扣除水分干擾、消噪、平滑預(yù)處理。具體方法如下：

扣除水分干擾，通過(guò)Matlab軟件進(jìn)行代碼編寫，其語(yǔ)法結(jié)構(gòu)為：

消噪、平滑處理的Matlab代碼語(yǔ)法結(jié)構(gòu)為：

[b,a]＝butter(2,0.05,’low’)

Spectrumnew＝filtfilt(b,a,spectrum)

其中變量a,b為尺數(shù)程序定義了一個(gè)2階截止頻率為0.05的巴特沃茲濾波器，low表示截止頻率為0.05的低通濾波，光譜Spectrum濾波后，返回值為Spectrumnew。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于中紅外全反射光譜的土壤硝態(tài)氮快速、無(wú)損的測(cè)定專用裝置檢測(cè)土壤硝態(tài)氮含量的方法，其特征在于，步驟四中，利用光譜數(shù)值與步驟一化學(xué)分析法檢測(cè)的硝態(tài)氮濃度化學(xué)參考值的相關(guān)性，輸入對(duì)應(yīng)的硝態(tài)氮濃度化學(xué)參考值，采用偏最小二乘法建立樣品光譜信息模型，通過(guò)交叉驗(yàn)證求偏最小二乘法歸回的最佳成分?jǐn)?shù)，對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化和驗(yàn)證，獲得最佳計(jì)算模型。

偏最小二乘法建立模型的Matlab編程代碼為：

[Xloadings,Yloadings,Xscores,Yscores,betaPLS]＝plsregress(X,Y,N)；

YfitPLS＝[ones(n,1)X]*betaPLS；

交叉驗(yàn)證求偏最小二乘回歸的最佳成分?jǐn)?shù)的Matlab編程代碼為：

[Xl YlXs Ys beta pctVarmse]＝plsregress(X,Y,20,'CV',20)；

通過(guò)相關(guān)指標(biāo)對(duì)模型參數(shù)如相關(guān)系數(shù)R²，均方根誤差RMSE以及模型預(yù)測(cè)性能綜合性評(píng)價(jià)指標(biāo)RPD，使得模型的相關(guān)系數(shù)R²接近于1，均方根誤差RMSE接近于0，模型預(yù)測(cè)性能綜合性評(píng)價(jià)指標(biāo)RPD大于2；對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到最佳N值與betaPLS值；通過(guò)設(shè)置保存，將步驟四所得到的土壤標(biāo)準(zhǔn)曲線模型預(yù)存儲(chǔ)在硝態(tài)氮快速檢測(cè)專用裝置的模塊7中，在田間和野外檢測(cè)時(shí)可直接選擇該標(biāo)準(zhǔn)曲線模型。

10.根據(jù)權(quán)利要求5-9之一所述的一種基于中紅外全反射光譜的土壤硝態(tài)氮快速、無(wú)損的測(cè)定專用裝置檢測(cè)土壤硝態(tài)氮含量的方法，其特征在于，步驟六中，對(duì)于步驟五所得到的不同濃度的硝態(tài)氮的衰減全反射光譜曲線，進(jìn)行扣除水分干擾、消噪、平滑預(yù)處理；進(jìn)行扣除水分干擾、消噪、平滑預(yù)的處理過(guò)程同步驟二；步驟七中，將采集到的未知硝態(tài)氮含量的土壤樣品光譜數(shù)據(jù)帶入步驟四所得偏最小二乘法模型中，通過(guò)運(yùn)算，得出硝態(tài)氮濃度的含量結(jié)果。