轉(zhuǎn)換模塊輸出的數(shù)字信號，獲取所述待測土壤中各種元素對應的光譜強度信號，并根據(jù)所述光譜強度信號，計算所述待測土壤中各種元素的含量。其中，樣品室提供能夠在一定范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)整的氣壓環(huán)境，明顯降低空氣對待測土壤的干擾；鏡片沖洗裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對激光聚焦鏡和第一光學透鏡的沖洗，保證光路有效傳輸；本發(fā)明采用微型高能激光器、微型樣品室，體積更小，方便攜帶。綜上，本發(fā)明可以連續(xù)快速的檢測土壤中的養(yǎng)分元素，明顯降低空氣對檢測結(jié)果的影響，提高對土壤中的氮(N)，磷(P)，碳(C)等元素的檢出效果。本發(fā)明簡小、便攜，可為土壤現(xiàn)場快速檢測標定提供有力工具。
[0127]本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解:以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明權(quán)利要求所限定的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種便攜式土壤養(yǎng)分檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括: 激光器，用于發(fā)射預設(shè)波長的激光，并將所述激光發(fā)送至樣品室； 樣品室，與光譜收集轉(zhuǎn)換模塊連接，用于接收所述激光，使其照射待測土壤，并提供待測土壤檢測時所需的密閉空間和氣壓環(huán)境； 光譜收集轉(zhuǎn)換模塊，用于收集所述待測土壤被所述激光器發(fā)射的激光照射時產(chǎn)生的等離子態(tài)的光學信號，并根據(jù)所述光學信號，產(chǎn)生特征光譜信號，并將所述特征光譜信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳輸至信號處理模塊； 信號處理模塊，用于根據(jù)所述光譜收集轉(zhuǎn)換模塊輸出的數(shù)字信號，獲取所述待測土壤中各種元素對應的光譜強度信號，并根據(jù)所述光譜強度信號，計算所述待測土壤中各種元素的含量。2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述激光器為微型高能激光器，所述微型高能激光器為半導體栗浦的主動調(diào)Q固體激光器，輸出波長為1064nm或532nm。3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述樣品室包括樣品室殼體、樣品盒、氣壓檢測器、開關(guān)閥及鏡片沖洗裝置， 樣品室殼體，為密閉空間，用于降低檢測時空氣對待測土壤的干擾； 樣品盒，通過密封部件與所述樣品室殼體的內(nèi)底壁連接，用于放置所述待測土壤； 氣壓檢測器，用于檢測所述樣品室內(nèi)的氣壓； 鏡片沖洗裝置，為導氣三通裝置，所述導氣三通裝置第一端固定在樣品室殼體上，該端通過導氣管與開關(guān)閥連接，所述導氣三通裝置第二端位于鑲嵌在樣品室殼體上的激光聚焦鏡一側(cè)，所述導氣三通裝置第三端位于鑲嵌在樣品室殼體上的第一光學透鏡一側(cè)，所述鏡片沖洗裝置用于沖洗激光聚焦鏡和第一光學透鏡。4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光譜收集轉(zhuǎn)換模塊包括光譜收集模塊和光譜轉(zhuǎn)換模塊: 光譜收集模塊，包括第一光學透鏡和第二光學透鏡，用于收集所述光學信號，并通過傳導光纖將所述光學信號傳輸至分光單元，所述第一光學透鏡鑲嵌在樣品室殼體上，還用于密封所述樣品室； 光譜轉(zhuǎn)換模塊，包括分光單元、光電轉(zhuǎn)換單元和A/D轉(zhuǎn)換單元， 分光單元，用于對所述光譜收集模塊收集的光學信號進行分光處理，輸出特征光譜信號，并將所述特征光譜信號傳輸至光電轉(zhuǎn)換單元； 光電轉(zhuǎn)換單元，用于對所述分光單元輸出的特征光譜信號進行光電轉(zhuǎn)換，輸出電流信號，并將所述電流信號傳輸至A/D轉(zhuǎn)換單元； A/D轉(zhuǎn)換單元，用于對所述光電轉(zhuǎn)換單元輸出的電流信號進行A/D轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)字信號，并將所述數(shù)字信號傳輸至信號處理模塊。5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述信號處理模塊包括: 轉(zhuǎn)換單元，用于根據(jù)所述光譜收集轉(zhuǎn)換模塊輸出的數(shù)字信號，獲取所述待測土壤中各種元素對應的光譜強度信號，并將所述光譜強度信號傳輸至分析單元； 分析單元，用于根據(jù)所述轉(zhuǎn)換單元輸出的各種元素對應的光譜強度信號，計算所述待測土壤中各種元素的含量； 顯示單元，根據(jù)所述分析單元輸出的所述待測土壤中各種元素的含量，顯示所述待測土壤中各種元素的含量的測量結(jié)果。6.如權(quán)利要求1-5中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括: 真空栗，與樣品室連接，用于對樣品室內(nèi)的氣體進行抽氣，控制樣品室的氣壓； 移動電源，通過電氣線路連接激光器、樣品室、光譜收集轉(zhuǎn)換模塊、信號處理模塊、系統(tǒng)控制模塊、真空栗，用于為系統(tǒng)提供電源； 控制模塊，通過電氣線路連接激光器、樣品室、光譜收集轉(zhuǎn)換模塊、信號處理模塊、真空栗，用于為系統(tǒng)提供控制指令； 激光聚焦鏡，鑲嵌在所述樣品室上，用于密封樣品室，并對所述激光器發(fā)射的激光進行聚焦，聚焦后的激光傳輸至所述樣品室； 激光反射鏡，放置在所述樣品室內(nèi)，用于對經(jīng)過所述激光聚焦鏡匯聚的激光進行反射，反射后的激光傳輸至所述樣品盒。7.—種基于權(quán)利要求1-6中任一項所述系統(tǒng)的土壤養(yǎng)分檢測方法，其特征在于，所述檢測方法包括步驟: 激光器發(fā)射預設(shè)波長的激光，所述激光通過激光聚焦鏡聚焦以及激光反射鏡反射后傳輸至樣品盒，照射待測土壤； 光譜收集轉(zhuǎn)換模塊收集所述待測土壤被所述激光器發(fā)射的激光照射時產(chǎn)生的等離子態(tài)的光學信號，并根據(jù)所述光學信號，產(chǎn)生特征光譜信號，并將所述特征光譜信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳輸至信號處理模塊； 信號處理模塊根據(jù)所述光譜收集轉(zhuǎn)換模塊輸出的數(shù)字信號，獲取所述待測土壤中各種元素對應的光譜強度信號，并根據(jù)所述光譜強度信號，計算所述待測土壤中各種元素的含量。8.如權(quán)利要求7所述的檢測方法，其特征在于，所述檢測方法包括標定階段，所述標定階段包括步驟: 便攜式土壤養(yǎng)分檢測系統(tǒng)對樣品盒的標準土壤進行檢測，獲取所述標準土壤中某一種元素對應的光譜強度信號； 根據(jù)所述標準土壤中該元素的已知含量和其對應的光譜強度信號，獲取該元素的含量和其對應的光譜強度信號的二次曲線y = Ax2+Bx+K，其中，y為該元素含量，x為該元素對應的光譜強度值，A、B、K為系數(shù)。9.如權(quán)利要求8所述的檢測方法，其特征在于，所述檢測方法包括測定階段，所述的測定階段包括步驟: 便攜式土壤養(yǎng)分檢測系統(tǒng)對樣品盒的待測土壤進行檢測，獲取所述待測土壤中某一種元素對應的光譜強度信號； 根據(jù)所述待測土壤中某一種元素對應的光譜強度信號以及該元素的含量和其對應的光譜強度信號的二次曲線1 = Ax2+Bx+K，計算該元素的含量，其中，y為該元素含量，X為該元素對應的光譜強度值，A、B、K為系數(shù)。10.如權(quán)利要求7所述的檢測方法，其特征在于，所述激光器發(fā)射預設(shè)波長的激光之前還包括樣品室環(huán)境調(diào)整階段，所述調(diào)整階段包括: 樣品室沖洗，關(guān)閉開關(guān)閥使得樣品室密閉，對樣品室進行抽氣至樣品室的氣壓達到?jīng)_洗預設(shè)值，打開開關(guān)閥，氣流進入沖洗激光聚焦鏡和第一光學透鏡； 樣品室氣壓設(shè)定，在裝有待測土壤的樣品盒放入樣品室后，關(guān)閉開關(guān)閥使得樣品室密閉，對樣品室進行抽氣至樣品室的氣壓達到檢測預設(shè)值。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種便攜式土壤養(yǎng)分檢測系統(tǒng)及方法。微型樣品室為檢測過程提供密閉空間和氣壓環(huán)境，通過光學窗口分別和激光光路及光譜收集光路進行光學連接。激光器發(fā)射激光；光譜收集轉(zhuǎn)換模塊收集待測土壤被激光照射時產(chǎn)生的等離子態(tài)的光學信號，根據(jù)光學信號產(chǎn)生特征光譜信號,將特征光譜信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；信號處理模塊根據(jù)數(shù)字信號，獲取待測土壤中各種元素對應的光譜強度信號，根據(jù)光譜強度信號，計算待測土壤中各種元素的含量。本發(fā)明可以連續(xù)快速的檢測土壤中的養(yǎng)分元素，明顯降低空氣對檢測結(jié)果的影響，提高對土壤中的氮(N)，磷(P)，碳(C)等元素的檢出效果。本發(fā)明簡小、便攜，可為土壤現(xiàn)場快速檢測標定提供有力工具。
【IPC分類】G01N21/63
【公開號】CN105403542
【申請?zhí)枴緾N201510984791
【發(fā)明人】韓鵬程, 董大明, 矯雷子, 趙賢德, 張石銳, 郭瑞, 吳文彪
【申請人】北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)研究中心
【公開日】2016年3月16日
【申請日】2015年12月24日