專利名稱：便攜式農(nóng)田土壤肥力在線檢測(cè)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及土壤肥力實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)，具體是土壤中碳、氮、磷、鉀元素含量激光誘導(dǎo)擊穿光譜在線檢測(cè)儀。
背景技術(shù)：
土壤肥力是衡量土壤提供給植物生長(zhǎng)所需要營(yíng)養(yǎng)元素的能力，掌握農(nóng)田土壤肥力的空間分布，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)田精準(zhǔn)施肥的前提條件。精準(zhǔn)施肥是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的一個(gè)重要組成部分，它要求根據(jù)不同土壤類型及植物類別和產(chǎn)量，將N、P、K及一些微量元素與有機(jī)肥料進(jìn)行科學(xué)配方，做到科學(xué)施肥，使經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到最大，同時(shí)減小農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的污染。傳統(tǒng)土壤中C、P、N、K元素含量檢測(cè)方法多以化學(xué)方法為主，存在樣品的采集、預(yù)處理、分析效率低、高成本、實(shí)時(shí)性差等缺點(diǎn)，不能實(shí)現(xiàn)快速、在線測(cè)量。激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)是激光技術(shù)、光學(xué)遙感技術(shù)、光譜測(cè)量分析技術(shù)等的有機(jī)結(jié)合。具有無需樣品預(yù)處理、多元素同時(shí)測(cè)量、測(cè)量時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，以被廣泛應(yīng)用于冶金、環(huán)境監(jiān)測(cè)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種針對(duì)我國(guó)土壤肥力分析現(xiàn)狀以及國(guó)家對(duì)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的迫切需求，提出了用于土壤中碳、氮、磷、鉀及微量元素多參數(shù)實(shí)時(shí)、原位、在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)的便攜式農(nóng)田土壤肥力在線檢測(cè)儀。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)，一種便攜式農(nóng)田土壤肥力在線檢測(cè)儀，其特征在于:所述的檢測(cè)儀由主機(jī)及手持光學(xué)探頭構(gòu)成，所述的主機(jī)與手持光學(xué)探頭之間通過鏈接盒用電纜線聯(lián)接在一起。所述的主機(jī)由為系統(tǒng)供電的蓄電池、激光器電源、觸發(fā)電路、雙通道光纖光譜儀以及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成；所述的雙通道光纖光譜儀包括光譜儀，所述光譜儀分光輸出端安裝有CCD探測(cè)器；所述的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)包括一筆記本電腦，所述的筆記本電腦通過USB及串口通訊端口分別與雙通道光纖光譜儀及觸發(fā)電路連接，實(shí)現(xiàn)光譜儀參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)傳輸；所述的觸發(fā)電路通過通訊線與激光器、筆記本電腦及雙通道光纖光譜儀連接；觸發(fā)電路控制激光器和雙通道光纖光譜儀之間的時(shí)序，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)并建立數(shù)據(jù)通訊。所述的手持光學(xué)探頭包括激光頭、位于激光頭兩端的耦合透鏡及聚焦透鏡，所述激光頭輸出端裝有雙色鏡，所述聚焦透鏡與耦合透鏡為同一光學(xué)透鏡。所述的手持光學(xué)探頭通過電纜線與激光器電源及雙通道光纖光譜儀連接。所述雙色鏡與水平方向的夾角為45°，實(shí)現(xiàn)了激光束傳播方向的改變。本發(fā)明的工作原理:由激光器輸出基頻1064nm的脈沖激光束，經(jīng)45°雙色鏡、聚焦透鏡聚焦到土壤表面，土壤樣品被激發(fā)瞬時(shí)形成高溫、高密度等離子體，其原子、離子發(fā)射光由耦合透鏡聚焦耦合至雙芯光纖的端面上，耦合進(jìn)光纖的光束經(jīng)過光纖同時(shí)傳輸給雙通道光纖光譜儀，由光譜儀分光，CCD探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)數(shù)據(jù)采集、處理系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)的采集處理，根據(jù)元素譜線強(qiáng)度與濃度的關(guān)系對(duì)元素含量進(jìn)行定量分析，從而實(shí)現(xiàn)土壤中碳、氮、鉀及微量元素的實(shí)時(shí)、原位及在線定量監(jiān)測(cè)。本發(fā)明采用的是電池式供電的小型激光器，等離子體信號(hào)的接收采用光纖傳輸，不僅有效避免外界環(huán)境對(duì)信號(hào)的影響，還使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，從而大大減小了系統(tǒng)體積，適于對(duì)土壤中碳、氮、磷、鉀及微量元素的實(shí)時(shí)、在線及原位的定量監(jiān)測(cè)；與傳統(tǒng)的土壤碳、氮、磷、鉀及微量元素檢測(cè)的化學(xué)分析方法、近紅外光譜法等相比，本發(fā)明的特點(diǎn)如下:1、無需采樣和樣品預(yù)處理從而避免二次污染；2、對(duì)土壤樣品幾乎無破壞；3、采用光纖進(jìn)行光的傳輸，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)；4、適用于農(nóng)田土壤中碳、氮、磷、鉀及微量元素含量的實(shí)時(shí)、原位、在線監(jiān)測(cè)。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。如圖1所示，一種便攜式農(nóng)田土壤肥力在線檢測(cè)儀，包括主機(jī)I及手持光學(xué)探頭2構(gòu)成，主機(jī)I與手持光學(xué)探頭2之間通過鏈接盒4用電纜線3聯(lián)接在一起。主機(jī)I包括為系統(tǒng)供電的蓄電池14、激光器電源15、觸發(fā)電路13、雙通道光纖光譜儀12以及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)11組成；雙通道光纖光譜儀12包括光譜儀，光譜儀分光輸出端安裝有CXD探測(cè)器；計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)11包括筆記本電腦，筆記本電腦通過USB通訊端口與雙通道光纖光譜儀12連接，實(shí)現(xiàn)光譜儀參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)傳輸；觸發(fā)電路13通過通訊線與激光器電源15、筆記本電腦及雙通道光纖光譜儀12連接；觸發(fā)電路13控制激光器電源15和雙通道光纖光譜儀12之間的時(shí)序，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)11建立數(shù)據(jù)通訊。手持光學(xué)探頭2包括激光頭20和位于激光頭20兩端的耦合透鏡22及聚焦透鏡23，激光頭20輸出端裝有雙色鏡21，手持光學(xué)探頭2通過電纜線與激光器電源15及雙通道光纖光譜儀12連接，雙色鏡21與水平方向的夾角為45°。激光器輸出的高功率脈沖激光聚焦到土壤表面，土壤樣品瞬間被氣化形成高溫、高密度的等離子體，等離子體中的原子、離子發(fā)射各自的特征譜線，產(chǎn)生的發(fā)射光譜經(jīng)過光學(xué)收集器將光傳輸?shù)焦庾V儀進(jìn)行分光，由CCD探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)數(shù)據(jù)采集、處理系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)的采集處理，根據(jù)元素譜線強(qiáng)度與濃度的關(guān)系對(duì)元素含量進(jìn)行定量分析。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.便攜式農(nóng)田土壤肥力在線檢測(cè)儀，其特征在于:所述的檢測(cè)儀由主機(jī)及手持光學(xué)探頭構(gòu)成，所述的主機(jī)與手持光學(xué)探頭之間通過鏈接盒用電纜線聯(lián)接在一起。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式農(nóng)田土壤肥力在線檢測(cè)儀，其特征在于:所述的主機(jī)由系統(tǒng)供電的蓄電池、激光器電源、觸發(fā)電路、雙通道光纖光譜儀以及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的便攜式農(nóng)田土壤肥力在線檢測(cè)儀，其特征在于:所述的雙通道光纖光譜儀包括光譜儀光，所述光譜儀分光輸出端安裝接有CCD探測(cè)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的便攜式農(nóng)田土壤肥力在線檢測(cè)儀，其特征在于:所述的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)包括一筆記本電腦，所述的筆記本電腦通過USB及串口通訊端口分別與雙通道光纖光譜儀及觸發(fā)電路連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的便攜式農(nóng)田土壤肥力在線檢測(cè)儀，其特征在于:所述的觸發(fā)電路通過通訊線與激光器電源、筆記本電腦及雙通道光纖光譜儀連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式農(nóng)田土壤肥力在線檢測(cè)儀，其特征在于:所述的手持光學(xué)探頭包括激光頭、位于激光頭兩端的耦合透鏡及聚焦透鏡，所述激光頭輸出端裝有雙色鏡，所述聚焦透鏡與前端耦合透鏡為同一光學(xué)透鏡。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或6所述的便攜式農(nóng)田土壤肥力在線檢測(cè)儀，其特征在于:所述的手持光學(xué)探頭通過電纜線與激光器電源及雙通道光纖光譜儀連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的便攜式農(nóng)田土壤肥力在線檢測(cè)儀，其特征在于:所述雙色鏡與水平方向上的夾角為45°。
全文摘要
一種便攜式農(nóng)田土壤肥力在線檢測(cè)儀，涉及土壤肥力的實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)，其特征在于所述的檢測(cè)儀由主機(jī)及手持光學(xué)探頭構(gòu)成，所述的主機(jī)與手持光學(xué)探頭之間通過鏈接盒用電纜線聯(lián)接在一起。本發(fā)明采用的是電池式供電的小型激光器，等離子體信號(hào)的接收采用光纖傳輸，不僅有效避免外界環(huán)境對(duì)信號(hào)的影響，還使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，從而大大減小了系統(tǒng)體積，適用于對(duì)土壤中碳、氮、磷、鉀及微量元素的實(shí)時(shí)、原位及在線定量監(jiān)測(cè)。
文檔編號(hào)G01N21/63GK103091288SQ20111034412
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2011年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月3日
發(fā)明者魯翠萍, 汪六三, 莊重, 汪玉冰, 曹會(huì)彬, 孫玉香, 宋良圖, 王儒敬 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院