[發(fā)明專利]一種土壤元素在線檢測裝置與方法

有效

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• 申請日: 2011-12-31
• 公開（公告）號: CN103185708A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發(fā)明（設計）人: 張小超;張俊寧
• 申請（專利權(quán)）人: 中國農(nóng)業(yè)機械化科學研究院
• 主分類號: G01N21/63
• 分類號: G01N21/63
• 代理公司: 北京律誠同業(yè)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11006
• 代理人: 梁揮;尚群

1.一種土壤元素在線檢測裝置，其特征在于，包括入土檢測部件和激光發(fā)射及檢測系統(tǒng)，所述入土檢測部件通過光纖與所述激光發(fā)射及檢測系統(tǒng)連接，所述入土檢測部件包括殼體和設置在所述殼體內(nèi)的聚焦透鏡，所述激光發(fā)射及檢測系統(tǒng)包括激光發(fā)射系統(tǒng)、激光采集系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，所述激光發(fā)射系統(tǒng)分別與所述聚焦透鏡及所述控制系統(tǒng)連接，所述激光采集系統(tǒng)分別與所述聚焦透鏡及所述控制系統(tǒng)連接，所述激光采集系統(tǒng)用于采集待測土壤等離子衰減過程中生成的原子光譜信號并傳輸至所述控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)處理分析所述原子光譜信號并與土壤成分定量分析模型比較計算得到待測土壤中元素成分的含量。

2.如權(quán)利要求1所述的土壤元素在線檢測裝置，其特征在于，所述入土檢測部件還包括破土機構(gòu)，所述破土機構(gòu)設置在所述殼體的前端，用于減小所述殼體在土壤中前進的工作阻力，所述破土機構(gòu)包括開溝器，所述開溝器設置在所述殼體的前端底部。

3.如權(quán)利要求2所述的土壤元素在線檢測裝置，其特征在于，所述破土機構(gòu)還包括破土刃，所述破土刃設置在所述開溝器的上方并安裝在所述殼體上。

4.如權(quán)利要求3所述的土壤元素在線檢測裝置，其特征在于，所述入土檢測部件還包括一刮板，用于平整待測土壤的檢測面，所述刮板設置在所述開溝器的后方并安裝在所述殼體的底端。

5.如權(quán)利要求4所述的土壤元素在線檢測裝置，其特征在于，所述入土檢測部件還包括一遮光板，用于屏蔽外界雜光的干擾，所述遮光板安裝在所述殼體的底部并相對于所述刮板設置。

6.如權(quán)利要求1所述的土壤元素在線檢測裝置，其特征在于，所述激光采集系統(tǒng)包括單色儀、直接頻率合成器、檢測控制器和延時產(chǎn)生器，所述單色儀通過光纖與所述聚焦透鏡連接，所述直接頻率合成器與所述單色儀連接，所述檢測控制器分別與所述單色儀及所述控制系統(tǒng)連接，所述延時產(chǎn)生器分別與所述檢測控制器及所述控制系統(tǒng)連接。

7.如權(quán)利要求6所述的土壤元素在線檢測裝置，其特征在于，所述入土檢測部件還包括一測距傳感器，用于實時檢測所述殼體的入土深度，所述測距傳感器通過一支架安裝在所述殼體的上端并與所述控制系統(tǒng)連接。

8.一種土壤元素在線檢測方法，采用如權(quán)利要求1～7中任意一項所述的土壤元素在線檢測裝置，其特征在于，包括如下步驟：

a、入土檢測，使所述入土檢測部件到達待測土壤指定深度；

b、采集土壤等離子體衰減光譜信息，所述控制系統(tǒng)啟動激光發(fā)射及檢測系統(tǒng)，所述激光發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射激光并通過所述光纖傳導入所述聚焦透鏡，經(jīng)所述聚焦透鏡匯聚光線后直接照射于土壤待測面，得到待測土壤等離子衰減過程中生成的原子光譜信號并經(jīng)所述光纖傳導至所述激光采集系統(tǒng)中，所述激光采集系統(tǒng)采集所述原子光譜信號并經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后傳輸至所述控制系統(tǒng)；

c、形成待測土壤的激光等離子體光譜，所述控制系統(tǒng)處理并分析所述原子光譜信號，得到待測土壤的激光等離子體光譜；

d、計算待測土壤中元素成分的含量，利用待測土壤的激光等離子體光譜和土壤成分定量分析模型，計算得到待測土壤中元素成分的含量。

9.如權(quán)利要求8所述的土壤元素在線檢測方法，其特征在于，所述土壤成分定量分析模型采用如下步驟獲得：

s1、采用a～c所述的步驟得到待測土壤的激光等離子體光譜；

s2、建立光譜數(shù)據(jù)樣品集，對所述激光等離子體光譜進行預處理，刪除所述激光等離子體光譜的數(shù)據(jù)異樣樣本點，建立刪選后的所述激光等離子體光譜的數(shù)據(jù)樣品集；

s3、建立土壤成分定量分析模型，根據(jù)確定波長的土壤養(yǎng)分元素特征等離子光譜線，采用內(nèi)標法對所述激光等離子體光譜的數(shù)據(jù)樣品集校正分析，并建立所述土壤成分定量分析模型。

10.如權(quán)利要求9所述的土壤元素在線檢測方法，其特征在于，步驟s3中，確定土壤氮元素為744.23nm和746.83nm，土壤磷元素為255.32nm和253.56nm，土壤鉀元素為766.49nm和769.90nm的波長處的光譜發(fā)射強度和內(nèi)標元素發(fā)射強度之比，利用二元線性回歸方法建立所述土壤成分定量分析模型。