[發明專利]一種土壤表面氮元素分布的快速測量方法和系統

有效

• 申請號: 201210558686.7
• 申請日: 2012-12-20
• 公開（公告）號: CN103076309A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 趙春江;董大明;鄭文剛;趙賢德;矯雷子;鮑鋒;吳文彪
• 申請（專利權）人: 北京農業信息技術研究中心
• 主分類號: G01N21/63
• 分類號: G01N21/63
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術領域

本發明涉及地球勘探技術領域，尤其涉及一種對土壤表面氮元素分布的快速測量的方法和系統。

背景技術

土壤中一些元素的快速測量具有重要意義。一方面，土壤中元素含量的測定與資源勘探、考古等研究密不可分。快速、準確的測定可以為地質變遷、元素遷移規律研究提供有力的工具支持。另一方面，氮素等養分元素的測定對土壤養分的開發利用具有重要意義。土壤養分是作物營養的重要來源。對農田土壤中氮素進行測量，有助于指導科學施肥。因此，對土壤表面的氮素進行快速測量、并獲得氮素在土壤表面的分布圖像具有重要的科學價值和應用價值。

傳統方法中，對土壤中氮素的測量較為復雜。需將土壤磨碎后，在實驗室內經煅燒等前處理后，再用色譜、原子吸收等方法進行測量。現有技術中公開了一種基于激光誘導擊穿光譜原理的、對土壤中元素進行測量的方法。該專利提出了一種可以在田間應用的探頭，探頭可插入土壤中。探頭中內置了激光器，在測量中將待測土壤表面激發至等離子態，再用探頭中的光纖收集等離子態信號，送至光譜儀中進行分光，進而利用偏最小二乘等化學計量學方法分析其中各元素含量。相對于本專利，該背景技術具有如下區別：

（1）背景技術只能分析待測物質某一位置的成分，而不能呈現土壤表面氮素的分布圖像；

（2）背景技術所分析的是土壤中各種元素的含量，但一些元素的含量對土壤成分研究不夠，更多地去關注元素的存在形態。（3）空氣中的氮素對測量有一定程度的影響，背景技術未考慮空氣中氮素影響的消減問題，難以對氮素進行精確的測量。

發明內容

（一）要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是提供一種土壤表面氮元素分布的快速測量方法和系統，從而獲得待測片狀土壤表面的有機態氮、速效氮的分布圖像。

（二）技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供一方面提供一種土壤表面氮元素分布的快速測量系統包括：密閉負壓艙體和分析裝置以及設置于密閉負壓艙體內的二維運動樣本臺、激光激發裝置和原子光譜收集裝置；

所述分析裝置控制所述二維運動樣本臺的運動狀態，所述二維運動臺與激光激發裝置、原子光譜收集裝置進行同步控制；

激光激發裝置和原子光譜收集裝置用于激發并獲取土壤表面的微量原子發射光譜，分析土壤表面被照射位置的氮素含量；

分析裝置，用于承載控制、定標和定量化回歸算法，計算土壤表面被照射不同位置的氮素的含量，并自動繪制氮素分布圖。

進一步地，所述密閉負壓艙體的一端設有負壓型進樣口，所述土壤樣本經進樣口置入密閉負壓艙體內。

進一步地，還包括氣泵，所述氣泵用于抽取艙體內的氣體，形成負壓環境；所述密閉負壓艙體設有氣嘴，在氣泵抽動下形成約20%-50%大氣壓的內部氣壓條件。

進一步地，所述二維運動樣本臺與激光激發裝置聯動，二維運動樣本臺設有觸發模塊，激光激發后，觸發模塊發出指令，控制二維運動臺進行二維運動。

進一步地，所述二維運動樣本臺連接橫軸步進電機和縱軸步進電機，橫軸步進電機和縱軸步進電機通過脈沖信號控制，所述橫軸步進電機和縱軸步進電機分別通過絲杠傳動，帶動二維運動樣本臺進行二維運動。

進一步地，激光發射裝置包括兩套波長不同的激光器，其中一套激光器的波長為532nm，另一套激光法的波長為1064nm；所述波長為532nm的激光器用于激發土壤中所有氮元素；所述波長為1064nm的激光器用于激發土壤中的速效氮；兩束激光器出射的激光通過分束器的透射和反射聚焦到同一位置；

激光激發裝置由激光器、聚焦鏡、光纖耦合器、出射光纖、分束器組成。

進一步地，所述原子光譜收集裝置，用于獲取所激發等離子態信號的光譜，等離子態光信號通過一個與樣本臺形成45°傾角的光纖進行收集，采用凹面光柵、面陣電荷耦合元件對所收集的光進行波長分離，獲得720-770nm波段內的高分辨率光譜。

進一步地，所述的分析裝置由2片FPGA組成并行處理系統，承擔土壤樣本中速效氮計算、有機態氮計算、激光激發和光譜收集之間延遲時間分析控制、樣本中氮素分布圖譜分析的功能。

進一步地，所述二維運動樣本臺設有緊固結構來微調自身的高度。

另一方面，本發明還提供一種土壤表面氮元素分布的快速測量方法，該方法包括步驟：

S1.土壤樣本經進樣口置入密閉負壓艙體內；

S2.激光激發裝置的532nm和1064nm激光依次擊打待測土壤樣本表面；