[發(fā)明專利]基于近紅外光譜技術(shù)的車載土壤養(yǎng)分檢測及自動采樣裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410741370.0
• 申請日: 2014-12-08
• 公開（公告）號: CN104483285A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪玉冰;王儒敬;常禮;宋良圖;曹平國;林志丹;劉晶;魯翠萍;汪六三;張正勇;李平;何大偉;賈鐵振
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
• 主分類號: G01N21/3563
• 分類號: G01N21/3563;G01N21/25;G01N1/08
• 代理公司: 合肥天明專利事務(wù)所 34115
• 代理人: 宋倩;奚華保

1.一種基于近紅外光譜技術(shù)的車載土壤養(yǎng)分檢測及自動采樣裝置，該裝置包括裝設(shè)有行走輪的移動平臺以及設(shè)置在移動平臺上的控制箱，其特征在于：該裝置還包括設(shè)置在移動平臺上的采土裝置和存土裝置、設(shè)置在移動平臺底部的破土裝置和光學(xué)系統(tǒng)、設(shè)置在控制箱頂部的GPS以及設(shè)置在控制箱內(nèi)的光譜儀、工控機(jī)和控制器；

所述破土裝置，用于翻土，帶動光學(xué)系統(tǒng)直接壓在翻過的土壤表面；

所述光學(xué)系統(tǒng)，用于形成土壤樣品漫反射光譜，并將土壤樣品漫反射光譜信息傳送至光譜儀；

所述光譜儀，用于收集土壤樣品漫反射可見光光譜和近紅外光譜數(shù)據(jù)，并傳送至工控機(jī)；

所述GPS，用于記錄土壤樣品的位置信息，并傳送至工控機(jī)；

所述工控機(jī)，用于對土壤樣品光譜信息進(jìn)行主成分提取和聚類分析，選擇出具有代表性的土壤樣品，并根據(jù)其位置信息進(jìn)行路徑規(guī)劃；

所述采土裝置，用于根據(jù)規(guī)劃的路徑，在移動平臺到達(dá)指定土壤樣品的位置后，對土壤樣品進(jìn)行采集；

所述存土裝置，用于將采集的土壤樣品有序存放在移動平臺上的特定區(qū)域內(nèi)；

所述控制器，用于對破土裝置、光學(xué)系統(tǒng)、采土裝置和存土裝置的啟動和停止進(jìn)行控制。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于近紅外光譜技術(shù)的車載土壤養(yǎng)分檢測及自動采樣裝置，其特征在于：所述破土裝置包括長桿、豎桿和斗齒，所述長桿的前端通過銷釘與移動平臺連接，長桿的后端通過伸縮汽缸臂與移動平臺連接；所述豎桿固定在長桿上，所述斗齒裝設(shè)在豎桿的下端前部，所述光學(xué)系統(tǒng)裝設(shè)在豎桿的下端后部；

所述光學(xué)系統(tǒng)包括光源系統(tǒng)和光譜采集系統(tǒng)，所述光源系統(tǒng)包括光源模塊和聚焦透鏡組，所述光譜采集系統(tǒng)包括收集透鏡和收集光纖端頭；所述光源模塊發(fā)出的光經(jīng)聚焦透鏡組準(zhǔn)直和聚焦后作用到待測土壤樣品表面形成漫反射光譜，所述漫反射光譜經(jīng)收集透鏡會聚后再通過收集光纖端頭耦合進(jìn)收集光纖并傳輸至光譜儀。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于近紅外光譜技術(shù)的車載土壤養(yǎng)分檢測及自動采樣裝置，其特征在于：所述采土裝置包括液壓伸縮桿、用于抓取土壤樣品的第一機(jī)械手指和轉(zhuǎn)動圓盤，所述存土裝置包括橫向?qū)к墶⒖v向?qū)к墶⒂糜谧ト⊥翗哟鎯薜牡诙C(jī)械手指和若干土樣儲存罐；所述液壓伸縮桿通過支架固定在移動平臺上，所述第一機(jī)械手指裝設(shè)在液壓伸縮桿的下端，所述轉(zhuǎn)動圓盤裝設(shè)在第一機(jī)械手指下方的移動平臺上；所述轉(zhuǎn)動圓盤和移動平臺上均開設(shè)有用于第一機(jī)械手指穿過的取土孔；所述轉(zhuǎn)動圓盤底部和第一機(jī)械手指內(nèi)部均設(shè)有驅(qū)動電機(jī)；

所述橫向?qū)к壟c縱向?qū)к壪嗷ゴ怪痹O(shè)置，所述橫向?qū)к壣显O(shè)有橫向驅(qū)動機(jī)構(gòu)，所述縱向?qū)к壣显O(shè)有縱向驅(qū)動機(jī)構(gòu)；所述橫向?qū)к壨ㄟ^立板固定在移動平臺上，所述縱向?qū)к壯b設(shè)在橫向?qū)к壣喜⒃跈M向驅(qū)動機(jī)構(gòu)的作用下沿著橫向?qū)к墮M向移動，所述第二機(jī)械手指裝設(shè)在縱向?qū)к壣喜⒃诳v向驅(qū)動機(jī)構(gòu)的作用下沿著縱向?qū)к壙v向移動；所述若干土樣存儲罐有序放置在移動平臺上且在第二機(jī)械手指能夠自由移動的相應(yīng)區(qū)域內(nèi)；所述第二機(jī)械手指內(nèi)部設(shè)有驅(qū)動電機(jī)。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于近紅外光譜技術(shù)的車載土壤養(yǎng)分檢測及自動采樣裝置，其特征在于：所述光學(xué)系統(tǒng)與豎桿通過平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于近紅外光譜技術(shù)的車載土壤養(yǎng)分檢測及自動采樣裝置，其特征在于：所述光源系統(tǒng)還包括一個圓柱形大套筒和一個圓柱形小套筒，所述光源模塊設(shè)置在圓柱形大套筒的頂端，所述圓柱形小套筒設(shè)置在圓柱形大套筒的下端，所述光源模塊采用鹵素?zé)襞荩鼍劢雇哥R組由兩片平凸透鏡組成，所述兩片平凸透鏡分別裝設(shè)在圓柱形小套筒的兩端，其平面相對放置。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于近紅外光譜技術(shù)的車載土壤養(yǎng)分檢測及自動采樣裝置，其特征在于：所述光譜采集系統(tǒng)還包括一個圓柱形套筒，所述收集透鏡設(shè)置在圓柱形套筒的底端，所述收集光纖端頭設(shè)置在圓柱形套筒的頂端。

7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于近紅外光譜技術(shù)的車載土壤養(yǎng)分檢測及自動采樣裝置，其特征在于：所述光譜儀包括可見光光譜儀和近紅外光譜儀。

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于近紅外光譜技術(shù)的車載土壤養(yǎng)分檢測及自動采樣裝置，其特征在于：所述橫向運(yùn)動機(jī)構(gòu)和縱向運(yùn)動機(jī)構(gòu)均包括相互嚙合的條形齒輪和轉(zhuǎn)子齒輪以及用于帶動轉(zhuǎn)子齒輪轉(zhuǎn)動的驅(qū)動電機(jī)。