[實用新型]一種基于可見-近紅外光譜技術的土壤養分檢測裝置

有效

• 申請號: 201520914810.8
• 申請日: 2015-11-17
• 公開（公告）號: CN205157419U
• 公開（公告）日: 2016-04-13
• 發明（設計）人: 賈生堯
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31;G01N21/3563;G01N21/359
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

技術領域

本實用新型涉及精細農業土壤養分快速檢測領域，具體是一種基于可見- 近紅外光譜技術的土壤養分檢測裝置。

背景技術

土壤中養分的豐缺是進行科學施肥、實現作物優質、高效、生態、安全生 產的重要基礎。然而，人們為了追求高產往往對作物大量盲目施肥，致使化肥 的利用率很低。我國氮肥當季利用率僅為30％左右，遠低于美國和日本氮素利 用率60％～70％。化肥施用量的增加和利用率的下降，不僅在經濟上造成巨大損 失，還會引起嚴重的環境污染，致使地表水富營養化，地下水和蔬菜中營養元 素含量超標等問題。大面積快速獲取土壤養分含量信息，根據土壤養分的豐缺 合理適量施肥，對于我國農業可持續發展具有重要意義。近幾年，我國每年投 入上億元資金大規模推廣“測土配方施肥技術”，該技術以農田土壤養分化學 分析測試為基礎，根據作物需肥規律提出氮、磷、鉀及中、微量元素等肥料的 施用方案。但是由于實驗室化學分析過程復雜、周期長、成本高、實時性差， 使得實際測試樣本數量偏少，很難客觀反映農田土壤養分實際分布情況，從而 制約了該技術的大規模應用。另外，大量的土壤化驗分析會產生酸堿廢棄液， 處理不當會引起環境污染。因此，農作物生產上迫切需要一種快速、現場原 位、連續且無污染的檢測方法。

可見-近紅外光譜技術是一種快速無損檢測技術，從上世紀80年代以來， 隨著計算機技術和化學計量學理論的不斷發展，可見-近紅外光譜技術得到廣泛 研究和應用。可見-近紅外光譜技術具有分析速度快，分析效率高，分析成本 低，測試重現性好等優點，不需添加試劑，便于在線分析。近年來，采用可見- 近紅外光譜技術測量土壤養分信息受到了國內外研究學者的青睞。

可見-近紅外光譜容易受到土壤含水率，土壤顆粒大小和土壤表面粗糙度的 影響。為了減小這些因素對光譜采集帶來的影響，大部分研究學者都將農田采 集到的土壤拿到實驗室中進行碾磨、過篩、烘干等處理，然后再進行光譜數據 測試，難以實現現場在線檢測。另一方面，將光源和光纖探頭直接暴露在野外 環境下進行連續不間斷測量，容易造成儀器損傷。現有常見的有土壤中涉及總 氮含量的檢測裝置，但該檢測裝置在測量前，需要使用人工對土壤樣品進行碾 磨和過篩處理，檢測過程不連續，這在大面積應用時有很強的局限性。

土壤可見-近紅外光譜容易受到土壤質地類型的影響，不同土壤樣品之間的 預測機制可能存在很大差異。

實用新型內容

為了解決背景技術中存在的問題，本實用新型的目的在于提供一種基于可 見-近紅外光譜技術的土壤養分檢測裝置，該裝置能夠在農田中對土壤養分進行 大面積連續不間斷的檢測。本實用新型裝置能夠從農田中選擇出具有代表性的 土壤樣本作為建模集，用于建立光譜校正模型，有利于提高模型的通用性和預 測精度。

本實用新型采用的技術方案為：

本實用新型包括前后帶有滾輪的移動平臺，還包括安裝在移動平臺上的測 量箱室，安裝在測量箱室內的光源、光纖探頭、光譜儀和控制器，安裝在移動 平臺頂部的GPS模塊和液晶顯示模塊以及安裝在移動平臺前端的用于提供電能 的發電機和用于連接拖拉機的三點懸掛裝置；

所述的測量箱室五面密封，底部開口與土壤表面接觸，光源安裝在測量箱 室內頂部并朝向下方，光纖探頭安裝在測量箱室內的中間，光纖探頭位于移動 平臺前后兩個滾輪的之間，光纖探頭朝向正下方，光源發出光經土壤漫反射后 由光纖探頭采集漫反射光譜，并將光譜信息傳送至可見-近紅外光譜儀；光纖探 頭經光譜儀連接控制器，GPS模塊和液晶顯示模塊均連接到控制器。

所述的光譜儀，將光纖探頭傳送來的光信號轉換成電信號，并傳送至控制 器；

所述GPS模塊，記錄裝置采集時土壤樣品的位置信息傳送至控制器；

所述控制器，控制光譜儀采集光譜數據并顯示在液晶顯示模塊上；

所述三點懸掛裝置，通過聯結銷與拖拉機的尾部相連，使得移動平臺被拖 拉機牽引移動；

所述發電機，連接光源、光譜儀、控制器、GPS模塊和液晶顯示模塊以提 供電能。

進一步地，所述的滾輪均由實心鋼質材料制成，直徑25厘米，寬度1米。

進一步優選地，所述的光源主要由多盞同一型號的鹵素燈組成，多盞鹵素 燈以光纖探頭為圓心間隔均布地置于周圍的圓周上。