[發明專利]基于表面增強拉曼光譜的便攜式多功能土壤養分速測儀

有效

• 申請號: 201710115088.5
• 申請日: 2017-02-28
• 公開（公告）號: CN106872440B
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 郭紅燕;王儒敬;宋良圖;趙愛武;汪六三;魯翠萍;黃河;汪玉冰;張正勇;劉洋;高鈞;張俊卿;陳翔宇;朱利凱;黃偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 梁美珠;奚華保

本發明涉及一種基于表面增強拉曼光譜的便攜式多功能土壤養分速測儀，包括控制模塊、傳感器模塊、數據采集模塊、數據存儲模塊、顯示模塊、GPS模塊、報警模塊、電源模塊、激光器、拉曼探頭、光譜儀和樣品架。傳感器模塊包括CCD光纖傳感器、水分傳感器、溫度傳感器和pH傳感器。電源模塊用于為控制模塊、傳感器模塊、顯示模塊、GPS模塊和報警模塊供電。探頭安裝在樣品架上。激光器和光譜儀相連。樣品架包括樣品架本體和覆蓋在樣品架本體上表面的貴金屬納米層。本發明實現土壤養分的實時、快速以及高靈敏度檢測，還能對被檢測土壤進行準確定位，為實時指導農民施肥和田間管理提供便利。

技術領域

本發明涉及土壤養分檢測技術領域，具體涉及一種基于表面增強拉曼光譜的便攜式多功能土壤養分速測儀。

背景技術

精準農業是近年來備受關注而又迅速發展的現代農業技術體系，也是現代信息技術和傳統農業緊密結合的產物。它是對農業所涉及的對象和過程，進行精確設計、控制和實現，減少資源投入，提高農業的生產效能，降低環境污染。在田間無損檢測土壤的水分、溫度、pH和養分等，以實時、快速、準確獲取有關信息，是實現精準農業的必要條件。

目前，用于土壤養分檢測的傳統方法都是以實驗室化學分析方法為主，該方法前處理過程繁瑣，檢測周期長，耗費大量的人力、財力和物力，而且土壤分析的結果無法從實時和實用性上指導農民施肥或田間管理。另外，在樣品的處理出過程中會大量使用酸堿等化學試劑，對環境造成一定程度的污染。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于表面增強拉曼光譜的便攜式多功能土壤養分速測儀，該土壤養分速測儀能夠解決現有技術中存在的不足，實現土壤養分的實時、快速以及高靈敏度檢測，而且還能對被檢測土壤進行準確定位，為實時指導農民施肥和田間管理提供便利。

為實現上述目的，本發明采用了以下技術方案：

一種基于表面增強拉曼光譜的便攜式多功能土壤養分速測儀，包括控制模塊、傳感器模塊、數據采集模塊、數據存儲模塊、顯示模塊、GPS模塊、報警模塊、電源模塊、激光器、拉曼探頭、光譜儀和樣品架。所述傳感器模塊包括CCD光纖傳感器、水分傳感器、溫度傳感器和pH傳感器，每個傳感器使用前參數的設置通過設置鍵完成。所述電源模塊用于為控制模塊、傳感器模塊、顯示模塊、GPS模塊和報警模塊供電；所述拉曼探頭安裝在樣品架上；所述激光器與光譜儀相連；所述樣品架包括樣品架本體和覆蓋在樣品架本體上表面的貴金屬納米層。所述GPS模塊的輸入端接天線，輸出端接控制模塊的輸入端，用于獲取待測土壤的經緯度、時間及高度等位置信息。所述GPS模塊采用單模定位模塊，GPS模塊的串口與控制模塊的串口相連，而且增加一級前置放大器使定位模塊與天線進行連接。所述顯示模塊，用于接收并顯示控制模塊輸送的當前待測土壤的養分（有機質、氮、磷等）、水分、溫度、pH和GPS定位等參數。所述數據采集模塊采用具有多路模擬信號和數字信息輸入接口的數據采集卡，實現傳感器模擬信號的電流/電壓轉換、模擬/數字信號轉換采集以及數字傳感器信號的直接讀取。

將水分傳感器、溫度傳感器和pH傳感器插入待測土壤中，同時取一部分該待測土壤作為待測土壤樣品平鋪在樣品架上。打開激光器，激光器發出的激發光照射在待測土壤樣品上。

所述激光器，用于發出激發光。所述探頭，用于將激發光照射至樣品架上的待測土壤樣品上，同時收集待測土壤樣品的散射光信號。

所述控制模塊通過數據采集模塊采集CCD光纖傳感器、水分傳感器、溫度傳感器和pH傳感器的實時檢測數據；控制模塊通過光譜儀對CCD光纖傳感器的檢測數據進行分析，得出待測土壤的養分譜圖，并將待測土壤的養分譜圖與標準養分譜圖對比，從而獲取待測土壤中各養分的含量；控制模塊對各傳感器實時檢測數據進行分析，通過報警模塊對異常數據進行報警；控制模塊通過GPS模塊讀取當前待測土壤數據采集點的位置信息，并將位置信息與各傳感器的實時檢測數據進行對應；控制模塊通過數據存儲模塊對各傳感器的實時檢測數據及相應的位置信息進行存儲，用于后期導出、分析和數據歸檔；控制模塊通過顯示模塊實時顯示待測土壤的數據信息。