[發明專利]一種基于激光探測分析技術的車載農作物氮素檢測裝置及其檢測方法

有效

• 申請號: 202010553759.8
• 申請日: 2020-06-17
• 公開（公告）號: CN111678872B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發明（設計）人: 汪六三;王儒敬;黃子良;劉源;黃河
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01N21/27
• 分類號: G01N21/27;H01S5/068;H01S5/0683;G05B19/042
• 代理公司: 合肥國和專利代理事務所(普通合伙) 34131
• 代理人: 張祥騫

本發明涉及一種基于激光探測分析技術的車載農作物氮素檢測裝置及其檢測方法。本發明的激光探頭組件包括激光發射模塊和光接收模塊，所述的激光發射模塊包括第一激光二極管和第二激光二極管，第一激光二極管與第二激光二極管的位置相平行且其發射端口的延長線均與農機車體駕駛室頂部水平面呈45度夾角。本發明采用大功率激光器作為光源，并且以傾斜方式照射作物擴大了作物氮素檢測裝置的測量面積，提高了作物氮素檢測裝置的利用率；采用高頻調制數字鎖相解調技術解調接收的調制漫反射光信號，進一步排除外界環境光對測量的影響和車載作業時振動產生的干擾，提高作物氮素檢測裝置的檢測限和檢測靈敏度。

技術領域

本發明涉及作物氮素檢測技術領域，具體來說是一種基于激光探測分析技術的車載農作物氮素檢測裝置及其檢測方法。

背景技術

氮素是作物生長發育必需元素，在作物體內含量約為2％～4％。氮素是作物體內蛋白質、核酸、葉綠素a、葉綠素b、酶等重要化合物組成成分。在作物生長過程中，增加氮肥使用量能顯著促進作物體內的新陳代謝與生長。近年來，為了提高作物產量，大量使用氮肥，過量施用氮肥不僅增加了生產成本，而且直接或間接地污染了環境。科學合理地使用氮肥，不僅可以確保作物產量和品質，而且還能提高氮肥利用率、降低生長成本、減少環境污染，而作物氮素的準確檢測是科學合理使用氮肥的前提。

作物氮素的常規檢測方法是實驗室化學定量分析。這種方法雖然準確度高，但該方法需要破壞性采樣，費時、分析成本高，且實時性差，限制了其普遍使用，且不能實現高通量檢測。基于光學技術的作物氮素檢測方法，由于其實時、快速、準確、大范圍、無損、成本低，獲得了廣泛關注。經對現有技術文獻的檢索發現，美國專利(專利號：US6596996B1)中介紹了一種兩波段的作物冠層氮素測量傳感器，美國專利(專利號：US7408145B2)中介紹了一種調制多色光源的光學傳感裝置，這兩種裝置中光源均是垂直照射，導致其測量范圍有限；美國專利(專利號：US7910876B2)介紹了一種基于脈沖激光的作物氮素傳感器，可用于大面積冠層測量，但其采用一個探測器分時采集作物冠層不同激光的反射光，且探測數據直接采樣處理，致使其測量精度受限。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術中的缺陷，提供一種基于激光探測分析技術的車載農作物氮素檢測裝置及其檢測方法來解決上述問題。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種基于激光探測分析技術的車載農作物氮素檢測裝置，包括農機車體，所述的農機車體駕駛室頂部安裝有激光探頭組件，所述的激光探頭組件的輸出端通過CAN總線與工業顯示屏的輸入端相連，

所述的激光探頭組件包括激光發射模塊和光接收模塊，所述的激光發射模塊包括第一激光二級管和第二激光二級管，第一激光二級管與第二激光二級管的位置相平行且其發射端口的延長線均與農機車體駕駛室頂部水平面呈45度夾角。

所述的光接收模塊包括第一平透鏡、第二平透鏡、第一窄帶濾光片、第二窄帶濾光片、第一光電二極管、第二光電二極管、第一前置放大器、第二前置放大器，第一平透鏡和第二平透鏡收集作物漫反射光分別聚焦于對應的第一激光二級管與第二激光二級管。

所述的第一激光二極管的波長為730nm、第二激光二極管的波長為808nm，第一激光二級管和第二激光二級管功率均為1瓦。

所述第一窄帶濾光片和第二窄帶濾光片的波長分別為730nm、808nm，帶寬均為10nm；第一平透鏡、第二平透鏡的焦距均為30mm。