[发明专利]农田土壤氮素在线检测系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及农业传感技术和仪器仪表技术领域，尤其涉及一种农田土壤氮素在线检测系统及方法。

背景技术

农田土壤氮素是促进作物生长的主要营养元素，对氮素进行现场监测具有重要意义。一方面，对土壤中氮素的实时监测是指导科学施肥的重要依据，以合理利用肥料，在保证农作物营养需求的前提下避免滥施，增强农产品质量和安全水平；另一方面，对土壤氮素的实时监测是研究土壤养分迁移规律、合理规划农业作业的重要前提。土壤学科研工作者迫切需要了解土壤氮素含量的实时状态。

传统的土壤氮素分析采用实验室化学分析方法，以常用的凯氏定氮法为例，其基本原理是用浓硫酸消煮，借催化剂和增温剂等使土壤中的氮素转换为铵态氮，最后用标准酸滴定方法测算出土壤中的全氮含量。传统的化学分析方法耗费巨大的时间、财力和人力，当需要用土壤分析结果直接指导施肥或田间管理时，无论从实时性还是实用性来讲，化学分析方法都不能满足要求，而且蒸馏废液中大量的高浓度碱处理不当还会引起环境污染。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：提供一种省时、省力、实时性好且实用性强的农田土壤氮素在线检测系统及方法。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提供了一种农田土壤氮素在线检测系统，该系统包括：激光器，发射预设波长的激光；至少一套传感探头，用于将所述激光器发出的光照射到待测土壤表层，并收集待测土壤表面被激发至等离子态的光学信号；传导光纤，连接于所述激光器与传感探头之间，以及所述传感探头与信号处理模块之间，将所述激光器发出的光传导至所述传感探头，以及将所述传感探头收集的光学信号传送至信号处理模块；信号处理模块，用于根据所述传感探头收集的光学信号，计算所述待测土壤的氮素浓度。

优选地，所述信号处理模块进一步包括：分光单元，与所述传导光纤相连，用于对所述传感探头采集到的光学信号进行分光处理，得到等离子发射光谱；信号收集单元，与所述分光单元相连，用于接收所述分光单元分光后的信号，并通过读出电路向信号处理单元输出数字化光谱；信号处理单元，与所述信号收集单元相连，用于对所述数字化光谱进行处理，得到所述待测土壤的氮素浓度信息。

优选地，所述分光单元为多通道凹面光栅结构。

优选地，所述信号收集单元为面阵CCD。

优选地，所述信号处理单元为DSP处理器。

优选地，所述传感探头包括：激光发射头，用于将所述激光器发出的光照射到待测土壤表层；至少一个光学信号收集探头，用于收集预设波长的待测土壤表面被激发至等离子态的光学信号。

优选地，该系统还包括：聚光模块，设置于所述传感探头与所述传导光纤之间，用于将所述光信号汇聚入所述传导光纤。

优选地，该系统还包括：控制模块，与所述激光器相连，用于驱动所述激光器发射预设波长的激光；

温控模块，用于对所述激光器的基地进行温度控制。

优选地，所述激光器为钇铝石榴石晶体，所述预设波长为1064nm。

本发明还提供了一种农田土壤氮素在线检测方法，该方法包括步骤：

S1.将传感探头置于待测土壤表层的预设深度，驱动激光器发射预设波长的激光；

S2.传感探头将所述激光器发射的激光引至待测土壤表层，同时收集待测土壤表面被激发至等离子态的光学信号，并将其传送至信号处理模块；

S3.所述信号处理模块根据所述传感探头收集的光学信号，计算所述待测土壤的氮素浓度。

(三)有益效果

本发明的系统及方法通过激发待测土壤至等离子态，再分析土壤的等离子态发射光谱，从而再现土壤中的氮素含量。相对于传统的化学分析方法，能够快速、实时、准确地进行分析，避免了取样、制样、分析过程的人力和物力浪费。本发明的系统及方法可用于科学施肥、土壤肥力研究等领域。

附图说明

图1为依照本发明一种实施方式的农田土壤氮素在线检测系统结构示意图；

图2为依照本发明另一种实施方式的农田土壤氮素在线检测系统结构示意图；

图3为依照本发明一种实施方式的农田土壤氮素在线检测方法的流程图。

具体实施方式

本发明提出的农田土壤氮素在线检测系统及方法，结合附图及实施例详细说明如下。

实施例1

如图1所示，依照本发明一种实施方式的农田土壤氮素在线检测系统包括：激光器、至少一套传感探头、传导光纤以及信号处理模块。