[发明专利]一种土壤表面氮元素分布的快速测量方法和系统

权利要求书

1.一种土壤表面氮元素分布的快速测量系统，其特征在于，包括：密闭负压舱体和分析装置以及设置于密闭负压舱体内的二维运动样本台、激光激发装置和原子光谱收集装置；

所述分析装置控制所述二维运动样本台的运动状态，所述二维运动样本台与激光激发装置、原子光谱收集装置进行同步控制；

激光激发装置和原子光谱收集装置用于激发并获取土壤表面的微量原子发射光谱，分析土壤表面被照射位置的氮素含量；

分析装置，用于承载控制、定标和定量化回归算法，计算土壤表面被照射不同位置的氮素的含量，并自动绘制氮素分布图。

2.如权利要求1所述的土壤表面氮元素分布的快速测量系统，其特征在于，所述密闭负压舱体的一端设有负压型进样口，所述土壤样本经进样口置入密闭负压舱体内。

3.如权利要求1所述的土壤表面氮元素分布的快速测量系统，其特征在于，还包括气泵，所述气泵用于抽取舱体内的气体，形成负压环境；所述密闭负压舱体设有气嘴，在气泵抽动下形成约20%-50%大气压的内部气压条件。

4.如权利要求1所述的土壤表面氮元素分布的快速测量系统，其特征在于，所述二维运动样本台与激光激发装置联动，二维运动样本台设有触发模块，激光激发后，触发模块发出指令，控制二维运动样本台进行二维运动。

5.如权利要求4所述的土壤表面氮元素分布的快速测量系统，其特征在于，所述二维运动样本台连接横轴步进电机和纵轴步进电机，横轴步进电机和纵轴步进电机通过脉冲信号控制，所述横轴步进电机和纵轴步进电机分别通过丝杠传动，带动二维运动样本台进行二维运动。

6.如权利要求1所述的土壤表面氮元素分布的快速测量系统，其特征在于，激光发射装置包括两套波长不同的激光器，其中一套激光器的波长为532nm，另一套激光法的波长为1064nm；所述波长为532nm的激光器用于激发土壤中所有氮元素；所述波长为1064nm的激光器用于激发土壤中的速效氮；两束激光器出射的激光通过分束器的透射和反射聚焦到同一位置；

激光激发装置由激光器、聚焦镜、光纤耦合器、出射光纤、分束器组成。

7.如权利要求1所述的土壤表面氮元素分布的快速测量系统，其特征在于，所述原子光谱收集装置，用于获取所激发等离子态信号的光谱，等离子态光信号通过一个与二维运动样本台形成45°倾角的光纤进行收集，采用凹面光栅、面阵电荷耦合元件对所收集的光进行波长分离，获得720-770nm波段内的高分辨率光谱。

8.如权利要求1所述的土壤表面氮元素分布的快速测量系统，其特征在于，所述的分析装置由2片FPGA组成并行处理系统，承担土壤样本中速效氮计算、有机态氮计算、激光激发和光谱收集之间延迟时间分析控制、样本中氮素分布图谱分析的功能。

9.如权利要求1所述的土壤表面氮元素分布的快速测量系统，其特征在于，所述二维运动样本台设有紧固结构来微调自身的高度。

10.一种基于权利要求1-9任一项所述系统的土壤表面氮元素分布的快速测量方法，其特征在于，该方法包括步骤：

S1.土壤样本经进样口置入密闭负压舱体内；

S2.激光激发装置的532nm和1064nm激光依次击打待测土壤样本表面；

S3.在激光击打之后，光纤依次收集两次击打后产生的等离子态光学信号，并传输至原子光谱收集系统；

S4.原子光谱收集系统获取原子发射光谱，通过分析装置的计算获得所激发位置的速效氮、有机态氮含量；

S5.在分析装置信号触发下，二维运动样本台土壤将样本进行微小距离移动，从而测量另一位置的氮素含量；

S6.重复上述过程，将预设的区域扫描完成后，分析装置在获得每一像素位置氮素含量的基础上，绘制速效氮、有机态氮的分布图。