[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

说明书

技术领域

本发明涉及地球勘探技术领域，尤其涉及一种对土壤表面氮元素分布的快速测量的方法和系统。

背景技术

土壤中一些元素的快速测量具有重要意义。一方面，土壤中元素含量的测定与资源勘探、考古等研究密不可分。快速、准确的测定可以为地质变迁、元素迁移规律研究提供有力的工具支持。另一方面，氮素等养分元素的测定对土壤养分的开发利用具有重要意义。土壤养分是作物营养的重要来源。对农田土壤中氮素进行测量，有助于指导科学施肥。因此，对土壤表面的氮素进行快速测量、并获得氮素在土壤表面的分布图像具有重要的科学价值和应用价值。

传统方法中，对土壤中氮素的测量较为复杂。需将土壤磨碎后，在实验室内经煅烧等前处理后，再用色谱、原子吸收等方法进行测量。现有技术中公开了一种基于激光诱导击穿光谱原理的、对土壤中元素进行测量的方法。该专利提出了一种可以在田间应用的探头，探头可插入土壤中。探头中内置了激光器，在测量中将待测土壤表面激发至等离子态，再用探头中的光纤收集等离子态信号，送至光谱仪中进行分光，进而利用偏最小二乘等化学计量学方法分析其中各元素含量。相对于本专利，该背景技术具有如下区别：

（1）背景技术只能分析待测物质某一位置的成分，而不能呈现土壤表面氮素的分布图像；

（2）背景技术所分析的是土壤中各种元素的含量，但一些元素的含量对土壤成分研究不够，更多地去关注元素的存在形态。（3）空气中的氮素对测量有一定程度的影响，背景技术未考虑空气中氮素影响的消减问题，难以对氮素进行精确的测量。

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土壤表面氮元素分布的快速测量方法和系统，从而获得待测片状土壤表面的有机态氮、速效氮的分布图像。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一方面提供一种土壤表面氮元素分布的快速测量系统包括：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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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，控制二维运动台进行二维运动。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，所述二维运动样本台设有紧固结构来微调自身的高度。

另一方面，本发明还提供一种土壤表面氮元素分布的快速测量方法，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；