[发明专利]一种土壤K元素含量测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于土壤放射性监测领域，具体涉及一种土壤K元素含量的测量方法及装置。

背景技术

我国人口众多,人均耕地面积只有世界平均水平的三分之一,农业生产需要提供足够的粮食等农产品满足巨大的需求,生产任务很重。我国土地的耕种过程基本处于粗放状态,高耗、低效。为保证产量,每年有大量的化肥被使用,但是由于粗放的使用方式,造成化肥的利用率低于世界平均水平,多种化肥过量使用,这种情况造成了大量的浪费,增加了农业生产的成本,同时,未被作物吸收利用的钾素进入水体,会造成污染,引起环境问题。传统耕种技术难以精确控制整个农业生产过程,难以进一步提升耕种效果。

精准农业要求对农业所涉及的对象和过程进行精确设计﹑控制和实现,改变过去农业生产粗放的状态,提升农业的生产效能。精准农业的一个重要方面是精准施肥技术,这要求生产者掌握不同耕地的钾素含量情况,农田信息的高密度获取是精准农业发展的瓶颈。取样后在实验室进行分析的方式的需要投入巨大的人力物力,所以急需研制农田钾素的无试剂快速探测技术。

发明内容

本发明为克服现有技术的不足，采用下述技术方案予以实现：

一种土壤K元素含量的测量装置，包括NaI(Tl)晶体探头、与NaI(Tl)晶体探头连接的前置放大器、与前置放大器连接的主放大器、提供电源的电源模块、与主放大器连接的多道脉冲幅度分析器、与多道脉冲幅度分析器连接的高精度GPS模块、与多道脉冲幅度分析器互相传递信息的人机接口模块和通讯模块。

NaI(Tl)晶体探头包括NaI(Tl)晶体和光电倍增管，光电倍增管低噪声且不含钾，与NaI(Tl)晶体在受光面上紧密安装，将光信号转换为电脉冲信号，经前置放大器对脉冲预放大，主放大器放大前置放大器输出的脉冲信号，将信号调理成适合模数转换的脉冲形状。NaI(Tl)晶体探头对γ射线具有较高的灵敏度，探测的能量范围可达30keV～3MeV，而⁴⁰K的能量为1460.8keV，正好在NaI(Tl)晶体探头探测范围之内。

多道脉冲幅度分析器包括模数转换单元、脉冲基线恢复单元、峰值检测与提取单元、堆积识别单元和数据存储单元，将脉冲信号模数转换，提取和保存信息。多道脉冲幅度分析器利用FPGA把核脉冲信号通过高速ADC数字化，然后利用一定的算法进行数字成形，最后在成形以后的脉冲上面寻找幅度峰值，进而完成脉冲信号的数字处理，获取时间、能量、形状等方面的信息。本发明主要针对于土壤中⁴⁰K测量，在信号处理时主要获取⁴⁰K所在能量范围，通过FPGA内部算法舍弃掉其他能量范围内的核素数据并且将⁴⁰K部分放大细化突出显示，以方便数据记录以及查看。

高精度GPS模块实时确定测量地点具体位置坐标，便于钾元素含量分布的位置定位。

电源模块包括低压电源模块和高压电源模块，低压电源模块为前置放大器、主放大器、多道脉冲幅度分析器、高精度GPS模块、通信模块和人机接口模块供电，高压电源模块为光电倍增管供电。高压电源模块输入电压为9～18V,输出电压可达到±2000V；低压电源模块使用DC-DC电压模块，输入电压为9～18V，输出为+5V和±12V。

人机接口模块主要包括触摸屏，显示实时检测的谱线，工作人员可现场确定钾元素含量，也便于工作人员设置仪器工作参数。

通信模块将多道脉冲幅度分析器处理完成的数据发送到电脑和/或手持终端和/或远程终端。可通过WIFI直接发送到手持终端，也可通过CDMA/WCDMA通讯的方式传送到远程终端。装置只关注K元素含量，远程发送能谱数据时只发送这一部分，节省发送时间以及通讯费用，降低系统功耗。通讯模块还可以远程监控本发明的全过程。

一种土壤K元素含量的测量方法，包括以下步骤：

(1)采集AD值；

(2)计算脉冲基线；

(3)检测并提取脉冲峰值；

(4)设定道址范围；

(5)比较提取峰值与设定道址的两端极值，如果峰值在所设定道址范围之内，则相应的道址加一，通过通信模块将该数据传出，同时在人机接口模块的显示模块更新数据的变化；如果峰值不在所设定道址范围之内，舍去此AD数据，回到步骤(1)。