[发明专利]基于表面增强拉曼光谱的便携式多功能土壤养分速测仪

说明书

本发明涉及一种基于表面增强拉曼光谱的便携式多功能土壤养分速测仪，包括控制模块、传感器模块、数据采集模块、数据存储模块、显示模块、GPS模块、报警模块、电源模块、激光器、拉曼探头、光谱仪和样品架。传感器模块包括CCD光纤传感器、水分传感器、温度传感器和pH传感器。电源模块用于为控制模块、传感器模块、显示模块、GPS模块和报警模块供电。探头安装在样品架上。激光器和光谱仪相连。样品架包括样品架本体和覆盖在样品架本体上表面的贵金属纳米层。本发明实现土壤养分的实时、快速以及高灵敏度检测，还能对被检测土壤进行准确定位，为实时指导农民施肥和田间管理提供便利。

技术领域

本发明涉及土壤养分检测技术领域，具体涉及一种基于表面增强拉曼光谱的便携式多功能土壤养分速测仪。

背景技术

精准农业是近年来备受关注而又迅速发展的现代农业技术体系，也是现代信息技术和传统农业紧密结合的产物。它是对农业所涉及的对象和过程，进行精确设计、控制和实现，减少资源投入，提高农业的生产效能，降低环境污染。在田间无损检测土壤的水分、温度、pH和养分等，以实时、快速、准确获取有关信息，是实现精准农业的必要条件。

目前，用于土壤养分检测的传统方法都是以实验室化学分析方法为主，该方法前处理过程繁琐，检测周期长，耗费大量的人力、财力和物力，而且土壤分析的结果无法从实时和实用性上指导农民施肥或田间管理。另外，在样品的处理出过程中会大量使用酸碱等化学试剂，对环境造成一定程度的污染。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于表面增强拉曼光谱的便携式多功能土壤养分速测仪，该土壤养分速测仪能够解决现有技术中存在的不足，实现土壤养分的实时、快速以及高灵敏度检测，而且还能对被检测土壤进行准确定位，为实时指导农民施肥和田间管理提供便利。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种基于表面增强拉曼光谱的便携式多功能土壤养分速测仪，包括控制模块、传感器模块、数据采集模块、数据存储模块、显示模块、GPS模块、报警模块、电源模块、激光器、拉曼探头、光谱仪和样品架。所述传感器模块包括CCD光纤传感器、水分传感器、温度传感器和pH传感器，每个传感器使用前参数的设置通过设置键完成。所述电源模块用于为控制模块、传感器模块、显示模块、GPS模块和报警模块供电；所述拉曼探头安装在样品架上；所述激光器与光谱仪相连；所述样品架包括样品架本体和覆盖在样品架本体上表面的贵金属纳米层。所述GPS模块的输入端接天线，输出端接控制模块的输入端，用于获取待测土壤的经纬度、时间及高度等位置信息。所述GPS模块采用单模定位模块，GPS模块的串口与控制模块的串口相连，而且增加一级前置放大器使定位模块与天线进行连接。所述显示模块，用于接收并显示控制模块输送的当前待测土壤的养分（有机质、氮、磷等）、水分、温度、pH和GPS定位等参数。所述数据采集模块采用具有多路模拟信号和数字信息输入接口的数据采集卡，实现传感器模拟信号的电流/电压转换、模拟/数字信号转换采集以及数字传感器信号的直接读取。

将水分传感器、温度传感器和pH传感器插入待测土壤中，同时取一部分该待测土壤作为待测土壤样品平铺在样品架上。打开激光器，激光器发出的激发光照射在待测土壤样品上。

所述激光器，用于发出激发光。所述探头，用于将激发光照射至样品架上的待测土壤样品上，同时收集待测土壤样品的散射光信号。

所述控制模块通过数据采集模块采集CCD光纤传感器、水分传感器、温度传感器和pH传感器的实时检测数据；控制模块通过光谱仪对CCD光纤传感器的检测数据进行分析，得出待测土壤的养分谱图，并将待测土壤的养分谱图与标准养分谱图对比，从而获取待测土壤中各养分的含量；控制模块对各传感器实时检测数据进行分析，通过报警模块对异常数据进行报警；控制模块通过GPS模块读取当前待测土壤数据采集点的位置信息，并将位置信息与各传感器的实时检测数据进行对应；控制模块通过数据存储模块对各传感器的实时检测数据及相应的位置信息进行存储，用于后期导出、分析和数据归档；控制模块通过显示模块实时显示待测土壤的数据信息。