專利名稱：一種土壤有機(jī)質(zhì)檢測裝置以及檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及土壤檢測領(lǐng)域，具體涉及一種土壤有機(jī)質(zhì)檢測裝置以及檢測方法。
背景技術(shù)：
土壤有機(jī)質(zhì)是土壤固相部分的重要組成成分，是反映土壤肥力高低的重要指標(biāo)之一，對于改善土壤物理性狀、提高土壤保肥能力等方面具有重要作用。盡管土壤有機(jī)質(zhì)的含量只占土壤總量的很小一部分，但它對土壤形成、環(huán)境保護(hù)及農(nóng)林業(yè)可持續(xù)發(fā)展等方面具有重要意義。
土壤有機(jī)質(zhì)的含量在不同土壤中差異很大，含量高的可達(dá)20 30%以上(如泥炭土，某些肥沃的森林土壤等)，含量低的不足0.5 1% (如荒漠土和風(fēng)沙土等)。在土壤學(xué)中，一般把耕作層中有機(jī)質(zhì)含量20%以上的土壤稱為有機(jī)質(zhì)土壤，有機(jī)質(zhì)含量在20%以下的土壤稱為礦質(zhì)土壤。土壤有機(jī)質(zhì)一般以三種類型狀態(tài)存在(I)新鮮的有機(jī)物進(jìn)入土壤中尚未被微生物分解的動、植物殘?bào)w，它們?nèi)员Ａ糁械男螒B(tài)等特征；(2)分解的有機(jī)物經(jīng)微生物的分解，使進(jìn)入土壤中的動、植物殘?bào)w失去了原有的形態(tài)等特征，有機(jī)質(zhì)已部分分解，并且相互纏結(jié)，呈褐色，包括有機(jī)質(zhì)分解產(chǎn)物和新合成的簡單有機(jī)化合物；(3)腐殖質(zhì)有機(jī)質(zhì)經(jīng)過微生物分解后并再合成的一種褐色或暗褐色的大分子膠體物質(zhì)，與土壤礦物質(zhì)土粒緊密結(jié)合，是土壤有機(jī)質(zhì)存在的主要形態(tài)類型，占土壤有機(jī)質(zhì)總量的85%。申請?zhí)枮?00910156632. 6的發(fā)明公開了一種移動式土壤檢測中樣品的預(yù)處理方法，包括以下步驟a、在土壤測量點(diǎn)處取得土壤樣品，并將其放置在加熱器上，所述加熱器設(shè)置在研磨單元上山、所述加熱器烘干土壤樣品；c、移動所述加熱器或篩子，將土壤樣品導(dǎo)入研磨單元；利用研磨單元研磨其內(nèi)部的土壤樣品；d、使篩子處于工作狀態(tài)，翻轉(zhuǎn)所述研磨單元，將研磨后的土壤樣品過篩。申請?zhí)枮?00920295569. X的實(shí)用新型公開了一種移動式土壤檢測中樣品的預(yù)處理裝置，所述預(yù)處理裝置包括用于盛裝和研磨土壤樣品的研磨單元；用于篩選研磨后土壤樣品的篩子；用于放置、加熱土壤樣品的加熱器；所述加熱器和篩子設(shè)置在研磨單元上。現(xiàn)有的土壤有機(jī)質(zhì)含量測定基于化學(xué)分析方法，需要專業(yè)人員制樣，且存在制樣繁瑣、檢測時(shí)間長以及檢測成本高等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種土壤有機(jī)質(zhì)檢測裝置以及檢測方法，可以實(shí)現(xiàn)土壤樣品有機(jī)質(zhì)的現(xiàn)場快速檢測，操作簡單，使用方便。一種土壤有機(jī)質(zhì)檢測裝置，包括
采樣車；安裝在所述采樣車底部的取樣模塊；用于向取樣模塊中的土壤樣品發(fā)射檢測光的光照探頭模塊；用于接收土壤樣品反射光的光譜采集模塊；用于接收并處理來自所述光譜采集模塊的信號的光譜處理模塊。所述取樣模塊安裝在采樣車底部，在取樣車前進(jìn)的過程中可一次性完成土壤樣品取樣及制樣過程，土壤樣品制樣完成后，所述光照探頭模塊向土壤樣品發(fā)射特定波長的檢測光，經(jīng)土壤樣品反射后得到反射光，所述光譜采集模塊采集反射光，由所述光譜處理模塊對所采集的反射光的信號進(jìn)行處理，得到土壤樣品的有機(jī)質(zhì)含量。作為優(yōu)選，所述光照探頭模塊包括在光路上依次布置的LED點(diǎn)光源陣列以及聚焦·透鏡，所述 LED 點(diǎn)光源陣列包括 420nm、450nm、486nm、583nm、650nm、740nm、920nm 和 1130nm的LED光源各一盞，所有LED光源呈圓環(huán)形排列且均勻分布。所述LED電光源陣列發(fā)出不同波長的檢測光，不同波長的檢測光經(jīng)聚焦透鏡聚焦后照射至土壤樣品上。作為優(yōu)選，每盞LED光源的光軸與所述圓環(huán)形的軸線成45度夾角。所述每盞LED光源的光軸與所述圓環(huán)形的軸線成45度夾角，即所有LED光源的光軸與所述圓環(huán)形的軸線相交，該交點(diǎn)位于LED光源發(fā)出的檢測光光路前進(jìn)方向。作為優(yōu)選，所述光譜采集模塊包括接收樣品反射光的光纖以及接收該光纖所傳送信號的光敏傳感器。所述光敏傳感器相對應(yīng)不同波長的檢測光設(shè)置，即相對應(yīng)波長420nm、450nm、486nm、583nm、650nm、740nm、920nm和1130nm分別設(shè)有光敏傳感器,所述光敏傳感器接收來自土壤樣品的不同波長的反射光。作為優(yōu)選，所述取樣模塊包括沿采樣車前進(jìn)方向依次連接的暗箱、壓緊塊以及雙面犁，所述暗箱底面帶有采樣口，所述LED點(diǎn)光源陣列、聚焦透鏡以及光纖的信號采集端均位于所述暗箱中。采樣車前進(jìn)時(shí)，所述雙面犁先將土壤表層去除，利用所述壓緊塊將土壤樣品壓實(shí)，采樣車?yán)^續(xù)前進(jìn)，去除表層土壤并壓實(shí)的土壤樣品進(jìn)入所述暗箱內(nèi)，所述LED點(diǎn)光源陣列發(fā)射檢測光，經(jīng)聚焦透鏡聚焦后照射至土壤樣品，土壤樣品反射后得到反射光，所述光纖信號采集端采集反射光信號，該信號經(jīng)光纖傳輸至光譜處理模塊，經(jīng)處理后，得到土壤樣品有機(jī)質(zhì)含量。土壤樣品置于所述暗箱中，避免了外界光線對于土壤樣品反射光信號采集的干擾，提高土壤樣品有機(jī)質(zhì)含量測量的精確度。作為優(yōu)選，所述采樣車螺紋配合有豎直布置的絲杠，所述絲杠的底端與所述壓緊塊轉(zhuǎn)動配合且軸向限位，所述絲杠的頂端固定有旋轉(zhuǎn)把手。轉(zhuǎn)動所述旋轉(zhuǎn)把手，可以調(diào)節(jié)所述壓緊塊相對于土壤的高度，也即調(diào)節(jié)土壤的壓實(shí)程度。采樣車前進(jìn)時(shí)，所述雙面犁先將土壤表層去除，壓緊塊行進(jìn)至該土壤表面，通過轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)把手，使壓緊塊下降，將土壤樣品壓實(shí)，采樣車?yán)^續(xù)前進(jìn)，去除表層土壤并壓實(shí)的土壤樣品進(jìn)入所述暗箱內(nèi)。為了使土壤樣品的壓實(shí)更加便捷，優(yōu)選地，所述壓緊塊的底面為斜面，該斜面一側(cè)與雙面犁的底面平齊銜接，另一側(cè)逐漸降低。所述采樣車前進(jìn)時(shí)，雙面犁將土壤表層去除后，壓緊塊行進(jìn)至該土壤，由于壓緊塊遠(yuǎn)離雙面犁的一側(cè)逐漸降低，在采樣車行進(jìn)時(shí)，即可同時(shí)完成土壤樣品的壓實(shí)。本發(fā)明一種土壤有機(jī)質(zhì)檢測裝置結(jié)構(gòu)緊湊，所用的LED點(diǎn)光源能耗少且穩(wěn)定性強(qiáng)，移動性強(qiáng)，適合現(xiàn)場檢測，檢測結(jié)構(gòu)不受外部光線干擾，檢測精度高，速度快，可以滿足對土壤有機(jī)質(zhì)含量實(shí)時(shí)檢測的需求。本發(fā)明還提供了一種利用所述的土壤有機(jī)質(zhì)檢測裝置檢測土壤有機(jī)質(zhì)的方法，包括如下步驟(I)利用所述取樣模塊采集土壤樣品，利用所述光照探頭模塊向土壤樣品發(fā)射波長為 420nm、450nm、486nm、583nm、650nm、740nm、920nm 和 1130nm 的檢測光；
(2)利用所述光譜采集模塊接收土壤樣品的反射光，利用光譜處理模塊提取土壤樣品在不同波長處的反射率；(3)利用光譜處理模塊將所得反射率通過C =+ δ方程計(jì)算得到土壤樣品有機(jī)質(zhì)含量；其中，C為土壤樣品有機(jī)質(zhì)含量；λ i為檢測光的波長；R(Ai)為波長λ i的檢測光的反射率；a0 a7 分別為6,124. 2,6. 4,-633. 8,-367. 5,918. 9,-206. 4,117. 6 ；b 為32.2。通過提取土壤樣品對波長為420nm、450nm、486nm、583nm、650nm、740nm、920nm 和1130nm的檢測光的反射信息，得到土壤樣品在不同波長處的反射率，將所得反射率帶入
C =+ H十算得到土壤樣品有機(jī)質(zhì)含量。
/=0所述C =+ δ中系數(shù)a。 a7以及b通過測試不同土壤樣品有機(jī)質(zhì)含量后，利用偏最小二乘法建模得到。作為優(yōu)選，向所述土壤樣品發(fā)射檢測光之前，刮除土壤樣品表面層并壓實(shí)。土壤樣品表面層的有機(jī)質(zhì)含量不同于土壤樣品，將土壤樣品表面層去除后，減小對土壤樣品有機(jī)質(zhì)含量測定的誤差。土壤樣品壓實(shí)可以避免不同松散度樣品的帶來的測量誤差。本發(fā)明提供的土壤有機(jī)質(zhì)檢測方法，檢測精度高，速度快，穩(wěn)定性強(qiáng)，可以實(shí)現(xiàn)土壤有機(jī)質(zhì)的實(shí)時(shí)監(jiān)測。


圖I為本發(fā)明一種土壤有機(jī)質(zhì)檢測裝置示意圖；圖2為本發(fā)明一種土壤有機(jī)質(zhì)檢測裝置取樣模塊示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明一種土壤有機(jī)質(zhì)檢測裝置做詳細(xì)描述。
本發(fā)明一種土壤有機(jī)質(zhì)檢測裝置，包括采樣車、安裝在采樣車底部的取樣模塊、用于向取樣模塊中的土壤樣品發(fā)射檢測光的光照探頭模塊、用于接收土壤樣品反射光的光譜采集模塊以及用于接收并處理來自光譜采集模塊的信號的光譜處理模塊。采樣車包括車體15以及車輪1，移動方便，適合于土壤樣品有機(jī)質(zhì)的現(xiàn)場測量。光照探頭模塊包括在光路上依次布置的LED點(diǎn)光源陣列以及聚焦透鏡，LED點(diǎn)光源陣列包括 420nm、450nm、486nm、583nm、650nm、740nm、920nm 和 1130nm 的 LED 光源各一盞，所有LED光源呈圓環(huán)形排列且均勻分布，每盞LED光源的光軸與圓環(huán)形的軸線成45度夾角。 車體內(nèi)設(shè)有恒流電源14以及電源穩(wěn)壓裝置13，產(chǎn)生24v直流電，向LED點(diǎn)光源供電。光譜采集模塊包括接收樣品反射光的光纖2以及接收該光纖2所傳送信號的光敏傳感器7，光敏傳感器7相對應(yīng)LED點(diǎn)光源不同波長的檢測光設(shè)置，即相對應(yīng)波長420nm、450nm、486nm、583nm、650nm、740nm、920nm和1130nm分別設(shè)有光敏傳感器7,光敏傳感器7接收來自土壤樣品的不同波長的反射光。取樣模塊包括沿采樣車前進(jìn)方向依次連接的暗箱17、壓緊塊19以及雙面犁20，暗箱17、壓緊塊19以及雙面犁20可以一體成型，也可以焊接成一整體，暗箱17底面帶有采樣口，LED點(diǎn)光源陣列、聚焦透鏡以及光纖2的信號采集端均位于暗箱17中，暗箱17頂部設(shè)有通孔16，光纖2貫穿該通孔16，使光纖2的信號采集端位于暗箱17中。采樣車螺紋配合有豎直布置的絲杠6，絲杠6的底端與壓緊塊19轉(zhuǎn)動配合且軸向限位，壓緊塊19頂端設(shè)有與絲杠6螺紋配合的開孔18，絲杠6的頂端固定有旋轉(zhuǎn)把手8。壓緊塊19的底面為斜面，該斜面一側(cè)與雙面犁20的底面平齊銜接，另一側(cè)逐漸降低。光譜采集模塊及光譜處理模塊位于采樣車內(nèi)，本發(fā)明所述的光照探頭模塊、光譜采集模塊以及光譜處理模塊均為用電部件，為了保證光照探頭模塊、光譜采集模塊以及光譜處理模塊的正常工作，在沒有特殊說明的前提下應(yīng)當(dāng)理解為光照探頭模塊、光譜采集模塊以及光譜處理模塊均連接有相匹配的電源，光照探頭模塊、光譜采集模塊以及光譜處理模塊可以采用同一總電源，也可以根據(jù)實(shí)際需要單獨(dú)設(shè)置電源，或者是通過光照探頭模塊、光譜采集模塊以及光譜處理模塊之間的電路實(shí)現(xiàn)電源信號的傳遞。各用電部件之間的空間位置關(guān)系沒有嚴(yán)格限制，但為了便于加工和安裝盡可能的采用集成度較高的電路布置。采樣車上還設(shè)有相應(yīng)的光譜采集模塊開關(guān)12、整個(gè)土壤有機(jī)質(zhì)檢測裝置的總開關(guān)11以及光譜處理模塊處理結(jié)果的顯示屏10。光譜處理模塊包括電路板PCM-9361，通過COM 口和RS232線與顯示屏10進(jìn)行通訊，電路板PCM-9361通過USB線給顯示屏10供電，電路板PCM-9361通過數(shù)據(jù)線將數(shù)據(jù)寫
入/讀出數(shù)據(jù)存儲器。本發(fā)明一種土壤有機(jī)質(zhì)檢測裝置工作時(shí)，移動采樣車至需要測量土壤有機(jī)質(zhì)的采樣點(diǎn)，雙面犁20除去土壤表面層，壓緊塊19將出去表面層后的土壤壓實(shí)得到土壤樣品，土壤樣品移入暗箱17中，光照探頭模塊緊貼土壤樣品，打開總開關(guān)11，向土壤樣品發(fā)射不同波長的檢測光，打開光譜采集模塊開關(guān)12，檢測光經(jīng)土壤樣品反射后，通過光纖2采集反射信號傳遞至光譜處理模塊，光譜處理模塊處理后，將土壤樣品的有機(jī)質(zhì)含量顯示在顯示屏10上。本發(fā)明利用所述土壤有機(jī)質(zhì)檢測裝置檢測土壤有機(jī)質(zhì)的方法，8、一種利用如權(quán)利要求I 7任一所述的土壤有機(jī)質(zhì)檢測裝置檢測土壤有機(jī)質(zhì)的方法，其特征在于，包括如下步驟(I)利用所述取樣模塊采集土壤樣品，利用所述光照探頭模塊向土壤樣品發(fā)射波長為 420nm、450nm、486nm、583nm、650nm、740nm、920nm 和 1130nm 的檢測光；(2)利用所述光譜采集模塊接收土壤樣品的反射光，利用光譜處理模塊提取土壤樣品在不同波長處的反射率；(3)利用光譜處理模塊將所得反射率通過Γ
權(quán)利要求
1.一種土壤有機(jī)質(zhì)檢測裝置，其特征在于，包括 采樣車； 安裝在所述采樣車底部的取樣模塊； 用于向取樣模塊中的土壤樣品發(fā)射檢測光的光照探頭模塊； 用于接收土壤樣品反射光的光譜采集模塊； 用于接收并處理來自所述光譜采集模塊的信號的光譜處理模塊。
2.如權(quán)利要求I所述的土壤有機(jī)質(zhì)檢測裝置，其特征在于，所述光照探頭模塊包括在光路上依次布置的LED點(diǎn)光源陣列以及聚焦透鏡，所述LED點(diǎn)光源陣列包括420nm、450nm、486nm、583nm、650nm、740nm、920nm和1130nm的LED光源各一盞，所有LED光源呈圓環(huán)形排列且均勻分布。
3.如權(quán)利要求2所述的土壤有機(jī)質(zhì)檢測裝置，其特征在于，每盞LED光源的光軸與所述圓環(huán)形的軸線成45度夾角。
4.如權(quán)利要求3所述的土壤有機(jī)質(zhì)檢測裝置，其特征在于，所述光譜采集模塊包括接收樣品反射光的光纖以及接收該光纖所傳送信號的光敏傳感器。
5.如權(quán)利要求4所述的土壤有機(jī)質(zhì)檢測裝置，其特征在于，所述取樣模塊包括沿采樣車前進(jìn)方向依次連接的暗箱、壓緊塊以及雙面犁，所述暗箱底面帶有采樣口，所述LED點(diǎn)光源陣列、聚焦透鏡以及光纖的信號采集端均位于所述暗箱中。
6.如權(quán)利要求5所述的土壤有機(jī)質(zhì)檢測裝置，其特征在于，所述采樣車螺紋配合有豎直布置的絲杠，所述絲杠的底端與所述壓緊塊轉(zhuǎn)動配合且軸向限位，所述絲杠的頂端固定有旋轉(zhuǎn)把手。
7.如權(quán)利要求6所述的土壤有機(jī)質(zhì)檢測裝置，其特征在于，所述壓緊塊的底面為斜面，該斜面一側(cè)與雙面犁的底面平齊銜接，另一側(cè)逐漸降低。
8.一種利用如權(quán)利要求I 7任一所述的土壤有機(jī)質(zhì)檢測裝置檢測土壤有機(jī)質(zhì)的方法，其特征在于，包括如下步驟 (1)利用所述取樣模塊采集土壤樣品，利用所述光照探頭模塊向土壤樣品發(fā)射波長為420nm、450nm、486nm、583nm、650nm、740nm、920nm 和 1130nm 的檢測光； (2)利用所述光譜采集模塊接收土壤樣品的反射光，利用光譜處理模塊提取土壤樣品在不同波長處的反射率； (3)利用光譜處理模塊將所得反射率通過C= 叫人)+ d方程計(jì)算得到土壤樣品有機(jī) i =(.)質(zhì)含量； 其中，C為土壤樣品有機(jī)質(zhì)含量； 入i為檢測光的波長； R(Ai)為波長\ i的檢測光的反射率；a0 a7 分別為:-111. 6,124. 2,6. 4,-633. 8,-367. 5,918. 9,-206. 4,117. 6 ；b 為32. 2。
9.如權(quán)利要求8所述的檢測土壤有機(jī)質(zhì)的方法，其特征在于，向所述土壤樣品發(fā)射檢測光之前，刮除土壤樣品表面層并壓實(shí)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種土壤有機(jī)質(zhì)檢測裝置，包括采樣車；安裝在所述采樣車底部的取樣模塊；用于向取樣模塊中的土壤樣品發(fā)射檢測光的光照探頭模塊；用于接收土壤樣品反射光的光譜采集模塊；用于接收并處理來自所述光譜采集模塊的信號的光譜處理模塊。本發(fā)明土壤有機(jī)質(zhì)檢測裝置結(jié)構(gòu)緊湊，所用的LED點(diǎn)光源能耗少且穩(wěn)定性強(qiáng)，移動性強(qiáng)，適合現(xiàn)場檢測，檢測結(jié)構(gòu)不受外部光線干擾。本發(fā)明還公開了一種利用所述土壤有機(jī)質(zhì)檢測裝置檢測土壤有機(jī)質(zhì)的方法，其檢測精度高，速度快，穩(wěn)定性強(qiáng)，可以實(shí)現(xiàn)土壤有機(jī)質(zhì)的實(shí)時(shí)監(jiān)測。
文檔編號G01N21/31GK102798601SQ20121028634
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月13日
發(fā)明者章海亮, 何勇 申請人:浙江大學(xué)