一种基于光谱检测的麦田土壤检测装置的制作方法

1.本实用新型涉及土壤养分检测设备技术领域，更具体的说是涉及一种基于光谱检测的麦田土壤检测装置。


背景技术：

2.麦田土壤中养分的丰缺是进行科学施肥、实现作物优质、高效、生态、安全生产的重要基础。然而，人们为了追求高产往往对作物大量盲目施肥，致使化肥的利用率很低。我国氮肥当季利用率仅为30％左右，远低于美国和日本氮素利用率60％～70％。化肥施用量的增加和利用率的下降，不仅在经济上造成巨大损失，还会引起严重的环境污染，致使地表水富营养化，地下水和蔬菜中营养元素含量超标等问题。大面积快速获取土壤养分含量信息，根据土壤养分的丰缺合理适量施肥，对于我国农业可持续发展具有重要意义。近几年，我国每年投入上亿元资金大规模推广“测土配方施肥技术”，该技术以农田土壤养分化学分析测试为基础，根据作物需肥规律提出氮、磷、钾及中、微量元素等肥料的施用方案。但是由于实验室化学分析过程复杂、周期长、成本高、实时性差，使得实际测试样本数量偏少，很难客观反映农田土壤养分实际分布情况，从而制约了该技术的大规模应用。另外，大量的土壤化验分析会产生酸碱废弃液，处理不当会引起环境污染。因此，农作物生产上迫切需要一种快速、现场原位、连续且无污染的检测方法。
3.可见
‑
近红外光谱技术是一种快速无损检测技术，从上世纪80年代以来，随着计算机技术和化学计量学理论的不断发展，可见
‑
近红外光谱技术得到广泛研究和应用。可见
‑
近红外光谱技术具有分析速度快，分析效率高，分析成本低，测试重现性好等优点，不需添加试剂，便于在线分析。近年来，采用可见
‑
近红外光谱技术测量土壤养分信息受到了国内外研究学者的青睐。
4.而现有的基于光谱检测的土壤检测装置，直接将光源和光纤探头暴露在野外环境下进行连续不间断测量，容易造成仪器损伤，降低检测装置的使用寿命；并且光源易受外界光线干扰，影响光谱检测效果；此外，土壤表面不平整，其土壤颗粒大小、土壤表面粗糙度会降低光谱检测的效果。
5.因此，如何提供一种使用寿命长且不受外界光线影响、可减小土壤颗粒大小、土壤表面粗糙度对光谱检测带来的影响的基于光谱检测的麦田土壤检测装置是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本实用新型提供了一种使用寿命长且不受外界光线影响、可减小土壤颗粒大小、土壤表面粗糙度对光谱检测带来的影响的基于光谱检测的麦田土壤检测装置。
7.为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
8.一种基于光谱检测的麦田土壤检测装置，包括：
9.安装板，所述安装板底端均布设置多个支撑腿，每个所述支撑腿上均设置有移动
轮，所述安装板顶端分别设置有控制器、光谱仪、操控显示屏和用于供电的电池，所述光谱仪、所述操控显示屏均与所述控制器电连接；
10.第一电推杆，所述第一电推杆的缸筒与所述安装板底端固定连接，且位于多个所述支撑腿之间；
11.暗箱，所述暗箱顶端与所述第一电推杆的伸缩端固定连接，所述暗箱底端中部固定连接有钻筒，所述钻筒与所述暗箱连通；
12.可伸缩光纤探头，所述可伸缩光纤探头设置在所述暗箱内部顶侧面上，且正对所述钻筒布置，所述可伸缩光纤探头与所述光谱仪电连接；
13.光源，所述光源为多个，且以所述可伸缩光纤探头为圆心均布在所述暗箱内部的顶侧面上；
14.第二电推杆，所述第二电推杆固定在所述暗箱内部的底侧面上，且所述第二电推杆的伸缩端水平布置与第三电推杆固定连接；
15.土壤压平板，所述土壤压平板顶部与所述第三电推杆的伸缩端固定连接，用于压平所述钻筒内的土壤；
16.其中，所述第一电推杆、所述可伸缩光纤探头、所述光源、所述第二电推杆、所述第三电推杆均与所述控制器电连接。
17.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种基于光谱检测的麦田土壤检测装置，检测时，将该装置移动到田地中，通过操控显示屏发送控制指令至控制器，控制器控制第一电推杆动作，带动钻筒向下移动插入土壤中，在插入过程中，土壤进入到钻筒内，第一电推杆停止动作，控制器控制第二电推杆动作，将第三电推杆移动至钻筒的正上方，控制器控制第三电推杆动作，带动土壤压平板向下移动对钻筒内的土壤表面压平，之后，控制器控制第三电推杆和第二电推杆复位，控制器控制可伸缩光纤探头向下移动至合适位置，并控制光源和光谱仪动作，光源发出的光聚焦于压平的土壤表面形成漫反射光谱，漫反射光谱由可伸缩光纤探头收集传送至光谱仪，控制器控制光谱仪依据传送来的光谱数据进行建模分析和聚类分析，最后将处理结果在操控显示屏上显示。该检测装置将光源和可伸缩光纤探头设置在暗箱内，并且土壤进入到钻筒内封闭暗箱，可有效隔离了外界光线，从而避免了外界光线对光谱测量带来的影响，并且避免了将光源和光纤探头暴露在野外环境下进行连续不间断测量，容易造成仪器损伤的问题，提高了装置的使用寿命；另外，通过第二电推杆、第三电推杆和土壤压平板的设置，实现了先将土壤表面压平，使得土壤表面平整，从而减小土壤颗粒大小、土壤表面粗糙度对光谱测量带来的影响。
18.进一步的，所述可伸缩光纤探头包括：
19.第四电推杆，所述第四电推杆的缸筒与所述暗箱内部顶侧面固定连接，所述第四电推杆与所述控制器电连接；
20.光纤探头，所述光纤探头与所述第四电推杆的伸缩端固定连接，且正对所述钻筒布置，所述光纤探头与所述光谱仪电连接。
21.采用上述技术方案产生的有益效果是，可实现光纤探头与土壤之间距离的调整，使用便捷。
22.进一步的，每个所述光源均朝向所述光纤探头向内倾斜设置，且其多个所述光源的光轴汇聚于所述钻筒内部的土壤表面，其汇聚中心在所述光纤探头所在的轴线上。
23.进一步的，所述光源通过万向接头与所述暗箱内部的顶侧面连接，所述暗箱上设置门体。
24.采用上述技术方案产生的有益效果是，便于光源角度的调整。
25.进一步的，所述钻筒远离所述暗箱的端部均布设置有多个便于插入土壤的尖齿。
26.采用上述技术方案产生的有益效果是，便于钻筒插入土壤中。
27.进一步的，所述钻筒与所述暗箱通过连接法兰固定连接。
28.采用上述技术方案产生的有益效果是，便于钻筒的拆装和更换。
29.进一步的，所述安装板上固定连接有手推把手。
30.采用上述技术方案产生的有益效果是，便于推动检测装置移动。
附图说明
31.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
32.图1附图为本实用新型提供的一种基于光谱检测的麦田土壤检测装置的结构示意图。
具体实施方式
33.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
34.本实用新型实施例公开了一种基于光谱检测的麦田土壤检测装置，包括：
35.安装板1，安装板1底端均布设置多个支撑腿2，每个支撑腿2上均设置有移动轮3，安装板1顶端分别设置有控制器4、光谱仪5、操控显示屏6和用于供电的电池7，光谱仪5、操控显示屏6均与控制器4电连接；
36.第一电推杆8，第一电推杆8的缸筒与安装板1底端固定连接，且位于多个支撑腿2之间；
37.暗箱9，暗箱9顶端与第一电推杆8的伸缩端固定连接，暗箱9底端中部固定连接有钻筒10，钻筒10与暗箱9连通；
38.可伸缩光纤探头11，可伸缩光纤探头11设置在暗箱9内部顶侧面上，且正对钻筒10布置，可伸缩光纤探头11与光谱仪5电连接；
39.光源12，光源12为多个，且以可伸缩光纤探头11为圆心均布在暗箱9内部的顶侧面上；
40.第二电推杆13，第二电推杆13固定在暗箱9内部的底侧面上，且第二电推杆13的伸缩端水平布置与第三电推杆14固定连接；
41.土壤压平板15，土壤压平板15顶部与第三电推杆14的伸缩端固定连接，用于压平钻筒10内的土壤；
42.其中，第一电推杆8、可伸缩光纤探头11、光源12、第二电推杆13、第三电推杆14均与控制器4电连接。
43.可伸缩光纤探头11包括：
44.第四电推杆111，第四电推杆111的缸筒与暗箱9内部顶侧面固定连接，第四电推杆111与控制器4电连接；
45.光纤探头112，光纤探头112与第四电推杆111的伸缩端固定连接，且正对钻筒10布置，光纤探头112与光谱仪5电连接。
46.每个光源12均朝向光纤探头112向内倾斜设置，且其多个光源12的光轴汇聚于钻筒10内部的土壤表面，其汇聚中心在光纤探头112所在的轴线上。
47.光源12通过万向接头16与暗箱9内部的顶侧面连接，暗箱9上设置门体。
48.钻筒10远离暗箱9的端部均布设置有多个便于插入土壤的尖齿101。
49.钻筒10与暗箱9通过连接法兰17固定连接。
50.安装板1上固定连接有手推把手18。
51.检测时，将该装置移动到田地中，通过操控显示屏发送控制指令至控制器，控制器控制第一电推杆动作，带动钻筒向下移动插入土壤中，在插入过程中，土壤进入到钻筒内，第一电推杆停止动作，控制器控制第二电推杆动作，将第三电推杆移动至钻筒的正上方，控制器控制第三电推杆动作，带动土壤压平板向下移动对钻筒内的土壤表面压平，之后，控制器控制第三电推杆和第二电推杆复位，控制器控制可伸缩光纤探头向下移动至合适位置，并控制光源和光谱仪动作，光源发出的光聚焦于压平的土壤表面形成漫反射光谱，漫反射光谱由可伸缩光纤探头收集传送至光谱仪，控制器控制光谱仪依据传送来的光谱数据进行建模分析和聚类分析，最后将处理结果在操控显示屏上显示。该检测装置将光源和可伸缩光纤探头设置在暗箱内，并且土壤进入到钻筒内封闭暗箱，可有效隔离了外界光线，从而避免了外界光线对光谱测量带来的影响，并且避免了将光源和光纤探头暴露在野外环境下进行连续不间断测量，容易造成仪器损伤的问题，提高了装置的使用寿命；另外，通过第二电推杆、第三电推杆和土壤压平板的设置，实现了先将土壤表面压平，使得土壤表面平整，从而减小土壤颗粒大小、土壤表面粗糙度对光谱测量带来的影响。
52.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
53.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。