CN104181109A - 用于野外测试土柱高光谱的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于野外测试土柱高光谱的装置，由探头和底座装置组成；探头包括探头蓝宝石玻璃、探头橡皮保护垫、铝合金外壳、光质均化系统固定支架、光质均化系统、卤素灯固定支架、卤素灯、电源插孔固定螺帽、电源插孔、电源开关固定螺帽、电源开光手柄、电源开关、探头手柄固定螺帽、探头手柄、光纤插孔、光纤插孔固定螺帽、反射光会聚系统和反射光会聚系统固定支架；底座装置包括探头定位挡板、探头定位底座、探头定位螺钉、L型探头定位夹板、夹板固定螺钉、底座U型槽和底座支撑架；本发明通过探头在U型槽的滑动，对打钻获取的野外土柱进行连续光谱测定，预测得到从表层到深层土壤剖面有机质含量连续分布，实现剖面土壤有机质快速检测。

Description

用于野外测试土柱高光谱的装置

技术领域

本发明涉及一种对打钻获取的野外土柱进行连续光谱测定的装置，尤其涉及一种利用紧凑型探头和底座装置快速连续检测野外土柱剖面有机质含量的装置。

背景技术

土壤有机质是土壤固相部分的重要组成部分，是农田土壤肥力和土壤质量的重要指标。土壤有机质能够为植物提供需要的养分，促进植物生长发育，通过影响土壤物理、化学和生物性质而改善土壤肥力特性，对土壤形成、土壤肥力、环境保护及农林可持续发展等方面都有着重要意义。

传统测定土壤有机质含量的化学分析方法通常时间久，花费大，易污染环境，并且很难在田间直接实施，不能满足快速有效检测土壤有机质空间分布和制图的需要。可见-近红外反射光谱技术检测土壤属性信息具有快速、简便、非接触、不破坏等优点。基于实验室条件下进行的土壤有机质的高光谱预测在国内外都已经获得了广泛的认可。然而，室内光谱测量所需的样品采集、运输、制备等过程，削弱了可见近红外(Vis-NIR)高光谱技术无损快速的优势。近年来，构建各种土壤属性的野外高光谱速测装置成为土壤学的一大热点。

关于土壤野外光谱测量的研究可以归纳为静态的野外原位光谱测量和带有机械传动装置的动态测量。静态的野外原位光谱测量设备一般是在野外采样点处将光谱辐射仪与土壤样品相对固定地进行光谱数据获取。静态野外原位测量可以通过在原有光谱仪上配备接触式反射探头或是在此基础上对探头进行改进来实现。随着精准农业的发展，对土壤属性进行实时监测的需求越来越迫切，“on-the-go”（动态实时测量）技术显得越来越重要。野外土壤高光谱的动态实时测量装置通常是由具有一定动力的牵引装置牵引，在前进的同时实时测量野外土壤光谱。

发明内容

本发明的目的在于针对现有打钻土柱有机质含量室内检测费时、费力、周期长的缺陷，提供一种用于野外测试土柱高光谱的装置。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种用于野外测试土柱高光谱的装置，由探头和底座装置组成；其中，所述探头包括：探头蓝宝石玻璃、探头橡皮保护垫、铝合金外壳、光质均化系统固定支架、光质均化系统、卤素灯固定支架、卤素灯、电源插孔固定螺帽、电源插孔、电源开关固定螺帽、电源开光手柄、电源开关、探头手柄固定螺帽、探头手柄、光纤插孔、光纤插孔固定螺帽、反射光会聚系统和反射光会聚系统固定支架；所述底座装置包括：探头定位挡板、探头定位底座、探头定位螺钉、L型探头定位夹板、夹板固定螺钉、底座U型槽和底座支撑架。

所述探头外表面为铝合金外壳，底部装有水平放置的探头蓝宝石玻璃；探头橡皮保护垫紧贴于探头蓝宝石玻璃下表面；探头内部中间有一竖直放置的固定在卤素灯固定支架上的卤素灯，卤素灯正下方置有一固定在光质均化系统固定支架上的光质均化系统；卤素灯光面中垂线和光质均化系统光学中心轴线重合并且穿过底部探头蓝宝石玻璃横截面中心点；光纤插孔通过光纤插孔固定螺帽固定在铝合金外壳表面上，电源插孔通过电源插孔固定螺帽固定在铝合金外壳表面上，电源开关通过电源开关固定螺帽固定在铝合金外壳表面上；电源开关上部置有电源开光手柄；电源插孔通过电源线与电源开关相连，电源开关通过电源线与卤素灯相连；探头手柄通过探头手柄固定螺帽固定在铝合金外壳表面上；反射光会聚系统固定在反射光会聚系统固定支架上，光纤插孔中心轴线和反射光会聚系统光学中心轴线重合并且穿过底部探头蓝宝石玻璃横截面中心点。

所述探头定位底座中间开有一孔，探头底部嵌入该孔，探头定位螺钉将探头固定在两块L型探头定位夹板之间；通过探头定位螺钉调节探头的高度，使得探头底部的探头蓝宝石玻璃与土柱表面刚刚接触；L型探头定位夹板通过夹板固定螺钉固定在探头定位底座上；探头定位底座水平放置在两块探头定位挡板之间，限制探头定位底座在底座U型槽只能沿土柱中轴线方向滑动；两块探头定位挡板焊接在底座U型槽上；底座支撑架支撑底座U型槽。

所述反射光会聚系统通过穿过光纤插孔的光纤与外部的光谱仪和电脑相连，所述卤素灯通过穿过电源插孔的供电电源线与外部的电源相连。

本发明具有的有益效果是：本发明是通过紧凑型探头在U型槽的滑动，对打钻获取的野外土柱进行连续光谱测定，进而预测得到从表层到深层土壤剖面有机质含量连续分布，实现了剖面土壤有机质快速检测。底座装置的设计，既可以营造暗室避免外界光线进入对测量结果的干扰，又避免了手持探头分别测量的繁琐操作，使操作更加简单，省时省力。

附图说明

图1是紧凑型探头平面结构图；

图2是紧凑型探头一角度立体图；

图3是紧凑型探头另一角度立体图；

图4是紧凑型探头和底座装置的平面结构图；

图5是紧凑型探头和底座装置的立体图；

图中：探头蓝宝石玻璃1、探头橡皮保护垫2、铝合金外壳3、光质均化系统固定支架4、光质均化系统5、卤素灯固定支架6、卤素灯7、卤素灯电源线一8、卤素灯电源线二9、电源插孔固定螺帽10、电源插孔11、电源开关固定螺帽12、电源开光手柄13、电源开关14、探头手柄固定螺帽15、探头手柄16、光纤17、光纤插孔18、光纤插孔固定螺帽19、反射光会聚系统20、反射光会聚系统固定支架21、探头定位挡板22、探头定位底座23、探头定位螺钉24、L型探头定位夹板25、探头26、夹板固定螺钉27、土柱28、底座U型槽29、底座支撑架30。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。

如图1-5所示，本发明一种用于野外测试土柱高光谱的装置，由探头26和底座装置组成；其中，所述探头26包括：探头蓝宝石玻璃1、探头橡皮保护垫2、铝合金外壳3、光质均化系统固定支架4、光质均化系统5、卤素灯固定支架6、卤素灯7、电源插孔固定螺帽10、电源插孔11、电源开关固定螺帽12、电源开光手柄13、电源开关14、探头手柄固定螺帽15、探头手柄16、光纤插孔18、光纤插孔固定螺帽19、反射光会聚系统20和反射光会聚系统固定支架21；所述底座装置包括：探头定位挡板22、探头定位底座23、探头定位螺钉24、L型探头定位夹板25、夹板固定螺钉27、底座U型槽29和底座支撑架30；

所述探头26外表面为铝合金外壳3，底部装有水平放置的探头蓝宝石玻璃1；探头橡皮保护垫2紧贴于探头蓝宝石玻璃1下表面，起到保护探头蓝宝石玻璃1和防止外面光线进入的作用；探头26内部中间有一竖直放置的固定在卤素灯固定支架6上的卤素灯7，卤素灯7正下方置有一固定在光质均化系统固定支架4上的光质均化系统5；卤素灯7光面中垂线和光质均化系统5光学中心轴线重合并且穿过底部探头蓝宝石玻璃1横截面中心点；光纤插孔18通过光纤插孔固定螺帽19固定在铝合金外壳3表面上，电源插孔11通过电源插孔固定螺帽10固定在铝合金外壳3表面上，电源开关14通过电源开关固定螺帽12固定在铝合金外壳3表面上；电源开关14上部置有电源开光手柄13；电源插孔11通过电源线与电源开关14相连，电源开关14通过电源线与卤素灯7相连；探头手柄16通过探头手柄固定螺帽15固定在铝合金外壳3表面上；反射光会聚系统20固定在反射光会聚系统固定支架21上，光纤插孔18中心轴线和反射光会聚系统20光学中心轴线重合并且穿过底部探头蓝宝石玻璃1横截面中心点；

所述探头定位底座23中间开有一孔，探头26底部嵌入该孔，探头定位螺钉24将探头26固定在两块L型探头定位夹板25之间；通过探头定位螺钉24调节探头26的高度，使得探头26底部的探头蓝宝石玻璃1与土柱28表面刚刚接触；L型探头定位夹板25通过夹板固定螺钉27固定在探头定位底座23上；探头定位底座23水平放置在两块探头定位挡板22之间，限制探头定位底座23在底座U型槽29只能沿土柱28中轴线方向滑动；两块探头定位挡板22焊接在底座U型槽29上；底座支撑架30支撑底座U型槽29；

所述反射光会聚系统20通过穿过光纤插孔18的光纤17与外部的光谱仪和电脑相连，所述卤素灯7通过穿过电源插孔11的供电电源线与外部的电源相连。

本发明的工作过程如下：

（1）固定探头：将探头26底部朝下，使得探头26嵌入探头定位底座23中间开有的孔中，并通过探头定位螺钉24固定在两块L型探头定位夹板25之间；将两块L型探头定位夹板25通过夹板固定螺钉27固定在探头定位底座23上；将探头定位底座23水平放置在两块探头定位挡板22之间，两块探头定位挡板22焊接在底座U型槽29上，因此探头26随探头定位底座23只能在底座U型槽29上沿土柱28中轴线方向滑动；将光纤17穿过光纤插孔18与外部的光谱仪和电脑相连；将电源开光手柄13调到off处，将供电电源线穿过电源插孔11与外部电源相连；将土柱28放入底座U型槽29内，通过探头定位螺钉24调节探头26的高度，使探头26底部的探头蓝宝石玻璃1与土柱28表面刚刚接触。

（2）测定：将光谱仪等仪器参数调试好，将电源开关手柄13调到on处，缓慢滑动探头定位底座23，测定土柱28光谱值。

Claims (1)

1.一种用于野外测试土柱高光谱的装置，其特征在于，由探头（26）和底座装置组成；其中， 

所述探头（26）包括：探头蓝宝石玻璃（1）、探头橡皮保护垫（2）、铝合金外壳（3）、光质均化系统固定支架（4）、光质均化系统（5）、卤素灯固定支架（6）、卤素灯（7）、电源插孔固定螺帽（10）、电源插孔（11）、电源开关固定螺帽（12）、电源开光手柄（13）、电源开关（14）、探头手柄固定螺帽（15）、探头手柄（16）、光纤插孔（18）、光纤插孔固定螺帽（19）、反射光会聚系统（20）和反射光会聚系统固定支架（21）；所述底座装置包括：探头定位挡板（22）、探头定位底座（23）、探头定位螺钉（24）、L型探头定位夹板（25）、夹板固定螺钉（27）、底座U型槽（29）和底座支撑架（30）；

所述探头（26）外表面为铝合金外壳（3），底部装有水平放置的探头蓝宝石玻璃（1）；探头橡皮保护垫（2）紧贴于探头蓝宝石玻璃（1）下表面；探头（26）内部中间有一竖直放置的固定在卤素灯固定支架（6）上的卤素灯（7），卤素灯（7）正下方置有一固定在光质均化系统固定支架（4）上的光质均化系统（5）；卤素灯（7）光面中垂线和光质均化系统（5）光学中心轴线重合并且穿过底部探头蓝宝石玻璃（1）横截面中心点；光纤插孔（18）通过光纤插孔固定螺帽（19）固定在铝合金外壳（3）表面上，电源插孔（11）通过电源插孔固定螺帽（10）固定在铝合金外壳（3）表面上，电源开关（14）通过电源开关固定螺帽（12）固定在铝合金外壳（3）表面上；电源开关（14）上部置有电源开光手柄（13）；电源插孔（11）通过电源线与电源开关（14）相连，电源开关（14）通过电源线与卤素灯（7）相连；探头手柄（16）通过探头手柄固定螺帽（15）固定在铝合金外壳（3）表面上；反射光会聚系统（20）固定在反射光会聚系统固定支架（21）上，光纤插孔（18）中心轴线和反射光会聚系统（20）光学中心轴线重合并且穿过底部探头蓝宝石玻璃（1）横截面中心点；

所述探头定位底座（23）中间开有一孔，探头（26）底部嵌入该孔，探头定位螺钉（24）将探头（26）固定在两块L型探头定位夹板（25）之间；通过探头定位螺钉（24）调节探头（26）的高度，使得探头（26）底部的探头蓝宝石玻璃（1）与土柱（28）表面刚刚接触；L型探头定位夹板（25）通过夹板固定螺钉（27）固定在探头定位底座（23）上；探头定位底座（23）水平放置在两块探头定位挡板（22）之间，限制探头定位底座（23）在底座U型槽（29）只能沿土柱（28）中轴线方向滑动；两块探头定位挡板（22）焊接在底座U型槽（29）上；底座支撑架（30）支撑底座U型槽（29）；

所述反射光会聚系统（20）通过穿过光纤插孔（18）的光纤（17）与外部的光谱仪和电脑相连，所述卤素灯（7）通过穿过电源插孔（11）的供电电源线与外部的电源相连。