CN105403542A - 一种便携式土壤养分检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种便携式土壤养分检测系统及方法。微型样品室为检测过程提供密闭空间和气压环境，通过光学窗口分别和激光光路及光谱收集光路进行光学连接。激光器发射激光；光谱收集转换模块收集待测土壤被激光照射时产生的等离子态的光学信号，根据光学信号产生特征光谱信号,将特征光谱信号转换为数字信号；信号处理模块根据数字信号，获取待测土壤中各种元素对应的光谱强度信号，根据光谱强度信号，计算待测土壤中各种元素的含量。本发明可以连续快速的检测土壤中的养分元素，明显降低空气对检测结果的影响，提高对土壤中的氮(N)，磷(P)，碳(C)等元素的检出效果。本发明简小、便携，可为土壤现场快速检测标定提供有力工具。

Description

一种便携式土壤养分检测系统及方法

技术领域

本发明涉及土壤养分检测领域，尤其涉及一种便携式土壤养分元素检测系统及方法。

背景技术

土壤是人类赖以生存和发展的基础，而土壤养分是影响土壤健康和生态系统生产力的重要标志。土壤养分也与土壤有机质和土壤结构存在密切的关系。土壤养分不仅是植物生长所需的氮、磷、钾、硫元素的主要来源，还与土壤重金属和有机污染物也密切相关。它的含量是土壤肥力水平的一项重要指标。因此准确快速的对土壤养分进行测量，对于合理利用土壤资源，建立良性循环的土地生态系统有着重要意义。

土壤养分的组成不仅包括氮(N)、磷(P)、钾(K)等含量较高的元素，也包括钙(Ca)、镁(Mg)、硫(S)、铁(Fe)、硼(B)、钼(Mo)、锌(Zn)、锰(Mn)、铜(Cu)和氯(Cl)等中量和微量元素。现有技术中，对于土壤养分中各主要元素的检测，传统的实验室化学分析方法，费用高，费时费力，对操作人员要求素质高；传统的快速测量方法，比如分光光度法、原子吸收等，需要提前处理样品，耗时长，步骤繁琐，并且容易引入干扰；近红外光谱法虽然不需要化学试剂且制样简单，但其化学计量学模型建立较为复杂，并且对中量和微量元素检出效果很差，不适合中量和微量元素的单独检测；X射线荧光光谱法对于土壤中的重金属元素检出效果较好，但是对于轻元素，如氮(N)、磷(P)、钾(K)、(Ca)、镁(Mg)、硫(S)等检出效果很差。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种便携式土壤养分元素检测系统及方法，用于实现野外土壤中各种养分元素的快速检测。

第一方面，本发明提供一种便携式土壤养分检测系统，所述系统包括：

激光器，用于发射预设波长的激光，并将所述激光发送至样品室；

样品室，与光谱收集转换模块连接，用于接收所述激光，使其照射待测土壤，并提供待测土壤检测时所需的密闭空间和气压环境；

光谱收集转换模块，用于收集所述待测土壤被所述激光器发射的激光照射时产生的等离子态的光学信号，并根据所述光学信号，产生特征光谱信号，并将所述特征光谱信号转换为数字信号传输至信号处理模块；

信号处理模块，用于根据所述光谱收集转换模块输出的数字信号，获取所述待测土壤中各种元素对应的光谱强度信号，并根据所述光谱强度信号，计算所述待测土壤中各种元素的含量。

优选地，所述激光器为微型高能激光器，所述微型高能激光器为半导体泵浦的主动调Q固体激光器，输出波长为1064nm或532nm。

优选地，所述样品室包括样品室壳体、样品盒、气压检测器、开关阀及镜片冲洗装置，

样品室壳体，为密闭空间，用于降低检测时空气对待测土壤的干扰；

样品盒，通过密封部件与所述样品室壳体的内底壁连接，用于放置所述待测土壤；

气压检测器，用于检测所述样品室内的气压；

镜片冲洗装置，为导气三通装置，所述导气三通装置第一端固定在样品室壳体上，该端通过导气管与开关阀连接，所述导气三通装置第二端位于镶嵌在样品室壳体上的激光聚焦镜一侧，所述导气三通装置第三端位于镶嵌在样品室壳体上的第一光学透镜一侧，所述镜片冲洗装置用于冲洗激光聚焦镜和第一光学透镜。

优选地，所述光谱收集转换模块包括光谱收集模块和光谱转换模块：

光谱收集模块，包括第一光学透镜和第二光学透镜，用于收集所述光学信号，并通过传导光纤将所述光学信号传输至分光单元，所述第一光学透镜镶嵌在样品室壳体上，还用于密封所述样品室；

光谱转换模块，包括分光单元、光电转换单元和A/D转换单元，

分光单元，用于对所述光谱收集模块收集的光学信号进行分光处理，输出特征光谱信号，并将所述特征光谱信号传输至光电转换单元；

光电转换单元，用于对所述分光单元输出的特征光谱信号进行光电转换，输出电流信号，并将所述电流信号传输至A/D转换单元；

A/D转换单元，用于对所述光电转换单元输出的电流信号进行A/D转换，输出数字信号，并将所述数字信号传输至信号处理模块。

优选地，所述信号处理模块包括：

转换单元，用于根据所述光谱收集转换模块输出的数字信号，获取所述待测土壤中各种元素对应的光谱强度信号，并将所述光谱强度信号传输至分析单元；

分析单元，用于根据所述转换单元输出的各种元素对应的光谱强度信号，计算所述待测土壤中各种元素的含量；

显示单元，根据所述分析单元输出的所述待测土壤中各种元素的含量，显示所述待测土壤中各种元素的含量的测量结果。

优选地，所述系统还包括：

真空泵，与样品室连接，用于对样品室内的气体进行抽气，控制样品室的气压；

移动电源，通过电气线路连接激光器、样品室、光谱收集转换模块、信号处理模块、系统控制模块、真空泵，用于为系统提供电源；

控制模块，通过电气线路连接激光器、样品室、光谱收集转换模块、信号处理模块、真空泵，用于为系统提供控制指令；

激光聚焦镜，镶嵌在所述样品室上，用于密封样品室，并对所述激光器发射的激光进行聚焦，聚焦后的激光传输至所述样品室；

激光反射镜，放置在所述样品室内，用于对经过所述激光聚焦镜汇聚的激光进行反射，反射后的激光传输至所述样品盒。

第二方面，本发明提供一种土壤养分检测方法，所述检测方法包括步骤：

激光器发射预设波长的激光，所述激光通过激光聚焦镜聚焦以及激光反射镜反射后传输至样品盒，照射待测土壤；

光谱收集转换模块收集所述待测土壤被所述激光器发射的激光照射时产生的等离子态的光学信号，并根据所述光学信号，产生特征光谱信号，并将所述特征光谱信号转换为数字信号传输至信号处理模块；

信号处理模块根据所述光谱收集转换模块输出的数字信号，获取所述待测土壤中各种元素对应的光谱强度信号，并根据所述光谱强度信号，计算所述待测土壤中各种元素的含量。

优选地，所述检测方法包括标定阶段，所述标定阶段包括步骤：

便携式土壤养分检测系统对样品盒的标准土壤进行检测，获取所述标准土壤中某一种元素对应的光谱强度信号；

根据所述标准土壤中该元素的已知含量和其对应的光谱强度信号，获取该元素的含量和其对应的光谱强度信号的二次曲线y＝Ax²+Bx+K，其中，y为该元素含量，x为该元素对应的光谱强度值，A、B、K为系数。

优选地，所述检测方法包括测定阶段，所述的测定阶段包括步骤：

便携式土壤养分检测系统对样品盒的待测土壤进行检测，获取所述待测土壤中某一种元素对应的光谱强度信号；

根据所述待测土壤中某一种元素对应的光谱强度信号以及该元素的含量和其对应的光谱强度信号的二次曲线y＝Ax²+Bx+K，计算该元素的含量，其中，y为该元素含量，x为该元素对应的光谱强度值，A、B、K为系数。

优选地，所述激光器发射预设波长的激光之前还包括样品室环境调整阶段，所述调整阶段包括：

样品室冲洗，关闭开关阀使得样品室密闭，对样品室进行抽气至样品室的气压达到冲洗预设值，打开开关阀，气流进入冲洗激光聚焦镜和第一光学透镜；

样品室气压设定，在装有待测土壤的样品盒放入样品室后，关闭开关阀使得样品室密闭，对样品室进行抽气至样品室的气压达到检测预设值。

由上述技术方案可知，本发明提供一种便携式土壤养分检测系统及方法。激光器发射预设波长的激光，所述激光通过激光聚焦镜聚焦以及激光反射镜反射后传输至样品盒，照射待测土壤；光谱收集转换模块收集所述待测土壤被所述激光器发射的激光照射时产生的等离子态的光学信号，并根据所述光学信号，产生特征光谱信号，并将所述特征光谱信号转换为数字信号传输至信号处理模块；信号处理模块根据所述光谱收集转换模块输出的数字信号，获取所述待测土壤中各种元素对应的光谱强度信号，并根据所述光谱强度信号，计算所述待测土壤中各种元素的含量。其中，样品室提供能够在一定范围内连续调整的气压环境，明显降低空气对待测土壤的干扰；镜片冲洗装置能够实现对激光聚焦镜和第一光学透镜的冲洗，保证光路有效传输；本发明采用微型高能激光器、微型样品室，体积更小，方便携带。综上，本发明可以连续快速的检测土壤中的养分元素，明显降低空气对检测结果的影响，提高对土壤中的氮(N)，磷(P)，碳(C)等元素的检出效果。本发明简小、便携，可为土壤现场快速检测标定提供有力工具。

附图说明

为了更清楚地说明本公开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公开的一些实施例，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，还可以根据这些图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的便携式土壤养分检测系统的结构示意图；

图2为本发明另一实施例提供的便携式土壤养分检测系统的结构示意图；

图3为本发明一实施例提供的土壤养分检测方法的流程示意图；

图4为本发明另一实施例提供的土壤养分检测方法的流程示意图；

图2中，1、激光器，2、样品室，3、光谱收集模块，4、光谱转换模块，5、数据处理模块，6、系统控制模块，7、移动电源，8、激光聚焦镜，9、激光反射镜，10、样品盒，11、第一光学透镜，12、第二光学透镜，13、真空泵，14、传导光纤，15、开关阀，16、镜片冲洗装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1示出了本发明一实施例提供的便携式土壤养分检测系统的结构示意图，如图1所示，本发明的便携式土壤养分检测系统包括:

激光器101，用于发射预设波长的激光，并将激光发送至样品室102；

样品室102，与光谱收集转换模块103连接，用于接收激光器101发射的激光，使其照射待测土壤，并提供待测土壤检测时所需的密闭空间和气压环境；

光谱收集转换模块103，用于收集待测土壤被激光器101发射的激光照射时产生的等离子态的光学信号，并根据光学信号，产生特征光谱信号，并将特征光谱信号转换为数字信号传输至信号处理模块104；

信号处理模块104，用于根据光谱收集转换模块103输出的数字信号，获取待测土壤中各种元素对应的光谱强度信号，并根据光谱强度信号，计算待测土壤中各种元素的含量。

可以理解的是，本发明的基本原理是基于激光诱导击穿光谱法。激光诱导击穿光谱(LIBS)技术是将一束高能脉冲激光聚焦到被分析样品的表面，在样品表面产生等离子体特征光谱，根据不同元素发射的不同特征光谱进行快速物质成分分析的一种技术方法。

本发明在激光诱导击穿光谱的基础上，结合微型高能固体激光器技术及微型样品室技术，使本发明可以连续快速的检测土壤中的养分元素，明显降低空气对检测结果的影响，提高对土壤中的氮(N)，磷(P)，碳(C)等元素的检出效果。本发明简小、便携，可为土壤现场快速检测标定提供有力工具。

图2示出了本发明另一实施例提供的便携式土壤养分检测系统的结构示意图，如图2所示，本发明的便携式土壤养分检测系统包括：

其中，激光器1为微型高能激光器，即半导体泵浦的主动调Q固体激光器，输出波长为1064nm或532nm。

可以理解的是，采用半导体泵浦光源，体积小，便携性强，输出能量可达到100mJ，输出波长为1064nm或532nm。在本实施例中，激光器1发射波长为1064nm的激光，并将激光器1发射的激光发送至样品室2。

其中，样品室2包括样品室壳体、样品盒10、气压检测器，开关阀15及镜片冲洗装置16，

样品室壳体，为密闭空间，用于降低检测时空气对待测土壤的干扰；

样品盒10，通过密封部件与样品室壳体的内底壁连接，用于放置待测土壤；

气压检测器，用于检测样品室2内的气压；

镜片冲洗装置16，为导气三通装置，该导气三通装置第一端固定在样品室壳体上，该端通过导气管与开关阀15连接，该导气三通装置第二端位于镶嵌在样品室壳体上的激光聚焦镜8一侧，该导气三通装置第三端位于镶嵌在样品室壳体上的第一光学透镜11一侧，镜片冲洗装置用于冲洗激光聚焦镜8和第一光学透镜11。

可以理解的是，样品室2具有密封、防尘的功能，能够明显降低空气对检测结果的影响。

样品盒10用于盛放待测土壤，并需要保证每次土壤检测时，待测土壤表面处于同一高度。

镜片冲洗装置16为导气三通装置，其工作原理如下：关闭开关阀15，对密闭的样品室2进行抽气至样品室2的气压达到冲洗预设值时，打开开关阀15，气流流入导气三通装置第一端，通过导气三通装置第二端、导气三通装置第三端进入样品室，冲洗激光聚焦镜8和第一光学透镜11，从而保证检测时光路的有效传输以及检测的准确度。

其中，光谱收集转换模块包括光谱收集模块3和光谱转换模块4：

光谱收集模块3，包括第一光学透镜11和第二光学透镜12，用于收集光学信号，并通过传导光纤14将光学信号传输至光谱转换模块4的分光单元，第一光学透镜11镶嵌在样品室壳体上，还用于密封样品室2。

可以理解的是，第一光学透镜11和第二光学透镜12，使传导光纤14的相对孔径变大，对待测土壤被激光器1发射的激光照射时产生的等离子态的光学信号具有更好的收集能力。

光谱转换模块4，包括分光单元、光电转换单元、A/D转换单元。

分光单元，用于对光谱收集模块3收集的光学信号进行分光处理，输出特征光谱信号，并将特征光谱信号传输至光电转换单元。

可以理解的是，分光单元用于把不同辐射能的复合光进行色散变成单色光，并按照波长顺序进行空间排列，以获取不同元素的特征光谱信号。

举例来说，在本实施例中，分光单元为多通道凹面光栅结构。

光电转换单元，用于对分光单元输出的特征光谱信号进行光电转换，输出电流信号，并将电流信号传输至A/D转换单元。

可以理解的是，光电转换单元用于将分光单元产生的特征光谱信号转换为电流信号。

举例来说，在本实施例中，光电转换单元为线阵光电耦合器件CCD。

A/D转换单元，用于对光电转换单元输出的电流信号进行A/D转换，输出数字信号，并将数字信号传输至信号处理模块。

可以理解的是，A/D转换单元用于将光电转换单元输出的电流信号转换为数字信号，存储数字信号并通过无线传输或有线传输的方式传输至数据处理模块5。

举例来说，在本实施例中，A/D转换单元为高速A/D转换器。

其中，信号处理模块5包括：

转换单元，用于根据光谱收集转换模块输出的数字信号，获取待测土壤中各种元素对应的光谱强度信号，并将光谱强度信号传输至分析单元；

分析单元，用于根据转换单元输出的各种元素对应的光谱强度信号，计算待测土壤中各种元素的含量；

显示单元，根据分析单元输出的待测土壤中各种元素的含量，显示待测土壤中各种元素的含量的测量结果。

可以理解的是，待测土壤含有多种元素，分别计算待测土壤中各种元素的含量。

其中，便携式土壤养分检测系统还包括真空泵13、移动电源7、控制模块6、激光聚焦镜8、激光反射镜9。

真空泵13，与样品室2连接，用于对样品室2内的气体进行抽气，控制样品室2的气压。

可以理解的是，真空泵13可以对样品室2进行抽气使其气压达到冲洗预设值或检测预设值。通过真空泵13，样品室可提供气压从5000Pa-100000Pa可调的内部环境，明显降低空气对待测土壤的干扰，从而明显降低空气对测量结果的影响。

移动电源7，通过电气线路连接激光器1、样品室2、光谱转换模块3、信号处理模块4、系统控制模块6、真空泵13，用于为系统提供电源。

控制模块6，通过电气线路连接激光器1、样品室2、光谱收集转换模块3、信号处理模块4、真空泵13，用于为系统提供控制指令。

举例来说，控制模块发出激光器1发射激光的控制指令，真空泵13抽气的控制指令，或打开开关阀15的控制指令。

激光聚焦镜8，镶嵌在样品室2上，用于密封样品室2，并对激光器1发射的激光进行聚焦，聚焦后的激光传输至样品室2。

可以理解的是，激光器1发射波长为1064nm的激光，激光聚焦镜8镀有1064nm波长激光高透效率膜，从而使激光器1发射的激光高效透过，传输至样品室2。

激光反射镜9，放置在样品室2内，用于对经过激光聚焦镜8汇聚的激光进行反射，反射后的激光传输至样品盒10。

可以理解的是，激光器1发射波长为1064nm的激光，激光反射镜9镀有1064nm波长激光高反效率膜，从而使经过激光聚焦镜8汇聚的激光高效反射，传输至样品盒10。

本发明可以连续快速的检测土壤中的养分元素，明显降低空气对检测结果的影响，提高对土壤中的氮(N)，磷(P)，碳(C)等元素的检出效果。本发明简小、便携，可为土壤现场快速检测标定提供有力工具。

图3示出了本发明一实施例提供的土壤养分检测方法的流程示意图，如图3所示，检测方法包括步骤：

S31、调整样品室环境。

可以理解的是，样品室环境对测量结果产生影响，样品室环境包括样品室的清洁度和气压大小。

样品室冲洗，关闭开关阀使得样品室密闭，对样品室进行抽气至样品室的气压达到冲洗预设值，打开开关阀，气流进入冲洗激光聚焦镜和第一光学透镜。

样品室气压设定，在装有待测土壤的样品盒放入样品室后，关闭开关阀使得样品室密闭，对样品室进行抽气至样品室的气压达到检测预设值。

S32、激光器发射预设波长的激光，并将激光发送至样品室。

可以理解的是，激光器发射的激光通过激光聚焦镜聚焦以及激光反射镜反射后传输至样品室中的样品盒，照射样品盒中的待测土壤。

S33、光谱收集转换模块收集待测土壤被激光器发射的激光照射时产生的等离子态的光学信号，并根据光学信号，产生特征光谱信号，并将特征光谱信号转换为数字信号传输至信号处理模块。

可以理解的是，数字信号为数字化的阵列信号。

S34、信号处理模块根据数字信号，获取各种元素对应的光谱强度信号，并根据光谱强度信号，计算待测土壤中各种元素的含量。

可以理解的是，待测土壤含有多种元素，分别计算待测土壤中各种元素的含量。

本发明可以连续快速的检测土壤中的养分元素，明显降低空气对检测结果的影响，提高对土壤中的氮(N)，磷(P)，碳(C)等元素的检出效果。本发明简小、便携，可为土壤现场快速检测标定提供有力工具。

图4示出了本发明另一实施例提供的土壤养分检测方法的流程示意图，如图4所示，检测方法包括标定阶段S41、测定阶段S42。

S41、标定阶段：

S411、便携式土壤养分检测系统对样品盒的标准土壤进行检测，获取标准土壤中某一种元素对应的光谱强度信号。

S412、根据标准土壤中该元素的已知含量和其对应的光谱强度信号，获取该元素的含量和其对应的光谱强度信号的二次曲线。

可以理解的是，该元素的含量和其对应的光谱强度信号的二次曲线为y＝Ax²+Bx+K，其中，y为该元素含量，x为该元素对应的光谱强度值，A、B、K为系数。

S42、测定阶段：

S421、便携式土壤养分检测系统对样品盒的待测土壤进行检测，获取待测土壤中某一种元素对应的光谱强度信号。

S422、根据待测土壤中某一种元素对应的光谱强度信号以及该元素的含量和其对应的光谱强度信号的二次曲线，计算该元素的含量。

可以理解的是，通过标定步骤S41获得某一种元素的含量和其对应的光谱强度信号的二次曲线y＝Ax²+Bx+K，其中，A、B、K为定值。对待测土壤中特征光谱信号进行测定，根据对应的光谱强度信号，反演待测土壤中某一种元素的含量。

本发明可以连续快速的检测土壤中的养分元素，明显降低空气对检测结果的影响，提高对土壤中的氮(N)，磷(P)，碳(C)等元素的检出效果。本发明简小、便携，可为土壤现场快速检测标定提供有力工具。

综上所述，举例来说，测量土壤中的Ca元素含量。激光器1发射单脉冲能量设置为50mJ的激光，待测土壤放置于样品盒10内，激光聚焦于样品表面以下3mm。系统控制模块6设置样品室内气压为0.2个大气压，激光器1发射激光的时间和光谱收集转换模块3的光谱转换时间之间的延迟为0.15us。Ca元素的特征峰为393.3nm。

光谱收集模块3将光学信号收集并经过传导光纤14传输到光谱收集转换模块3，光谱收集转换模块3对特征光谱信号进行转换，得到数字化的阵列信号，并传至信号处理模块4。信号处理模块4对数字化的阵列信号进行存储并分析，最终以图形结合数据的方式显示。

本实施例中，采用标准土壤六块，标准土壤中Ca元素含量范围包含未知土壤的Ca元素含量。首先对六块标准土壤进行测量，根据不同标准土壤中已知的Ca元素的含量和其对应的光谱强度信号，拟合出Ca元素的含量和其对应的光谱强度信号的二次曲线。

再对待测土壤中特征光谱信号进行测定，获取Ca元素对应的光谱强度信号，根据Ca元素的含量和其对应的光谱强度信号的二次曲线，反演待测土壤中Ca元素的含量。

综上所述，本发明提供一种便携式土壤养分检测系统及方法。激光器发射预设波长的激光，所述激光通过激光聚焦镜聚焦以及激光反射镜反射后传输至样品盒，照射待测土壤；光谱收集转换模块收集所述待测土壤被所述激光器发射的激光照射时产生的等离子态的光学信号，并根据所述光学信号，产生特征光谱信号，并将所述特征光谱信号转换为数字信号传输至信号处理模块；信号处理模块根据所述光谱收集转换模块输出的数字信号，获取所述待测土壤中各种元素对应的光谱强度信号，并根据所述光谱强度信号，计算所述待测土壤中各种元素的含量。其中，样品室提供能够在一定范围内连续调整的气压环境，明显降低空气对待测土壤的干扰；镜片冲洗装置能够实现对激光聚焦镜和第一光学透镜的冲洗，保证光路有效传输；本发明采用微型高能激光器、微型样品室，体积更小，方便携带。综上，本发明可以连续快速的检测土壤中的养分元素，明显降低空气对检测结果的影响，提高对土壤中的氮(N)，磷(P)，碳(C)等元素的检出效果。本发明简小、便携，可为土壤现场快速检测标定提供有力工具。

本领域普通技术人员可以理解：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims (10)

1.一种便携式土壤养分检测系统，其特征在于，所述系统包括：

激光器，用于发射预设波长的激光，并将所述激光发送至样品室；

样品室，与光谱收集转换模块连接，用于接收所述激光，使其照射待测土壤，并提供待测土壤检测时所需的密闭空间和气压环境；

光谱收集转换模块，用于收集所述待测土壤被所述激光器发射的激光照射时产生的等离子态的光学信号，并根据所述光学信号，产生特征光谱信号，并将所述特征光谱信号转换为数字信号传输至信号处理模块；

信号处理模块，用于根据所述光谱收集转换模块输出的数字信号，获取所述待测土壤中各种元素对应的光谱强度信号，并根据所述光谱强度信号，计算所述待测土壤中各种元素的含量。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述激光器为微型高能激光器，所述微型高能激光器为半导体泵浦的主动调Q固体激光器，输出波长为1064nm或532nm。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述样品室包括样品室壳体、样品盒、气压检测器、开关阀及镜片冲洗装置，

样品室壳体，为密闭空间，用于降低检测时空气对待测土壤的干扰；

样品盒，通过密封部件与所述样品室壳体的内底壁连接，用于放置所述待测土壤；

气压检测器，用于检测所述样品室内的气压；

镜片冲洗装置，为导气三通装置，所述导气三通装置第一端固定在样品室壳体上，该端通过导气管与开关阀连接，所述导气三通装置第二端位于镶嵌在样品室壳体上的激光聚焦镜一侧，所述导气三通装置第三端位于镶嵌在样品室壳体上的第一光学透镜一侧，所述镜片冲洗装置用于冲洗激光聚焦镜和第一光学透镜。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述光谱收集转换模块包括光谱收集模块和光谱转换模块：

光谱收集模块，包括第一光学透镜和第二光学透镜，用于收集所述光学信号，并通过传导光纤将所述光学信号传输至分光单元，所述第一光学透镜镶嵌在样品室壳体上，还用于密封所述样品室；

光谱转换模块，包括分光单元、光电转换单元和A/D转换单元，

分光单元，用于对所述光谱收集模块收集的光学信号进行分光处理，输出特征光谱信号，并将所述特征光谱信号传输至光电转换单元；

光电转换单元，用于对所述分光单元输出的特征光谱信号进行光电转换，输出电流信号，并将所述电流信号传输至A/D转换单元；

A/D转换单元，用于对所述光电转换单元输出的电流信号进行A/D转换，输出数字信号，并将所述数字信号传输至信号处理模块。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述信号处理模块包括：

转换单元，用于根据所述光谱收集转换模块输出的数字信号，获取所述待测土壤中各种元素对应的光谱强度信号，并将所述光谱强度信号传输至分析单元；

分析单元，用于根据所述转换单元输出的各种元素对应的光谱强度信号，计算所述待测土壤中各种元素的含量；

显示单元，根据所述分析单元输出的所述待测土壤中各种元素的含量，显示所述待测土壤中各种元素的含量的测量结果。

6.如权利要求1-5中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

真空泵，与样品室连接，用于对样品室内的气体进行抽气，控制样品室的气压；

移动电源，通过电气线路连接激光器、样品室、光谱收集转换模块、信号处理模块、系统控制模块、真空泵，用于为系统提供电源；

控制模块，通过电气线路连接激光器、样品室、光谱收集转换模块、信号处理模块、真空泵，用于为系统提供控制指令；

激光聚焦镜，镶嵌在所述样品室上，用于密封样品室，并对所述激光器发射的激光进行聚焦，聚焦后的激光传输至所述样品室；

激光反射镜，放置在所述样品室内，用于对经过所述激光聚焦镜汇聚的激光进行反射，反射后的激光传输至所述样品盒。

7.一种基于权利要求1-6中任一项所述系统的土壤养分检测方法，其特征在于，所述检测方法包括步骤：

激光器发射预设波长的激光，所述激光通过激光聚焦镜聚焦以及激光反射镜反射后传输至样品盒，照射待测土壤；

光谱收集转换模块收集所述待测土壤被所述激光器发射的激光照射时产生的等离子态的光学信号，并根据所述光学信号，产生特征光谱信号，并将所述特征光谱信号转换为数字信号传输至信号处理模块；

信号处理模块根据所述光谱收集转换模块输出的数字信号，获取所述待测土壤中各种元素对应的光谱强度信号，并根据所述光谱强度信号，计算所述待测土壤中各种元素的含量。

8.如权利要求7所述的检测方法，其特征在于，所述检测方法包括标定阶段，所述标定阶段包括步骤：

便携式土壤养分检测系统对样品盒的标准土壤进行检测，获取所述标准土壤中某一种元素对应的光谱强度信号；

根据所述标准土壤中该元素的已知含量和其对应的光谱强度信号，获取该元素的含量和其对应的光谱强度信号的二次曲线y＝Ax²+Bx+K，其中，y为该元素含量，x为该元素对应的光谱强度值，A、B、K为系数。

9.如权利要求8所述的检测方法，其特征在于，所述检测方法包括测定阶段，所述的测定阶段包括步骤：

便携式土壤养分检测系统对样品盒的待测土壤进行检测，获取所述待测土壤中某一种元素对应的光谱强度信号；

根据所述待测土壤中某一种元素对应的光谱强度信号以及该元素的含量和其对应的光谱强度信号的二次曲线y＝Ax²+Bx+K，计算该元素的含量，其中，y为该元素含量，x为该元素对应的光谱强度值，A、B、K为系数。

10.如权利要求7所述的检测方法，其特征在于，所述激光器发射预设波长的激光之前还包括样品室环境调整阶段，所述调整阶段包括：

样品室冲洗，关闭开关阀使得样品室密闭，对样品室进行抽气至样品室的气压达到冲洗预设值，打开开关阀，气流进入冲洗激光聚焦镜和第一光学透镜；

样品室气压设定，在装有待测土壤的样品盒放入样品室后，关闭开关阀使得样品室密闭，对样品室进行抽气至样品室的气压达到检测预设值。