CN106596431A - 基于光电比色法的氮磷钾水肥养分浓度在线检测装置 - Google Patents

基于光电比色法的氮磷钾水肥养分浓度在线检测装置 Download PDF

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Inventor
刘娜
魏正英
张育斌
李胜
王彦
王国强
齐新洲
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Agricultural Mechanization Research Institute Xinjiang Academy of Agricultural Sciences
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Abstract

本发明公开了一种基于光电比色法的氮磷钾水肥养分浓度在线检测装置，其中，待测液进口、检测阀和流量计依次设置在进液管路上，待测液由此管路注入到玻璃比色池中；清水阀、纯净水阀和显色试剂注入阀分别对应的设置在清水罐、纯净水罐和显色试剂罐的出液管路上，在注释泵的作用下，打开某一阀门，对应储液罐内的液体即注入到玻璃比色池中；点光源、三通道旋转滤波镜和光敏电池设置在一条直线上，点光源发出的光经过三通道旋转滤波镜后照射到玻璃比色池上，透过玻璃比色池的光照射到光敏电池上，单片机电路系统根据光敏电池的电压变化计算出待测液中待测离子的浓度。本发明的有益之处在于：能够快速、准确、高效的测出氮磷钾水肥中各养分的浓度。

Description

基于光电比色法的氮磷钾水肥养分浓度在线检测装置
技术领域
本发明涉及一种水肥养分浓度检测装置，具体涉及一种基于光电比色法的氮磷钾水肥养分浓度在线检测装置，属于农业装备技术领域。
背景技术
我国水资源严重缺乏，农业缺水不断加剧，应大力发展节水技术，提高灌溉水和肥料的利用率，发展现代精确农业，以提高单位灌溉面积上的产出。国内灌溉控制器仅考虑了作物需水量的供给，而水、肥同时考虑的不多，没有成熟的水肥精量控制设备被推广应用。国内外现有的水肥控制是根据肥料比例、施肥时间、施肥总量来控制，还有对灌溉水的整体电导率EC的宏观控制，无法单独测量单种养分浓度，且现有的养分测量仪器无法实现在线实时的测量，还没有针对灌溉肥液氮、磷、钾微量元素浓度进行单独和集成控制的相关设备面世。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于光电比色法的氮磷钾水肥养分浓度在线检测装置，该在线检测装置能够快速、准确、高效的测出氮磷钾水肥中各养分的浓度。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种基于光电比色法的氮磷钾水肥养分浓度在线检测装置，其特征在于，包括：点光源(1)、三通道旋转滤波镜(2)、待测液进口(3)、检测阀(4)、流量计(5)、玻璃比色池(6)、搅动泵(7)、光敏电池(8)、单片机电路系统(9)、显示屏(10)、注释泵(11)、清水阀(13)、清水罐(14)、纯净水阀(12)、纯净水罐(15)、显色试剂注入阀(17)和显色试剂罐(16)，其中，
前述待测液进口(3)、检测阀(4)和流量计(5)依次设置在进液管路上，待测液通过待测液进口(3)进入到进液管路内，流经检测阀(4)和流量计(5)后注入到玻璃比色池(6)中，
前述清水阀(13)、纯净水阀(12)和显色试剂注入阀(17)分别对应的设置在清水罐(14)、纯净水罐(15)和显色试剂罐(16)的出液管路上，在注释泵(11)的作用下，打开清水阀(13)、纯净水阀(12)或显色试剂注入阀(17)，对应储液罐内的液体即注入到玻璃比色池(6)中，
前述玻璃比色池(6)上装有搅动泵(7)，搅动泵(7)用于对玻璃比色池(6)内的液体进行充分搅拌，
前述点光源(1)、三通道旋转滤波镜(2)和光敏电池(8)设置在一条直线上，点光源(1)发出平行光，该平行光经过三通道旋转滤波镜(2)后成为单色光并照射到玻璃比色池(6)上，透过玻璃比色池(6)的单色光照射到光敏电池(8)上，引起光敏电池(8)的电压变化，
前述单片机电路系统(9)根据光敏电池(8)的电压变化计算出待测液中待测离子的浓度，并将计算结果显示在显示屏(10)上。
前述的基于光电比色法的氮磷钾水肥养分浓度在线检测装置，其特征在于，前述三通道旋转滤波镜(2)对应氮磷钾最大吸收波长可自动旋转调节。
前述的基于光电比色法的氮磷钾水肥养分浓度在线检测装置，其特征在于，前述玻璃比色池(6)的底部安装有排杂阀(18)。
前述的基于光电比色法的氮磷钾水肥养分浓度在线检测装置，其特征在于，前述显示屏(10)为液晶显示屏。
本发明的有益之处在于：本发明的在线检测装置能够快速、准确、高效的测出氮磷钾水肥中各养分的浓度，对水肥精量控制以及对农业节水、节肥、节省人力和提高作物品质具有极大的推动作用。
附图说明
图1是本发明的氮磷钾水肥养分浓度在线检测装置的组成原理图。
图中附图标记的含义：1-点光源、2-三通道旋转滤波镜、3-待测液进口、4-检测阀、5-流量计、6-玻璃比色池、7-搅动泵、8-光敏电池、9-单片机电路系统、10-液晶显示屏、11-注释泵、12-纯净水阀、13-清水阀、14-清水罐、15-纯净水罐、16-显色试剂罐、17-显色试剂注入阀、18-排杂阀。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
一、在线检测装置的结构
参照图1，本发明的基于光电比色法的氮磷钾水肥养分浓度在线检测装置，其包括：点光源1、三通道旋转滤波镜2、待测液进口3、检测阀4、流量计5、玻璃比色池6、搅动泵7、光敏电池8、单片机电路系统9、显示屏10、注释泵11、清水阀13、清水罐14、纯净水阀12、纯净水罐15、显色试剂注入阀17、显色试剂罐16和排杂阀18。其中：
待测液进口3、检测阀4和流量计5依次设置在进液管路上，待测液由流量计5控制取样量，取样更加准确。待测液通过待测液进口3进入到进液管路内，流经检测阀4和流量计5后注入到玻璃比色池6中。
清水阀13、纯净水阀12和显色试剂注入阀17分别对应的设置在清水罐14、纯净水罐15和显色试剂罐16的出液管路上，在注释泵11的作用下，打开清水阀13、纯净水阀12或显色试剂注入阀17，对应储液罐内的液体即注入到玻璃比色池6中，其中，清水用来清洗玻璃比色池6，纯净水用来稀释待测液，显色试剂用来使待测液显色。
玻璃比色池6上装有搅动泵7，搅动泵7用于对玻璃比色池6内的液体进行充分搅拌，可以使待测液与显色试剂充分反应，提高检测速度。此外，玻璃比色池6的底部安装有排杂阀18。
点光源1、三通道旋转滤波镜2和光敏电池8设置在一条直线上，三通道旋转滤波镜2对应氮磷钾最大吸收波长可自动旋转调节。点光源1发出平行光，该平行光经过三通道旋转滤波镜2后转变成固定波长的单色光，并照射到玻璃比色池6上，其中一部分被玻璃比色池6内的有色溶液吸收，还有一部分透过玻璃比色池6，透过玻璃比色池6的这部分单色光照射到光敏电池8上，引起光敏电池8的电压变化。
单片机电路系统9根据光敏电池8的电压变化计算出待测液中待测离子的浓度，并将计算结果显示在显示屏10上，显示屏10优选液晶显示屏。
二、在线检测氮磷钾水肥养分浓度方法
参照图1，在线检测的具体步骤如下：
1、待测液通过待测液进口3进入到在线检测装置中，待测液流经检测阀4和流量计5后，注入到玻璃比色池6中；
2、注入待测液后，打开纯净水阀12，在注释泵11的作用下纯净水罐15中的纯净水注入到玻璃比色池6中，对待测液进行稀释；
3、待测液稀释到合适的浓度后，打开对应的显色试剂注入阀17，在注释泵11的作用下显色试剂罐16中的显色试剂注入到玻璃比色池6中，搅动泵7对混合液进行充分搅拌；
4、待混合液均匀显色时，由点光源1发出平行光，该平行光经过三通道旋转滤波镜2后过滤成为特定波长的单色光，照射到玻璃比色池6上，并被玻璃比色池6内的有色溶液吸收一部分，另一部分则透过玻璃比色池6照射到光敏电池8上，引起光敏电池8的电压发生变化；
5、单片机电路系统9根据光敏电池8的电压变化计算出待测液中待测离子的浓度，并将计算结果显示在显示屏10上；
6、测量完成后，打开排杂阀18，排出玻璃比色池6中的液体，然后打开清水阀13，在注释泵11的作用下清水罐14中的清水注入玻璃比色池6中，对玻璃比色池6进行清洗，直至玻璃比色池6洁净。
三、在线检测装置的性能测评
1、检测需要耗费的时间
玻璃比色池中装有搅动泵，化学反应显色稳定仅需要3-5min，显色后不需要取出玻璃比色池，可以直接进行测量，测量时间仅需要10-20s，所以使用本发明的在线检测装置检测氮磷钾水肥养分浓度更加节省时间。
此外，向玻璃比色池中注入去离子水和显色试剂由注释泵来完成，对玻璃比色池的清洗也是由注释泵来完成，所以与人工操作相比，使用本发明的在线检测装置检测氮磷钾水肥养分浓度进一步节省了时间。
2、检测结果的准确性
待测液由流量计控制取样量，取样更加准确，经过偏差系数校准后，检测结果的准确度±10％左右。
3、在线检测
单片机电路系统根据光敏电池的电压变化，可以计算出待测液中待测离子的浓度，并将计算结果同步显示在显示屏上，实现了在线检测，经过试验反复验证，本发明的在线检测装置可以应用于水肥灌溉一体机中，在田间完成水肥作业的氮磷钾在线检测。
由此可见，本发明的氮磷钾水肥养分浓度在线检测装置能够快速、准确、高效的测出氮磷钾水肥中各养分的浓度，其对水肥精量控制以及对农业节水、节肥、节省人力和提高作物品质会起到极大的推动作用，势必会成为水肥精量控制系统的重要组成部分和决策支持系统，对今后开展微灌直接施用农药的在线监测也提供了很好的借鉴意义。
需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于光电比色法的氮磷钾水肥养分浓度在线检测装置，其特征在于，包括：点光源(1)、三通道旋转滤波镜(2)、待测液进口(3)、检测阀(4)、流量计(5)、玻璃比色池(6)、搅动泵(7)、光敏电池(8)、单片机电路系统(9)、显示屏(10)、注释泵(11)、清水阀(13)、清水罐(14)、纯净水阀(12)、纯净水罐(15)、显色试剂注入阀(17)和显色试剂罐(16)，其中，
所述待测液进口(3)、检测阀(4)和流量计(5)依次设置在进液管路上，待测液通过待测液进口(3)进入到进液管路内，流经检测阀(4)和流量计(5)后注入到玻璃比色池(6)中，
所述清水阀(13)、纯净水阀(12)和显色试剂注入阀(17)分别对应的设置在清水罐(14)、纯净水罐(15)和显色试剂罐(16)的出液管路上，在注释泵(11)的作用下，打开清水阀(13)、纯净水阀(12)或显色试剂注入阀(17)，对应储液罐内的液体即注入到玻璃比色池(6)中，
所述玻璃比色池(6)上装有搅动泵(7)，搅动泵(7)用于对玻璃比色池(6)内的液体进行充分搅拌，
所述点光源(1)、三通道旋转滤波镜(2)和光敏电池(8)设置在一条直线上，点光源(1)发出平行光，该平行光经过三通道旋转滤波镜(2)后成为单色光并照射到玻璃比色池(6)上，透过玻璃比色池(6)的单色光照射到光敏电池(8)上，引起光敏电池(8)的电压变化，
所述单片机电路系统(9)根据光敏电池(8)的电压变化计算出待测液中待测离子的浓度，并将计算结果显示在显示屏(10)上。
2.根据权利要求1所述的基于光电比色法的氮磷钾水肥养分浓度在线检测装置，其特征在于，所述三通道旋转滤波镜(2)对应氮磷钾最大吸收波长可自动旋转调节。
3.根据权利要求1所述的基于光电比色法的氮磷钾水肥养分浓度在线检测装置，其特征在于，所述玻璃比色池(6)的底部安装有排杂阀(18)。
4.根据权利要求1所述的基于光电比色法的氮磷钾水肥养分浓度在线检测装置，其特征在于，所述显示屏(10)为液晶显示屏。
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