CN107607495A - 一种土壤总氮含量检测系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种土壤总氮含量检测系统和方法，系统包括：激光发射模块、光路切换模块、参考样品选择模块、信号接收模块、数据处理模块和检测腔室；激光发射模块用于发射能量大于预设能量阈值的激光；光路切换模块包括反射镜，激光经反射镜反射后聚焦在第一检测位置；参考样品选择模块包括参考样品轮，其上分布有硅板和土壤样品压片，用于将硅板或第一土壤样品压片旋转至第一检测位置；检测腔室位于第二检测位置，用于放置待测土壤；信号接收模块用于接收硅板、第一土壤样品压片和待测土壤的诱导击穿光谱数据；数据处理模块用于根据上述光谱数据和第一土壤样品压片的总氮含量，得到待测土壤的总氮含量，该系统方便快捷、准确度高。

Description

一种土壤总氮含量检测系统和方法

技术领域

本发明实施例涉及土壤检测技术领域，尤其涉及一种土壤总氮含量检测系统和方法。

背景技术

土壤中氮素含量直接关系到土壤肥力的大小，能够直接影响到作物的生长和产量。土壤中氮素分为无机态氮和有机态氮，无机态氮一般是可溶性氮，是能够被植物直接吸收的，而有机态氮是不能被植物直接利用的，需要经过氧化分解为无机态氮才能被利用。

土壤氮的主要分析项目有土壤总氮量和有效氮量。总氮量通常用于衡量土壤氮素的基础肥力。土壤中氮素的快速测量一般是针对不同的形态分别测量，而总氮的测量需要对土壤进行采样后，拿到实验室进行预处理，检测方法一般主要可分为：干烧法、湿烧法、分光光度法和近红外光谱法。

干烧法又称杜氏法，其基本过程是把样本放在燃烧管中，以600℃以上的高温与氧化铜一起燃烧，燃烧时通以净化的CO2气，燃烧过程中产生的氧化亚氮(主要是N2O)气体通过灼热的铜还原为氮气(N2)，产生的CO则通过氧化铜转化为CO2，使N2和CO2的混合气体通过浓的氢氧化钾溶液，以除去CO2，然后在氮素计中测定氮气体积，计算样本中的氮量。

湿烧法又称凯氏定氮法，具体方法是，首先在有催化剂的条件下，用浓硫酸消化样本将有机态氮都转变成氨态氮，然后在碱性条件下将铵盐转化为氨，随水蒸气蒸馏出来并为过量的硼酸液吸收，再以标准盐酸滴定，就可计算出样本中的氮量。

分光光度法是通过测定被测物质在特定波长处或者一定波长范围内光的吸收度，对该物质进行定性和定量分析的方法。具体方法是，在分光光度计中，将不同波长的光连续的照射到一定浓度的样本溶液时，便可得到与不同波长相对应的吸收强度，利用波长和强度曲线就可以对物质进行定性、定量分析。

近红外方法是通过采集已知含量的土壤样品的近红外光谱，然后与其他方法得到的土壤中氮素的含量进行关联建模，然后利用此模型去预测未知含量的土壤样品中氮素的含量。

传统土壤总氮检测方法需要繁琐的土样预处理，耗时长，且大多需要化学试剂，对操作人员技术要求高。凯氏定氮法需要对土壤样本进行长时间消煮，还需要浓硫酸、硫酸钾、硫酸铜、硼酸、甲基红、混合指示剂等多种化学试剂，所用试剂有腐蚀性，并且需要按照严格的步骤和规程操作，操作复杂，实验时间长，对操作人员技术要求高，精度差。杜氏法虽然与凯氏法相比测定的氮较为完全，但操作复杂，耗时长，需要专门的仪器，价格昂贵，维修维护成本高，对操作人员技术要求高。分光光度法测量土壤氮素，同样不能直接测量，需要对土壤进行预处理，不能实现现场原位快速测量

近红外光谱法需要采集大量样本进行建模，而且模型的鲁棒性差，容易受到土壤质地、土壤含水率、颜色以及土壤表面粗糙度的影响，不同土壤样本之间的预测机制可能存在很大差异，当待测样本中出现新的干扰源时，继续采用原有模型建立的光谱模型进行预测容易导致误差增大。因此，如何提供一种方便快捷、准确度高的土壤总氮含量的检测系统和方法，成为亟需解决的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明实施例提供一种土壤总氮含量检测系统和方法。

第一方面，本发明实施例提供一种土壤总氮含量检测系统，所述系统包括：

激光发射模块、光路切换模块、参考样品选择模块、信号接收模块、数据处理模块以及检测腔室；

其中，所述激光发射模块包括激光器，用于发射能量大于预设能量阈值的激光；

所述光路切换模块包括反射镜，所述反射镜用于反射所述激光，所述激光经所述反射镜反射后，聚焦在第一检测位置；

所述参考样品选择模块包括参考样品轮，所述参考样品轮上分布有硅板和多个土壤样品压片，所述参考样品轮用于将所述硅板或与待测土壤的类型相同的第一土壤样品压片，旋转至所述第一检测位置；

所述检测腔室位于第二检测位置，用于放置所述待测土壤；

所述信号接收模块用于接收所述硅板在所述第一检测位置被所述激光激发产生的第一诱导击穿光谱数据、所述第一土壤样品压片在所述第一检测位置被所述激光激发产生的第二诱导击穿光谱数据以及所述待测土壤在所述第二检测位置被所述激光激发产生的第三诱导击穿光谱数据；

所述数据处理模块与所述信号接收模块电连接，用于根据所述第一诱导击穿光谱数据、所述第二诱导击穿光谱数据、所述第三诱导击穿光谱数据以及所述第一土壤样品压片的总氮含量，得到所述待测土壤的总氮含量。

第二方面，本发明实施例提供一种应用上述土壤总氮含量检测系统进行土壤总氮含量检测的方法，所述包括：

土壤总氮含量检测方法，所述方法包括：

分别接收空气中硅板的第一诱导击穿光谱数据、第一土壤样品压片的第二诱导击穿光谱数据以及待测土壤的第三诱导击穿光谱数据；其中，所述第一土壤样品压片的类型与所述待测土壤的类型相同；

获取所述第一土壤样品压片的总氮含量；

根据所述第一诱导击穿光谱数据、所述第二诱导击穿光谱数据、所述第三诱导击穿光谱数据以及所述第一土壤样品压片的总氮含量，得到所述待测土壤的总氮含量。

本发明实施例提供的土壤总氮含量检测系统和方法，通过使用参考样品轮，可以切换多种类型的土壤样品压片，实现国内常见的多种土壤类型的检测，具有很好的兼容性和适应性，通过设置检测腔室，既能保证激光聚焦在被测土壤表面，同时能够克服由于环境光变化造成的误差，不受野外光照条件影响，白天、黑夜都能准确测量，通过在空气中以硅板为参考，消除了空气中的氮元素含量对测量引起的误差，提高测量准确度，所述系统不受土壤类型、含水量、质地、颜色以及外部环境干扰的影响，避免了使用有毒，有腐蚀性的化学试剂，检测方便快捷、准确度高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的土壤总氮含量检测系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的土壤总氮含量检测系统的局部结构放大示意图；

图3为本发明实施例提供的土壤总氮含量检测方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的土壤总氮含量检测系统的结构示意图，如图1所示，所述系统包括：激光发射模块2、光路切换模块、参考样品选择模块、信号接收模块、数据处理模块11以及检测腔室14，其中：

所述激光发射模块2包括激光器，用于发射能量大于预设能量阈值的激光；所述光路切换模块包括反射镜4，所述反射镜4用于反射所述激光，所述激光经所述反射镜4反射后，聚焦在第一检测位置；所述参考样品选择模块包括参考样品轮8，所述参考样品轮8上分布有硅板和多个土壤样品压片，所述参考样品轮用于将所述硅板或与待测土壤的类型相同的第一土壤样品压片，旋转至所述第一检测位置；所述检测腔室14位于第二检测位置，用于放置待测土壤；所述信号接收模块用于接收所述硅板在所述第一检测位置被所述激光激发产生的第一诱导击穿光谱数据、所述第一土壤样品压片在所述第一检测位置被所述激光激发产生的第二诱导击穿光谱数据以及所述待测土壤在所述第二检测位置被所述激光激发产生的第三诱导击穿光谱数据；所述数据处理模块11与所述信号接收模块电连接，用于根据所述第一诱导击穿光谱数据、所述第二诱导击穿光谱数据、所述第三诱导击穿光谱数据以及所述第一土壤样品压片的总氮含量，得到所述待测土壤的总氮含量。

本发明实施例提供一种土壤总氮含量检测系统，该系统的测量机理为：当能量大于预设能量阈值的脉冲激光会聚到待测物质上时，待测物质在所述脉冲激光的作用下，被瞬间激发产生高温、高电子密度的等离子体，所述等离子体在膨胀过程中逐渐冷却，对外辐射谱线，不同元素的原子具有不同的电子层结构，构成该元素的特征光谱，可以利用元素特征谱线的波长和强度信息对待测物质做定量分析。

本发明实施例提供的土壤总氮含量检测系统包括：激光发射模块2、光路切换模块、参考样品选择模块、信号接收模块、数据处理模块11以及检测腔室14。其中，所述激光发射模块2可以包括激光器，用于发射能量大于预设能量阈值的激光，所述激光发射模块2还可以包括激光控制器，所述激光控制器与所述激光器相连，用于控制所述激光器发射激光。所述光路切换模块可以包括反射镜4，所述反射镜4用于反射所述激光，所述激光经所述反射镜4反射后，聚焦在第一检测位置。所述光路切换模块还可以包括角度控制器3，所述角度控制器3可以控制所述反射镜4转动第一预设的角度，当所述激光经过所述反射镜4反射后，可以聚焦在所述第一检测位置上。当所述控制器3控制所述反射镜4转动第二预设角度后，所述激光可以不经所述反射镜反射，直接聚焦在第二检测位置上。所述检测腔室14位于所述第二检测位置，用于放置待测土壤，所述检测腔室14的位置可以上下移动，当所述检测腔室14下降至待测土壤表面时，将所述待测土壤与外界相隔离，使得所述待测土壤处于一个相对独立的环境，所述待测土壤处于所述第二检测位置处，当所述激光聚焦在所述第二检测位置时，可以激发所述待测土壤。所述参考样品选择模块包括参考样品轮8，所述参考样品轮8上分布有硅板和多个土壤样品压片，每个土壤样品压片的总氮含量是已知的，所述参考样品轮可以转动，带动所述硅板或所述土壤样品压片转动至所述第一检测位置。当所述硅板或所述土壤样品压片转动至所述第一检测位置时，可以被所述激光激发。图2为本发明实施例提供的土壤总氮含量检测系统的局部结构放大示意图，如图2所示，所述参考样品轮8上分布有硅板15和多个土壤样品压片16。所述参考样品轮8可以转动，硅板15或第一土壤样品压片16旋转至所述的第一检测位置，被所述激光激发。其中，所述第一土壤样品压片16的类型与所述待测土壤的类型相同。

所述信号接收模块可以接收所述硅板15在所述第一检测位置被所述激光激发产生的第一诱导击穿光谱数据，所述信号接收模块还可以接收第一土壤样品压片16在所述第一检测位置被所述激光激发产生的第二诱导击穿光谱数据，所述信号接收模块还可以接收所述待测土壤在所述第二检测位置被所述激光激发产生的第三诱导击穿光谱数据。

所述数据处理模块11与所述信号接收模块电连接，所述数据处理模块11可以从数据库中获取所述第一土壤样品压片的总氮含量，并根据所述第一诱导击穿光谱数据、所述第二诱导击穿光谱数据、所述第三诱导击穿光谱数据以及所述第一土壤样品压片的总氮含量，得到所述待测土壤的总氮含量。所述第一诱导击穿光谱数据中，包括空气中的氮元素特征谱线，强度记为I₁；所述第二诱导击穿光谱数据中，包括空气中的氮元素与所述第一土壤样品压片16中的氮元素总和的特征谱线，强度记为I₂；所述第三诱导击穿光谱数据中，包括空气中的氮元素与所述待测土壤中的氮元素总和的特征谱线，强度记为I₃；若所述数据处理模块11获取到的所述第一土壤样品压片的总氮含量为C₁，则所述待测土壤中的总氮含量C₂可以为：

本发明实施例提供的土壤总氮含量检测系统，通过使用参考样品轮，可以切换多种类型的土壤样品压片，实现国内常见的多种土壤类型的检测，具有很好的兼容性和适应性，通过设置检测腔室，既能保证激光聚焦在被测土壤表面，同时能够克服由于环境光变化造成的误差，不受野外光照条件影响，白天、黑夜都能准确测量，通过以硅板为参考，消除了空气中的氮元素含量对测量引起的误差，提高测量准确度，所述系统不受土壤类型、含水量、质地、颜色以及外部环境干扰的影响，避免了使用有毒，有腐蚀性的化学试剂，检测方便快捷、准确度高。

如图1所示，可选地，在上述实施例的基础上，所述信号接收模块包括：接收头、光纤6和信号接收器7，其中：

所述接收头包括聚焦透镜5，所述聚焦透镜5用于会聚所述硅板经所述激光激发后产生的第一信号、所述第一土壤样品压片经所述激光激发后产生的第二信号和所述待测土壤经所述激光激发后产生的第三信号；所述光纤6包括光纤耦合器，所述光纤耦合器与所述聚焦透镜5连接，用于将所述第一信号、所述第二信号和所述第三信号，耦合进所述光纤6；所述信号接收器7与所述光纤6连接，用于将所述第一信号转换成所述第一诱导击穿光谱数据、将所述第二信号转换成所述第二诱导击穿光谱数据以及将所述第三信号转换成所述第三诱导击穿光谱数据。

具体地，上述实施例中所述的信号接收模块包括：接收头、光纤6和信号接收器7。其中，所述接收头包括：聚焦透镜5，所述聚焦透镜5可以会聚所述硅板在第一检测位置经所述激光激发后产生的第一信号和所述第一土壤样品压片在第一检测位置经所述激光激发后产生的第二信号，所述聚焦透镜5还可以汇聚所述待测土壤在第二检测位置经所述激光激发后产生的第三信号。所述接收头还可以包括挡板，所述挡板用于阻挡所述第一信号、所述第二信号或所述第三信号进入光纤6。比如，当所述激光聚焦在所述第一检测位置时，靠近所述第一检测位置的接收头的挡板被打开，所述第一信号或所述第二信号可以进入光纤6，靠近所述第二检测位置的接收头的挡板被关闭，可以阻挡所述第三信号进入光纤6。

所述光纤6可以包括光纤耦合器，所述光纤耦合器与所述聚焦透镜5连接，可以将所述第一信号、所述第二信号和所述第三信号，耦合进所述光纤6；所述信号接收器7与所述光纤6连接，可以将所述第一信号转换成所述第一诱导击穿光谱数据、将所述第二信号转换成所述第二诱导击穿光谱数据以及将所述第三信号转换成所述第三诱导击穿光谱数据。

本发明实施例提供的土壤总氮含量检测系统，通过聚焦透镜会聚硅板经激光激发后产生的第一信号、第一土壤样品压片经激光激发后产生的第二信号和待测土壤经所述激光激发后产生的第三信号，光纤耦合器将所述第一信号、所述第二信号和所述第三信号，耦合进光纤，信号接收器将所述第一信号转换成第一诱导击穿光谱数据、将第二信号转换成第二诱导击穿光谱数据以及将第三信号转换成第三诱导击穿光谱数据，使得所述系统更加科学。

如图1所示，可选地，在上述实施例的基础上，所述参考样品选择模块包括：参考样品轮8和步进电机9，其中，

所述步进电机9与所述参考样品轮8相连，用于带动所述参考样品轮8转动。

具体地，上述实施例中所述的参考样品选择模块包括：参考样品轮8和步进电机9，其中，所述参考样品轮8已在上述实施例中详细描述，此处不再赘述。所述步进电机9与所述参考样品轮8相连，可以带动所述参考样品轮8转动，进而带动所述参考样品轮8上的硅板或土壤样品压片转动至第一检测位置，使得所述硅板或所述土壤样品压片可以在所述第一检测位置被激光激发。

本发明实施例提供的土壤总氮含量检测系统，通过步进电机带动所述参考样品轮转动，使得所述系统更加科学。

如图1所示，可选地，在上述实施例的基础上，所述系统包括：激光发射模块2、光路切换模块、参考样品选择模块、信号接收模块、数据处理模块11、检测腔室14以及时序控制模块10，其中：

所述时序控制模块10分别与所述激光发射模块2、所述光路切换模块、所述参考样品选择模块以及所述信号接收模块电连接，用于控制所述激光发射模块2、所述光路切换模块、所述参考样品选择模块以及所述信号接收模块之间的时间匹配。

具体地，本发明实施例提供的土壤总氮含量检测系统包括：激光发射模块2、光路切换模块、参考样品选择模块、信号接收模块、数据处理模块11、检测腔室14以及时序控制模块10，其中，所述激光发射模块2、所述光路切换模块、所述参考样品选择模块、所述信号接收模块、所述数据处理模块11以及所述检测腔室14，已在上述实施例中详细描述，此处不再赘述。

所述时序控制模块10是系统时序控制的核心，所述时序控制模块10分别与所述激光发射模块2、所述光路切换模块、所述参考样品选择模块以及所述信号接收模块之间电连接，可以控制所述激光发射模块2、所述光路切换模块、所述参考样品选择模块以及所述信号接收模块之间的时间匹配。比如，所述时序控制模块10可以控制所述激光发射模块2发射激光的时间、所述光路切换模块对所述激光进行反射，使所述激光聚焦在第一检测位置的时间、所述参考样品选择模块将所述硅板旋转至所述第一检测位置的时间以及所述信号接收模块接收所述硅板的第一诱导击穿光谱的时间之间的匹配；所述时序控制模块10还可以控制所述激光发射模块2发射所述激光的时间、所述光路切换模块不对所述激光进行反射，使所述激光聚焦在第二检测位置的时间以及所述信号接收模块接收所述待测土壤的第三诱导击穿光谱的时间之间的匹配。

本发明实施例提供的土壤总氮含量检测系统，通过时序控制模块控制激光发射模块、光路切换模块、参考样品选择模块以及信号接收模块之间的时间匹配，使得所述系统更加科学。

如图1所示，可选地，在上述实施例的基础上，所述系统包括：激光发射模块2、光路切换模块、参考样品选择模块、信号接收模块、数据处理模块11、检测腔室14以及人机交互模块12，其中：

所述人机交互模块12与所述数据处理模块11电连接，用于显示所述待测土壤的总氮含量。

具体地，本发明实施例提供的土壤总氮含量检测系统包括：激光发射模块2、光路切换模块、参考样品选择模块、信号接收模块、数据处理模块11、检测腔室14以及人机交互模块12，其中，所述激光发射模块2、所述光路切换模块、所述参考样品选择模块、所述信号接收模块、所述数据处理模块11以及所述检测腔室14，已在上述实施例中详细描述，此处不再赘述。

所述人机交互模块12与所述数据处理模块11电连接，可以显示所述数据处理模块11经计算得到的待测土壤的总氮含量。所述人机交互模块12还可以提供操作界面，以供操作人员通过操作界面实现对系统的控制。

本发明实施例提供的土壤总氮含量检测系统，通过人机交互模块显示待测土壤的总氮含量，使得所述系统更加科学。

如图1所示，可选地，在上述实施例的基础上，所述系统包括：激光发射模块2、光路切换模块、参考样品选择模块、信号接收模块、数据处理模块11、检测腔室14以及电源模块1，其中：

所述电源模块1分别与所述激光发射模块2、所述光路切换模块、所述参考样品选择模块、所述信号接收模块以及所述数据处理模块11电连接，用于提供电能。

具体地，本发明实施例提供的土壤总氮含量检测系统包括：激光发射模块2、光路切换模块、参考样品选择模块、信号接收模块、数据处理模块11、检测腔室14以及电源模块1，其中，所述激光发射模块2、所述光路切换模块、所述参考样品选择模块、所述信号接收模块、所述数据处理模块11以及所述检测腔室14，已在上述实施例中详细描述，此处不再赘述。

所述电源模块1可以包括：电池和稳压电路，所述电源模块分别与所述激光发射模块2、所述光路切换模块、所述参考样品选择模块、所述信号接收模块以及所述数据处理模块11电连接，可以为所述激光发射模块2、所述光路切换模块、所述参考样品选择模块、所述信号接收模块以及所述数据处理模块11，提供电能。

本发明实施例提供的土壤总氮含量检测系统，通过电源模块为所述系统的其他模块提供电能，使得所述系统更加科学。

如图1所示，可选地，在上述实施例的基础上，所述系统包括：激光发射模块2、光路切换模块、参考样品选择模块、信号接收模块、数据处理模块11、检测腔室14以及移动把手13，其中：

所述移动把手13位于所述系统的外壳上，用于移动所述系统。

具体地，本发明实施例提供的土壤总氮含量检测系统包括：激光发射模块2、光路切换模块、参考样品选择模块、信号接收模块、数据处理模块11、检测腔室14以及移动把手13，其中，所述激光发射模块2、所述光路切换模块、所述参考样品选择模块、所述信号接收模块、所述数据处理模块11以及所述检测腔室14，已在上述实施例中详细描述，此处不再赘述。所述移动把手13位于所述系统的外壳上，用于移动所述系统。

本发明实施例提供的土壤总氮含量检测系统，通过设置移动把手，以供移动所述系统，使得所述系统更加科学。

接下来，以一个具体的实施例，详细描述本发明实施例提供的技术方案。如图1所述，本发明实施例提供一种土壤总氮含量检测系统，所述系统包括：电源模块1、激光发射模块2、光路切换模块、参考样品选择模块、信号接收模块、数据处理模块11、检测腔室14、时序控制模块10、人机交互模块12以及移动把手13。

其中，所述电源模块1分别与所述激光发射模块2、所述光路切换模块、所述参考样品选择模块、所述信号接收模块以及所述数据处理模块11电连接，用于提供电能。所述激光发射模块2可以包括：激光器和激光控制器，所述激光器用于发射能量大于预设能量阈值的激光，所述激光控制器与所述激光器相连，用于控制所述激光器发射激光。所述光路切换模块可以包括：反射镜4和角度控制器3，所述角度控制器3与所述反射镜4相连，可以控制所述反射镜4转动第一预设的角度，当所述激光经过所述反射镜4反射后，可以聚焦在所述第一检测位置上，所述控制器3可以控制所述反射镜4转动第二预设角度，使得所述激光可以不经所述反射镜4反射，直接聚焦在第二检测位置上。所述检测腔室14位于所述第二检测位置，用于放置待测土壤，当所述激光聚焦在所述第二检测位置时，可以激发所述待测土壤。所述参考样品选择模块包括：参考样品轮8和步进电机9，所述参考样品轮8上分布有硅板和多个土壤样品压片，所述步进电机与所述参考样品轮8连接，可以带动所述参考样品轮8转动，进而带动所述硅板或所述土壤样品压片转动至所述第一检测位置。当所述硅板或所述土壤样品压片转动至所述第一检测位置时，可以被所述激光激发。

所述信号接收模块可以包括：接收头、光纤6和信号接收器7，所述接收头包括：聚焦透镜5，所述聚焦透镜5可以会聚所述硅板经所述激光激发后产生的第一信号、所述第一土壤样品压片经所述激光激发后产生的第二信号和所述待测土壤经所述激光激发后产生的第三信号；所述光纤6包括：光纤耦合器，所述光纤耦合器与所述聚焦透镜5连接，可以将所述第一信号、所述第二信号和所述第三信号耦合进所述光纤6；所述信号接收器7与所述光纤6连接，用于将所述第一信号转换成第一诱导击穿光谱数据、将所述第二信号转换成第二诱导击穿光谱数据以及将所述第三信号转换成第三诱导击穿光谱数据。

所述数据处理模块11与所述信号接收器7电连接，所述数据处理模块11可以从数据库中获取所述第一土壤样品压片的总氮含量，并根据所述第一诱导击穿光谱数据、所述第二诱导击穿光谱数据、所述第三诱导击穿光谱数据以及所述第一土壤样品压片的总氮含量，得到所述待测土壤的总氮含量。所述人机交互模块12与所述数据处理模块11电连接，可以显示所述待测土壤的总氮含量，所述人机交互模块12还可以提供操作界面，以使操作人员可以通过操作界面实现对系统的控制。

所述时序控制模块10是系统时序控制的核心，所述时序控制模块10分别与所述激光发射模块2、所述光路切换模块、所述参考样品选择模块以及所述信号接收模块之间电连接，可以控制所述激光控制器与所述信号接收器7的时间匹配，可以控制所述角度控制器3带动所述反射镜4转动进行光路切换的准确时机，还可以控制所述步进电机9带动所述参考样品轮8旋转的时间。所述移动把手13位于所述系统的外壳上，可以移动所述系统。

图3为本发明实施例提供的土壤总氮含量检测方法流程图，如图3所示，所述方法包括：

步骤30、分别接收空气中硅板的第一诱导击穿光谱数据、第一土壤样品压片的第二诱导击穿光谱数据以及待测土壤的第三诱导击穿光谱数据；其中，所述第一土壤样品压片的类型与所述待测土壤的类型相同；

步骤31、获取所述第一土壤样品压片的总氮含量；

步骤32、根据所述第一诱导击穿光谱数据、所述第二诱导击穿光谱数据、所述第三诱导击穿光谱数据以及所述第一土壤样品压片的总氮含量，得到所述待测土壤的总氮含量。

具体地，信号接收模块分别接收空气中硅板的第一诱导击穿光谱数据、第一土壤样品压片的第二诱导击穿光谱数据和待测土壤的第三诱导击穿光谱数据；其中，所述第一土壤样品压片与所述待测土壤的类型相同。其中，所述第一诱导击穿光谱数据中，包括空气中氮元素的特征谱线，所述第二诱导击穿光谱数据中，包括空气中氮元素和所述第一土壤样品压片中氮元素总和的特征谱线，所述第三激光诱导击穿光谱数据中，包括空气中氮元素和所述待测土壤中氮元素总和的特征谱线。数据处理模块可以从数据库中获取所述第一土壤样品压片中的总氮含量，并根据所述第一诱导击穿光谱数据、所述第二诱导击穿光谱数据、所述第三诱导击穿光谱数据以及所述第一土壤样品压片中的总氮含量，计算所述待测土壤的总氮含量，人机交互模块可以将所述待测土壤的总氮含量显示出来。

本发明实施例提供的土壤总氮含量检测方法，通过分别接收空气中硅板的第一诱导击穿光谱数据、第一土壤样品压片的第二诱导击穿光谱数据以及待测土壤的第三诱导击穿光谱数据，其中，所述第一土壤样品压片的类型与所述待测土壤的类型相同，获取所述第一土壤样品压片的总氮含量，根据所述第一诱导击穿光谱数据、所述第二诱导击穿光谱数据、所述第三诱导击穿光谱数据以及所述第一土壤样品压片的总氮含量，得到所述待测土壤的总氮含量，使得所述方法不需要采样，不受土壤类型、含水量、质地、颜色以及外部环境干扰的影响，避免了使用有毒，有腐蚀性的化学试剂，自动扣除空气中氮素的干扰，简单快速、准确度高。

可选地，在上述实施例的基础上，所述方法还包括：

将激光聚焦在第一检测位置；

将所述硅板转动到所述第一检测位置，得到所述第一诱导击穿光谱数据；

将所述第一土壤样品压片转动到所述第一检测位置，得到所述第二诱导击穿光谱数据。

具体地，光路切换模块的反射镜转动预设的角度，对激光发射模块发射的激光进行反射，使得所述激光经过反射后聚焦到第一检测位置。参考样品轮转动，使得所述参考样品轮上的硅板转动到所述第一检测位置，所述硅板被所述激光激发，产生的信号进入信号接收模块，得到所述硅板的第一诱导击穿光谱数据。

所述参考样品轮转动，使得所述参考样品轮上的第一土壤样品压片转动到所述第一检测位置，所述第一土壤样品压片的类型与所述待测土壤的类型相同，所述第一土壤样品压片被所述激光激发，产生的信号进入信号接收模块，得到所述第一土壤样品压片的第二诱导击穿光谱数据。

本发明实施例提供的土壤总氮含量检测方法，通过将激光聚焦在第一检测位置，将所述硅板转动到所述第一检测位置，得到所述第一诱导击穿光谱数据，将所述第一土壤样品压片转动到所述第一检测位置，得到所述第二诱导击穿光谱数据，使得所述方法更加科学。

可选地，在上述实施例的基础上，所述方法还包括：

将激光聚焦在第二检测位置；

所述检测腔室高度下降，罩在所述待测土壤表面，使所述待测土壤处于所述第二检测位置，得到所述第三诱导击穿光谱数据。

具体地，光路切换模块的反射镜转动，不对激光发射模块发射的激光进行反射，使得所述激光聚焦到第二检测位置。然后，将所述检测腔室的高度进行调节，使所述检测腔室的高度下降，直至罩在所述待测土壤的表面，将所述待测土壤与外界相隔离，使得所述待测土壤处于所述第二检测位置处，并且在所述第二检测位置被所述激光激发，产生的信号进入信号接收模块，得到所述待测土壤的第三诱导击穿光谱数据。

本发明实施例提供的土壤总氮含量检测方法，通过将激光聚焦在第二检测位置，将所述检测腔室的高度下降，罩在所述待测土壤表面，使所述待测土壤处于所述第二检测位置，得到所述第三诱导击穿光谱数据，使得所述方法更加科学。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明的实施例进行了详细的说明，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的实施例各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种土壤总氮含量检测系统，其特征在于，包括：激光发射模块、光路切换模块、参考样品选择模块、信号接收模块、数据处理模块以及检测腔室；

其中，所述激光发射模块包括激光器，用于发射能量大于预设能量阈值的激光；

所述光路切换模块包括反射镜，所述反射镜用于反射所述激光，所述激光经所述反射镜反射后，聚焦在第一检测位置；

所述参考样品选择模块包括参考样品轮，所述参考样品轮上分布有硅板和多个土壤样品压片，所述参考样品轮用于将所述硅板或与待测土壤的类型相同的第一土壤样品压片，旋转至所述第一检测位置；

所述检测腔室位于第二检测位置，用于放置所述待测土壤；

所述信号接收模块用于接收所述硅板在所述第一检测位置被所述激光激发产生的第一诱导击穿光谱数据、所述第一土壤样品压片在所述第一检测位置被所述激光激发产生的第二诱导击穿光谱数据以及所述待测土壤在所述第二检测位置被所述激光激发产生的第三诱导击穿光谱数据；

所述数据处理模块与所述信号接收模块电连接，用于根据所述第一诱导击穿光谱数据、所述第二诱导击穿光谱数据、所述第三诱导击穿光谱数据以及所述第一土壤样品压片的总氮含量，得到所述待测土壤的总氮含量。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号接收模块包括：

接收头、光纤和信号接收器，所述接收头包括聚焦透镜，所述聚焦透镜用于会聚所述硅板经所述激光激发后产生的第一信号、所述第一土壤样品压片经所述激光激发后产生的第二信号和所述待测土壤经所述激光激发后产生的第三信号；

所述光纤包括光纤耦合器，所述光纤耦合器与所述聚焦透镜连接，用于将所述第一信号、所述第二信号和所述第三信号，耦合进所述光纤；

所述信号接收器与所述光纤连接，用于将所述第一信号转换成所述第一诱导击穿光谱数据、将所述第二信号转换成所述第二诱导击穿光谱数据以及将所述第三信号转换成所述第三诱导击穿光谱数据。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述参考样品选择模块还包括：步进电机，所述步进电机与所述参考样品轮相连，用于带动所述参考样品轮转动。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

时序控制模块，所述时序控制模块分别与所述激光发射模块、所述光路切换模块、所述参考样品选择模块以及所述信号接收模块电连接，用于控制所述激光发射模块、所述光路切换模块、所述参考样品选择模块以及所述信号接收模块之间的时间匹配。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

人机交互模块，所述人机交互模块与所述数据处理模块电连接，用于显示所述待测土壤的总氮含量。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

电源模块，所述电源模块分别与所述激光发射模块、所述光路切换模块、所述参考样品选择模块、所述信号接收模块以及所述数据处理模块电连接，用于提供电能。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

移动把手，所述移动把手位于所述系统的外壳上，用于移动所述系统。

8.一种应用如权利要求1-7任一所述的系统进行土壤总氮含量检测的方法，其特征在于，包括：

分别接收空气中硅板的第一诱导击穿光谱数据、第一土壤样品压片的第二诱导击穿光谱数据以及待测土壤的第三诱导击穿光谱数据；其中，所述第一土壤样品压片的类型与所述待测土壤的类型相同；

获取所述第一土壤样品压片的总氮含量；

根据所述第一诱导击穿光谱数据、所述第二诱导击穿光谱数据、所述第三诱导击穿光谱数据以及所述第一土壤样品压片的总氮含量，得到所述待测土壤的总氮含量。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：

将激光聚焦在第一检测位置；

将所述硅板转动到所述第一检测位置，得到所述第一诱导击穿光谱数据；

将所述第一土壤样品压片转动到所述第一检测位置，得到所述第二诱导击穿光谱数据。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：

将激光聚焦在第二检测位置；

所述检测腔室高度下降，罩在所述待测土壤表面，使所述待测土壤处于所述第二检测位置，得到所述第三诱导击穿光谱数据。