CN115356327B - 一种营养液检测装置、方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种营养液检测装置、方法及系统，涉及农业技术领域，包括：激光发射系统、光信号收集系统、第一微泵、营养液池、管道、第一多向阀、第二多向阀、比色皿和控制器；第一微泵的第一端口与营养液池通过管道连接，第一微泵的第二端口通过管道与第一多向阀的第一端口连接，第一多向阀的第二端口与比色皿的第一端口连接；比色皿的第二端口通过管道与第二多向阀的第一端口连接，第二多向阀的第二端口通过管道与营养液池连接；激光发射系统用于向比色皿发射激光信号，光信号收集系统用于收集拉曼光信号，其中，控制器用于控制第一微泵、第一多向阀和第二多向阀实现营养液池中营养液的循环流动。

Description

一种营养液检测装置、方法及系统

技术领域

本发明涉及农业技术领域，尤其涉及一种营养液检测装置、方法及系统。

背景技术

随着科技的发展，当今育种和栽培技术越来越偏向于无土育种和栽培，因其不仅能够节省大量的土地资源，而且摆脱了对天然土壤的依赖，克服了土传性病虫害的发生，实现育种和蔬菜的优质高效生产。

在水培模式下，水分和养分离子的管理至关重要，管理不善会导致作物品质、产量下降、肥料浪费、成本上升等，而硫酸根、磷酸根和硝酸根离子是植物营养液中的大量元素，对作物生长起到重要的作用。因此，随着精确农业朝着自动化、现代化、智能化和精细化的方向迈进，其营养液离子浓度检测技术与装备迫切需要实现实时化。

因此，如何对植物营养液中的元素进行快速检测，已经成为业界亟待解决的关键问题。

发明内容

本发明提供一种营养液检测装置、方法及系统，用以解决现有技术中不能很好的对植物营养液中元素进行快速的缺陷。

本发明提供一种营养液检测装置，包括：激光发射系统、光信号收集系统、第一微泵、营养液池、管道、第一多向阀、第二多向阀、比色皿和控制器；

所述第一微泵的第一端口与所述营养液池通过所述管道连接，所述第一微泵的第二端口通过所述管道与所述第一多向阀的第一端口连接，所述第一多向阀的第二端口与所述比色皿的第一端口连接；

所述比色皿的第二端口通过所述管道与所述第二多向阀的第一端口连接，所述第二多向阀的第二端口通过所述管道与所述营养液池连接；

其中，所述控制器分别与所述激光发射系统、光信号收集系统、第一微泵、第一多向阀和第二多向阀通信连接；

其中，所述激光发射系统用于向所述比色皿发射激光信号，所述光信号收集系统用于收集拉曼光信号，其中，所述拉曼光信号是所述激光信号照射到所述比色皿中的营养液产生的；

其中，所述控制器用于控制所述第一微泵、第一多向阀和第二多向阀实现所述营养液池中营养液的循环流动。

根据本发明提供的一种营养液检测装置，所述装置还包括：第二微泵和净化池，所述第一多向阀的第三端口与所述净化池通过所述管道连接，所述第二微泵设置在第一多向阀的第三端口与所述净化池之间的管道中；

其中，所述第二微泵与所述控制器通信连接，所述净化池中包括去离子水或纯净水。

根据本发明提供的一种营养液检测装置，所述装置还包括：废液池，所述废液池与所述第二多向阀的第三端口连接；

其中，所述废液池用于收集从所述第二多向阀的第三端口流出的液体。

根据本发明提供的一种营养液检测装置，所述控制器包括：微控制器、驱动控制单元、温控模块、触发电路和驱动电路；

所述微控制器分别与所述驱动控制单元、温控模块、触发电路和驱动电路通信连接；

其中，所述驱动控制单元用于响应于所述微控制器的指令，实现对于第一微泵、第二微泵、第一多向阀和第二多向阀的控制；

其中，所述温控模块包括激光发射系统温控模块和光信号收集系统温控模块；

其中，所述触发电路用于触发所述激光发射系统产生激光信号；

其中，所述驱动电路用于驱动所述光信号收集系统中的光谱仪正常工作。

根据本发明提供的一种营养液检测装置，所述控制器具体用于：

在接收到测量指令的情况下，控制所述第一多向阀第一端口和第二端口开启，所述第一多向阀的第三端口关闭，并控制所述第一微泵将所述营养液池中的营养液抽取到所述比色皿中。

根据本发明提供的一种营养液检测装置，所述控制器还用于：

控制所述第二多向阀的第一端口和第二端口开启，所述第二多向阀的第三端口关闭，使得所述比色皿中的营养液通过所述第二多向阀流动到所述营养液池。

根据本发明提供的一种营养液检测装置，所述控制器还用于：

在实现营养液池中营养液的循环流动之后，控制所述激光发射系统向所述比色皿发射激光信号，并控制所述光信号收集系统从所述比色皿收集拉曼光信号，根据所述拉曼光信号确定营养液离子浓度信息。

根据本发明提供的一种营养液检测装置，所述装置还包括：显示模块；

在所述控制器收到显示指令的情况下，所述控制器控制所述显示模块显示所述营养液离子浓度信息。

根据本发明提供的一种营养液检测装置，所述装置还包括：存储模块；

在所述控制器收到存储指令的情况下，所述控制器将所述营养液离子浓度信息保存到所述存储模块中。

根据本发明提供的一种营养液检测装置，所述控制器还用于:

控制所述第一多向阀的第一端口关闭，控制所述第一多向阀的第二端口和第三端口开启，并控制所述第二多向阀的第一端口和第三端口开启，所述第二多向阀的第二端口关闭；

控制所述第二微泵将所述净化池中的液体抽取到所述比色皿后，通过所述第二多向阀流入所述废液池。

本发明还提供一种基于上述任一营养液检测装置的营养液检测方法，包括：

所述控制器控制所述第一微泵、第一多向阀和第二多向阀驱动所述营养液池中的营养液在所述比色皿中循环流动；

所述控制器控制所述激光发射系统向所述比色皿发射激光信号，并控制所述光信号收集系统收集拉曼光信号，根据所述拉曼光信号确定所述营养液的营养液离子浓度信息；

其中，所述拉曼光信号是所述激光信号照射到所述比色皿中的营养液产生的；

本发明还提供一种基于上述任一营养液检测装置的营养液检测系统，包括：三个所述营养液检测装置、初始营养液检测池、添加营养液检测池、植物吸收后营养液检测池和植物培养装置；

其中，所述初始营养液检测池、添加营养液检测池、植物吸收后营养液检测池分别与所述植物培养装置连接；

其中，所述三个所述营养液检测装置中的第一营养液检测装置，用于检测所述初始营养液检测池中初始营养液的第一营养液离子浓度信息，其中，所述初始营养液是尚未添加到所述植物培养装置的营养液；

其中，所述三个所述营养液检测装置中的第二营养液检测装置，用于检测所述添加营养液检测池中添加营养液的第二营养液离子浓度，其中，所述添加营养液是在植物培养过程中添加到所述植物培养装置的营养液；

其中，所述三个所述营养液检测装置中的第三营养液检测装置，用于检测所述植物吸收后营养液检测池中流出营养液的第三营养液离子浓度，其中，所述流出营养液是从所述植物培养装置流出到植物吸收后营养液检测池的营养液。

包括：三个所述营养液检测装置、初始营养液检测池、添加营养液检测池、植物吸收后营养液检测池和植物培养装置；

其中，所述初始营养液检测池、添加营养液检测池、植物吸收后营养液检测池分别与所述植物培养装置连接；

其中，所述三个所述营养液检测装置中的第一营养液检测装置，用于检测所述初始营养液检测池中初始营养液的第一营养液离子浓度信息，其中，所述初始营养液是尚未添加到所述植物培养装置的营养液；

其中，所述三个所述营养液检测装置中的第二营养液检测装置，用于检测所述添加营养液检测池中添加营养液的第二营养液离子浓度，其中，所述添加营养液是在植物培养过程中添加到所述植物培养装置的营养液；

其中，所述三个所述营养液检测装置中的第三营养液检测装置，用于检测所述植物吸收后营养液检测池中流出营养液的第三营养液离子浓度，其中，所述流出营养液是从所述植物培养装置流出到植物吸收后营养液检测池的营养液。本发明提供的一种营养液检测装置、方法及系统，通过由第一微泵、管道、营养液池、第一多向阀、比色皿和第二多向阀组成的植物营养液循环系统，通过控制器使得植物营养液能够在循环系统中循环流动，然后通过激光发射系统和光信号收集系统自动快速实时获取营养液中硫酸根、磷酸根和硝酸根离子的含量，实现了营养液的快速实时检测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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为本申请实施例提供的营养液检测装置结构示意图；

图2为本申请实施例的激光发射系统和光信号收集系统结构示意图；

图3为本申请实施例提供的控制器间隔示意图；

图4为本申请实施例提供的控制器监听流程图；

图5为本申请实施例提供的营养液检测系统；

图6为本申请实施例提供的营养液检测方法流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，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作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为本申请实施例提供的营养液检测装置结构示意图，如图1所示，包括：激光发射系统1、光信号收集系统2、第一微泵3、营养液池4、管道、第一多向阀5、第二多向阀6、比色皿7和控制器8；

所述第一微泵3的第一端口与所述营养液池4通过所述管道连接，所述第一微泵3的第二端口通过所述管道与所述第一多向阀5的第一端口连接，所述第一多向阀5的第二端口与所述比色皿7的第一端口连接；

所述比色皿7的第二端口通过所述管道与所述第二多向阀6的第一端口连接，所述第二多向阀6的第二端口通过所述管道与所述营养液池4连接；

其中，所述控制器8分别与所述激光发射系统1、光信号收集系统2、第一微泵3、第一多向阀5和第二多向阀6通信连接；

其中，所述激光发射系统1用于向所述比色皿7发射激光信号，所述光信号收集系统2用于收集拉曼光信号，其中，所述拉曼光信号是所述激光信号照射到所述比色皿中的营养液产生的；

其中，所述控制器8用于控制所述第一微泵3、第一多向阀5和第二多向阀6实现所述营养液池4中营养液的循环流动。

具体地，本申请实施例中进行营养液检测主要是为了检测硫酸根、磷酸根和硝酸根离子的浓度，而对应地，本申请实施例中可以通过将激光照射到营养液后，营养液中的分子或原子会使入射光发生反射或散射，通过测量非弹性散射（拉曼位移）来获取硫酸根、磷酸根和硝酸根离子的浓度。

而通过拉曼检测的检测方式，其精确度受到物质基体的影响较大，而由于营养液是一种无色透明的液体，并且营养液中硫酸根、磷酸根和硝酸根离子的浓度较大，拉曼信号较强，因此，可采用直接测量液体的方式获取硫酸根、磷酸根和硝酸根离子的实际浓度，本申请实施例中直接通过激光发射系统向有营养液流过的比色皿发射激光，然后通过光信号收集系统完成拉曼光信号的采集，通过内置于控制器里的定标模型，实时获取待测植物营养液中的硫酸根、磷酸根和硝酸根离子浓度。这样既克服了传统采用富集方式带来的基体效应，提高了测量精度，同时也简化了测量流程，满足了实时在线测量的需求。

具体地，本申请实施例中的控制器控制第一微泵工作，并且通过控制第一多向阀和第二多向阀各个端口的开闭，从而行程营养液的循环系统，使得比色皿中的营养液是实时从当前的营养液池中抽取的，从而有效保证测量的实时性。

本申请实施例中所描述的定标模型预先基于植物营养液标准样本而建立的三个定标曲线，一个所述定标曲线表征所述标准植物营养液的硫酸根与硫酸根在拉曼光谱特征位置的光谱强度的相关关系，另一个所述定标曲线表征所述标准植物营养液的磷酸根与磷酸根在拉曼光谱特征位置的光谱强度的相关关系，再一个所述定标曲线表征所述标准植物营养液的硝酸根与硝酸根在拉曼光谱特征位置的光谱强度的相关关系。上述阴离子的拉曼光谱特征位置较多，通过多次实验，选择附近没有其它干扰的光谱作为建模的特征光谱，所述硫酸根拉曼光谱特征位置为981cm^-1，磷酸根拉曼光谱特征位置为940cm^-1，硝酸根拉曼光谱特征位置为1050cm^-1。微控制器可以根据用户内置的测量方式，单次获取待测溶液硫酸根、磷酸根和硝酸根离子浓度或连续获取待测溶液硫酸根、磷酸根和硝酸根离子浓度。

更具体地，图2为本申请实施例的激光发射系统和光信号收集系统结构示意图，如图2所示，本申请实施例中所描述的激光发射系统包括微型激光器21、半反半透镜22和第一聚焦镜23，微型激光器21发射的激光经过半反半透镜22反射后，经过第一聚焦镜23，照射到比色皿7中的营养液。

本申请实施例中所描述的光信号收集系统包括第二聚焦镜31、陷波器32、第三聚焦镜33和微型光栅光谱仪34；

本申请实施例中所描述的半反半透镜采用镀膜工艺，使激光器发出的光能够完全反射，而波长大于850nm的光能够透过，保证了激光照射到营养液产生的拉曼信号光能够完全通过半反半透镜进入光信号收集系统的第二聚焦镜。

本申请实施例中所描述的第一聚焦镜是把平行激光信号进行聚焦，增强激光能量，使焦点处的植物营养液产生拉曼信号。

本申请实施例中所描述的第二聚焦镜把拉曼信号转换成平行光信号，进入陷波器；陷波器滤除激光器发出的激发光，进入第三聚焦镜。

本申请实施例中的第三聚焦镜把平行光信号进行聚焦，便于进入微型光栅光谱仪，微型光栅光谱仪把拉曼光信号转换成电信号。

本发明提供的一种营养液检测装置，通过由第一微泵、管道、营养液池、第一多向阀、比色皿和第二多向阀组成的植物营养液循环系统，通过控制器使得植物营养液能够在循环系统中循环流动，然后通过激光发射系统和光信号收集系统自动快速实时获取营养液中硫酸根、磷酸根和硝酸根离子的含量，实现了营养液的快速实时检测。

可选地，所述装置还包括：第二微泵和净化池，所述第一多向阀的第三端口与所述净化池通过所述管道连接，所述第二微泵设置在第一多向阀的第三端口与所述净化池之间的管道中；

其中，所述第二微泵与所述控制器通信连接，所述净化池中包括去离子水或纯净水。

具体地，在本申请实施例中，在一轮测量完成后，为了进一步保证后续测量的准确性，需要进一步对比色皿进行冲洗净化，因此本申请实施例中还设置有用于冲洗比色皿的净化池，在净化池中可以装载有去离子水或者纯净水。

本申请实施例中的第二微泵在收到控制器的指令后，可以将净化池中的去离子水或者纯净水抽取到比色皿中，从而实现清洗比色皿的目的。此时第一多向阀的第三端口和第二端口开启，第一多向阀的第一端口关闭，此时第二微泵开启工作，抽取净化池中的去离子水或纯净水，保证去离子水或纯净水通过第一多向阀出口进入石英玻璃比色皿。

可选地，所述装置还包括：废液池，所述废液池与所述第二多向阀的第三端口连接；

其中，所述废液池用于收集从所述第二多向阀的第三端口流出的液体。

具体地，本申请实施例中在石英玻璃比色皿中装满去离子水或者纯净水后，可以开启第二多向阀的第一端口和第三端口，从而使得比色皿中的去离子水后者纯净水能够流入废液池中，避免其通过循环系统进入到营养液池。

在本申请实施例中，通过第二微泵、净化池和废液池可以有效实现对于净化池的清洗，并且避免清洗液体循环流入营养液池对其造成污染。

可选地，所述控制器包括：微控制器、驱动控制单元、温控模块、触发电路和驱动电路；

所述微控制器分别与所述驱动控制单元、温控模块、触发电路和驱动电路通信连接；

其中，所述驱动控制单元用于响应于所述微控制器的指令，实现对于第一微泵、第二微泵、第一多向阀和第二多向阀的控制；

其中，所述温控模块包括激光发射系统温控模块和光信号收集系统温控模块；

其中，所述触发电路用于触发所述激光发射系统产生激光信号；

其中，所述驱动电路用于驱动所述光信号收集系统中的光谱仪正常工作。

具体地，本申请实施例中微控制器是整个装置的核心，其控制和协调各功能模块有序工作，其采用频率高达700MHz的高性能处理器芯片，其型号为：STM32F103RCT6。

具体地，本申请实施例中，驱动控制单元在微控制器的调控下控制第一微泵、第二微泵、第一多向阀和第二多向阀的工作时序，保证植物营养液循环系统和净化循环系统的正常工作。

本申请实施例中，温控模块包括激光发射系统温控模块和光信号收集系统温控模块，激光发射系统温控模块保证了激光器出光频率和能量的稳定性；光信号收集系统温控模块提高了微型光栅光谱仪的分辨率并降低了噪声。

更具体地，本申请实施例中还可以包括：实时时钟模块、液晶模块、存储模块、无线通讯模块、光电转换模块、AD采集模块和电源管理单元。

具体地，本申请实施例中的电源管理单元把12V锂电池的电压转换成1.8V、3.3V和5.0V的电压，为整个装置中各模块提供能量。

本申请实施例中微型光谱仪驱动电路驱动光谱仪正常工作，并完成光电信号的转换和采集。触发电路驱动激光器正常出光，实时时钟模块采用DS1307，用于为整个装置提供实时时间。存储模块用于保存测量的实验数据；液晶模块和无线通讯模块为用户提供用好的人机交互界面，便于用户现场或远程对设备参数、测量参数和测量数据进行操作和查看。

在本申请实施例中，通过控制器能够有效实现对于营养液的循环，并且实现对于营养液的有效检测。

可选地，所述控制器具体用于：

在接收到测量指令的情况下，控制所述第一多向阀第一端口和第二端口开启，所述第一多向阀的第三端口关闭，并控制所述第一微泵将所述营养液池中的营养液抽取到所述比色皿中。

具体地，本申请实施例中的控制器持续监控各种指令，在控制器接收到测量指令的情况下，此时通过控制器中的驱动控制单元，控制第一多向阀第一端口和第二端口开启，所述第一多向阀的第三端口关闭，从而使得营养液池和比色皿之间的管道形成通路。

此时，在开启第一微泵，将营养液池中的营养液抽取到所述比色皿中，为测量做好准备。

更具体地，所述控制器还用于：

控制所述第二多向阀的第一端口和第二端口开启，所述第二多向阀的第三端口关闭，使得所述比色皿中的营养液通过所述第二多向阀流动到所述营养液池。

本申请实施例中通过控制器中的驱动控制单元，控制所述第二多向阀的第一端口和第二端口开启，所述第二多向阀的第三端口关闭，此时比色皿的出口段与营养液池之间的管道形成通路，比色皿中的营养液可以通过第二多向阀反向流动到营养液池中，实现营养液的循环流动。

在本申请实施例中，在实现营养液池中营养液的循环流动之后，控制所述激光发射系统向所述比色皿发射激光信号，并控制所述光信号收集系统从所述比色皿收集拉曼光信号，根据所述拉曼光信号确定营养液离子浓度信息。

可选地，所述装置还包括：显示模块；

在所述控制器收到显示指令的情况下，所述控制器控制所述显示模块显示所述营养液离子浓度信息。

所述装置还包括：存储模块；

在所述控制器收到存储指令的情况下，所述控制器将所述营养液离子浓度信息保存到所述存储模块中。

图3为本申请实施例提供的控制器间隔示意图，如图3所示，包括：微控制器、驱动控制单元、实时时钟模块、液晶模块、存储模块、温控模块、无线通讯模块、光电转换模块、微型光谱仪驱动电路、触发电路和电源管理单元等组成。

具体地，在本申请实施例中，控制器还可以持续监听各种指令，例如监听显示指令、保存数据指令或者通信指令。图4为本申请实施例提供的控制器监听流程图，如图4所示，在进行初始化设置后，控制器开始监听指令。

在本申请实施例中，当控制器监听到显示指令的情况下，则会通过显示模块显示测量值，直至显示时间超过预设时间，此时关闭显示。

在本申请实施例中，当控制器监听到存储指令的情况下，控制器会保存测量的数据，如数据保存成功，控制器会返回到监测指令状态，若保存不成功，会提示用户进行保存。

在本申请实施例中，在控制器监听到通信指令的情况下，控制器会完成测量数据的上发，若发送成功，会返回到监测指令状态，若测量数据发送失败，会连续发送，若测量数据发送超时，会提示用户数据上传失败。

在本申请实施例中，在控制器监听到测量指令的情况下，启动营养液检测装置进行营养液循环，然后启动测量单元，完成测量后关闭营养液循环，对比色皿进行清洗净化，在清洗净化之后完成测量，继续监听指令。

可选地，所述控制器还用于:

控制所述第一多向阀的第一端口关闭，控制所述第一多向阀的第二端口和第三端口开启，并控制所述第二多向阀的第一端口和第三端口开启，所述第二多向阀的第二端口关闭；

控制所述第二微泵将所述净化池中的液体抽取到所述比色皿后，通过所述第二多向阀流入所述废液池。

具体地，本申请实施例中在完成一次测量后，为了避免当前比色皿中营养液对后续测量的影响，通过控制器中的驱动控制单元，进一步控制第一多向阀的第一端口关闭，控制所述第一多向阀的第二端口和第三端口开启，此时营养液池之间和比色皿之间的管道通路闭合，而净化池和比色皿之间的管道形成通路。

此时控制器中的驱动控制单元进一步控制第二微泵将所述净化池中的液体抽取到比色皿，然后在比色皿中被净化池中的液体装满后，驱动控制单元可以开启第二多向阀的第一端口和第三端口，关闭第二多向阀的第二端口，使得比色皿中的液体通过第二多向阀流向废液池。

在本申请实施例中通过控制第一多向阀、第二多向阀的端口闭合，从而形成从净化池到比色皿，再到废液池的管道通路，有效实现对于比色皿的冲洗，保证后续检测的准确性。

图5为本申请实施例提供的营养液检测系统，如图5所示，包括三个营养液检测装置，分别为第一营养液检测装置511、第二营养液检测装置512和第三营养液检测装置513；以及每个营养液检测装置对应的营养液池，分别为初始营养液检测池52、添加营养液检测池53和植物吸收后营养液检测池54。

初始营养液检测池52、添加营养液检测池53、植物吸收后营养液检测池54分别与植物培养装置55连接。

利用该第一营养液检测装置511测得初始营养液检测池52中的硫酸根、磷酸根和硝酸根离子浓度分别为，初始营养液体积为;利用第二营养液检测装置512测得某一时刻加入的添加营养液检测池53中的硫酸根、磷酸根和硝酸根离子浓度分别为，添加的营养液体积为;利用该第三营养液检测装置513测得经过某一时间t植物吸收后营养液检测池54的硫酸根、磷酸根和硝酸根离子浓度分别为则可以计算获得在过去的t时间内，植物吸收的硫酸根、磷酸根和硝酸根的含量，分别用表示，则如下公式所示：

因此，本申请实施例就可以通过以上公式实时获取作物对N、P、S元素的吸收量，有利于指导植物营养液的选配。

图6为本申请实施例提供的营养液检测方法流程示意图，如图6所示，包括：

步骤610，所述控制器控制所述第一微泵、第一多向阀和第二多向阀驱动所述营养液池中的营养液在所述比色皿中循环流动；

步骤620，所述控制器控制所述激光发射系统向所述比色皿发射激光信号，并控制所述光信号收集系统收集拉曼光信号，根据所述拉曼光信号确定所述营养液的营养液离子浓度信息；

其中，所述拉曼光信号是所述激光信号照射到所述比色皿中的营养液产生的。

具体地，本申请实施例中所描述的营养液检测方法均需要依赖于上述实施例中所描述的营养液检测装置实现。

具体地，本申请实施例中的控制器控制第一微泵工作，并且通过控制第一多向阀和第二多向阀各个端口的开闭，从而行程营养液的循环系统，使得比色皿中的营养液是实时从当前的营养液池中抽取的，从而有效保证测量的实时性。

在本申请实施例中，在实现营养液池中营养液的循环流动之后，控制所述激光发射系统向所述比色皿发射激光信号，并控制所述光信号收集系统从所述比色皿收集拉曼光信号，根据所述拉曼光信号确定营养液离子浓度信息。

在本申请实施例中，通过由第一微泵、管道、营养液池、第一多向阀、比色皿和第二多向阀组成的植物营养液循环系统，通过控制器使得植物营养液能够在循环系统中循环流动，然后通过激光发射系统和光信号收集系统自动快速实时获取营养液中硫酸根、磷酸根和硝酸根离子的含量，实现了营养液的快速实时检测。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上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各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种营养液检测装置，其特征在于，包括：激光发射系统、光信号收集系统、第一微泵、营养液池、管道、第一多向阀、第二多向阀、比色皿和控制器；

所述第一微泵的第一端口与所述营养液池通过所述管道连接，所述第一微泵的第二端口通过所述管道与所述第一多向阀的第一端口连接，所述第一多向阀的第二端口与所述比色皿的第一端口连接；

所述比色皿的第二端口通过所述管道与所述第二多向阀的第一端口连接，所述第二多向阀的第二端口通过所述管道与所述营养液池连接；

其中，所述控制器分别与所述激光发射系统、光信号收集系统、第一微泵、第一多向阀和第二多向阀通信连接；

其中，所述激光发射系统用于向所述比色皿发射激光信号，所述光信号收集系统用于收集拉曼光信号，其中，所述拉曼光信号是所述激光信号照射到所述比色皿中的营养液产生的；

其中，所述控制器用于控制所述第一微泵、第一多向阀和第二多向阀实现所述营养液池中营养液的循环流动；

其中，所述激光发射系统包括：微型激光器、半反半透镜和第一聚焦镜；所述光信号收集系统包括：第二聚焦镜、陷波器、第三聚焦镜和微型光栅光谱仪；

所述微型激光器发射的激光经过半反半透镜反射后，经过第一聚焦镜，照射到比色皿中的营养液；其中，所述第一聚焦镜用于将平行的激光信号进行聚焦，使焦点处的植物营养液产生拉曼信号；

所述半反半透镜采用镀膜工艺，使实现对所述微型激光器发出的光的反射，同时实现对于波长大于850nm的光透过，保证了激光照射到营养液产生的拉曼信号光能够完全通过半反半透镜进入所述光信号收集系统中的第二聚焦镜；

其中，所述装置还包括：废液池，所述废液池与所述第二多向阀的第三端口连接；

其中，所述废液池用于收集从所述第二多向阀的第三端口流出的液体；

所述控制器包括：微控制器、驱动控制单元、温控模块、触发电路和驱动电路；

所述微控制器分别与所述驱动控制单元、温控模块、触发电路和驱动电路通信连接；

其中，所述驱动控制单元用于响应于所述微控制器的指令，实现对于第一微泵、第二微泵、第一多向阀和第二多向阀的控制；

其中，所述温控模块包括激光发射系统温控模块和光信号收集系统温控模块；

其中，所述触发电路用于触发所述激光发射系统产生激光信号；

其中，所述驱动电路用于驱动所述光信号收集系统中的光谱仪工作；

其中，所述控制器具体用于：

在接收到测量指令的情况下，控制所述第一多向阀第一端口和第二端口开启，所述第一多向阀的第三端口关闭，并控制所述第一微泵将所述营养液池中的营养液抽取到所述比色皿中；

其中，所述控制器还用于：

控制所述第二多向阀的第一端口和第二端口开启，所述第二多向阀的第三端口关闭，使得所述比色皿中的营养液通过所述第二多向阀流动到所述营养液池。

2.根据权利要求1所述的营养液检测装置，其特征在于，所述装置还包括：第二微泵和净化池，所述第一多向阀的第三端口与所述净化池通过所述管道连接，所述第二微泵设置在第一多向阀的第三端口与所述净化池之间的管道中；

其中，所述第二微泵与所述控制器通信连接，所述净化池中包括去离子水或纯净水。

3.根据权利要求1所述的营养液检测装置，其特征在于，所述控制器还用于：

在实现营养液池中营养液的循环流动之后，控制所述激光发射系统向所述比色皿发射激光信号，并控制所述光信号收集系统从所述比色皿收集拉曼光信号，根据所述拉曼光信号确定营养液离子浓度信息。

4.根据权利要求2所述的营养液检测装置，其特征在于，所述控制器还用于:

控制所述第一多向阀的第一端口关闭，控制所述第一多向阀的第二端口和第三端口开启，并控制所述第二多向阀的第一端口和第三端口开启，以及所述第二多向阀的第二端口关闭；

控制所述第二微泵将所述净化池中的液体抽取到所述比色皿后，通过所述第二多向阀流入所述废液池。

5.一种基于权利要求1-4任一项所述营养液检测装置的营养液检测方法，其特征在于，包括：所述控制器控制所述第一微泵、第一多向阀和第二多向阀驱动所述营养液池中的营养液在所述比色皿中循环流动；

所述控制器控制所述激光发射系统向所述比色皿发射激光信号，并控制所述光信号收集系统收集拉曼光信号，根据所述拉曼光信号确定所述营养液的营养液离子浓度信息；

其中，所述拉曼光信号是所述激光信号照射到所述比色皿中的营养液产生的。

6.一种基于权利要求1-4任一项所述营养液检测装置的营养液检测系统，其特征在于，包括：三个所述营养液检测装置、初始营养液检测池、添加营养液检测池、植物吸收后营养液检测池和植物培养装置；

其中，所述初始营养液检测池、添加营养液检测池、植物吸收后营养液检测池分别与所述植物培养装置连接；

其中，所述三个所述营养液检测装置中的第一营养液检测装置，用于检测所述初始营养液检测池中初始营养液的第一营养液离子浓度信息，其中，所述初始营养液是尚未添加到所述植物培养装置的营养液；

其中，所述三个所述营养液检测装置中的第二营养液检测装置，用于检测所述添加营养液检测池中添加营养液的第二营养液离子浓度，其中，所述添加营养液是在植物培养过程中添加到所述植物培养装置的营养液；

其中，所述三个所述营养液检测装置中的第三营养液检测装置，用于检测所述植物吸收后营养液检测池中流出营养液的第三营养液离子浓度，其中，所述流出营养液是从所述植物培养装置流出到植物吸收后营养液检测池的营养液。

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