CN117890354B - 一种车载式土壤元素测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及土壤元素测量技术领域，提供一种车载式土壤元素测量装置及其测量方法，包括车载式工作平台和滚动斜梯；车载式工作平台包括入料端和出料端，还包括平台本体和第一传送履带，平台本体包括依次设置的加热平台、压力平台和测量平台；第一传送履带套设在平台本体上，并且沿入料端向出料端的方向传动；滚动斜梯搭接在车载式工作平台的入料端，并且自远离入料端的一侧向靠近入料端的一侧滚动；农田中的土壤通过滚动斜梯运输至第一传送履带上，加热平台先对土壤进行加热干燥，然后压力平台和压力模具相配合将土壤压实，最后测量平台上方的激光诱导击穿光谱测量仪对土壤中的元素进行测量，从而满足土壤元素现场快速检测的需求。

Description

一种车载式土壤元素测量装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及土壤元素测量技术领域，尤其涉及一种车载式土壤元素测量装置及其测量方法。

背景技术

土壤元素的含量与农作物的生长发育、产量和品质密切相关，因此准确地检测土壤中各种元素的含量对为农业生产至关重要。传统的土壤元素测量常采用化学分析方法，化学分析方法具有较高的准确性和可靠性，但需要采集样本后送至实验室进行分析，时间和成本较高，难以满足现场快速检测的需求。

光谱分析方法则可以通过光谱仪等设备对土壤样本进行快速分析，且无需破坏样本，因而被广泛应用于现场检测和监测。其中，激光诱导击穿光谱（Laser-inducedbreakdown spectroscopy, LIBS）技术作为一种快速的元素测量方法，被广泛的应用于元素快速测量中。因此，有必要提供一种能够进行土壤元素现场快速检测的装置及方法，以满足土壤元素现场快速检测的需求。

发明内容

本发明提供一种车载式土壤元素测量装置及其测量方法，目的在于满足土壤元素现场快速检测的需求。

本发明提供一种车载式土壤元素测量装置，包括：

车载式工作平台，用于搭载在车辆上，包括入料端和出料端，还包括平台本体和第一传送履带，所述平台本体包括自所述入料端向所述出料端依次设置的加热平台、压力平台和测量平台，所述第一传送履带套设在所述平台本体上，并且所述第一传送履带沿所述入料端向所述出料端的方向传动；

滚动斜梯，搭接在所述车载式工作平台的入料端，所述滚动斜梯自远离所述入料端的一侧向靠近所述入料端的一侧滚动，以将农田中的土壤运输至所述第一传送履带上；

所述第一传送履带用于将土壤自所述入料端传输至所述出料端，所述加热平台用于对土壤进行加热干燥；所述压力平台的上方设有压力模具，所述压力模具用于将干燥后的土壤压实；所述测量平台的上方设有激光诱导击穿光谱测量仪，所述激光诱导击穿光谱测量仪用于测量土壤中的元素。

根据本发明提供的车载式土壤元素测量装置，所述第一传送履带上设有多条凹槽，多条所述凹槽均沿所述第一传送履带的传动方向延伸，并且多条所述凹槽在所述第一传送履带的宽度方向上间隔分布。

根据本发明提供的车载式土壤元素测量装置，所述压力模具沿所述第一传送履带的宽度方向固定在所述平台本体上，所述压力模具的宽度大于或等于所述第一传送履带的宽度，并且所述压力模具的下表面与所述第一传送履带的上表面贴合，或者所述压力模具的下表面紧靠所述第一传送履带的上表面设置。

根据本发明提供的车载式土壤元素测量装置，所述压力模具的下表面靠近所述入料端的一侧设有斜口，使得所述压力模具靠近所述入料端一侧的厚度小于远离所述入料端一侧的厚度。

根据本发明提供的车载式土壤元素测量装置，所述压力模具通过调节杆与所述平台本体连接，通过调节所述调节杆的长度以改变所述压力模具的下表面与所述第一传送履带的上表面之间的间距。

根据本发明提供的车载式土壤元素测量装置，所述滚动斜梯远离所述入料端一侧的相对两个侧壁上均设有土壤采集装置，所述土壤采集装置与所述滚动斜梯转动连接，两个所述侧壁上的所述土壤采集装置通过交叉摆动以将农田中的土壤采集至所述滚动斜梯的上表面。

根据本发明提供的车载式土壤元素测量装置，所述滚动斜梯包括两个相对设置的转轴以及一个第二传送履带，所述转轴垂直于所述平台本体长度方向上的侧壁设置，所述第二传送履带套设在两个所述转轴上。

根据本发明提供的车载式土壤元素测量装置，所述第二传送履带的外表面设有多个阻挡结构，多个所述阻挡结构沿所述第二传送履带的周向间隔设置，所述第二传送履带上的土壤位于相邻两个所述阻挡结构之间。

根据本发明提供的车载式土壤元素测量装置，所述滚动斜梯靠近所述入料端的一端对应位于所述第一传送履带的上方，并且在垂直于所述车载式工作平台的方向上，所述滚动斜梯与所述第一传送履带存在部分重叠。

本发明还提供一种如上任一项所述的车载式土壤元素测量装置的测量方法，包括以下步骤：

步骤1，农田中的土壤随滚动斜梯运输至车载式工作平台的第一传送履带上，并且土壤随所述第一传送履带的传动同步移动；

步骤2，所述车载式工作平台上的加热平台对土壤进行加热干燥；

步骤3，所述车载式工作平台上的压力平台和压力模具相互配合，将干燥后的土壤进行压实；

步骤4，所述车载式工作平台上的激光诱导击穿光谱测量仪对土壤中的元素进行测量。

本发明的上述技术方案具有以下有益效果：

本发明提供的车载式土壤元素测量装置及其测量方法，通过设置车载式工作平台和滚动斜梯，并将滚动斜梯搭接在车载式工作平台的入料端，车载式工作平台沿土壤运输方向依次设有加热平台、压力平台和测量平台，压力平台上方设有压力模具，测量平台上方设有激光诱导击穿光谱测量仪；滚动斜梯可将农田的土壤采集至车载式工作平台的第一传送履带上，土壤随第一传送履带自车载式工作平台的入料端向出料端移动，在土壤运输的过程中，加热平台对土壤进行加热干燥，干燥后的土壤经压力平台和压力模具进行压实，压实后的土壤经激光诱导击穿光谱测量仪进行现场原位测量，整个装置结构简单，可以实现对土壤元素进行现场快速检测。

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为本发明实施例提供的车载式土壤元素测量装置的结构示意图；

图2为图1所示的车载式土壤元素测量装置搭载在车辆上的结构示意图；

图3为图2中所示的车载式土壤元素测量装置搭载在车辆上的俯视图；

图4为本发明实施例提供的车载式土壤元素测量装置的测量方法流程图；

图5为采用本发明实施例提供的车载式土壤元素测量装置测量土壤的光谱信号图。

附图标记：

1、车载式工作平台；2、滚动斜梯；3、车辆；10、第一传送履带；11、加热平台；12、压力平台；13、测量平台；14、压力模具；15、激光诱导击穿光谱测量仪；101、凹槽；A、入料端；B、出料端。

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。

请参阅图1-图3，本发明提供一种车载式土壤元素测量装置，包括车载式工作平台1和滚动斜梯2，车载式工作平台1搭载在车辆3上，车载式工作平台1包括入料端A和出料端B，滚动斜梯2搭接在车载式工作平台1的入料端A。

请参阅图1和图3，车载式工作平台1包括平台本体和第一传送履带10，平台本体包括自入料端A向出料端B依次设置的加热平台11、压力平台12和测量平台13，第一传送履带10套设在平台本体上，并且第一传送履带10沿入料端A向出料端B的方向传动。

滚动斜梯2自远离入料端A的一侧向靠近入料端A的一侧滚动，以将农田中的土壤运输至第一传送履带10上。第一传送履带10用于将土壤自入料端A传输至出料端B，加热平台11用于对土壤进行加热干燥；压力平台12的上方设有压力模具14，压力模具14用于将干燥后的土壤压实；测量平台13的上方设有激光诱导击穿光谱测量仪15，激光诱导击穿光谱测量仪15用于测量土壤中的元素。

其中，当车载式工作平台1搭载在车辆3上时，车载式工作平台1在其长度方向上的侧壁与车辆3的侧壁相贴合，车载式工作平台1的承载面（即工作面）与地面平行，滚动斜梯2与地面呈一定角度倾斜设置。

请参阅图1，第一传送履带10上设有多条凹槽101，多条凹槽101均沿第一传送履带10的传动方向延伸，并且多条凹槽101在第一传送履带10的宽度方向上间隔分布。

其中，凹槽101的数量和深度可根据实际情况而设定，本发明对此不做限制。

具体地，压力模具14沿第一传送履带10的宽度方向固定在平台本体上，压力模具14的宽度大于或等于第一传送履带10的宽度，从而保证在第一传送履带10的宽度方向上，压力模具14的工作范围覆盖第一传送履带10。并且，压力模具14的下表面与第一传送履带10的上表面贴合，或者压力模具14的下表面紧靠第一传送履带10的上表面设置，从而在压力平台12和压力模具14的相互配合下将第一传送履带10上的土壤压实在凹槽101中。

进一步的，压力模具14的下表面靠近入料端A的一侧设有斜口，使得压力模具14靠近入料端A一侧的厚度小于远离入料端A一侧的厚度。这样，可以使土壤由较大的角度进入压力模具14和凹槽101之间，土壤在通过压力模具14的过程中，压力模具14完成了对土壤的压实并使得样品表面平整。

在一种实施例中，压力模具14通过调节杆（未图示）与平台本体连接，通过调节调节杆的长度以改变压力模具14的下表面与第一传送履带10的上表面之间的间距，这样，就可以根据实际需求灵活调整压力模具14的高度，实现对土壤进行不同力度的压实。示例性的，调节杆可以为伸缩杆或者螺纹杆等结构。

在一种实施例中，滚动斜梯2包括两个相对设置的转轴以及一个第二传送履带，转轴垂直于平台本体长度方向上的侧壁设置，第二传送履带套设在两个转轴上，通过两个转轴的转动带动第二传送履带传动。

进一步的，第二传送履带的外表面设有多个阻挡结构，多个阻挡结构沿第二传送履带的周向间隔设置。由于滚动斜梯2呈一定角度倾斜设置，放置在第二传送履带上的土壤容易在重力的作用下向下滑落；而本实施例通过在第二传送履带的外表面设有多个阻挡结构，使第二传送履带上的土壤位于相邻两个阻挡结构之间，阻挡结构可以对放置在第二传送履带上的土壤进行阻挡，防止土壤向下滑落。

在一种实施例中，滚动斜梯2靠近入料端A的一端对应位于第一传送履带10的上方，并且在垂直于车载式工作平台1的方向上，滚动斜梯2与第一传送履带10存在部分重叠。如此设计，可以使滚动斜梯2上的土壤顺利的落入第一传送履带10上，保证土壤输送的质量。

在一种实施例中，滚动斜梯2远离入料端一侧的相对两个侧壁上均设有土壤采集装置，土壤采集装置与滚动斜梯2转动连接，两个侧壁上的土壤采集装置通过交叉摆动以将农田中的土壤采集至滚动斜梯2的上表面。示例性的，土壤采集装置可以为拨片，通过两侧拨片的交叉摆动以将农田中的土壤采集至滚动斜梯2上；或者，土壤采集装置可以为采集铲，通过两侧采集铲的交叉摆动以将农田中的土壤铲至滚动斜梯2上。当然，不以此为限。

请参阅图4，本发明还提供了使用上述车载式土壤元素测量装置的测量方法，包括以下步骤：

步骤1，农田中的土壤随滚动斜梯运输至车载式工作平台的第一传送履带上，并且土壤随第一传送履带的传动同步移动。

其中，将车载式土壤元素测量装置搭载在车辆上，车载式土壤元素测量装置可随车辆的行进在农田中进行移动式测量，即边走边测，从而实现农田土壤准确的现场原位测量。

其中，伴随车辆行进，土壤由滚动斜梯运输到第一传送履带上，完成样品的自动采集。

步骤2，车载式工作平台上的加热平台对土壤进行加热干燥。

其中，土壤样品从车载式工作平台的入料端通过第一传送履带传送至加热平台上，在加热平台上以100℃加热20s烤干其中水分。

步骤3，车载式工作平台上的压力平台和压力模具相互配合，将干燥后的土壤进行压实。

其中，将烤干后的土壤样品继续传送到压力平台上，土壤由较大的角度进入压力模具和凹槽之间，土壤样品在通过压力模具的过程中完成对土壤的压实并使得土壤样品表面平整。

步骤4，车载式工作平台上的激光诱导击穿光谱测量仪对土壤中的元素进行测量。

其中，将压实的土壤样品最终传送到对应激光诱导击穿光谱测量仪的位置进行测量，分析土壤中各种元素的光谱信号，最终得到如图5所示的光谱图。

在一种实施例中，对土壤样品进行测量时，激光诱导击穿光谱测量仪的激光能量为50mJ，波长为532nm。

检测结果如下：对比未干燥土壤，经过加热平台干燥的土壤样品含水率更低；对比直接测量的土壤样品，通过压力平台压实的土壤信号稳定性更好。其中，图5是干燥并压实后的土壤的光谱信号图，土壤中各种元素的测量准确性更高。

此外，得到光谱图后，基于土壤中元素的光谱信号，可以建立相应的定标曲线并用于未知样品分析。

本发明采用一种车载式工作平台将农田土壤先采样，再加热，然后压实，最后采用LIBS技术实现农田土壤准确的现场原位测量。整套装置完成了对土壤样品的自动采集、压实、干燥等预处理，大大降低了土壤的基体效应，实现了土壤中元素的快速准确测量；另外，整套装置结构简单，体积较小，可以灵活便捷的应用于农田的现场原位检测中。

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 (7)

1.一种车载式土壤元素测量装置，其特征在于，包括：

车载式工作平台，用于搭载在车辆上，包括入料端和出料端，还包括平台本体和第一传送履带，所述平台本体包括自所述入料端向所述出料端依次设置的加热平台、压力平台和测量平台，所述第一传送履带套设在所述平台本体上，并且所述第一传送履带沿所述入料端向所述出料端的方向传动；

滚动斜梯，搭接在所述车载式工作平台的入料端，所述滚动斜梯自远离所述入料端的一侧向靠近所述入料端的一侧滚动，以将农田中的土壤运输至所述第一传送履带上；

所述第一传送履带用于将土壤自所述入料端传输至所述出料端，所述加热平台用于对土壤进行加热干燥；所述压力平台的上方设有压力模具，所述压力模具用于将干燥后的土壤压实；所述测量平台的上方设有激光诱导击穿光谱测量仪，所述激光诱导击穿光谱测量仪用于测量土壤中的元素；

所述第一传送履带上设有多条凹槽，多条所述凹槽均沿所述第一传送履带的传动方向延伸，并且多条所述凹槽在所述第一传送履带的宽度方向上间隔分布；

所述压力模具沿所述第一传送履带的宽度方向固定在所述平台本体上，所述压力模具的宽度大于或等于所述第一传送履带的宽度，并且所述压力模具的下表面与所述第一传送履带的上表面贴合，或者所述压力模具的下表面紧靠所述第一传送履带的上表面设置；

所述滚动斜梯远离所述入料端一侧的相对两个侧壁上均设有土壤采集装置，所述土壤采集装置与所述滚动斜梯转动连接，两个所述侧壁上的所述土壤采集装置通过交叉摆动以将农田中的土壤采集至所述滚动斜梯的上表面。

2.根据权利要求1所述的车载式土壤元素测量装置，其特征在于，所述压力模具的下表面靠近所述入料端的一侧设有斜口，使得所述压力模具靠近所述入料端一侧的厚度小于远离所述入料端一侧的厚度。

3.根据权利要求1所述的车载式土壤元素测量装置，其特征在于，所述压力模具通过调节杆与所述平台本体连接，通过调节所述调节杆的长度以改变所述压力模具的下表面与所述第一传送履带的上表面之间的间距。

4.根据权利要求1所述的车载式土壤元素测量装置，其特征在于，所述滚动斜梯包括两个相对设置的转轴以及一个第二传送履带，所述转轴垂直于所述平台本体长度方向上的侧壁设置，所述第二传送履带套设在两个所述转轴上。

5.根据权利要求4所述的车载式土壤元素测量装置，其特征在于，所述第二传送履带的外表面设有多个阻挡结构，多个所述阻挡结构沿所述第二传送履带的周向间隔设置，所述第二传送履带上的土壤位于相邻两个所述阻挡结构之间。

6.根据权利要求1所述的车载式土壤元素测量装置，其特征在于，所述滚动斜梯靠近所述入料端的一端对应位于所述第一传送履带的上方，并且在垂直于所述车载式工作平台的方向上，所述滚动斜梯与所述第一传送履带存在部分重叠。

7.一种如权利要求1-6任一项所述的车载式土壤元素测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，农田中的土壤随滚动斜梯运输至车载式工作平台的第一传送履带上，并且土壤随所述第一传送履带的传动同步移动；

步骤2，所述车载式工作平台上的加热平台对土壤进行加热干燥；

步骤3，所述车载式工作平台上的压力平台和压力模具相互配合，将干燥后的土壤进行压实；

步骤4，所述车载式工作平台上的激光诱导击穿光谱测量仪对土壤中的元素进行测量。