CN219417218U - 一种土壤反射率测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种土壤反射率测量装置，土壤检测技术领域，包括光源搭载系统、探测器搭载系统、光源、探测器和样品台，光源搭载系统包括光源距离调节装置，光源固定连接于光源距离调节装置上，且光源能够照射到样品台，探测器固定连接于探测器搭载系统上，且探测器能够对样品台上的待检测样品的反射率进行测量，光源距离调节装置能够调节光源到样品台的距离并保持该距离。本实用新型提供的土壤反射率测量装置有利于提高待检测样品的反射率数据的完整性，为土壤分析提供全面且准确的数据支撑；适应性广，应用灵活。

Description

一种土壤反射率测量装置

技术领域

本实用新型涉及土壤检测技术领域，特别是涉及一种土壤反射率测量装置。

背景技术

土壤光谱特性和方向特性的快速获取技术是土壤野外实时监测发展的方向之一，土壤光谱反射率的测量能够为土壤耕层养分分析提供数据支持。在野外环境下进行土壤光谱测量，会受到诸如土壤水分含量、土壤质地、土壤表面的平整处理、土壤属性的各向异性、土壤大孔隙、土壤中残留的植物根系、石块等物质以及温度、环境杂散光等因素的影响。

目前，大部分土壤反射率测量是在实验室环境下获取的，具体为：对土壤进行研磨、烘干、过筛等处理后，在同一个光源方向和同一个探测方向上进行测量。测试过程中光源与待测试样品的距离(照射距离)是一定的，如中国专利CN201510434948.2公开了一种土壤氮素和含水率测量装置及方法，并具体公开了所述光路系统包括：一个光电探测器、八个单波段近红外激光光源；所述八个单波段近红外激光光源以所述光电探测器为中心均匀分布在一八角伞状结构的八个面中，以使所述八个单波段近红外激光光源发射的光以相同角度入射到待测土壤表面并反射进入光电探测器，即光源的照射距离是无法调节的。当光源照射距离不同时，土壤样品表面辐射强度和能量分布情况存在差异，故仅在同一个照射距离下进行土壤反射率的测量会导致反射率数据的不完整，忽视了土壤样本曲线的离散性，光谱曲线质量可信度较低。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种土壤反射率测量装置，以解决上述现有技术存在的问题，有利于提高待检测样品的反射率数据的完整性及准确性，为土壤分析提供全面且高精度的数据支撑。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

本实用新型提供了一种土壤反射率测量装置，包括光源搭载系统、探测器搭载系统、光源、探测器和样品台，所述光源搭载系统包括光源距离调节装置，所述光源固定连接于所述光源距离调节装置上，且所述光源能够照射到所述样品台，所述探测器固定连接于所述探测器搭载系统上，且所述探测器能够对所述样品台上的待检测样品的反射率进行测量，所述光源距离调节装置能够调节所述光源到所述样品台的距离并保持该距离。

优选的，本实用新型提供的土壤反射率测量装置还包括底座，所述光源搭载系统还包括第一支撑装置和导向装置，所述第一支撑装置与所述底座转动连接，所述导向装置与所述底座固定连接，所述导向装置具有导向槽，所述第一支撑装置靠近所述底座的一端能够与所述导向槽滑动连接并保持，所述第一支撑装置的另一端与所述光源距离调节装置固定连接。

优选的，所述探测器搭载系统包括第二支撑装置，所述第二支撑装置的一端与所述底座连接，所述第二支撑装置的另一端向靠近所述光源且靠近所述样品台的中心线的方向延伸，所述探测器能够与所述第二支撑装置滑动连接，所述探测器能够通过沿所述第二支撑装置滑动来调节并保持所述探测器对所述待检测样品的观测角度。

优选的，所述探测器搭载系统还包括转盘，所述第二支撑装置远离所述探测器的一端与所述转盘固定连接，所述转盘具有沿所述转盘轴向设置的通孔，所述样品台设置于所述通孔内并与所述底座固定连接，所述样品台与所述转盘的内壁之间留有间隙，所述转盘与所述底座能够形成绕所述样品台的中心线的转动连接。

优选的，所述第二支撑装置呈圆弧形，所述第二支撑装置的圆心位于所述样品台的上表面上。

优选的，所述探测器搭载系统还包括探测器距离调节装置，所述探测器距离调节装置的一端与所述第二支撑装置滑动连接，所述探测器距离调节装置的另一端与所述探测器固定连接，所述探测器距离调节装置能够调节并保持所述探测器到所述样品台的距离。

优选的，本实用新型提供的土壤反射率测量装置还包括控制装置，所述控制装置与所述转盘通信连接，所述控制装置能够控制所述转盘绕所述样品台的中心线转动。

优选的，所述控制装置具有人机交互部件，所述人机交互部件能够供使用者输入所述转盘转动的角度范围值。

优选的，所述探测器为光纤传感器，所述光源为卤素灯。

本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：

本实用新型提供的土壤反射率测量装置，光源距离调节装置能够调节光源到样品台的距离并保持该距离，测试过程中能够测试不同照射距离下待检测样品的反射率，提供不同照射距离下的待检测样品的反射率测试数据，有利于提高待检测样品的反射率数据的完整性及准确性，为土壤分析提供全面且高精度的数据支撑。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，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为本实用新型提供的土壤反射率测量装置的结构示意图；

图中：100、土壤反射率测量装置；1、光源搭载系统；101、光源距离调节装置；102、第一支撑装置；103、导向装置；104、导向槽；2、探测器搭载系统；201、第二支撑装置；202、转盘；203、通孔；204、探测器距离调节装置；3、光源；4、探测器；5、样品台；6、底座；7、控制装置；701、人机交互部件。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供一种土壤反射率测量装置，以解决上述现有技术存在的问题，有利于提高待检测样品的反射率数据的完整性及准确性，为土壤分析提供全面且高精度的数据支撑。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1所示，本实用新型提供了一种土壤反射率测量装置100，包括光源搭载系统1、探测器搭载系统2、光源3、探测器4和样品台5，光源搭载系统1包括光源距离调节装置101，光源3固定连接于光源距离调节装置101上，且光源3能够照射到样品台5，探测器4固定连接于探测器搭载系统2上，且探测器4能够对样品台5上的待检测样品的反射率进行测量，光源距离调节装置101能够调节光源3到样品台5的距离并保持该距离，样品台5用于承载待检测样品，待检测样品优选为土壤试样。测试过程中能够测试不同照射距离下待检测样品的反射率，提供不同照射距离下的待检测样品的反射率测试数据，有利于提高待检测样品的反射率数据的完整性及准确性，为土壤分析提供全面且高精度的数据支撑。作为优选的实施方式，光源距离调节装置101为伸缩杆、滑车等。

本实用新型提供的土壤反射率测量装置100还包括底座6，光源搭载系统1还包括第一支撑装置102和导向装置103，第一支撑装置102与底座6转动连接，导向装置103与底座6固定连接，导向装置103具有导向槽104，第一支撑装置102靠近底座6的一端能够与导向槽104滑动连接并保持，导向槽104能够通过第一支撑装置102与底座6相对于第一转轴相对转动来调节光源3照射到待检测样品上的角度，并通过螺栓将第一支撑装置102与导向装置103进行固定等方式实现第一支撑装置102位置的保持，第一支撑装置102的另一端与光源距离调节装置101固定连接。裸露土壤表面是高度、强烈的后向散射，且具有各向异性，土壤表面越粗糙，越呈现非朗伯体特性，并且光源3入射方向和传感器观测方向的不同会使土壤光谱反射特征具有明显的方向性，即土壤具有二向性反射特征。本实用新型提供的土壤反射率测量装置100能够通过第一支撑装置102和导向装置103调节光源3照射到待检测样品上的角度，有利于提高待检测样品的反射率数据的完整性。

作为优选的实施方式，第一支撑装置102与底座6通过光轴实现转动连接，第一转轴为光轴的轴线，具体的，光轴与底座6转动连接，优选的，光轴与底座6通过轴承转动连接，光轴与第一支撑装置102远离光源3的一端固定连接，此为现有技术，故不做详细赘述。

作为优选的实施方式，第一支撑装置102包括两个竖杆和一个横杆，横杆与底座6的上表面相互平行，各竖杆与横杆相互垂直，横杆的两端分别与两个竖杆的一端固定连接，各竖杆的另一端与底座6转动连接，光源3通过光源距离调节装置101固定连接于横杆上，且光源3位于样品台5的正上方；光源距离调节装置101能够带动光源3沿平行于竖杆的方向移动，且光源3的升降方向与竖杆相互平行；导向装置103为两个，各竖杆远离横杆的一端伸入至各导向槽104内并与导向槽104滑动连接，导向槽104能够限制第一支撑装置102沿平行于横杆方向的运动，使得第一支撑装置102能够沿导向槽104滑动实现绕第一转轴的转动，优选的，第一转轴与横杆长度方向相互垂直；各导向装置103包括两个U型导向本体，各导向本体的开口端与底座6固定连接，各导向装置103的两个导向本体之间留有间隙并形成导向槽104。横杆由两个竖杆支撑并由两个导向装置103进行导向，使光源3的调节更加平稳。需要说明的是，第一支撑装置102并不局限于由两个竖杆和一个横杆组成，如第一支撑装置102还可以由一个竖杆和一个横杆组成，竖杆的一端与横杆固定连接，竖杆的另一端与导向槽104滑动连接，且竖杆的另一端与底座6转动连接。

作为更为优选的实施方式，各导向装置103的至少一个导向本体的可视表面上设有刻度，便于将光源3调节至指定角度；优选的，各导向装置103远离样品台5的一个导向本体的外表面上设有刻度，导向本体的外表面为导向本体远离样品台5的表面。

探测器搭载系统2包括第二支撑装置201，第二支撑装置201的一端与底座6固定连接，第二支撑装置201的另一端向靠近光源3且靠近样品台5的中心线的方向延伸，探测器4能够与第二支撑装置201滑动连接，探测器4能够通过沿第二支撑装置201滑动来调节并保持探测器4对待检测样品的观测角度。由于土壤的二向性反射特征，且几何光学模型认为，土壤微小颗粒自身或颗粒之间在一定的光照条件下会产生阴影，并且不同的观测方向上探测器4视场内的光照和阴影比例是不一样的，从而导致测得的反射率不同。本实用新型提供的土壤反射率测量装置100中的探测器4能够沿第二支撑装置201滑动从而使探测器4能够观测待检测样品的沿高度方向的不同位置，从而提高了土壤反射率测量的数据的完整性。需要说明的是，第二支撑装置201的设置需要满足探测器4在滑动过程中，探测器4的检测端是时刻指向样品台5上的待检测样品的，如通过使探测器4的滑动轨迹的弧线的圆心在样品台5上以满足上述要求。作为优选的实施方式，第二支撑装置201靠近样品台5的一侧的表面上设有滑槽，探测器4固定连接于夹具上，夹具上固定连接有滑块，第二支撑装置201与夹具通过滑块与滑槽的滑动连接实现探测器4的角度调节。其中，可以采用旋转螺丝固定滑块与滑槽等方式实现滑块与滑槽的锁定。

作为优选的实施方式，第二支撑装置201呈圆弧形，第二支撑装置201的圆心位于样品台5的上表面上。在更为优选的实施方式中，第二支撑装置201为1/4圆弧，第二支撑装置201的圆心与样品台5的圆心重合，当探测器4位于第二支撑装置201的最高端时，探测器4的观测方向垂直于样品台5所在平面，当探测器4位于第二支撑装置201的最低端时，探测器4的观测方向平行于样品台5所在平面。

探测器搭载系统2还包括转盘202，第二支撑装置201远离光源3的一端与转盘202固定连接，转盘202具有沿转盘202轴向设置的通孔203，样品台5设置于通孔203内并与底座6固定连接，样品台5与转盘202的内壁之间留有间隙，转盘202与底座6能够形成绕样品台5的中心线的转动连接。作为优选的实施方式，转盘202能够进行360°的转动。转盘202通过带动第二支撑装置201转动，从而带动探测器4绕待检测样品转动，当探测器4未设置于待检测样品的正上方时，转盘202能够带动探测器4观测待检测样品的周向的不同位置，进一步地提高了土壤反射率测量的数据的完整性。作为优选的实施方式，探测器搭载系统2还包括电机，电机的输出端与转盘202固定连接并驱动转盘202绕样品台5的中心线转动；第二支撑装置201的外表面上设有刻度，通过观察刻度，能够准确且快速地将探测器4沿第二支撑装置201转动至指定角度。

探测器搭载系统2还包括探测器距离调节装置204，探测器距离调节装置204的一端与第二支撑装置201滑动连接，探测器距离调节装置204的另一端与探测器4固定连接，探测器距离调节装置204能够调节并保持探测器4到样品台5的距离。通过调节探测器距离调节装置204到样品台5的距离，实现探测器距离调节装置204与待检测样品之间的距离的调节，确保待检测样品的表面全部在探测器4的视场范围内。作为优选的实施方式，探测器距离调节装置204为伸缩杆。

本实用新型提供的土壤反射率测量装置100还包括控制装置7，控制装置7与转盘202通信连接，控制装置7能够控制转盘202绕样品台5的中心线转动。

作为优选的实施方式，控制装置7具有人机交互部件701，人机交互部件701能够供使用者输入转盘202转动的角度范围值。优选的，人机交互部件701为显示屏和/按键。提高了自动化水平，有利于减轻劳动量，提高测试效率。

作为优选的实施方式，探测器4为光纤传感器，光源3为卤素灯。

基于本实用新型提供的土壤反射率测量装置100的测量方法包括如下步骤：

步骤一：将光谱仪的探测器4固定在探测器搭载系统2上；将光源3固定在光源搭载系统1的光源距离调节装置101上；将待检测样品放置于样品台5的中心位置；调节探测器4的镜头、光源3与待检测样品表面的距离；作为优选的实施方式，光源3为功率50W的卤素灯，光谱仪为美国SVCHR-1024型光谱仪，该光谱仪的光谱范围为350-2500nm，探测器4为光纤传感器，光纤传感器镜头的视场角为4°；待检测样品为干旱、半干旱区露天矿区排土场采集的复垦土壤；调节光纤传感器镜头与待检测样品表面的距离为5cm，光源3与待检测样品表面的距离为18cm；

步骤二：接通电源并对光源3进行预热，打开光谱仪及控制装置7，使用光谱仪的探测器4在暗室环境下对待检测样品进行光谱测量；

步骤三：通过在控制装置7中输入角度值(范围为0-360°)以调节转盘202的转动角度，从而调节探测器4与待检测样品的相对位置，角度值的设定方法为：将光源3设定为位于底座6长度方向中间面的一侧，此时，当探测器4在水平面上的投影与光源3在水平面上的投影之间的夹角为180°时定义为观测方位角为0°，即探测器4和光源3位于底座6长度方向的中间面上且位于待检测样品的两侧；当探测器4在水平面上的投影与光源3在水平面上的投影之间的夹角为0°时定义为观测方位角为180°，即探测器4和光源3位于底座6长度方向的中间面上且位于待检测样品的同一侧；对转盘202的转动方向进行定义(顺时针或逆时针)，则探测器4沿转动方向由观测方位角为0°转动90°后的所在位置定义为观测方位角为90°，探测器4沿转动方向由观测方位角为180°转动90°后的所在位置定义为观测方位角为270°，即探测器4位于底座6宽度方向的中间面上的两个位置时定义为观测方位角为90°和270°；

步骤四：进行测量，具体方法为：调节第一支撑装置102沿导向槽104转动，改变光源3对待检测样品的照射角度(定义为光源3天顶角)，光源3天顶角设置范围为0-90°；作为优选的实施方式，光源3天顶角设置为30°和53°，以下以光源3天顶角设置为30°进行说明：

(1)通过转盘202调整至观测方位角为0°，在每个光源3天顶角角度下，通过使探测器4沿第二支撑装置201滑动，改变探测器4对待检测样品的观测角度(定义为观测天顶角)，观测天顶角的设置范围为0-60°，作为优选的实施方式，观测天顶角的测量是每隔10°对样本进行一次观测；从而获取不同观测角度对应的土壤反射率。

(2)通过转盘202调整至观测方位角为90°，以上述观测方位角为0°时的测试方法(1)进行测试。

(3)通过转盘202调整至观测方位角为180°，以上述观测方位角为0°时的测试方法(1)进行测试。

(4)通过转盘202调整至观测方位角为270°，以上述观测方位角为0°时的测试方法(1)进行测试。

光源3天顶角设置为53°等其他角度时，土壤反射率测量装置100的测量方法同上述(1)-(4)所述的测试方法。

本实用新型中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (9)

1.一种土壤反射率测量装置，其特征在于：包括光源搭载系统、探测器搭载系统、光源、探测器和样品台，所述光源搭载系统包括光源距离调节装置，所述光源固定连接于所述光源距离调节装置上，且所述光源能够照射到所述样品台，所述探测器固定连接于所述探测器搭载系统上，且所述探测器能够对所述样品台上的待检测样品的反射率进行测量，所述光源距离调节装置能够调节所述光源到所述样品台的距离并保持该距离。

2.根据权利要求1所述的土壤反射率测量装置，其特征在于：还包括底座，所述光源搭载系统还包括第一支撑装置和导向装置，所述第一支撑装置与所述底座转动连接，所述导向装置与所述底座固定连接，所述导向装置具有导向槽，所述第一支撑装置靠近所述底座的一端能够与所述导向槽滑动连接并保持，所述第一支撑装置的另一端与所述光源距离调节装置固定连接。

3.根据权利要求2所述的土壤反射率测量装置，其特征在于：所述探测器搭载系统包括第二支撑装置，所述第二支撑装置的一端与所述底座连接，所述第二支撑装置的另一端向靠近所述光源且靠近所述样品台的中心线的方向延伸，所述探测器能够与所述第二支撑装置滑动连接，所述探测器能够通过沿所述第二支撑装置滑动来调节并保持所述探测器对所述待检测样品的观测角度。

4.根据权利要求3所述的土壤反射率测量装置，其特征在于：所述探测器搭载系统还包括转盘，所述第二支撑装置远离所述探测器的一端与所述转盘固定连接，所述转盘具有沿所述转盘轴向设置的通孔，所述样品台设置于所述通孔内并与所述底座固定连接，所述样品台与所述转盘的内壁之间留有间隙，所述转盘与所述底座能够形成绕所述样品台的中心线的转动连接。

5.根据权利要求3所述的土壤反射率测量装置，其特征在于：所述第二支撑装置呈圆弧形，所述第二支撑装置的圆心位于所述样品台的上表面上。

6.根据权利要求3所述的土壤反射率测量装置，其特征在于：所述探测器搭载系统还包括探测器距离调节装置，所述探测器距离调节装置的一端与所述第二支撑装置滑动连接，所述探测器距离调节装置的另一端与所述探测器固定连接，所述探测器距离调节装置能够调节并保持所述探测器到所述样品台的距离。

7.根据权利要求4所述的土壤反射率测量装置，其特征在于：还包括控制装置，所述控制装置与所述转盘通信连接，所述控制装置能够控制所述转盘绕所述样品台的中心线转动。

8.根据权利要求7所述的土壤反射率测量装置，其特征在于：所述控制装置具有人机交互部件，所述人机交互部件能够供使用者输入所述转盘转动的角度范围值。

9.根据权利要求1所述的土壤反射率测量装置，其特征在于：所述探测器为光纤传感器，所述光源为卤素灯。