[发明专利]基于近红外光谱技术的车载土壤养分检测及自动采样装置

权利要求书

1.一种基于近红外光谱技术的车载土壤养分检测及自动采样装置，该装置包括装设有行走轮的移动平台以及设置在移动平台上的控制箱，其特征在于：该装置还包括设置在移动平台上的采土装置和存土装置、设置在移动平台底部的破土装置和光学系统、设置在控制箱顶部的GPS以及设置在控制箱内的光谱仪、工控机和控制器；

所述破土装置，用于翻土，带动光学系统直接压在翻过的土壤表面；

所述光学系统，用于形成土壤样品漫反射光谱，并将土壤样品漫反射光谱信息传送至光谱仪；

所述光谱仪，用于收集土壤样品漫反射可见光光谱和近红外光谱数据，并传送至工控机；

所述GPS，用于记录土壤样品的位置信息，并传送至工控机；

所述工控机，用于对土壤样品光谱信息进行主成分提取和聚类分析，选择出具有代表性的土壤样品，并根据其位置信息进行路径规划；

所述采土装置，用于根据规划的路径，在移动平台到达指定土壤样品的位置后，对土壤样品进行采集；

所述存土装置，用于将采集的土壤样品有序存放在移动平台上的特定区域内；

所述控制器，用于对破土装置、光学系统、采土装置和存土装置的启动和停止进行控制。

2.根据权利要求1所述的基于近红外光谱技术的车载土壤养分检测及自动采样装置，其特征在于：所述破土装置包括长杆、竖杆和斗齿，所述长杆的前端通过销钉与移动平台连接，长杆的后端通过伸缩汽缸臂与移动平台连接；所述竖杆固定在长杆上，所述斗齿装设在竖杆的下端前部，所述光学系统装设在竖杆的下端后部；

所述光学系统包括光源系统和光谱采集系统，所述光源系统包括光源模块和聚焦透镜组，所述光谱采集系统包括收集透镜和收集光纤端头；所述光源模块发出的光经聚焦透镜组准直和聚焦后作用到待测土壤样品表面形成漫反射光谱，所述漫反射光谱经收集透镜会聚后再通过收集光纤端头耦合进收集光纤并传输至光谱仪。

3.根据权利要求1所述的基于近红外光谱技术的车载土壤养分检测及自动采样装置，其特征在于：所述采土装置包括液压伸缩杆、用于抓取土壤样品的第一机械手指和转动圆盘，所述存土装置包括横向导轨、纵向导轨、用于抓取土样存储罐的第二机械手指和若干土样储存罐；所述液压伸缩杆通过支架固定在移动平台上，所述第一机械手指装设在液压伸缩杆的下端，所述转动圆盘装设在第一机械手指下方的移动平台上；所述转动圆盘和移动平台上均开设有用于第一机械手指穿过的取土孔；所述转动圆盘底部和第一机械手指内部均设有驱动电机；

所述横向导轨与纵向导轨相互垂直设置，所述横向导轨上设有横向驱动机构，所述纵向导轨上设有纵向驱动机构；所述横向导轨通过立板固定在移动平台上，所述纵向导轨装设在横向导轨上并在横向驱动机构的作用下沿着横向导轨横向移动，所述第二机械手指装设在纵向导轨上并在纵向驱动机构的作用下沿着纵向导轨纵向移动；所述若干土样存储罐有序放置在移动平台上且在第二机械手指能够自由移动的相应区域内；所述第二机械手指内部设有驱动电机。

4.根据权利要求2所述的基于近红外光谱技术的车载土壤养分检测及自动采样装置，其特征在于：所述光学系统与竖杆通过平行四边形连杆机构连接。

5.根据权利要求2所述的基于近红外光谱技术的车载土壤养分检测及自动采样装置，其特征在于：所述光源系统还包括一个圆柱形大套筒和一个圆柱形小套筒，所述光源模块设置在圆柱形大套筒的顶端，所述圆柱形小套筒设置在圆柱形大套筒的下端，所述光源模块采用卤素灯泡，所述聚焦透镜组由两片平凸透镜组成，所述两片平凸透镜分别装设在圆柱形小套筒的两端，其平面相对放置。

6.根据权利要求2所述的基于近红外光谱技术的车载土壤养分检测及自动采样装置，其特征在于：所述光谱采集系统还包括一个圆柱形套筒，所述收集透镜设置在圆柱形套筒的底端，所述收集光纤端头设置在圆柱形套筒的顶端。

7.根据权利要求1或2所述的基于近红外光谱技术的车载土壤养分检测及自动采样装置，其特征在于：所述光谱仪包括可见光光谱仪和近红外光谱仪。

8.根据权利要求3所述的基于近红外光谱技术的车载土壤养分检测及自动采样装置，其特征在于：所述横向运动机构和纵向运动机构均包括相互啮合的条形齿轮和转子齿轮以及用于带动转子齿轮转动的驱动电机。