一種土壤中砷含量的實時測量裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及土壤中砷含量的測量領域，具體涉及一種土壤中砷含量的實時測量裝置及方法。
【背景技術】
[0002]土壤作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要載體，其質(zhì)量好壞直接影響到國民的生活質(zhì)量。砷是土壤中的一種重要污染重金屬，因此，嚴格控制和準確測定土壤中砷的含量具有重要的意義。
[0003]現(xiàn)有土壤中砷的檢測方法主要有分光光度法、原子吸收分光光度法、原子熒光分光光度法、電感耦合等離子體-原子發(fā)射光譜法、X射線熒光光譜法，這些方法一般需要對土壤制樣并進行復雜的預處理，很難實現(xiàn)土壤中砷的原位和實時測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種土壤中砷含量的實時測量裝置及方法，能夠?qū)崿F(xiàn)土壤中砷含量的實時檢測。
[0005]第一方面，本發(fā)明提出了一種土壤中砷含量的實時測量裝置，包括一個根部光譜探頭、控制單元和數(shù)據(jù)處理單元；
[0006]所述控制單元用于控制所述根部光譜探頭的開啟與關閉；
[0007]所述根部光譜探頭包括第一激光器、第一光電探測器和夾具，所述根部光譜探頭通過所述夾具夾持在植物的近根部，所述根部光譜探頭用于獲取植物近根部的反射光譜；
[0008]所述數(shù)據(jù)處理單元用于根據(jù)所述根部光譜探頭獲取的植物近根部的反射光譜，按照砷含量與近根部激光器反射光譜數(shù)據(jù)的對應關系，得到土壤中第一砷含量。
[0009]優(yōu)選地，所述裝置還包括一個莖部光譜探頭，所述莖部光譜探頭包括第二激光器、第二光電探測器和夾具，所述莖部光譜探頭通過所述夾具夾持在植物的莖部，所述莖部光譜探頭用于獲取植物莖部的反射光譜；
[0010]所述數(shù)據(jù)處理單元還用于根據(jù)所述莖部光譜探頭獲取的植物莖部的反射光譜，按照砷含量與莖部激光器反射光譜數(shù)據(jù)的對應關系，得到土壤中第二砷含量。
[0011]優(yōu)選地，所述裝置還包括一個葉子光譜探頭，所述葉子光譜探頭包括第三激光器、第三光電探測器和夾具，所述葉子光譜探頭通過所述夾具夾持在植物的葉子部位，所述葉子光譜探頭用于獲取植物葉子部位的反射光譜；
[0012]所述數(shù)據(jù)處理單元還用于根據(jù)所述葉子光譜探頭獲取的植物葉子部位的反射光譜，按照砷含量與葉子激光器反射光譜數(shù)據(jù)的對應關系，得到土壤中第三砷含量。
[0013]優(yōu)選地，所述第一激光器的中心波長為650nm。
[0014]優(yōu)選地，所述第二激光器的中心波長為850nm。
[0015]優(yōu)選地，所述第三激光器的中心波長為1310nm。
[0016]優(yōu)選地，所述第一激光器、第二激光器或第三激光器帶有溫度控制模塊，所述控制單元還用于控制所述溫度控制模塊在不同溫度下工作，以獲得不同波長的反射光譜。
[0017]第一方面，本發(fā)明還提出了一種土壤中砷含量的實時測量方法，包括:
[0018]所述控制單元控制所述根部光譜探頭開啟；
[0019]所述根部光譜探頭獲取植物近根部的反射光譜；
[0020]所述數(shù)據(jù)處理單元用于根據(jù)所述根部光譜探頭獲取的植物近根部的反射光譜，按照砷含量與近根部激光器反射光譜數(shù)據(jù)的對應關系，得到土壤中第一砷含量。
[0021 ] 優(yōu)選地，所述方法還包括:
[0022]所述控制單元控制所述莖部光譜探頭開啟；
[0023]所述莖部光譜探頭獲取植物莖部的反射光譜；
[0024]所述數(shù)據(jù)處理單元用于根據(jù)所述莖部光譜探頭獲取的植物莖部的反射光譜，按照砷含量與莖部激光器反射光譜數(shù)據(jù)的對應關系，得到土壤中第二砷含量。
[0025]優(yōu)選地，所述方法還包括:
[0026]所述控制單元控制所述葉子光譜探頭開啟；
[0027]所述葉子光譜探頭獲取植物葉子部位的反射光譜；
[0028]所述數(shù)據(jù)處理單元用于根據(jù)所述葉子光譜探頭獲取的植物葉子部位的反射光譜，按照砷含量與葉子部位激光器反射光譜數(shù)據(jù)的對應關系，得到土壤中第三砷含量。
[0029]本發(fā)明至少具有如下的有益效果:
[0030]本發(fā)明所述的裝置及方法通過測量植物根部的反射光譜，再根據(jù)植物根部的反射光譜和土壤中砷含量的對應關系，獲知土壤中砷含量。本發(fā)明所述的裝置及方法可以實現(xiàn)土壤中砷含量的實時檢測。
【附圖說明】
[0031]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0032]圖1是本發(fā)明實施例一提供的土壤中砷含量的實時測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖2是本發(fā)明實施例二提供的土壤中砷含量的實時測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖3是本發(fā)明實施例三提供的土壤中砷含量的實時測量方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0035]為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0036]土壤中不同含量的砷，可以通過種植在土壤上的植被組織的的營養(yǎng)狀態(tài)來呈現(xiàn)。因此通過測量植被組織不同砷含量下的反射率光譜，建立反射率光譜與砷含量的數(shù)學模型，反演得到土壤中砷的含量，實現(xiàn)土壤中砷含量的實時測量。
[0037]參見圖1，本發(fā)明實施例一提出了一種土壤中砷含量的實時測量裝置，包括一個根部光譜探頭11、控制單元12和數(shù)據(jù)處理單元13 ；
[0038]所述控制單元12用于控制所述根部光譜探頭11的開啟與關閉；
[0039]所述根部光譜探頭11包括第一激光器、第一光電探測器和夾具，所述根部光譜探頭11通過所述夾具夾持在植物的近根部，所述根部光譜探頭11用于獲取植物近根部的反射光譜；
[0040]其中，所述第一激光器用于發(fā)射激光束；
[0041 ] 所述第一光電探測器用于獲取光譜的強度；該第一光電探測器為適應所述第一激光器發(fā)射的光束波段的專用光電探測器，其在探測器前面鍍膜濾波的。
[0042]所述數(shù)據(jù)處理單元13用于根據(jù)所述根部光譜探頭獲取的植物近根部的反射光譜，按照砷含量與近根部激光器反射光譜數(shù)據(jù)的對應關系，得到土壤中第一砷含量。
[0043]其中，砷含量與近根部所述預設波段反射光譜數(shù)據(jù)的對應關系，可以通過砷含量已知的土壤與近根部探測的反射光譜的光強，經(jīng)過多次訓練得出。
[0044]本發(fā)明實施例一所述的裝置，通過測量植物根部的反射光譜，再根據(jù)植物根部的反射光譜和土壤中砷含量的對應關系，獲知土壤中砷含量。本發(fā)明實施例所述的裝置可以實現(xiàn)土壤中砷含量的實時檢測。
[0045]由于根部光譜探頭獲取的反射光譜只能反應土壤中短時間內(nèi)的砷元素，若想知道砷元素在土壤中的運移過程，可以在植物的莖部或葉子部位分別設置光譜探頭，一般情況下，莖部有2?3左右的營養(yǎng)運移時間，夾持在植物莖部的光譜探頭，獲取的反射光譜反應了土壤2?3天前的砷元素含量。而葉子有7天左右的營養(yǎng)運移時間，夾持在植物葉子部位的光譜探頭，獲取的反射光譜反應了土壤一周前的砷元素含量。這樣，通過夾持在不同部分的光譜探頭得到的反射光譜數(shù)據(jù)，可以清晰地了解土壤中砷元素的運移過程。
[0046]本發(fā)明實施例二提供了一個優(yōu)選裝置，參見圖2，其包括控制單元0、數(shù)據(jù)處理單元1、根部光譜探頭2、莖部光譜探頭3和葉子光譜探頭4 ;圖中，5表示植物，6表示土壤。
[0047]所述根部光譜探頭2包括第一激光器、光電探測器和夾具，所述根部光譜探頭通過所述夾具夾持在植物的近根部，所述根部光譜探頭用于獲取植物近根部的反射光譜；
[0048]所述莖部光譜探頭3包括第二激光器、第二光電探測器和夾具，所述莖部光譜探頭通過所述夾具夾持在植物的莖部，所述莖部光譜探頭用于獲取植物莖部的反射光譜；
[0049]所述第二光電探測器為適應所述第二激光器發(fā)射的光束波段的專用光電探測器，其在探測器前面鍍膜濾波的。
[0050]所述葉子光譜探頭4包括第三激光器、第三光電探測器和夾具，所述葉子光譜探頭通過所述夾具夾持在植物的葉子部位，所述葉子光譜探頭用于獲取植物葉子部位的反射光譜；
[0051]所述第三光電探測器為適應所述第三激光器發(fā)射的光束波段的專用光電探測器，其在探測器前面鍍膜濾波的。