一種基於光電探測的土壤成分含量檢測裝置的製作方法
2023-06-27 01:40:11
本實用新型涉及一種基於光電探測的土壤成分含量檢測裝置，屬於土壤檢測設備的技術領域。
背景技術：
土壤，是由一層層厚度各異的礦物質成分所組成大自然主體。土壤和母質層的區別表現在於形態、物理特性、化學特性以及礦物學特性等方面。由於地殼 、水蒸氣、 大氣和生物圈的相互作用，土層有別於母質層。它是礦物和有機物的混合組成部分，存在著固體，氣體和液體狀態。疏鬆的土壤微粒組合起來，形成充滿間隙的土壤的形式。這些孔隙中含有溶解溶液（液體）和空氣（氣體） 。因此，土壤通常被視為有多種狀態。
土壤礦物質是巖石經過風化作用形成的不同大小的礦物顆粒(砂粒、土粒和膠粒)。土壤礦物質種類很多，化學組成複雜，它直接影響土壤的物理、化學性質，是作物養分的重要來源之一。
而有機質含量的多少是衡量土壤肥力高低的一個重要標誌，它和礦物質緊密地結合在一起。在一般耕地耕層中有機質含量只佔土壤乾重的0．5-2．5%，耕層以下更少，但它的作用卻很大，群眾常把含有機質較多的土壤稱為「油土」。土壤有機質按其分解程度分為新鮮有機質、半分解有機質和腐殖質。
因此，對土壤的成分含量研究十分必要。如在申請號：201310547967.7 申請日：2013-11-06的文件中，該發明公開了一種用於農業溫室自動採樣土壤成分檢測儀，包括無線執行機構、檢測設備和數據顯示設備；通過無線執行機構可以遠距離控制，可以遠程手動開啟測量程序，無線執行機構主要負責目標土壤的提取、溶解、攪拌、靜置等動作；檢測設備可以檢測出土壤的PH、氮、磷、鉀、水分、溫度；通過無線傳輸的方式將相關數據發送至伺服器，伺服器上安裝有相關軟體，用於顯示數據，並提出如何改善土壤成分更有利於農作物生長的方案，以及可以顯示各個參數是否符合科學含量的範圍內，並且通過聲光報警等方式提示工作人員以便及時改善土壤環境。
而在申請號：201510365295.7 申請日：2015-06-29的文件中，公開了一種用於土壤成分檢測的土壤試樣採集預處理裝置，與現有技術相比解決了尚無用於土壤採樣預處理裝置的缺陷。本實用新型中線性模組的側部固定安裝有擋土片，擋土片和挖土刀片均為半圓形結構且兩者直徑相同，擋土片的直徑延長線與線性模組相平行且當滑臺運動至車體上方時挖土刀片的根部與擋土片的下端相接、挖土刀片的前端與擋土片的上端相接，線性模組上安裝有刮土電機且刮土電機的輸出軸位於擋土片的圓心處，刮土電機的輸出軸上安裝有刮土刷，刮土刷的長度與擋土片的直徑相同，擋土片的下方開有落土口。本實用新型能夠完成針對土壤成分檢測而進行的採集、烘乾、壓片等預處理措施，可快速獲得土壤成分及其含量分布情況。
儘管上述文獻中，對土壤成分檢測裝置做出改進，使其可以自動採樣、能夠完成針對土壤成分檢測而進行的採集、烘乾、壓片等預處理措施，但實際上，現有的裝置仍然存在不足。現有的裝置無法結合光電探測電路，精準地實現對土壤樣品的檢測，裝置複雜，成本高，影響了裝置的探測效率。
技術實現要素：
本實用新型所要解決的技術問題在於克服現有技術的不足，提供一種基於光電探測的土壤成分含量檢測裝置，解決現有的裝置無法結合光電探測電路，精準地實現對土壤樣品的檢測，裝置複雜，成本高的問題。
本實用新型具體採用以下技術方案解決上述技術問題：
一種基於光電探測的土壤成分含量檢測裝置，包括：光源、分光器、光電探測器、前置放大器、相敏檢測器、控制器、顯示器，其中所述光源用於生成和發射光束；所述分光器，用於將光源所發射的光束進行分光，獲取所需波段的紅外光並將其照射至待測土壤樣品；所述光電探測器，用於接收所述土壤樣品反射的紅外光獲得光信號，及將光信號轉換成電信號；所述前置放大器，用於對光電探測器所得電信號放大處理；所述相敏檢測器，用於對經放大處理後的電信號進行相敏檢測，提取所需電信號；所述控制器，用於對提取的所需電信號處理得到土壤樣品的成分含量，及控制顯示器將所得土壤樣品的成分含量顯示；其中，所述前置放大器包括二極體、第一至第三電阻、運算放大器、第一電容；所述二極體的一端接地，二極體的另一端串聯第一電阻後接入運算放大器的反相輸入端；所述第二電阻、第一電容的一端均接地後，分別連接至運算放大器的同相輸入端；所述第三電阻連接於運算放大器的反相輸入端和輸出端之間；所述運算放大器的輸出端連接相敏檢測器的輸入端。
進一步地，作為本實用新型的一種優選技術方案：所述前置放大器還包括第二電容，所述第二電容與第三電阻並聯。
進一步地，作為本實用新型的一種優選技術方案：所述二極體採用PIN光電二極體。
進一步地，作為本實用新型的一種優選技術方案：所述PIN光電二極體的響應率為0.9W/A。
進一步地，作為本實用新型的一種優選技術方案：所述運算放大器採用LM382型放大器。
本實用新型採用上述技術方案，能產生如下技術效果：
本實用新型提供的基於光電探測的土壤成分含量檢測裝置，通過對裝置的改進，使得電路可以更精準地實現探測。在光源產生光束後，分光器將光源所發射的光束進行分光得到所需波段的紅外光照射至土壤樣品上，由土壤樣品將光束反射進入光電探測器；光電探測器接收所述土壤樣品反射的紅外光獲得光信號，及將光信號轉換成電信號並進行相敏檢測後輸入控制器；控制器獲得土壤樣品的成分含量，並輸入顯示器中顯示。利用光電探測模式，使得光源可以發射足夠強度的光束，利用簡單的電路結構，使得信號在放大過程中具備良好的穩定性和放大作用，具備低功耗功能，且探測的精準性更高，有效提高裝置的實用性能，便有在土壤檢測過程中使用。可以解決現有的裝置無法結合光電探測電路，精準地實現對土壤樣品的檢測，裝置複雜，成本高的問題。
附圖說明
圖1為本實用新型的基於光電探測的土壤成分含量檢測裝置的模塊示意圖。
圖2為本實用新型的前置放大器電路結構示意圖。
具體實施方式
下面結合說明書附圖對本實用新型的實施方式進行描述。
如圖1所示，本實用新型設計了一種基於光電探測的土壤成分含量檢測裝置，包括：光源、分光器、光電探測器、前置放大器、相敏檢測器、控制器、顯示器，其中所述光源用於生成和發射光束；所述分光器，用於將光源所發射的光束進行分光，獲取所需波段的紅外光並將其照射至待測土壤樣品；所述光電探測器，用於接收所述土壤樣品反射的紅外光獲得光信號，及將光信號轉換成電信號；所述前置放大器，用於對光電探測器所得電信號放大處理；所述相敏檢測器，用於對經放大處理後的電信號進行相敏檢測，提取所需電信號；所述控制器，用於對提取的所需電信號處理得到土壤樣品的成分含量，及控制顯示器將所得土壤樣品的成分含量顯示。
所述裝置的原理是：在光源產生光束後，分光器將光源所發射的光束進行分光得到所需波段的紅外光照射至土壤樣品上，由土壤樣品將光束反射進入光電探測器；光電探測器接收所述土壤樣品反射的紅外光獲得光信號，及將光信號轉換成電信號並進行相敏檢測後輸入控制器；控制器獲得土壤樣品的成分含量，並輸入顯示器中顯示。利用光電探測模式，使得光源可以發射足夠強度的光束，利用簡單的電路結構，使得信號在放大過程中具備良好的穩定性和放大作用。
其中，所述前置放大器的電路結構如圖2所示，包括二極體D1、第一至第三電阻、運算放大器OP1、第一電容C1；所述二極體D1的一端接地，二極體D1的另一端串聯第一電阻R1後接入運算放大器OP1的反相輸入端；所述第二電阻R2、第一電容C1的一端均接地後，分別連接至運算放大器OP1的同相輸入端；所述第三電阻R3連接於運算放大器OP1的反相輸入端和輸出端之間；所述運算放大器OP1的輸出端連接相敏檢測器的輸入端。所述運算放大器OP1的正電源端和負電源端分別連接電壓端後接地。其中二極體D1的作用是在光的照射下產生光電流，並輸入至運算放大器中。第二電阻R2的作用是將電流信號放大，使得運算放大器OP1的輸出端將放大後的電流輸出；進一步地，所述前置放大器還包括第二電容C2，所述第二電容C2與第三電阻R3並聯，利用第二電容C2實現放大。
以及，裝置中，所述二極體D1採用PIN光電二極體，具備頻帶寬，可達10GHz，靈敏度高、線性輸出範圍寬，噪聲低的優點。優選地，所述PIN光電二極體的響應率為0.9W/A，可以使其具備更合適的響應速度。更進一步地，所述運算放大器採用LM382型放大器，工作電壓範圍9V至40V；等效輸入噪聲0.8μV；開環增益100dB；電源抑制比120dB；單位增益帶寬為15MHz；功率帶寬為75kHZ，20Vpp；有短路保護功能。
綜上，本實用新型提供的基於光電探測的土壤成分含量檢測裝置，利用光電探測模式，使得光源可以發射足夠強度的光束，利用簡單的電路結構，使得信號在放大過程中具備良好的穩定性和放大作用，具備低功耗功能，且探測的精準性更高，有效提高裝置的實用性能，便有在土壤檢測過程中使用。可以解決現有的裝置無法結合光電探測電路，精準地實現對土壤樣品的檢測，裝置複雜，成本高的問題。
上面結合附圖對本實用新型的實施方式作了詳細說明，但是本實用新型並不限於上述實施方式，在本領域普通技術人員所具備的知識範圍內，還可以在不脫離本實用新型宗旨的前提下做出各種變化。