快速檢測化肥各成分含量的儀器的製作方法
2023-10-06 12:20:19
專利名稱：快速檢測化肥各成分含量的儀器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及化肥成份的檢測技術，具體地說是指快速檢測化肥各成份含量的儀器。
背景技術：
雖然涉農企業在不斷地提高農資產品的科技含量和生產質量，但仍有些產品令老百姓深感不滿意；雖然政府加大了打擊假冒偽劣產品的力度，但坑農害農的假種子假農藥、假肥料等現象仍屢禁不絕，各類涉農投訴案件不斷。農資特別是化肥質量的優劣，直接關係農業生產安全和收成。化肥中總氮、有效磷、鉀和氯離子含量是化肥比較主要的質量指標，前三者的質量主要體現在實際養分含量低於標示量，而氯離子超標則會導致爛根，最終可能是相應的農產品絕收，重金屬鉛含量超標會導致農產品的該指標不合格，將嚴重影響農產品的銷售和出口，並危害消費者的身體健康。
因此開發可現場快速檢測化肥質量的高科技裝備，在當前顯得尤為重要。目前現場和基層應用主要是採用國標方法，採用重量法檢測或採用分光光度計檢測，偶爾也有採用將化肥用複雜方法處理後用土壤檢測儀器進行檢測，但這些標示「土壤檢測儀」或「土壤化肥檢測儀」的儀器均主要針對土壤樣品，即無機成分和水溶性成分，氮的檢測則只針對硝態氮，而對於有機成分，如尿素態氮，和枸溶性成分，即部分有效磷，則無法適用或不準確。
國內尚未研製出便攜、快速、低成本的專門針對化肥樣品進行快速測定的儀器。另外根據目前的調查，國內、國際市場上也沒有檢測化肥相關指標的可攜式速測儀出現，其主要原因是，發達國家的化肥因產品監督檢測較為嚴格，而基本無須再在流通領域進行檢測，而國內的化肥質量問題被有意無意地掩蓋，只是近年來才被陸續曝光，尚未引起專業機構足夠的重視。在很多測定化肥質量的方法中，必須加熱、消化或烘乾，這些方式均不適應現場要求。而且這些樣品處理和檢測過程不但操作上要求要有專業人員執行，而且測定的周期較長。
相關法規的滯後，以及檢測技術、檢測裝備的落後等歷史原因，導致相關職能部門的執法監督水平跟不上消費的要求，因而有必要從我國的國情出發有針對性開發質量優異、成本較低、科技含量高、方便現場使用的化肥質量檢測裝備。
實用新型內容本實用新型的主要目的在於克服上述現有技術的不足，提供一種可對多樣品、多成份的化肥進行現場快速檢測的儀器。
本實用新型採用如下技術方案快速檢測化肥各成份含量的儀器，包括單片機及與單片機相連的輔助電路部分、光路部分、數據輸入輸出部分，該光路部分包括光源穩壓控制電路、單色光光源、多通道比色池、光電池組和信號調理電路；單色光光源、多通道比色池和光電池組位於同一光路上，比色池位於單色光光源、光電池組二者之間；光源穩壓控制電路的輸入端與單片機及其輔助電路相連，電壓輸出端與單色光光源相連，信號調理電路的信號輸入端與光電池組相連，信號輸出端與單片機相連。單片機及輔助電路部分用於計算與控制；數據輸入輸出部分用於與輸入輸出設備連接，以實現人機互動；單色光光源產生固定波長的單色光，照射比色池中的已顯色反應液，光電池組用於檢測透過反應液的單色光的光強度，並將光強度信號轉換成電信號送入信號調理電路；信號調理電路將電信號進行放大整形後輸出到單片機和輔助電路，進行計算處理後將結果輸送至數據輸入輸出部分。
前述快速檢測化肥各成份含量的儀器，其單色光光源為一組單波長的發光二極體。不同的單色光對應於不同的檢測指標。
前述快速檢測化肥各成份含量的儀器，其單色光光源也可為至少一個全波長的發光二極體，在該發光二極體與多通道比色池之間設有一組活動的濾光片，該濾光片組連接有調節不同波長濾光片的調節旋鈕。
前述快速檢測化肥各成份含量的儀器，其輔助電路包括與單片機相連的電源控制電路、實時時鐘電路、數據存儲電路和系統監控電路。
前述快速檢測化肥各成份含量的儀器，其數據輸入輸出部分包括RS232/USB接口模塊和GPRS/GSM接口模塊。
由上述對本實用新型結構的描述可知，和現有技術相比，本實用新型具有如下優點一，可以對多樣品、多成份的化肥同時進行檢測，具有前處理方便、操作簡單、檢測快速的優點；二，具有結構簡單、體積小、便攜的特點，可隨身攜帶至現場對化肥進行檢測，方便工作人員隨身攜帶使用；三，可通過與計算機連接進行數據採集和整理、存檔，還可通過無線方式將檢測結果實時傳輸到數據中心或上級主管部門的資料庫。
圖1為本實用新型的結構示意圖。
具體實施例下面參照圖1說明本實用新型的具體實施例。
本實施例提供一種快速檢測化肥各成份含量的儀器。參照圖1，該儀器包括單片機1及與單片機1相連的輔助電路部分2、光路部分3、數據輸入輸出部分4。該光路部分3包括光源穩壓控制電路31、單色光光源32、濾光片組33及與其相連的可用於調節不同波長濾光片的調節旋鈕37、多通道比色池34、光電池組35和信號調理電路36。
單色光光源32、濾光片組33、多通道比色池34和光電池組35依次位於同一光路上。光源穩壓控制電路31的輸入端與單片機1相連，電壓輸出端與單色光光源32相連，光源穩壓控制電路31受單片機1控制，為單色光光源32提供恆定的電壓，並控制單色光光源32的開關。單色光光源32產生固定波長的單色光，照射比色池34中的已顯色反應液，光電池組35作為光接收器，用於接收並檢測透過反應液的單色光的光強度，並將光強度信號轉換成電信號送入信號調理電路36。
信號調理電路36的信號輸入端與光電池組35相連，信號輸出端與單片機1相連。單片機1及輔助電路部分2用於計算與控制，該輔助電路部分2包括與單片機1相連的電源控制電路21、實時時鐘電路22、數據存儲電路23和系統監控電路24。電源控制電路21為整臺儀器提供穩定可靠的電源，實時時鐘電路22用於系統計時，數據存儲電路23用於將採集的數據存儲在EEPROM中，系統監控電路24用於監控系統的運行狀態。信號調理電路36將光電池組35產生電信號進行放大整形後輸出到單片機1，進行計算處理後將結果輸送至數據輸入輸出部分4。
數據輸入輸出部分4主要包括RS232/USB接口模塊41和GPRS/GSM接口模塊42，用於與印表機、顯示器、鍵盤、全球衛星定位系統、GSM無線網絡等輸入輸出設備或傳輸網絡連接，以實現人機互動和進一步的數據收集、整理和分析。
在本實施例中，單色光光源32為至少一個全波長的發光二極體，通過調節旋鈕37選擇不同的濾光片，從而得到不同濾長的單色光。然而，很容易想到的是，該單色光光源32也可採用一組單波長的發光二極體，而不需要濾光片組33。
該儀器的工作原理是利用化肥中各成分與相應試劑在常溫下分別發生特異反應，生成某種顏色的產物，反應結果的顏色深淺與化肥中的各成分含量成正比，利用適當波長的單色光測定其吸光值，然後與單片機1內置的標準工作曲線對比，從而得出各成分的大致含量。
固態光源雖然因發散角大、輻射能量低、光譜曲線不易匹配等原因阻礙了其在分析儀器上的採用，但根據光度計檢測原理，在各個樣品濃度點所測出的吸光度是個相對值，在每次測量時，只要把空白、樣品點一併測出，利用其差值繪製標準曲線就可消除固態光源的缺陷，因此本實施例採用固定波長或全波長的超高亮度發光二極體這一固態光源。
光電探測元件採用了高靈敏度的光電池組35，其響應波長範圍為300至1050nm，光照特性為線性，頻率響應特性在0至100kHz。在電路方面採用光致電壓即零偏置工作模式，這種電路雖然工作頻率響應特性較差，長波段靈敏度較低，但在恆定的光照下，為了光靈敏度和線性度，光電池被應用到最大限度，且儀器各個通道的光源波長都處在中短波，從而提高儀器的精密度。同時高靈敏度的光電池頻帶寬，在使用光譜帶寬內的檢測靈敏度高，線性範圍寬，噪聲低或暗電流小、溫漂小，同時與之對應的電路簡單，故障率低、壽命長，能滿足車載使用要求的抗震性。同時可配套12位的AD轉換晶片，以滿足模數轉換方面要求。
其儀器控制軟體利用晶片供應商提供的開發軟體Silicon Laboratories IDE，設計功能強大的、已包括標準工作曲線的儀器控制軟體，其控制界面友好、智能化程度高。由於本儀器的控制系統較為龐大，採用C語言和彙編語言混合編程，設計出滿足儀器功能需要又方便檢測人員使用的界面。其界面採用菜單化管理，人機對話一目了然。只要在樣品預處理完畢，本儀器馬上就可檢測出相應濃度，從速度與精度方面來看，都比同類儀器高一個等級。由於系統控制複雜，所包括的功能較多，又要保存大量的測試數據，採用了64K Flash的大容量單片機。這樣控制程序所佔用四十幾K的內存，又可保存112頁各個項目數據，以備需要查看。
配套的計算機數據處理軟體利用供應商提供的無線模塊接口，用Delphi和彙編語言混合開發出數據無線傳輸軟體及數據處理軟體，可通過遠程接收或與儀器連接接收數據，以便測試數據交流、匯兌，綜合分析給出更全面的評價結論。
軟體系統主要有打開文件、保存文件、列印當前、預覽當前、列印全部、預覽全部、打開串口、數據接受、退出、保存項目、瀏覽項目等控鍵；還要讓用戶輸入監測單位、監測時間、監測地點、檢測人員、受檢食品產地或來源、受檢食品名稱、成批食品數量、抽樣數量、初步處理方式、抽樣人、檢測人、抽樣時間、抽樣地點等相關信息；而檢測項目、受檢食品種類、檢測項目濃度由通信模塊接收到的數據關聯相應的資料庫賦值。編程儘量考慮到用戶使用軟體的方便性，如在主界面把上次填寫的監測單位、監測地點、監測人員、抽樣人、檢測人等一般不常改變的信息自動填寫到窗體上；檢測依據國家標準、國家限量標準等根據所接收的檢測項目信息而改變，減少用戶的輸入工作量。軟體形成自己的文件格式，以便以後導入「化肥質量預警系統」的資料庫。充分考慮到系統的擴充性與兼容性。
該儀器專門針對化肥安全檢測技術的現狀進行設計，利用光學分析原理對化肥中各成分進行快速檢測，實現儀器的數位化、智能化以及適於非專業人員的現場快速測定。該儀器具有結構簡單、濃度直讀、人機界面友好、體積小、交直流兩用和操作方便的特點，它能同時進行化肥中總氮、有效磷、鉀和氯離子含量，且具有數據存儲、查詢、結果列印、傳輸等功能。本儀器適用於工商部門、質量監督部門、農業部門、化肥生產單位等對化肥進行快速檢測。儀器的分析方法大多採用自主研發的快速檢測方法，檢測結果與國家標準方法具有很好的相關性，但檢測成本和速度明顯優於國標方法和其他儀器方法。
上述僅為本實用新型的一個具體實施例，但本實用新型的設計構思並不局限於此，凡利用此構思對本實用新型進行非實質性的改動，均應屬於侵犯本實用新型保護範圍的行為。
權利要求1.快速檢測化肥各成份含量的儀器，其特徵在於包括單片機及與單片機相連的輔助電路部分、光路部分、數據輸入輸出部分，該光路部分包括光源穩壓控制電路、單色光光源、多通道比色池、光電池組和信號調理電路；單色光光源、多通道比色池和光電池組位於同一光路上，比色池位於單色光光源、光電池組二者之間；光源穩壓控制電路的輸入端與單片機及其輔助電路相連，電壓輸出端與單色光光源相連，信號調理電路的信號輸入端與光電池組相連，信號輸出端與單片機相連。
2.如權利要求1所述的快速檢測化肥各成份含量的儀器，其特徵在於所述的單色光光源為一組單波長的發光二極體。
3.如權利要求1所述的快速檢測化肥各成份含量的儀器，其特徵在於所述的單色光光源為至少一個全波長的發光二極體，在該發光二極體與多通道比色池之間設有一組活動的濾光片，該濾光片組連接有調節不同波長濾光片的調節旋鈕。
4.如權利要求1所述的快速檢測化肥各成份含量的儀器，其特徵在於所述的輔助電路包括與單片機相連的電源控制電路、實時時鐘電路、數據存儲電路和系統監控電路。
5.如權利要求1所述的快速檢測化肥各成份含量的儀器，其特徵在於所述的數據輸入輸出部分包括RS232/USB接口模塊和GPRS/GSM接口模塊。
專利摘要快速檢測化肥各成分含量的儀器，包括單片機及與單片機相連的輔助電路部分、光路部分、數據輸入輸出部分，該光路部分包括光源穩壓控制電路、單色光光源、多通道比色池、光電池組和信號調理電路；單色光光源、多通道比色池和光電池組位於同一光路上，比色池位於單色光光源、光電池組二者之間；光源穩壓控制電路的輸入端與單片機及其輔助電路相連，電壓輸出端與單色光光源相連，信號調理電路的信號輸入端與光電池組相連，信號輸出端與單片機相連。該儀器可對多樣品、多成分的化肥同時進行檢測，具有前處理方便、操作簡單、檢測快速的優點；且具有結構簡單、體積小、便攜的特點，可隨身攜帶至現場對化肥進行檢測，方便工作人員隨身攜帶使用。
文檔編號G01N21/78GK2909242SQ20062008507
公開日2007年6月6日 申請日期2006年6月2日 優先權日2006年6月2日
發明者湯新華 申請人:湯新華