一种野外连续测试原位水稻土高光谱的车载微型铧犁装置的制作方法

本实用新型涉及一种野外土壤高光谱检测装置，尤其是涉及一种野外连续测试原位水稻土高光谱的车载微型铧犁装置。

背景技术：

基于实验室条件下进行的土壤高光谱检测在国内外都已经获得了广泛的认可。然而，室内光谱测量所需的样品采集、运输、制备等过程，削弱了可见近红外(Vis-NIR)高光谱技术无损快速的优势。随着精准农业的发展，对大范围土壤属性利用土壤高光谱进行实时监测的需求越来越迫切，土壤高光谱的野外检量技术显得越来越重要。近年来，构建各种土壤属性预测模型的野外高光谱速测装置成为土壤学的一大热点。这类装置可以分为静态原位测量装置和动态实时测量装置。

野外土壤高光谱的静态原位测量装置大多是在野外采样点处将光谱仪与土壤相对固定地进行光谱采集，一般在光谱仪上配备接触式反射探头对含水野外原状土柱进行光谱测量，用测得的土壤高光谱数据各类土壤属性，如Kusumo等（Kusumo, B.H., Hedley, M.J., Tuohy, M.P., et al. Prediction of soil carbon and nitrogen concentrations and pasture root densities from proximally sensed soil spectral reflectance. Proximal Soil Sensing, Springer Netherlands, 2010: 177-190）、国内中国农业大学的李民赞团队（李民赞，潘娈，郑立华，等。基于近红外漫反射测量的便携式土壤有机质测定仪的开发。光谱学与光谱分析，2010，30（4）：1146-1150。安晓飞，李民赞，郑立华，等。便携式土壤全氮测定仪性能研究。农业机械学报，2012，43（增刊）：283-288。）、浙江大学的史舟团队（郭燕, 纪文君, 吴宏海, 等. 基于野外Vis-NIR光谱的土壤有机质预测与制图. 光谱学与光谱分析, 2013, 33(4): 1135-1140）就成功利用在野外静态原位测量水稻土高光谱进行土壤属性的建模预测和制图。

野外土壤高光谱的动态实时测量装置通常是由具有一定动力的牵引装置牵引，在前进的同时实时测量野外土壤光谱，如比利时Mouazen等（Mouazen, A.M., Karoui, R., De Baerdemaeker, J., et al. On-line measurement of some selected soil properties using a VIS-NIR sensor. Soil & Tillage Research, 2007, 93(1): 13-27.）和美国的Christy（Christy, C.D. Real-time measurement of soil attributes using on-the-go near infrared reflectance spectroscopy. Computers and Electronics in Agriculture, 2008, 61(1): 10-19；Mouazen, A.M., Maleki, M.R., Cockx, L., et al. Optimum three-point link set up for optimal quality of soil spectra collected during on-line measurement, Soil & Tillage Research, 2009, 103(1): 144-152）的研究。

目前，国外的车载动态实时测量土壤属性研究都见于旱地土壤。而对于中国大面积分布的水稻土壤的野外高光谱动态实时测量装置及平台的构建国内外还未见公开报道。由于水稻田存在水旱交替这种特殊的耕作形式，野外土壤高光谱动态实时测量技术对于保证在排水疏干的短暂时间内完成土壤高光谱的快速测量尤为必要。

技术实现要素：

为了克服背景技术领域中对现有土壤属性室内测试存在的相对费时、费力、周期长的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种野外连续测试原位水稻土高光谱的车载微型铧犁装置。

本实用新型采用的技术方案是：

本实用新型的铧犁刀片固定在竖直的铧犁立柱下端右侧面，铧犁立柱柱身上开有多个等间距的铧犁立柱定位孔，铧犁立柱左侧装有竖直的光谱组件立柱，光谱组件立柱柱身上开有多个与铧犁立柱定位孔相对应的光谱组件立柱定位孔，铧犁立柱和光谱组件立柱分别安装在连接桥的孔中，通过铧犁立柱定位杆经铧犁立柱定位孔在连接桥右侧孔中定位，通过光谱组件立柱定位杆经光谱组件立柱定位孔在连接桥左侧孔中定位，铧犁立柱上端面装有铧犁立柱手柄，光谱组件立柱上端面装有光谱组件立柱手柄，光谱组件立柱底端侧面装有保护罩，保护罩朝向光谱组件立柱左侧，保护罩内部有水平放置的固定板,光谱传感器通过光谱传感器固定器成45°固定在固定板上，卤素灯通过卤素灯固定器垂直固定在固定板上，卤素灯与电源相连，光谱传感器通过光纤与光谱仪相连，连接桥通过左侧两个连接桥固定孔固定到微型履带式拖拉机的牵引部件上。

所述保护罩靠近土壤一侧底部开有透光孔，蓝宝石固定在透光孔正上方，蓝宝石横截面中心点和透光孔横截面中心点连线与光谱传感器的中心轴线重合。

本实用新型具有的有益效果是：

本实用新型是利用微型拖拉机拖动微型铧犁切开土壤表层，利用光谱传感器连续采集野外原位水稻土光谱数据，实现野外原位土壤高光谱的快速动态检测；整个装置的设计，一方面可以营造光谱采集所需的暗室环境，避免外界光线进入对测量结果的干扰，另一方面因为有微型拖拉机牵引动力，实现了土壤光谱数据的快速、连续、动态检测，使土壤原位高光谱的大范围实时连续测量更加简单，省时省力。

附图说明

图1是本实用新型的平面结构图。

图2是本实用新型的立体结构图。

图中：1、土壤，2、铧犁刀片，3、刀片固定螺钉，4、铧犁立柱，5、铧犁立柱定位孔，6、连接桥，7、连接桥固定孔，8、犁立柱定位杆，9犁立柱定位手柄，10、光谱组件立柱手柄，11、光谱组件立柱，12、光谱组件立柱定位孔，13、光谱组件立柱定位杆，14、供电电缆，15、光纤、16、保护罩，17、光谱传感器，18、卤素灯，19、固定板，20、传感器固定器，21、透光孔，22、蓝宝石，23、卤素灯固定器，24、保护罩固定螺钉。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1、图2所示，本实用新型的铧犁刀片2通过刀片固定螺钉3固定在竖直的铧犁立柱4下端右侧面，铧犁立柱4柱身上开有5个等间距的铧犁立柱定位孔5，铧犁立柱4左侧装有竖直的光谱组件立柱11，光谱组件立柱11柱身上开有5个与铧犁立柱定位孔5相对应的光谱组件立柱定位孔12，铧犁立柱4和光谱组件立柱11分别安装在连接桥6的孔中，通过铧犁立柱定位杆8经铧犁立柱定位孔5在连接桥6右侧孔中定位，通过光谱组件立柱定位杆13经光谱组件立柱定位孔12在连接桥6左侧孔中定位，铧犁立柱4上端面装有铧犁立柱手柄9，光谱组件立柱11上端面装有光谱组件立柱手柄10，光谱组件立柱11底端侧面装有保护罩16，保护罩16朝向光谱组件立柱11左侧，由三个保护罩固定螺钉24固定在保护罩16内壁，保护罩16内部有水平放置的固定板19, 光谱传感器17通过光谱传感器固定器20成45°(光谱传感器17中心轴线与固定板19成45°夹角)固定在固定板19上，卤素灯18通过卤素灯固定器23垂直固定在固定板19上，卤素灯18通过供电电缆14与电源相连，光谱传感器17通过光纤15与光谱仪相连，连接桥6通过左侧两个连接桥固定孔7固定到微型履带式拖拉机的牵引部件上。

如图1、图2所示，所述保护罩16靠近土壤1一侧底部开有透光孔21，蓝宝石22固定在透光孔21正上方，蓝宝石22横截面中心点和透光孔21横截面中心点连线与光谱传感器17的中心轴线重合。

本实用新型的光谱仪、光谱传感器、卤素灯等都是目前已经商业化的型号，根据需要，可以在市场上进行选购。

本实用新型的操作步骤如下：

1）铧犁静止定位：通过铧犁立柱手柄9，向上拉动铧犁立柱4，铧犁立柱4最下端的铧犁立柱定位孔5与连接桥6上的铧犁立柱定位孔5对齐，用铧犁立柱定位杆8穿过两孔，将铧犁立柱4固定并定位。

2）光谱传感器静止定位：通过光谱组件立柱手柄10，向上拉动光谱组件立柱11，光谱组件立柱11最下端的光谱组件立柱定位孔13与连接桥6上的光谱组件立柱定位孔12对齐，用光谱组件立柱定位杆13穿过两孔，将光谱组件立柱11固定并定位。

3）装置定位：将连接桥6通过连接桥固定孔7固定到微型拖拉机的牵引部件上，通过微型拖拉机的牵引，移动到待测土壤所在位置，制动微型拖拉机，使装置停止前进。

4）铧犁工作定位：将微型拖拉机速度控制在最小，人工提着铧犁立柱手柄9，抽出铧犁立柱定位杆8，缓缓下放铧犁立柱4，使固定在其底端的铧犁刀片2慢慢切入土壤，控制铧犁刀片2切开土壤垂直深度在所需的范围之内，将铧犁立柱定位杆8插入铧犁立柱定位孔5中，固定铧犁立柱4，以使铧犁刀片2相对定位在一个固定位置，其犁开的土壤深度相对固定。

5）人工提着光谱组件立柱手柄10，抽出光谱组件立柱定位杆13，缓缓下放光谱组件立柱11，使固定在其底端的保护罩16连同在固定在其内部的光谱传感器17和卤素灯18慢慢下降，保护罩16底部平面接近但不接触铧犁刀片2新犁开的土壤1水平面，将光谱组件立柱定位杆13插入光谱组件立柱定位孔12中，固定光谱组件立柱11，以使保护罩16相对定位在一个固定位置，固定在其内部的光谱传感器17和卤素灯18能位置相对固定。

6）通过与光谱传感器17相连的电脑设置光谱仪的采样频率，在微型拖拉机驱动装置前进的同时，连续采集野外原位水稻土光谱数据，并实时保存。

上述具体实施方式用来解释说明本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型作出的任何修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。