机械一体化土壤养分自动检测系统及检测方法技术方案

本发明专利技术公开了机械一体化土壤养分自动检测系统及检测方法，涉及土壤养分检测领域。该系统包括土壤自动取样装置、自动倾倒装置、自动粉碎装置、微波辅助提取装置、微流控芯片、数据采集装置和自动清洗装置。本发明专利技术针对土壤主要养分信息快速获取这一具有重大应用价值的难题，基于检测电极的土壤养分快速检测的方法，开展可靠、快速、低成本自动检测系统的研究，搭建了面向土壤主要养分自动检测平台。搭建了面向土壤主要养分自动检测平台。搭建了面向土壤主要养分自动检测平台。

【技术实现步骤摘要】
机械一体化土壤养分自动检测系统及检测方法


[0001]本专利技术涉及土壤养分检测
，特别是涉及一种机械一体化土壤养分自动检测系统及检测方法。

技术介绍

[0002]土壤硝态氮、铵态氮、速效钾和有效磷，直接影响到作物生长发育状况以及最终产量，因此，粮食产量的提高不仅需要保证土壤能够提供充足的有效态氮磷养分，还要防止过多土壤有效态氮磷流失衍生出来的一系列生态环境问题。为了提高肥料的利用效率、减少过度施肥对环境的污染，通过对土壤养分的快速检测以准确获取土壤中养分的信息就显得尤为重要。
[0003]对于大量的土壤样品测定而言，如果依靠常规实验室的测试方法来完成，则由于其操作过程复杂、劳动强度大而变得十分困难。为了提高土壤养分检测的效率、减少人工成本，迫切需要能够快速精确获取土壤中养分含量的自动化仪器。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了机械一体化土壤养分自动检测系统及检测方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案之一是：一种机械一体化土壤养分自动检测系统，包括土壤自动取样装置、自动倾倒装置、自动粉碎装置、微波辅助提取装置、微流控芯片、数据采集装置、自动清洗装置、上位机和控制器；所述土壤自动取样装置包括取土钻和推动器；所述推动器用于将所述取土钻取好的土壤样本送入所述自动倾倒装置；所述自动倾倒装置包括加热板、转轴和底座；所述加热板通过所述转轴与所述底座转动连接，所述底座上装设有与转轴连接的角度传感器和质量传感器，所述自动倾倒装置用于将送入的土壤样本加热烘干称重后并控制所述加热板的倾倒的角度以使土壤样本送入所述自动粉碎装置；所述自动粉碎装置用于粉碎、研磨和筛取土壤样本并将其通过土样进样管路定量输送至所述微波辅助提取装置；所述微波辅助提取装置包括微波浸提容器、微波谐振腔，所述微波谐振腔包括用于传输电磁波的波导和腔壁，以使电磁波在腔内壁间多次放射、叠加形成驻波场，以强化土壤样本在所述微波浸提容器中土壤试液的浸提；所述微波浸提容器通过一夹管阀和Y型三通与蠕动泵连接以切换浸提剂和清洗液注入所述微波浸提容器内；所述微波浸提容器中的土壤试液通过试液进样管路输送至所述微流控芯片；所述微波辅助提取装置还包括缓冲液瓶，所述缓冲液瓶中的缓冲液通过缓冲液进样管路输送至所述微流控芯片；
所述土壤试液和所述缓冲液在所述微流控芯片中混合并通过所述微流控芯片中的检测电极进行检测，得到的土壤养分信息由数据采集装置采集；所述自动清洗装置用于清洗所述土壤自动取样装置、所述自动倾倒装置和所述自动粉碎装置中的土壤废渣，以及通过清洗管路清洗所述试液进样管路、所述缓冲液进样管路和所述微流控芯片；所述土壤自动取样装置、所述自动倾倒装置、所述自动粉碎装置、所述微波辅助提取装置、所述微流控芯片、所述数据采集装置和所述自动清洗装置与所述控制器相连接；所述控制器与所述上位机相连接。
[0006]优选地，所述土壤自动取样装置还包括电机，所述电机连接所述取土钻；所述自动倾倒装置还包括转动电机，用于控制自动倾倒装置倾倒土壤样本。
[0007]优选地，所述取土钻设有螺旋式刀头。
[0008]优选地，所述土样进样管路上还设有质量控制开关，用于定量控制进入微波辅助提取装置中的土壤样本的质量。
[0009]优选地，所述试液进样管路设有夹管阀、三通和蠕动泵，所述缓冲液进样管路设有另一个夹管阀、另一个三通和另一个蠕动泵；所述清洗管路连通两个所述夹管阀、两个所述三通和两个所述蠕动泵。
[0010]优选地，所述微流控芯片包括进样通道、缓冲液通道和检测通道；所述进样通道连接所述试液进样管路；所述缓冲液通道连接所述缓冲液进样管路；所述进样通道和所述缓冲液通道汇合至所述检测通道并可呈Y字型布局；所述检测通道中设有所述检测电极，所述检测电极包括用于检测土壤试液中亚硝酸根离子、磷酸根离子以及钾离子的工作电极、用于为所述工作电极提供稳定的参考电位的参考电极、以及用于与工作电极组成回路并使所述工作电极上的电流流通的对电极。
[0011]优选地，所述自动清洗装置包括气泵、喷头、第一清洗液瓶、废渣收集瓶和第一废液瓶；所述气泵与所述喷头通过空气管路连接，用于将所述土壤自动取样装置、所述自动倾倒装置和所述自动粉碎装置中的土壤废渣通过气流吹入所述废渣收集瓶；所述第一清洗液瓶通过所述清洗管路连通所述试液进样管路、所述缓冲液进样管路和所述微流控芯片，所述微流控芯片通过废液管路连通所述第一废液瓶。
[0012]本专利技术提供的技术方案之二是：一种利用机械一体化土壤养分自动检测系统的检测方法，所述土壤自动取样装置取样后将土壤样本送入所述自动倾倒装置，所述自动倾倒装置对土壤样本进行加热烘干称重后送入所述自动粉碎装置，所述自动粉碎装置粉碎、研磨和筛取土壤样本并将其通过土样进样管路定量输送至所述微波辅助提取装置，所述微波辅助提取装置将土壤样本浸提后的土壤试液通过所述试液进样管路送入所述微流控芯片，所述微波辅助提取装置还将缓冲液通过所述缓冲液进样管路送入所述微流控芯片，所述微流控芯片中的检测电极对混合的土壤试液和缓冲液进行土壤养分的检测，检测结果由数据采集装置采集；再由所述自动清洗装置对所述土壤自动取样装置、所述自动倾倒装置、所述自动粉碎装置、所述试液进样管路、所述缓冲液进样管路和所述微流控芯片进行清洗；所述控制器与所述土壤自动取样装置、所述自动倾倒装置、所述自动粉碎装置、所述微波辅助提取装置、所述微流控芯片、所述数据采集装置和所述自动清洗装置相连接，起到中枢控制作用；所述上位机与所述控制器
相连接，通过下发命令至所述控制器从而实现检测系统的运行。
[0013]需要说明的是，本专利技术所涉及的各个装置单一的处理过程为公知常识，本领域的技术人员根据上述的描述都可以利用上述装置完成这些处理过程。本专利技术的专利技术点在将各个装置组合使用，故而这些装置的具体操作步骤不做详细描述。
[0014]本技术方案与
技术介绍
相比，它具有如下优点：本专利技术针对农田土壤主要养分信息快速获取这一具有重大应用价值的难题，基于检测电极的土壤养分快速检测的方法，开展可靠、快速、低成本自动检测系统的研究，搭建了面向农田土壤主要养分自动检测平台。
附图说明
[0015]图1为本专利技术实施例的机械一体化土壤养分自动检测系统结构图；图2为本专利技术一优选实施例的微波辅助提取装置结构图。
[0016]附图标记：1.土壤自动取样装置，11.电机，12.取土钻，13.液压推动器；2.自动倾倒装置，21.加热板，22.质量传感器，23.角度传感器，24.转轴，25.底座；3.自动粉碎装置，31.质量控制开关；4.微波辅助提取装置，41.微波浸提容器，42.夹管阀，43.Y型三通，44.蠕动泵，45.微波谐振腔，46.浸提剂瓶，47.第二清洗液瓶，48.第二废液瓶，49.缓冲液瓶；5.微流控芯片，51.进样通道，52.缓冲液通道，53.检测通道；6.数据采集装置；7.自动清洗装置，71.气泵，72.喷头，73.第一清洗液瓶，74.废渣收集瓶，75.第一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机械一体化土壤养分自动检测系统，其特征在于：包括土壤自动取样装置、自动倾倒装置、自动粉碎装置、微波辅助提取装置、微流控芯片、数据采集装置、自动清洗装置、上位机和控制器；所述土壤自动取样装置包括取土钻和推动器；所述推动器用于将所述取土钻取好的土壤样本送入所述自动倾倒装置；所述自动倾倒装置包括加热板、转轴和底座；所述加热板通过所述转轴与所述底座转动连接，所述底座上装设有与转轴连接的角度传感器和质量传感器，所述自动倾倒装置用于将送入的土壤样本加热烘干称重后并控制倾倒的角度以使土壤样本送入所述自动粉碎装置；所述自动粉碎装置用于粉碎、研磨和筛取土壤样本并将其通过土样进样管路定量输送至所述微波辅助提取装置；所述微波辅助提取装置包括微波浸提容器、微波谐振腔，所述微波谐振腔包括用于传输电磁波的波导和腔壁，以使电磁波在腔内壁间多次放射、叠加形成驻波场，以强化土壤样本在所述微波浸提容器中土壤试液的浸提；所述微波浸提容器通过一夹管阀和Y型三通与蠕动泵连接以切换浸提剂和清洗液注入所述微波浸提容器内；所述微波浸提容器中的土壤试液通过试液进样管路输送至所述微流控芯片；所述微波辅助提取装置还包括缓冲液瓶，所述缓冲液瓶中的缓冲液通过缓冲液进样管路输送至所述微流控芯片；所述土壤试液和所述缓冲液在所述微流控芯片中混合并通过所述微流控芯片中的检测电极进行检测，得到的土壤养分信息由数据采集装置采集；所述自动清洗装置用于清洗所述土壤自动取样装置、所述自动倾倒装置和所述自动粉碎装置中的土壤废渣，以及通过清洗管路清洗所述试液进样管路、所述缓冲液进样管路和所述微流控芯片；所述土壤自动取样装置、所述自动倾倒装置、所述自动粉碎装置、所述微波辅助提取装置、所述微流控芯片、所述数据采集装置和所述自动清洗装置与所述控制器相连接；所述控制器与所述上位机相连接。2.根据权利要求1所述的机械一体化土壤养分自动检测系统，其特征在于：所述土壤自动取样装置还包括电机，所述电机连接所述取土钻；所述自动倾倒装置还包括转动电机，用于控制自动倾倒装置倾倒土壤样本。3.根据权利要求1所述的机械一体化土壤养分自动检测系统，其特征在于：所述取土钻设有螺旋式刀头。4.根据权利要求1所述的机械一体化土壤养分自动检测系统，其特征在于：所述土样进样管路上还设有质量控制开关，用于定量控制进入微波辅助提取装置中的土壤样本的质量。5.根据权利要求1所述的机械一体化土壤养分自动检测系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：林雪霞，郭伟斌，赵坤盟，林洪贵，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：