近红外土壤养分含量在线实时检测系统及关键技术研究

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1、工学博士学位论文近红外土壤养分含量在线实时检测系统及关键技术研究于潇禹哈尔滨理工大学2015年6月国内图书分类号：TP274.5，TH79工学博士学位论文近红外土壤养分含量在线实时检测系统及关键技术研究博士研究生：于潇禹导师：施云波申请学位级别：工学博士学科、专业：精密仪器及机械所在单位：测控技术与通信工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨理工大学ClassifiedIndex：TP274.5，TH79DissertationfortheDoctorDegreeofEngineeringResearchofNear-InfaraedSoilNutrientContent

2、Real-timeOnlineDetectionSystemandKeyTechnologyCandidate：YuXiaoyuSupervisor：ShiYunboAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpecialty：PrecisionInstrumentsandMachineryDateofOralExamination：June,2015University：HarbinUniversityofScienceandTechnology哈尔滨理工大学博：±ｒ学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的博±学位论文《近红外±

3、壤养分含量在线实时检测系统及关键技术研究》，是本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻读博±学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除己注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文研究工作做出贡献的个人和集体，均已在文中明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。。作者签名：日期：心／ｒ年月与日＾邊若）［哈尔滨理工大学博±学位论文使用授权书《近红外±壤养分含量在线实时检测系统及关键技术研究》系本人在哈尔滨理工大学攻读博±学位期间在导师指导下完成的博±学位论文。本论文的研究成果归哈尔滨理工大学所有，本论文的研究内容不得其

4、它单位的名义发表。本人完全了解哈尔滨理工大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部口提交论文和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权哈尔滨理工大学可采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可Ｗ公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于保密曰，在年解密后适用授权书。不保密回（请在Ｗ上相应方框内打Ｖ）？＾月。作者签名；曰期：年导曰＾。导师签名＾年＜＾夸；日期；如月日近红外土壤养分含量在线实时检测系统及关键技术研究摘要随着世界人口数量的剧增，人类对于农产品产量和质量的需求也随之大幅提高，而为了满足这一要求，化肥及农药使用量急剧增加，

5、已经严重超过了土壤负荷能力，造成了土壤板结和肥力下降等很多严重的环境问题。因此精细农业的实施就显得尤为重要，而精细农业中的一个重要组成部分就是精细施肥。精细施肥的前提是实时准确地获取土壤中植物生长所须营养物质的准确含量，然后在施肥过程中再依据这些准确数据对化肥和农药的施加量进行科学的配比，实现以最小的化学投入量获得最大的产出效益。而目前对于土壤养分含量的测量方法主要有两种：一种是目前使用最为广泛也最准确的化学分析方法，另一种是近年来刚刚发展起来但并不成熟的近红外光谱分析法。实验室化学检测手段存在着检测效率低下、成本高、检测复杂和操作人为因素影响大等弊端，而近红外光谱法目前仅停留在实验

6、室阶段，存在着近红外光谱仪器成本高昂、缺乏专用检测仪器等缺点，导致近红外检测方法无法在农业生产中实现田间在线实时检测的应用。本研究利用近红外光谱法原理实现土壤养分的田间在线实时准确检测，并分别针对近红外检测土壤养分中的在线检测仪器设计、近红外传感器研制、光谱数据处理方法等几个关键技术进行了研究。研究的主要内容如下：1．研究基于近红外技术的土壤养分在线实时检测终端仪器的设计与实现。在研究过程中针对检测仪器中的关键结构和部件进行小型化设计，控制各部件尺寸，分别完成仪器的光路结构、硬件电路和软件程序的设计。在光路结构的设计中，确定了漫反射原理的检测方式，采用了Czerny-Turner交叉

7、复折式光路结构和平面闪耀光栅实现光线的色散，以完成从近红外复合光到近红外单色光的转换。然后通过光电转换电路实现光信号到电信号的转换，获取土壤的近红外光谱数据，并研究了仪器的测量方法，考核了仪器的性能指标。2．依据MEMS技术研制了一种新型PbS/CuPc复合集成一体的近红外光敏传感器。通过在玻璃基片上采用化学镀膜法制备硫化铅光电导型感知单元，采用真空蒸发镀膜法制备酞菁铜感知单元，实现了在一个玻璃基片上同时制备-I-两种光敏材料以形成两种不同原理的光敏传感器