便携式土壤养分近红外光谱分析仪电路系统研究

【摘要】本文主要介绍了便携式土壤养分近红外光谱分析仪探测器驱动系统以及数据采集系统的设计。便携式土壤养分分析仪是实现对耕地土壤养分信息高密度获取的关键设备，是实施精准农业技术的重要工具。精准农业技术要求对农业生产过程进行精确控制，其中重要的一个方面是精确施肥，这需要掌握不同耕地的土壤养分含量情况，这样需要大量快速、便捷的便携式检测仪器。近红外光谱分析技术具有简便、快速、无需试剂等优点，非常适合用于土壤养分的检测。研制专门用于农田土壤养分快速检测的便携式近红外光谱仪可以满足大规模土壤养分检测的需求。本文对便携式土壤养分近红外光谱分析仪的电路系统进行研究，对探测器驱动系统和数据采集系统等部分进行了设计，完成了仪器的整个电路系统并进行了仪器测试与实验。主要研究内容如下：第一部分介绍便携式土壤养分近红外光谱分析仪的意义，对相关的概念进行解释。首先提出仪器研制的意义与背景，介绍所采用的近红外分析技术的物理原理及其优势，对分析使用的化学计量学方法进行阐释。接着介绍不同便携式近红外光谱仪的基本结构，分析各种类型仪器的优缺点，介绍国内外研究的现状。第二部分介绍光谱仪的整体结构。光谱仪使用光栅分光，线阵探测器检测的结构，分光部分使用基于凹面全息光栅的分光系统，探测器使用铟镓砷探测器。仪器使用卤钨灯光源，通过光纤探头对样品进行检测。第三部分介绍探测器驱动系统的设计。探测器由复杂可编程逻辑器件提供驱动信号，电压基准电路、温控电路是探测器正常工作的重要辅助部分。探测器输出的模拟信号需要经过信号调理电路放大并去除直流。第四部分介绍数据采集系统的设计。数据采集系统负责数据的采集与处理，数据的采集由16位模数转换电路完成，转换后的数字信号由以STM32为核心的处理电路处理并传输。这部分详细介绍了各部分电路的芯片选择以及具体电路的设计。最后还介绍了电源电路的设计。第五部分介绍仪器测试与实验。通过实验对仪器信噪比、长期稳定性等指标进行检测。并使用土壤样品进行了土壤养分的定量分析，检测分析结果的准确性。文章最后对研究内容进行总结，对系统的设计提出改进措施。
【作者】于新洋；
【导师】卢启鹏；
【作者基本信息】中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)，光学工程，2013，硕士
【关键词】便携式；近红外光谱仪；土壤养分；线阵探测器；

【参考文献】
[1]周倩.我国农村资金互助社的法律问题研究[D].河北经贸大学,经济法学,2014,硕士.
[2]李平.晨鸣纸业收购美利纸业可行性研究[D].大连理工大学,工商管理,2004,硕士.
[3]王来军,文明浩,李丰,马云龙,鄢阳.GOOSE方式变压器后备保护探讨[J].电力系统自动化,2011,02:84-88.
[4]秦张平.基于旅游者视角下的鄂西生态文化旅游圈旅游竞争力影响因素的研究[D].湖北大学,旅游管理,2011,硕士.
[5]居春荣.GY凹陷SXF地区复杂断块处理解释一体化[J].石油地球物理勘探,2001,06:44-43+42-41+40-0.
[6]俞妍慧.组织因子在人胚胎干细胞诱导分化过程中表达及调控的研究[D].中南大学,临床医学,2013,博士.
[7]张爱美,董雅静,李彦华,吴卫红.我国零售行业上市公司盈余质量评价分析[J].商业会计,2014,13:72-74.
[8]杨彬.超声微泡击破技术对VX2肿瘤激光热消融治疗的影响[D].第四军医大学,生物医学工程,2014,硕士.
[9]田柳笛.高中物理课堂教学中学生认知参与现状及影响因素研究[D].首都师范大学,学科教学,2014,硕士.
[10]谢雨君.论舆论对司法审判的影响[D].西南政法大学,法理学（专业学位）,2012,硕士.
[11]金霞囡.追续权制度研究[D].华东政法大学,法律（专业学位）,2012,硕士.
[12]乔梦瑶.食品供应链风险评估研究[D].首都经济贸易大学,产业经济学,2013,硕士.
[13]杨中华.数据挖掘在客户关系管理中的应用研究[J].湖北汽车工业学院学报,2004,01:44-48.
[14]黄晓梅.化学教学中教师角色转换研究[D].福建师范大学,教育,2003,硕士.
[15]熊希聪.电动汽车充电负荷的概率模拟及对配变寿命损失影响研究[D].重庆大学,电气工程,2014,硕士.
[16]王肖阳.聚烯烃的化学改性及功能化薄膜的制备[D].湖北大学,材料物理与化学,2011,硕士.
[17]邓增艳.基底瓷厚度变化对氧化锆双层瓷结构抗折强度的影响[D].大连医科大学,口腔临床医学,2012,硕士.
[18]郑迟.体绘制采样方法研究[D].浙江工业大学,计算机技术,2012,硕士.
[19]丁书文.断路器失灵保护若干问题分析[J].电力系统自动化,2006,03:89-91.
[20]赵雅.全真一气汤复方多糖对免疫抑制小鼠免疫功能影响初探[D].广州医科大学,中西医结合临床,2014,硕士.
[21]王金龙.KLF4与肝细胞癌发生的关系[D].遵义医学院,普外科（专业学位）,2012,硕士.
[22]薄敏.罪刑配置阶段的刑罚目的研究[D].吉林大学,刑法学,2014,硕士.
[23]胡炎,胡晓侠.二次系统仿真自动测试工具的设计[J].电力系统自动化,2008,22:52-55.
[24]杨永芳,金洁,姬荣琴,曾北青,史晓丽,赵汉英.双亲性石墨烯的制备研究[A].中国化学会高分子学科委员会.2009年全国高分子学术论文报告会论文摘要集（上册）[C].中国化学会高分子学科委员会:,2009:1.
[25]张冬梅.人民币汇率变动与我国商品出口贸易结构研究[D].复旦大学,金融学,2012,硕士.
[26]任卫.毛泽东与《共产党宣言》[D].渤海大学,马克思主义中国化研究,2013,硕士.
[27]侯平.铜离子及铜相关蛋白CUTA在APP表达及Aβ生成中的作用研究[D].厦门大学,化学生物学,2014,硕士.
[28]茜晓哲,王秀果,王雪征,庞建周.我国农产品农药残留超标的原因分析[J].湖南农业科学,2014,16:30-32+34.
[29]李蒙蒙.基于3S的最近50年来莱州湾西—南部淤泥质海岸动力地貌演变[D].鲁东大学,自然地理学,2013,硕士.
[30]杨序斌.暴力视频游戏对个体共情及亲社会行为倾向的影响[D].湖南师范大学,应用心理学,2014,硕士.
[31]刘士坤,何文,张旭东,侯玉昆,张书振,王艳.Si基负极材料在锂离子电池中的研究进展[J].齐鲁工业大学学报(自然科学版),2015,01:30-35.
[32]邵平,许首芳,张佳凤,孙培龙.木糖醇对无糖梅片加工物性及感官品质的影响[J].中国食品学报,2013,11:83-89.
[33]艾则买提·艾赛提.艾比湖流域水系及水文特征变化研究[D].新疆大学,自然地理学,2013,硕士.
[34]陈雅萍.企业不同发展阶段社会责任与绩效相关性实证研究[D].东北大学,会计学,2010,硕士.
[35]李雨洋.中学数学教师课程意识的实证研究[D].东北师范大学,学科教学,2012,硕士.
[36]王文娟,吴春燕,应迎娟,蒋欣欣,叶有新.自体动静脉内瘘扣眼法穿刺并发症的原因分析及护理对策[J].护理与康复,2014,07:684-686.
[37]王娟娟.上党八音会的现状与变迁研究[D].山西师范大学,戏剧戏曲学,2014,硕士.
[38]关婧媛.中小软件企业质量管理体系的探讨[D].北京交通大学,2013.
[39]邓磊.基于改性气体扩散电极的光电芬顿氧化法降解含苯酚废水的研究[D].北京化工大学,材料科学与工程,2013,硕士.
[40]王娜.基于最小二乘支持向量机的北京市肉类需求量预测研究[D].北京交通大学,物流工程（专业学位）,2013,硕士.
[41]于雪龙.基于JBPM的工作流管理平台的设计与实现[D].北京邮电大学,计算机技术（专业学位）,2013,硕士.
[42]李兴健.T-DAA协议在可信平台中的应用[D].东北大学,计算机应用技术,2009,硕士.
[43]吴敏.深圳特区民族关系研究[D].中央民族大学,马克思主义民族理论与民族政策,2004,硕士.
[44]刘德龙.聚丙烯腈树脂的活性自由基可控合成及其改性后吸附性能研究[D].鲁东大学,材料学,2013,硕士.
[45]王佳星.同伴反馈在非英语专业大学生英语写作教学中的应用研究[D].沈阳师范大学,课程与教学论,2013,硕士.
[46]李楠.轴流通风机叶片切割性能的研究[D].东北大学,热能工程,2010,硕士.
[47]杨新武,刘椿年.选择策略对遗传归纳逻辑程序设计收敛性能的影响[J].计算机工程,2003,05:8-9+15.
[48]毛鹏,张军林,许扬,茹锋.区域电网故障诊断系统设计[J].江苏电机工程,2005,06:7-10.
[49]史方彤.煤炭物流供应链网络风险评价模型及应用研究[D].北京交通大学,物流工程（专业学位）,2013,硕士.
[50]阮百尧.大地电磁测深中用一维反演结果近似二维地电断面的效果[J].石油地球物理勘探,1997,04:589-595+604.