摘 要：本发明公开了一种用于苎麻种植的土壤成分检测设备，温度传感器固定安装在所述取样管内侧壁，取样管一侧设有装置通道，滑动板件位于装置通道内，滑动板件用于推动托料机构向取样管内部移动，PH检测传感器的检测端插入所述监测腔内，近红外检测单元固定安装在所述监测腔顶部，螺旋输送杆下端插设于所述取样管内，检测腔底部安装有刮料机构。本发明在同一设备上集成了土壤温度检测、pH值检测以及基于近红外光谱的有机质、全氮、有效磷、速效钾检测功能，操作人员只需一次取样，即可获得苎麻种植所必需的六项关键土壤参数，显著提高了现场检测效率，在取样管一侧设置了滑动板件与托料机构，保证了样品的完整性和代表性。
权利要求书
1.一种用于苎麻种植的土壤成分检测设备，包括壳体和取样管，其特征在于：还包括近红外检测单元、PH检测传感器、温度传感器、滑动板件、托料机构、螺旋输送杆和控制单元；
所述温度传感器固定安装在所述取样管内侧壁；
所述取样管连通设于壳体底部，取样管一侧设有装置通道，所述滑动板件位于装置通道内，所述托料机构位于装置通道底部，所述滑动板件用于推动托料机构向取样管内部移动；
所述壳体内中部位置固定安装有隔板，隔板将壳体内部自上而下分隔成元件腔和检测腔，所述控制单元和PH检测传感器固定安装在元件腔内，PH检测传感器的检测端插入所述监测腔内，所述近红外检测单元固定安装在所述监测腔顶部；
所述隔板上部固定安装有第二电机，第二电机用于驱动所述螺旋输送杆转动，螺旋输送杆下端插设于所述取样管内；
所述检测腔底部安装有刮料机构，刮料机构用于将所述螺旋输送杆表面的土壤刮至检测腔内；
所述主控单元与所述近红外检测单元、PH检测传感器、温度传感器电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于苎麻种植的土壤成分检测设备，其特征在于：所述刮料机构包括装置盒、刮料杆和第一电机，所述装置盒固定安装在所述检测腔底部，所述第一电机固定安装在装置盒内，第一电机的输出轴固定安装有偏心轮，所述刮料杆一端与偏心轮接触，另一端贯穿装置盒插设于所述螺旋输送杆的螺纹槽内，所述挂料盒表面固定安装有挡板，挡板与装置盒内侧壁之间固定安装有第一弹簧。
3.根据权利要求1所述的一种用于苎麻种植的土壤成分检测设备，其特征在于：所述托料机构包括顶块、滑杆和第二弹簧，所述装置通道内侧壁下端位置开设有连通取样管的开口，开口用于供顶块穿过，所述顶块位于装置通道内，顶块与所述开口平齐，顶块下端设有一体结构的凸出板，所述滑杆固定安装在装置通道内，滑杆贯穿凸出板，所述第二弹簧套设在滑杆表面，第二弹簧的弹力作用使所述顶块远离所述开口。
4.根据权利要求3所述的一种用于苎麻种植的土壤成分检测设备，其特征在于：所述顶块上端为梯形，所述滑动板件包括滑块和顶板，所述顶板位于所述装置通道内，顶板下端靠近顶块位置的一侧设置有斜面，所述滑块与顶板上端固定连接，所述检测腔内部一侧设有隔水腔，所述顶板上端插设于隔水腔内，所述壳体外侧开设有贯通隔水腔的滑槽口，所述滑块一端伸出于滑槽口外部。
5.根据权利要求1所述的一种用于苎麻种植的土壤成分检测设备，其特征在于：所述螺旋输送杆表面固定安装有搅拌杆，搅拌杆位于检测腔内。
6.根据权利要求1所述的一种用于苎麻种植的土壤成分检测设备，其特征在于：所述检测腔底部和侧表面分别设有出水口和进水口，出水口和进水口中均螺纹配合安装有螺纹塞。
7.根据权利要求2所述的一种用于苎麻种植的土壤成分检测设备，其特征在于：所述壳体外侧安装有显示屏，显示屏用于显示所述温度传感器、近红外检测单元和PH检测传感器检测的数据。
8.根据权利要求7所述的一种用于苎麻种植的土壤成分检测设备，其特征在于：所述主控单元包括微处理器、存储器、光谱数据处理模块和模型计算模块，所述光谱数据处理模块对近红外检测单元采集的近红外光谱进行预处理，所述模型计算模块内嵌有针对苎麻种植土壤建立的有机质与氮磷钾养分反演模型，将预处理后的光谱数据输入模型后，输出有机质含量、全氮含量、有效磷含量和速效钾含量的预测值。
9.根据权利要求7所述的一种用于苎麻种植的土壤成分检测设备，其特征在于：所述壳体顶部固定安装有把手，壳体外侧固定安装有踏板和开关，开关用于控制第一电机和第二电机的启停。
10.一种苎麻种植的土壤成分检测设备的检测方法，其特征在于，应用于如权利要求1-9任一项所述的一种用于苎麻种植的土壤成分检测设备，包括以下步骤：
S1、将所述取样管插入土壤内，所述温度传感器能够检测该土壤的温度；
S2、将所述滑块向下滑动，所述顶板将推动所述顶块向所述取样管内移动，将土壤截断，工作人员可顺利取出土壤；
S3、启动所述第二电机和第一电机，所述螺旋输送杆将取样管内部分土壤提升至检测腔内；
S4、所述刮料杆在偏心轮作用下能够往复与螺旋输送杆接触，从而将螺旋输送杆表面土壤刮下掉落至检测腔内；
S5、通过所述近红外检测单元能够检测土壤中氮、磷、钾养分含量；
S6、通过所述进水口向检测腔注入水，水混合土壤形成浆液，通过PH检测传感器可检测浆液的pH值；
S7、各项检测数据在显示屏上进行显示。
技术领域
本发明涉及土壤检测设备技术领域，具体是一种用于苎麻种植的土壤成分检测设备及方法。
背景技术
苎麻是我国重要的天然纤维作物之一，其纤维具有强度高、吸湿散热快、防霉耐磨等优良特性，在纺织、军工和复合材料等领域应用广泛。然而，苎麻对土壤环境的要求较为严格。
研究表明，苎麻偏好土层深厚、疏松、有机质含量高的砂壤至黏壤土壤，适宜的土壤pH值范围为5.5～7.5，其中以pH6～7为最佳，同时，高产优质苎麻园要求土壤有机质含量在1.5%以上、全氮量在0.1%以上，此外，苎麻在不同生育期对氮、磷、钾的吸收需求各不同，每生产100千克原麻，一般吸收氮10.0千～15.6千克、磷2.6千～3.8千克、钾13.6千～19.4千克，这使得精准掌握种植地块的土壤养分状况成为保证苎麻产量和纤维品质的关键前提，为获得苎麻高产，需结合土壤营养状况进行精准施肥。
目前，目前，苎麻种植土壤检测主要依赖实验室送检法，具体为现场采样后送至专业实验室分析，该方法存在明显缺陷：
检测周期长（数天至两周），无法在施肥前及时获取结果，施肥决策往往依赖经验；每茬苎麻生长期间土壤养分动态变化显著，送检方式无法实现实时跟踪；现有便
携式土壤检测设备虽能测量pH、水分、温度等常规参数，但对有机质及氮磷钾的检测仍依赖化学试剂法（如重铬酸钾氧化法），操作烦琐且污染环境；
现有设备在取样过程中，拔出取样管时上层土壤容易掉落、样品易受扰动，且不同深度土层样品难以分离，检测腔内容易积留残渣，影响检测精度。
因此，本发明提供一种用于苎麻种植的土壤成分检测设备及方法，以解决上述问题。
发明内容
（一）解决的技术问题
本发明提供一种用于苎麻种植的土壤成分检测设备及方法，旨在解决背景技术中所提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种用于苎麻种植的土壤成分检测设备，包括壳体和取样管，还包括近红外检测单元、PH检测传感器、温度传感器、滑动板件、托料机构、螺旋输送杆和控制单元；
所述温度传感器固定安装在所述取样管内侧壁；
所述取样管连通设于壳体底部，取样管一侧设有装置通道，所述滑动板件位于装置通道内，所述托料机构位于装置通道底部，所述滑动板件用于推动托料机构向取样管内部移动；
所述壳体内中部位置固定安装有隔板，隔板将壳体内部自上而下分隔成元件腔和检测腔，所述控制单元和PH检测传感器固定安装在元件腔内，PH检测传感器的检测端插入所述监测腔内，所述近红外检测单元固定安装在所述监测腔顶部；
所述隔板上部固定安装有第二电机，第二电机用于驱动所述螺旋输送杆转动，螺旋输送杆下端插设于所述取样管内；
所述检测腔底部安装有刮料机构，刮料机构用于将所述螺旋输送杆表面的土壤刮至检测腔内；
所述主控单元与所述近红外检测单元、PH检测传感器、温度传感器电性连接。
作为本申请一种优选的技术方案，所述刮料机构包括装置盒、刮料杆和第一电机，所述装置盒固定安装在所述检测腔底部，所述第一电机固定安装在装置盒内，第一电机的输出轴固定安装有偏心轮，所述刮料杆一端与偏心轮接触，另一端贯穿装置盒插设于所述螺旋输送杆的螺纹槽内，所述挂料盒表面固定安装有挡板，挡板与装置盒内侧壁之间固定安装有第一弹簧。
作为本申请一种优选的技术方案，所述托料机构包括顶块、滑杆和第二弹簧，所述装置通道内侧壁下端位置开设有连通取样管的开口，开口用于供顶块穿过，所述顶块位于装置通道内，顶块与所述开口平齐，顶块下端设有一体结构的凸出板，所述滑杆固定安装在装置通道内，滑杆贯穿凸出板，所述第二弹簧套设在滑杆表面，第二弹簧的弹力作用使所述顶块远离所述开口。
作为本申请一种优选的技术方案，所述顶块上端为梯形，所述滑动板件包括滑块和顶板，所述顶板位于所述装置通道内，顶板下端靠近顶块位置的一侧设置有斜面，所述滑块与顶板上端固定连接，所述检测腔内部一侧设有隔水腔，所述顶板上端插设于隔水腔内，所述壳体外侧开设有贯通隔水腔的滑槽口，所述滑块一端伸出于滑槽口外部。
作为本申请一种优选的技术方案，所述螺旋输送杆表面固定安装有搅拌杆，搅拌杆位于检测腔内。
作为本申请一种优选的技术方案，所述检测腔底部和侧表面分别设有出水口和进水口，出水口和进水口中均螺纹配合安装有螺纹塞。
作为本申请一种优选的技术方案，所述壳体外侧安装有显示屏，显示屏用于显示所述温度传感器、近红外检测单元和PH检测传感器检测的数据。
作为本申请一种优选的技术方案，所述主控单元包括微处理器、存储器、光谱数据处理模块和模型计算模块，所述光谱数据处理模块对近红外检测单元采集的近红外光谱进行预处理，所述模型计算模块内嵌有针对苎麻种植土壤建立的有机质与氮磷钾养分反演模型，将预处理后的光谱数据输入模型后，输出有机质含量、全氮含量、有效磷含量和速效钾含量的预测值。
作为本申请一种优选的技术方案，所述壳体顶部固定安装有把手，壳体外侧固定安装有踏板和开关，开关用于控制第一电机和第二电机的启停。
第二方面，本发明还提供了一种苎麻种植的土壤成分检测设备的检测方法，包括以下步骤：
S1、将所述取样管插入土壤内，所述温度传感器能够检测该土壤的温度；
S2、将所述滑块向下滑动，所述顶板将推动所述顶块向所述取样管内移动，将土壤截断，工作人员可顺利取出土壤；
S3、启动所述第二电机和第一电机，所述螺旋输送杆将取样管内部分土壤提升至检测腔内；
S4、所述刮料杆在偏心轮作用下能够往复与螺旋输送杆接触，从而将螺旋输送杆表面土壤刮下掉落至检测腔内；
S5、通过所述近红外检测单元能够检测土壤中氮、磷、钾养分含量；
S6、通过所述进水口向检测腔注入水，水混合土壤形成浆液，通过PH检测传感器可检测浆液的pH值；
S7、各项检测数据在显示屏上进行显示。
本发明在同一设备上集成了土壤温度检测、pH值检测以及基于近红外光谱的有机质、全氮、有效磷、速效钾检测功能，操作人员只需一次取样，即可获得苎麻种植所必需的六项关键土壤参数，无需更换设备或使用多种试剂，显著提高了现场检测效率；
在取样管一侧设置了滑动板件与托料机构：取样完成后，操作人员推动滑块，顶板斜面推动顶块伸入取样管内，将土柱与下层土壤截断；拔出取样管时，顶块托住土柱下端，防止土柱掉落或松动，这一结构解决了传统土钻取样时“拔出过程中上层土壤易滑落”的痛点，保证了样品的完整性和代表性；
采用螺旋输送杆将取样管内的土壤自动提升至检测腔，替代了人工掏取或倾倒的操作方式，省力且标准化，同时，位于检测腔底部的刮料机构将附着的土壤刮落至检测腔，有效避免了样品在螺旋输送杆表面的残留，提高了检测结果的可重复性。
附图说明
图1为一种用于苎麻种植的土壤成分检测设备及方法的结构示意图；
图1
图2为一种用于苎麻种植的土壤成分检测设备的剖视图；
图2
图3为图2中A处结构放大示意图；
图3
图4为图2中B处结构放大示意图；
图4
图5为本发明一种用于苎麻种植的土壤成分检测设备的检测方法的步骤流程图。
图5
图中：
1.壳体；11、显示屏；12、开关；13、隔板；131、近红外检测单元；132、PH检测传感器；14、元件腔；15、检测腔；151、装置盒；152、刮料杆；153、第一电机；154、偏心轮；155、第一弹簧；156、挡板；16、出水口；17、进水口；18、滑槽口；19、隔水腔；2、取样管；21、装置通道；22、温度传感器；23、开口；3、把手；4、踏板；5、滑动板件；51、滑块；52、顶板；6、托料机构；61、顶块；62、凸出板；63、滑杆；64、第二弹簧；7、控制单元；8、螺旋输送杆；81、第二电机；82、搅拌杆。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参阅图1至图4所示，本发明提供一种用于苎麻种植的土壤成分检测设备，包括壳体1和取样管2，还包括近红外检测单元131、PH检测传感器132、温度传感器22、滑动板件5、托料机构6、螺旋输送杆8和控制单元7；
所述温度传感器22固定安装在所述取样管2内侧壁，温度传感器22为铂电阻式，精度±0.2℃；
所述取样管2连通设于壳体1底部，取样管2为中空圆筒状结构，其下端为锥形，取样管2一侧设有装置通道21，所述滑动板件5位于装置通道21内，所述托料机构6位于装置通道21底部，所述滑动板件5用于推动托料机构6向取样管2内部移动；
所述壳体1内中部位置固定安装有隔板13，隔板13将壳体1内部自上而下分隔成元件腔14和检测腔15，所述控制单元7和PH检测传感器132固定安装在元件腔14内，PH检测传感器132的检测端插入所述监测腔15内，所述近红外检测单元131固定安装在所述监测腔15顶部；
近红外检测单元131采用微型近红外光谱传感器，用于采集检测腔15内土壤样品的漫反射光谱；
PH检测传感器132采用复合型pH电极，其检测端伸入检测腔15内，用于测量土壤与水的混合浆液的pH值。
所述隔板13上部固定安装有第二电机81，第二电机81用于驱动所述螺旋输送杆8转动，螺旋输送杆8下端插设于所述取样管2内；
所述检测腔15底部安装有刮料机构，刮料机构用于将所述螺旋输送杆8表面的土壤刮至检测腔15内；
所述控制单元7与所述近红外检测单元131、PH检测传感器132、温度传感器22电性连接。
本实施例中，所述刮料机构包括装置盒151、刮料杆152和第一电机153，所述装置盒151固定安装在所述检测腔15底部，所述第一电机153固定安装在装置盒151内，第一电机153的输出轴固定安装有偏心轮154，所述刮料杆152一端与偏心轮154接触，另一端贯穿装置盒152插设于所述螺旋输送杆8的螺纹槽内，所述挂料盒152表面固定安装有挡板156，挡板156与装置盒152内侧壁之间固定安装有第一弹簧155，第一弹簧155的弹力使刮料杆152始终具有离开螺旋输送杆8的运动趋势，从而在偏心轮154转动时，刮料杆152实现往复运动；
第一电机153驱动偏心轮154旋转，偏心轮154推动刮料杆152往复运动：当刮料杆152右端伸入螺旋输送杆8的螺纹槽时，将附着在螺旋叶片间的土壤刮落，使其落入检测腔15内。
本实施例中，所述托料机构6包括顶块61、滑杆63和第二弹簧64，所述装置通道21内侧壁下端位置开设有连通取样管2的开口23，开口23用于供顶块62穿过，所述顶块61位于装置通道21内，顶块62与所述开口23平齐，顶块61下端设有一体结构的凸出板62，所述滑杆63固定安装在装置通道21内，滑杆63贯穿凸出板62，所述第二弹簧64套设在滑杆63表面，第二弹簧64的弹力作用使所述顶块62远离所述开口23。
本实施例中，所述顶块62上端为梯形，所述滑动板件5包括滑块51和顶板52，所述顶板52位于所述装置通道21内，顶板52下端靠近顶块62位置的一侧设置有斜面，所述滑块51与顶板52上端固定连接，所述检测腔15内部一侧设有隔水腔19，所述顶板52上端插设于隔水腔19内，所述壳体1外侧开设有贯通隔水腔19的滑槽口18，所述滑块51一端伸出于滑槽口18外部；
操作人员用手指将滑块51沿滑槽口18向下滑动。滑块51带动顶板52向下移动，顶板52下端的斜面推动顶块61的梯形上端，使顶块61克服第二弹簧64的弹力，穿过开口23伸入取样管2内部，将取样管2内的土柱（底部已插入的整段土壤）在与下层土壤的连接处切断。此时，操作人员将设备整体向上拔出，由于土柱已被截断且下方由顶块61托住，土样不会掉落，完整保留在取样管2内。
本实施例中，所述螺旋输送杆8表面固定安装有搅拌杆82，搅拌杆82位于检测腔15内。
本实施例中，所述检测腔15底部和侧表面分别设有出水口16和进水口17，出水口16和进水口17中均螺纹配合安装有螺纹塞；
操作人员旋拧打开进水口17的螺纹塞，用注射器或滴管向检测腔15内注入约20～30ml蒸馏水（或去离子水），再次启动第二电机81，此时螺旋输送杆8带动搅拌杆82旋转，将土壤与水充分混合形成均匀浆液（搅拌时间约30秒），关闭第二电机81，等待浆液静置约1分钟，PH检测传感器132检测浆液的pH值（内置温度补偿），控制单元7读取pH值后显示在显示屏11上。检测完成后，打开出水口16的螺纹塞，排出废液和土壤残渣，然后从进水口17注入清水清洗检测腔15，废液从出水口16排出，清洗后关闭两个螺纹塞。
本实施例中，所述壳体1外侧安装有显示屏11，显示屏11用于显示所述温度传感器22、近红外检测单元131和PH检测传感器132检测的数据。
本实施例中，所述主控单元包括微处理器、存储器、光谱数据处理模块和模型计算模块，所述光谱数据处理模块对近红外检测单元131采集的近红外光谱进行预处理，所述模型计算模块内嵌有针对苎麻种植土壤建立的有机质与氮磷钾养分反演模型，将预处理后的光谱数据输入模型后，输出有机质含量、全氮含量、有效磷含量和速效钾含量的预测值；
控制单元7自动启动近红外检测单元131，向检测腔15内的土壤样品发射近红外光，采集漫反射光谱（每个样品采集3次，取平均），光谱数据处理模块对原始光谱进行预处理，模型计算模块调用内嵌的苎麻种植土壤有机质与氮磷钾反演模型，计算得到有机质含量、全氮含量、有效磷含量、速效钾含量的预测值。检测结果实时显示在显示屏11上，同时存入存储器。
本实施例中，所述壳体1顶部固定安装有把手3，壳体1外侧固定安装有踏板4和开关12，开关12用于控制第一电机153和第二电机81的启停；踏板4可方便使用者脚踩，使得取样管2能够顺利插入土壤内。
如图2所示，本发明还提供一种苎麻种植的土壤成分检测设备的检测方法，包括以下步骤：
S1、将所述取样管2插入土壤内，所述温度传感器22能够检测该土壤的温度；
S2、将所述滑块51向下滑动，所述顶板52将推动所述顶块61向所述取样管2内移动，将土壤截断，工作人员可顺利取出土壤；
S3、启动所述第二电机81和第一电机153，所述螺旋输送杆8将取样管2内部分土壤提升至检测腔15内；
S4、所述刮料杆152在偏心轮154作用下能够往复与螺旋输送杆8接触，从而将螺旋输送杆8表面土壤刮下掉落至检测腔15内；
S5、通过所述近红外检测单元131能够检测土壤中氮、磷、钾养分含量；
S6、通过所述进水口17向检测腔15注入水，水混合土壤形成浆液，通过PH检测传感器132可检测浆液的pH值；
S7、各项检测数据在显示屏11上进行显示。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
文章摘自国家发明专利，一种用于苎麻种植的土壤成分检测设备及方法，发明人:党德勇，冯金彪，申请号:202610974368.0，申请日:2026.07.01。
