面向土壤含量检测的近红外光谱仪分析与设计

辛琦，安岩 ，董科研 ，李欣航，许燚赟

（1.长春理工大学 空间光电技术研究所，长春 130022；2.长春理工大学 光电工程学院，长春130022）

近年来，近红外光谱技术（NIRS）是发展较为迅速的分析方法，在指导农业施肥、土地监测、土壤普查及“精准农业”等方面具有巨大的优势和发展潜力，前景十分广阔[1]。利用近红外光谱技术在对土壤中的水、有机质、氮素、P、Ca、Zn等含量的预测中有着较好结果。目前，针对土壤含量检测方面的检测仪器较多采用了国外产品，其核心器件是光谱仪，而在该领域方面的自主设计型光谱仪尚未见成熟规模化产品。

基于近红外土壤的检测应用，提出了一种双波段覆盖探测的系统方案，即将探测波段范围分为第一近红外区（900～1700nm）和第二近红外区（1700～2500nm），通过两个光谱仪的叠加探测组成近红外光谱系统。具体设计过程中，考虑复合型消像散思想，完成Czerny-Turner（C-T）光谱仪的结构分析，实现宽波段范围的像散校正，并利用Zemax软件完成宽波段C-T结构的光学设计，设计结果表明，两个近红外波段范围的像质良好，可以有效胜任土壤含量检测工作。

1 土壤类检测技术现状

土壤含量检测主要围绕水、有机质、氮和无机元素（P、Ca、Mg、K）等成分含量进行检测。近些年来，针对土壤检测方面国内相关单位做了大量工作研究，中国农业大学的李民赞课题组对北方潮土中的水分、有机质和全氮含量进行了分析建模，使用仪器为美国Thermo Nicolet公司生产的Antaris型产品，该仪器采用干涉原理，波段范围833～2630nm，光谱分辨率4cm-1[2]；华……