一种基于全反射原理测量土壤折射率的方法及装置制造方法及图纸

本申请公开了一种基于全反射原理测量土壤折射率的方法及装置，该方法包括：将待测土壤样品放置在透明陶瓷的表面，并在待测土壤样品与透明陶瓷的分界面上填充一层浸液；无线电磁波发射器发射电磁波光束，电磁波光束沿分界面入射，且电磁波光束在透明陶瓷内发生全反射，全反射后的电磁波光束在透明陶瓷的出射面发生折射；移动CCD传感器，分别记录CCD传感器感应到出射电磁波光束的位置坐标；将位置坐标代入公式计算得到待测土壤样品的折射率。本申请提供的测量方法改进了传统的阿贝折光法，把传统的玻璃棱镜替换成透明陶瓷材料，提高了测量折射率的范围；利用无线电磁波发射器和CCD传感器等光学仪器，极大地提高了测量精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于全反射原理测量土壤折射率的方法及装置
本专利技术涉及折射率测量
，尤其涉及一种基于全反射原理测量土壤折射率的方法及装置。
技术介绍
人类对于材料的应用取决于人类对其的认知水平，可以说，科技水平的进步是随着人类对材料性质的不断深入了解而获得的。折射率是材料的重要光学参数之一，借助折射率能了解材料的光学性能、纯度、浓度以及色散等性质。土壤是人类赖以生存的主要条件之一，其包含了土壤矿物质、有机质、微生物、水分和空气等，同时在不同的外界环境下，土壤成分的不同导致土壤折射率差异较大，因此有必要对特定的土壤样品进行折射率测量。折射率作为材料的一个重要参数，现已有多种测量方法，包括：最小偏向角法、插针法、光干涉法和阿贝折射仪法等。而目前这些方法都有各自的优缺点：最小偏向角法测量精度很高，但被测样品需是特定的三棱状；插针法手动测量角度，测量精度较低，且要求被测样品较厚；光干涉法仅限于薄透明体，且在测量过程中，需要对被测样品和测量光路反复调整，操作复杂，且对仪器的精密要求非常高；阿贝折射仪法计算公式相对复杂，引起误差的因素较多，且要求被测样品的折射率不得大于1.7，对某些样品不能使用。若使用上述测量方法测量土壤折射率，操作复杂，却测量出的折射率精度较低，因此，找到一种简单、快速、精准地测量土壤折射率的方法一直都是折射率测量领域的重点和难点。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于全反射原理测量土壤折射率的方法及装置，以解决现有测量方法测量范围有限，测量精度较低的问题。第一方面，本专利技术提供了一种基于全反射原理测量土壤折射率的方法，所述方法包括：将待测土壤样品放置在透明陶瓷的表面，并在所述待测土壤样品与透明陶瓷的分界面上填充一层浸液；无线电磁波发射器发射电磁波光束，所述电磁波光束沿所述分界面入射，且所述电磁波光束在透明陶瓷内发生全反射，全反射后的电磁波光束在透明陶瓷的出射面发生折射；移动CCD传感器，分别记录所述CCD传感器感应到出射电磁波光束的位置坐标(x1,L1)和(x2,L2)；将位置坐标(x1,L1)和(x2,L2)代入公式计算得到所述待测土壤样品的折射率n，其中n0为透明陶瓷的折射率。可选的，所述移动CCD传感器，分别记录所述CCD传感器感应到出射电磁波光束的位置坐标(x1,L1)和(x2,L2)，具体包括：将所述CCD传感器与透明陶瓷出射面的水平距离x1设置为0，记录所述CCD传感器感应到出射电磁波光束的位置坐标(0,L1)；水平移动所述CCD传感器，将所述CCD传感器与透明陶瓷出射面的水平距离x2设置为d，记录所述CCD传感器感应到出射电磁波光束的位置坐标(d,L2)。第二方面，本专利技术还提供了一种基于全反射原理测量土壤折射率的装置，所述装置包括沿光路依次设置的无线电磁波发射器、透明陶瓷和CCD传感器，其中：所述透明陶瓷包括入射面和出射面，所述入射面与出射面相互垂直，且所述入射面为所述待测土壤样品与透明陶瓷的分界面；所述无线电磁波发射器发出的电磁波光束沿所述分界面入射所述透明陶瓷；所述CCD传感器接收所述出射面射出的电磁波光束，且所述CCD传感器的光束接收面与所述出射面平行。可选的，所述待测土壤样品与透明陶瓷的分界面为光滑水平面。可选的，所述无线电磁波发射器的工作频率为100MHz—300MHz。本专利技术提供的技术方案可以包括以下有益效果：本专利技术提供的基于全反射原理测量土壤折射率的方法及装置，该方法包括：将待测土壤样品放置在透明陶瓷的表面，并在待测土壤样品与透明陶瓷的分界面上填充一层浸液，浸液用于减少样品和透明陶瓷的加工要求；无线电磁波发射器发射电磁波光束，电磁波光束沿分界面入射，光束满足在透明陶瓷内发生全反射条件，并以全反射临界角反射回透明陶瓷内，之后以折射角从透明陶瓷的出射面射出；移动CCD传感器，分别记录CCD传感器感应到出射电磁波光束的位置坐标，测得折射角；将位置坐标代入公式计算得到待测土壤样品的折射率。本申请提供的测量方法改进了传统的阿贝折光法，把传统的玻璃棱镜替换成透明陶瓷材料，提高了测量折射率的范围；利用无线电磁波发射器和CCD传感器等光学仪器，极大地提高了测量精度。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本专利技术。附图说明为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种基于全反射原理测量土壤折射率的方法流程示意图；图2为本专利技术实施例提供的基于全反射原理测量土壤折射率的光线图；图3为本专利技术实施例提供的一种基于全反射原理测量土壤折射率的方法中S300的详细流程示意图；图4为本专利技术实施例提供的一种基于全反射原理测量土壤折射率的装置结构示意图。具体实施方式参见图1，为本专利技术实施例提供的基于全反射原理测量土壤折射率的方法流程图。本申请实施例提供的基于全反射原理测量土壤折射率的方法包括：S100：将待测土壤样品放置在透明陶瓷的表面，并在所述待测土壤样品与透明陶瓷的分界面上填充一层浸液。具体地，将透明陶瓷加工成立方体形状，将待测土壤样品放置在透明陶瓷的上表面。由于样品加工的误差，待测土壤样品的下表面和透明陶瓷的上表面之间会存在间隙，需要填充一层浸液(即折射率液)。土壤折射率一般在1.5-2.0之间，要求浸液(折射率液)的折射率大于待测土壤样品的折射率。由于本申请提供的土壤折射率测量法要求待测土壤样品与透明陶瓷完美贴合，但是，一方面土壤介质存在空气，另一方面透明陶瓷表面因为加工问题，并不光滑，因此浸液的作用一是消除被测固体样品与透明陶瓷之间空气层的影响，二是样品表面只需细磨，免去抛光的麻烦，减少了土壤样品和透明陶瓷的加工要求。S200：无线电磁波发射器发射电磁波光束，所述电磁波光束沿所述分界面入射，且所述电磁波光束在透明陶瓷内发生全反射，全反射后的电磁波光束在透明陶瓷的出射面发生折射。具体地，如图2所示，电磁波光束沿待测土壤样品与透明陶瓷的分界面入射，光束满足在透明陶瓷内发生全反射条件。全反射原理：当光从光密介质向光疏介质传播时，入射角总小于折射角，且折射角随着入射角的增大而增大，当入射角增大到一定值时，折射角增大为90°，即折射光线将沿两介质界面传播，此时的入射角称为临界角，记为i0。若入射角达到临界角后继续增大，光线将不再进入光疏介质，而全部返回光密介质。本申请基于全反射原理，待测土壤样品的折射率(1.5-2.0)小于透明陶瓷的折射率(2.42)，因此待测土壤样品为光疏介质，透明陶瓷为光密介质，将电磁波光束由待测土壤样品向透明陶瓷传播，即由光疏介质向光密介质，电磁波光束沿待测土壤样品与透明陶瓷的分界面入射，即入射角为90°，则光束在分界面上发生全反射，透明陶瓷内的折射角为临界角i0，满足：n＝n0sini0(1)而发生全发射的电磁波光束在射出透明陶瓷的出射面时发生折射，相对于入射光束方向偏折θ°，根据折射定律可得：n0sin(90°-i0)＝sinθ(2)结合式(1)和式(2)可得：S300：移动CCD传感器，分别记录所述CCD传感器感应到出射电磁波光束的位置坐标(x1,L1)和(x2,L2)。具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于全反射原理测量土壤折射率的方法，其特征在于，所述方法包括：将待测土壤样品放置在透明陶瓷的表面，并在所述待测土壤样品与透明陶瓷的分界面上填充一层浸液；无线电磁波发射器发射电磁波光束，所述电磁波光束沿所述分界面入射，且所述电磁波光束在透明陶瓷内发生全反射，全反射后的电磁波光束在透明陶瓷的出射面发生折射；移动CCD传感器，分别记录所述CCD传感器感应到出射电磁波光束的位置坐标(x1,L1)和(x2,L2)；将位置坐标(x1,L1)和(x2,L2)代入公式

【技术特征摘要】
1.一种基于全反射原理测量土壤折射率的方法，其特征在于，所述方法包括：将待测土壤样品放置在透明陶瓷的表面，并在所述待测土壤样品与透明陶瓷的分界面上填充一层浸液；无线电磁波发射器发射电磁波光束，所述电磁波光束沿所述分界面入射，且所述电磁波光束在透明陶瓷内发生全反射，全反射后的电磁波光束在透明陶瓷的出射面发生折射；移动CCD传感器，分别记录所述CCD传感器感应到出射电磁波光束的位置坐标(x1,L1)和(x2,L2)；将位置坐标(x1,L1)和(x2,L2)代入公式计算得到所述待测土壤样品的折射率n，其中n0为透明陶瓷的折射率。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述移动CCD传感器，分别记录所述CCD传感器感应到出射电磁波光束的位置坐标(x1,L1)和(x2,L2)，具体包括：将所述CCD传感器与透明陶瓷出射面的水平距离x1设置为0，记录所述CCD传感器感应到出射...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄继盛，项恩新，李伟，王科，罗俊元，李雪梅，苏礼娅，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司电力科学研究院，云南电网有限责任公司临沧供电局，中光华研电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：云南,53