【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于土壤侵蚀监测，涉及一种基于啁啾45°倾斜光栅的智能化测钎及其测量方法。
技术介绍
1、土壤侵蚀是自然环境与人类活动共同作用下的一种地表破坏过程，常见于农业耕地、河岸、坡地等区域。随着气候变化的加剧和极端天气事件（如暴雨、洪水）的频发，土壤侵蚀问题变得愈发严峻。侵蚀不仅会导致地表土层的流失，降低土壤肥力，影响农业生产，还可能引发山体滑坡、水库淤积等地质灾害，严重威胁生态系统的稳定和人类安全。因此，对土壤侵蚀进行实时监测和预警，掌握侵蚀过程的动态变化，为水土保持和灾害防治提供科学依据，具有重要的现实意义。
2、目前，常用的土壤侵蚀监测技术包括超声波传感、激光测距以及各种类型的地面传感器。这些监测方法通常采用自上而下的信号发射方式，即从测量装置向地表发射超声波或激光信号，通过接收反射回来的信号来计算土壤表面的高度变化。这种方式虽然简单易操作，但也存在明显的局限性：
3、首先，由于地表复杂物质（如石块、植被、杂草等）的存在，反射信号容易受到干扰，导致测量误差较大。特别是在植被覆盖较多的区域，信号会被杂草或其他障碍物反射，使得监测系统无法准确反映土壤的真实变化。
4、其次，传统的超声波或激光测量设备的空间分辨率和灵敏度有限，尤其是在侵蚀程度较轻、土壤表面变化细微的情况下，难以提供高精度的监测数据。
5、此外，这些设备对不同类型的土壤条件适应性较差，需要频繁调整参数才能获得准确结果。
6、当前市场上的一些监测设备多为离散式数据采集系统，依赖人工进行数据读取和分析。这不
7、因此，如何提高监测设备的抗干扰能力、分辨率和实时监控水平，成为水土保持和地质灾害预警系统面临的重要技术挑战。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于啁啾45°倾斜光栅的智能化测钎及其测量方法，解决了目前需要依赖人工进行数据读取和分析的问题。
2、本专利技术是通过以下技术方案来实现：
3、本专利技术公开了一种基于啁啾45°倾斜光栅的智能化测钎，包括光源模块、光栅模块和信号处理模块；
4、所述光栅模块采用啁啾45°倾斜光栅，使用时，光栅模块部分埋设于地下；
5、所述光源模块用于产生连续波长的激光光束；
6、在光源模块与光栅模块之间设置有环形器和偏振器；
7、所述偏振器用于调整激光光束的偏振方向，使激光光束以te偏振光形式入射至光栅模块；当光栅模块的入射激光波长与光栅的局部周期匹配时，激光光束被反射至主光路；
8、环形器连接有光电探测器，经光栅模块反射的光经偏振器和环形器后，被光电探测器接收；
9、信号处理模块与光电探测器连接，用于将光信号转化为电信号，对电信号进行分析，以监测土壤与空气界面处反射光的变化，监测土壤空气位置变化，进而监测土壤侵蚀的实时状态。
10、进一步，所述智能化测钎包括壳体；
11、光源模块、光栅模块、信号处理模块、环形器、偏振器及光电探测器均设置在壳体内；
12、使用时，壳体的部分埋入地下的土壤中，光栅模块竖直设置在壳体中。
13、进一步，壳体一端还设有太阳能板，太阳能板为智能化测钎提供电源。
14、进一步，壳体前端为尖端。
15、进一步，壳体一端还设有无线传输模块，无线传输模块与信号处理模块连接。
16、进一步，信号处理模块通过无线通讯模块连接有远程终端，用于将信号处理模块的处理结果实时传输至远程终端。
17、进一步，所述光源模块采用扫频激光器。
18、进一步，当te偏振光入射到倾斜光栅时，当激光波长λ满足下式所示条件时，光被反射出光纤；
19、
20、其中，ʌ为光栅周期，n1为光纤纤芯的折射率。
21、进一步，所述信号处理模块包括依次连接的信号处理单元、噪声抑制单元、土壤侵蚀趋势分析单元、数据存储单元和通讯单元；
22、信号处理单元，用于实时分析光电探测器输出的电信号，确定土壤与空气界面的变化；
23、噪声抑制单元，用于对信号处理单元输出的电信号的噪声进行滤波处理；
24、土壤侵蚀趋势分析单元，用于对信号处理单元输出的电信号进行土壤侵蚀趋势分析；
25、存储单元，用于对数据进行存储与备份；
26、通讯单元，用于将土壤侵蚀趋势分析单元的处理结果实时传输至监控平台和移动设备，实现远程监控。
27、本专利技术还公开了所述的一种基于啁啾45°倾斜光栅的智能化测钎的测量方法，包括以下过程：
28、将智能化测钎打入土壤中，保证光栅模块部分在地上，部分在地下；
29、光源模块发射出连续波长的激光光束，激光光束经过环形器后，通过偏振器滤波转变为te线偏振光，再入射至光栅模块；
30、随着光源模块的扫频，入射光的波长发生变化，光栅模块利用线性啁啾特性，使不同波长的激光在不同位置处被反射；当激光波长与光栅的局部周期匹配时，反射光束进入主光路，并被光电探测器接收，转换为电信号；
31、当反射光束到达土壤/空气界面的交界处时，发生反射的光强将发生显著变化：若反射光在土壤区域，光信号强度较强；当光束进入空气区域时，反射信号较弱；
32、信号处理模块分析反射光强随土壤与空气界面变化而产生的突变信号，确定出土壤/空气界面的位置变化，进而得到土壤侵蚀的实时状态。
33、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
34、本专利技术公开了一种基于啁啾45°倾斜光栅的智能化测钎，包括光源模块、光栅模块、偏振器、光电探测器和信号处理模块。光栅模块采用线性啁啾结构，部分埋设于地下，从而避免了地表杂草和障碍物对信号的干扰。光源模块产生连续波长的激光，通过偏振器调整激光束为te偏振光，并将其引导入射至光栅，光栅利用其线性啁啾特性，使不同波长的激光在不同位置处被反射。当激光波长与光栅的局部周期匹配时，反射光束进入主光路，并被光电探测器接收，转换为电信号。通过信号处理模块分析反射光强随土壤与空气界面变化而产生的突变信号，能够准确捕捉到土壤与空气界面的微小位置变化，实现对土壤侵蚀的高精度监测。该智能化测钎结构设计紧凑，可避免地表石块、杂草等因素干扰，提高监测精度；这一创新设计不仅提高了测量的分辨率和灵敏度，还减少了地表物体的干扰，使智能化测钎能够在复杂环境中稳定运行。总之，本专利技术的智能化测钎不仅克服了传统测量技术的不足，还为土壤侵蚀监测提供了一种更加可靠、稳定和智能化的解决方案，具有广阔的应用前景。
35、进一步，该智能化测钎支持无线数据传输和远程监控，可在大范围区域内实现土壤侵蚀的动态监测和数据记录，为水土保持和灾害预警提供了强有力的技术支撑。通过本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于啁啾45°倾斜光栅的智能化测钎，其特征在于，包括光源模块（3）、光栅模块（2）和信号处理模块（7）；
2.根据权利要求1所述的一种基于啁啾45°倾斜光栅的智能化测钎，其特征在于，所述智能化测钎包括壳体（1）；
3.根据权利要求2所述的一种基于啁啾45°倾斜光栅的智能化测钎，其特征在于，壳体（1）一端还设有太阳能板（9），太阳能板（9）为智能化测钎提供电源。
4.根据权利要求2所述的一种基于啁啾45°倾斜光栅的智能化测钎，其特征在于，壳体（1）前端为尖端。
5.根据权利要求2所述的一种基于啁啾45°倾斜光栅的智能化测钎，其特征在于，壳体（1）一端还设有无线传输模块（8），无线传输模块（8）与信号处理模块（7）连接。
6.根据权利要求5所述的一种基于啁啾45°倾斜光栅的智能化测钎，其特征在于，信号处理模块（7）通过无线通讯模块连接有远程终端，用于将信号处理模块（7）的处理结果实时传输至远程终端。
7.根据权利要求1所述的一种基于啁啾45°倾斜光栅的智能化测钎，其特征在于，所述光源模块（3）采用扫频激光
8.根据权利要求1所述的一种基于啁啾45°倾斜光栅的智能化测钎，其特征在于，当TE偏振光入射到倾斜光栅时，当激光波长λ满足下式所示条件时，光被反射出光纤；
9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种基于啁啾45°倾斜光栅的智能化测钎，其特征在于，所述信号处理模块（7）包括依次连接的信号处理单元、噪声抑制单元、土壤侵蚀趋势分析单元、数据存储单元和通讯单元；
10.权利要求1-9任意一项所述的一种基于啁啾45°倾斜光栅的智能化测钎的测量方法，其特征在于，包括以下过程：
...【技术特征摘要】
1.一种基于啁啾45°倾斜光栅的智能化测钎，其特征在于，包括光源模块（3）、光栅模块（2）和信号处理模块（7）；
2.根据权利要求1所述的一种基于啁啾45°倾斜光栅的智能化测钎，其特征在于，所述智能化测钎包括壳体（1）；
3.根据权利要求2所述的一种基于啁啾45°倾斜光栅的智能化测钎，其特征在于，壳体（1）一端还设有太阳能板（9），太阳能板（9）为智能化测钎提供电源。
4.根据权利要求2所述的一种基于啁啾45°倾斜光栅的智能化测钎，其特征在于，壳体（1）前端为尖端。
5.根据权利要求2所述的一种基于啁啾45°倾斜光栅的智能化测钎，其特征在于，壳体（1）一端还设有无线传输模块（8），无线传输模块（8）与信号处理模块（7）连接。
6.根据权利要求5所述的一种基于啁啾45°倾斜光栅的智能化...
【专利技术属性】
技术研发人员：雷磊，魏小龙，王鸿，白晓春，王良，赵颖博，王晓涛，刘子瑞，陈青云，宋洋，何梦潇，郭歌，万昊，张明，吴昊，高宇，郭安祥，代晓辉，陈潇一，景龑，赵瑞，徐伟杰，王辰曦，
申请(专利权)人：国网西安环保技术中心有限公司，
类型：发明
国别省市：
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