一種基于多點(diǎn)激光散斑極值跟蹤的振動(dòng)檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種振動(dòng)檢測(cè)方法，特別是一種基于基于多點(diǎn)激光散斑極值跟蹤的振動(dòng)檢測(cè)方法，主要應(yīng)用于振動(dòng)監(jiān)測(cè)、噪聲分析、語音采集、工程測(cè)試、危險(xiǎn)評(píng)估、環(huán)境感知、質(zhì)量檢測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、資源勘探、生物生命、醫(yī)學(xué)醫(yī)療、過程控制、國防安全、物聯(lián)網(wǎng)、過程控制、先進(jìn)制造等領(lǐng)中的振動(dòng)監(jiān)測(cè)。
【背景技術(shù)】
[0002]振動(dòng)是指物體的全部或一部分沿直線或曲線往返出顫動(dòng)，具有一定的時(shí)間規(guī)律或周期，廣義上振動(dòng)還包括聲學(xué)和音頻領(lǐng)域中的研宄工程內(nèi)容。振動(dòng)檢測(cè)廣泛存在于振動(dòng)監(jiān)測(cè)、噪聲分析、語音采集、工程測(cè)試、危險(xiǎn)評(píng)估、環(huán)境感知、質(zhì)量檢測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、資源勘探、生物生命、醫(yī)學(xué)醫(yī)療、過程控制、國防安全、物聯(lián)網(wǎng)、過程控制、先進(jìn)制造等領(lǐng)，并且對(duì)振動(dòng)檢測(cè)的要求也越來越高。在先技術(shù)中存在振動(dòng)信息檢測(cè)方法，一種壓電振動(dòng)傳感器，(參見美國專利，專利名稱:Piezoelectric vibrat1n sensor，發(fā)明人:0rten Birger，專利號(hào):US7656524B2，專利授權(quán)時(shí)間:2008年05月06日)，雖然存在一定的特點(diǎn)，但是仍然存在本質(zhì)不足，I)采用壓電原理進(jìn)行振動(dòng)檢測(cè)，基于壓電材料制作成振動(dòng)傳感器，然后振動(dòng)傳感器與被檢測(cè)物進(jìn)行接觸感知振動(dòng)信息，因此本質(zhì)上無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離振動(dòng)遙測(cè)；2)由于壓電振動(dòng)傳感器與被檢測(cè)物存在近距離相互所用，被檢測(cè)物以及所處環(huán)境會(huì)影響壓電振動(dòng)傳感過程，影響影響檢測(cè)結(jié)果的正確性和靈敏度，進(jìn)而影響振動(dòng)檢測(cè)過程的可靠性；3)由于壓電材料以及基于壓電材料制作成的振動(dòng)傳感器存在自身本質(zhì)機(jī)械頻率特性，固有頻率特性限制了振動(dòng)信息檢測(cè)的頻率響應(yīng)行為，既影響振動(dòng)檢測(cè)信息量〉，又限制了頻率檢測(cè)應(yīng)用范圍；4)在先振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)建復(fù)雜、使用不便利、功能不容易擴(kuò)充。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述技術(shù)的不足，提供基于多點(diǎn)激光散斑極值跟蹤的振動(dòng)檢測(cè)方法，具有無接觸檢測(cè)、無損檢測(cè)、可以實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、高靈敏度、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、頻率響應(yīng)特性寬、信息量高、系統(tǒng)易于構(gòu)建、使用便利、應(yīng)用廣發(fā)、功能易于擴(kuò)充、便于集成等特點(diǎn)。
[0004]本發(fā)明的基本構(gòu)思是:基于多點(diǎn)激光散斑原理和極值跟蹤技術(shù)，多光強(qiáng)峰值激光束照射到被檢測(cè)區(qū)域，被檢測(cè)區(qū)域發(fā)生多點(diǎn)激光散射效應(yīng)，多點(diǎn)激光散斑經(jīng)過離焦光學(xué)成像系統(tǒng)進(jìn)行成像，在離焦光學(xué)成像系統(tǒng)的像空間設(shè)置有光學(xué)微通道板，將用散斑離焦像傳出，每一個(gè)光學(xué)通道與一個(gè)光學(xué)波導(dǎo)相連接，光學(xué)波導(dǎo)的另一端與光電傳感器相連接實(shí)現(xiàn)每個(gè)光學(xué)通道的光電轉(zhuǎn)換，基于電路進(jìn)行信號(hào)放大、去噪、信息差分和比較、得到光信息極值位置演化軌跡，分析模塊得到振動(dòng)頻率特性和振幅信息，通過信息返演輸出模塊進(jìn)行振動(dòng)信息輸出。
[0005]本發(fā)明的一種基于多點(diǎn)激光散斑極值跟蹤的振動(dòng)檢測(cè)方法，其具體的技術(shù)方案如下: 步驟(I)多光強(qiáng)峰值激光光源出射光束為多光強(qiáng)峰值的激光束，多光強(qiáng)峰值的激光束的光路上設(shè)置有光束調(diào)整部件，光束調(diào)整部件調(diào)節(jié)光束參數(shù)或傳播特性，達(dá)到測(cè)量用激光光束和傳播方向；
步驟(2)激光光束照射到被檢測(cè)區(qū)域，被檢測(cè)區(qū)域存在光學(xué)界面，激光光束在光學(xué)界面處被散射，通過多點(diǎn)激光散射效應(yīng)，形成激光散射傳輸光場(chǎng)向外傳播；
步驟(3)激光散射傳輸光場(chǎng)向外傳播的多點(diǎn)激光散斑經(jīng)過離焦光學(xué)成像系統(tǒng)進(jìn)行成像，在離焦光學(xué)成像系統(tǒng)的像空間設(shè)置有光學(xué)微通道板，將用散斑離焦像傳出，光學(xué)微通道板的每一個(gè)光學(xué)通道與一個(gè)光學(xué)波導(dǎo)相連接，光學(xué)波導(dǎo)的另一端與光電傳感器相連接實(shí)現(xiàn)每個(gè)光學(xué)通道的光電轉(zhuǎn)換；
步驟(4)光電轉(zhuǎn)換得到的光電轉(zhuǎn)換信息通過信號(hào)放大和去噪聲模塊對(duì)每一個(gè)光學(xué)通道光電信息的信號(hào)放大和去噪聲，然后利用電路差分比較模塊進(jìn)行所有光學(xué)通道光電信息的差分、比較和位置記錄；
步驟(5)電路差分比較模塊輸出的所有光學(xué)通道光電信息的差分、比較和位置記錄結(jié)果通過光信息極值位置演化軌跡模塊，分析得到光信息極值位置時(shí)域信息，分析模塊得到振動(dòng)頻率特性和振幅信息，通過信息返演輸出模塊進(jìn)行振動(dòng)信息輸出。
[0006]所述的激光光源為諧振腔內(nèi)調(diào)節(jié)高階激光光場(chǎng)出射的激光器、腔外調(diào)制非本征模式多光強(qiáng)峰值光場(chǎng)出射的激光器中的一種。
[0007]所述的腔外調(diào)制非本征模式多光強(qiáng)峰值光場(chǎng)出射的激光器由激光二極管、二極管激光器、氣體激光器、固態(tài)激光器、染料激光器或半導(dǎo)體激光器中的一種與腔外激光調(diào)節(jié)模塊結(jié)合構(gòu)成。
[0008]所述的光束調(diào)整部件為透鏡式光束調(diào)整部件、反射式光束調(diào)整部件、聲光調(diào)制器、電光調(diào)制器、液晶光束調(diào)整部件、微納結(jié)構(gòu)光束調(diào)整部件中的一種。
[0009]所述的離焦光學(xué)成像系統(tǒng)為折射式光學(xué)成像系統(tǒng)、反射式光學(xué)成像系統(tǒng)、混合式光學(xué)成像系統(tǒng)中的一種。
[0010]所述的光電傳感器為光電二極管、光電三極管、雪崩管、光電倍增管的中一種。
[0011]本發(fā)明中散斑原理、圖像處理技術(shù)、光學(xué)微通道板、多信息融合技術(shù)均為成熟技術(shù)。本發(fā)明的發(fā)明點(diǎn)在于基于多點(diǎn)激光散斑原理和極值跟蹤技術(shù)，給出一種無接觸檢測(cè)、無損檢測(cè)、可以實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、高靈敏度、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、頻率響應(yīng)特性寬、信息量高、系統(tǒng)易于構(gòu)建、使用便利、應(yīng)用廣發(fā)、功能易于擴(kuò)充、便于集成的基于多點(diǎn)激光散斑極值跟蹤的振動(dòng)檢測(cè)方法。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
1)在先技術(shù)采用壓電原理進(jìn)行振動(dòng)檢測(cè)，基于壓電材料制作成振動(dòng)傳感器，然后振動(dòng)傳感器與被檢測(cè)物進(jìn)行接觸感知振動(dòng)信息，因此本質(zhì)上無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離振動(dòng)遙測(cè)。本發(fā)明基于多點(diǎn)激光散斑原理和極值跟蹤技術(shù)，多光強(qiáng)峰值激光束照射到被檢測(cè)區(qū)域，被檢測(cè)區(qū)域發(fā)生多點(diǎn)激光散射效應(yīng)，多點(diǎn)激光散斑經(jīng)過離焦光學(xué)成像系統(tǒng)進(jìn)行成像，在離焦光學(xué)成像系統(tǒng)的像空間設(shè)置有光學(xué)微通道板，將用散斑離焦像傳出，進(jìn)而被光電探測(cè)器探測(cè)，通過分析得到振動(dòng)信息，本發(fā)明充分發(fā)揮了多點(diǎn)激光散斑原理和成像遠(yuǎn)距離工作特性，故具有無接觸檢測(cè)、無損檢測(cè)、可以實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、高靈敏度等特點(diǎn)；
2)由于在先技術(shù)中壓電振動(dòng)傳感器與被檢測(cè)物存在近距離相互所用，被檢測(cè)物以及所處環(huán)境會(huì)影響壓電振動(dòng)傳感過程，影響影響檢測(cè)結(jié)果的正確性和靈敏度，進(jìn)而影響振動(dòng)檢測(cè)過程的可靠性。本發(fā)明本質(zhì)上為激光散斑遙測(cè)原理，本質(zhì)上避免了與被檢測(cè)物的直接接觸，并且光學(xué)檢測(cè)原理受外界環(huán)境影響小，同時(shí)，基于電路進(jìn)行信號(hào)放大、去噪、信息差分和比較、所以具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、被檢測(cè)物形態(tài)和物質(zhì)多樣、信息量高等特點(diǎn)；
3)由于壓電材料以及基于壓電材料制作成的振動(dòng)傳感器存在自身本質(zhì)機(jī)械頻率特性，固有頻率特性限制了振動(dòng)信息檢測(cè)的頻率響應(yīng)行為，既影響振動(dòng)檢測(cè)信息量，又限制了頻率檢測(cè)應(yīng)用范圍。本發(fā)明中，基于電路進(jìn)行光信息極值位置演化軌跡分析，分析模塊得到振動(dòng)頻率特性和振幅信息，通過信息返演輸出模塊進(jìn)行振動(dòng)信息輸出，本發(fā)明頻率特性不受限于器件機(jī)械性質(zhì)，并且光電信號(hào)處理速度快、頻率范圍廣，進(jìn)一步增加了信息量；
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