一種基于激光感知的多參數(shù)檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種多參數(shù)檢測方法，特別是一種基于激光感知的多參數(shù)檢測方法，主要應(yīng)用于物質(zhì)分析、環(huán)境監(jiān)測、資源勘探、食品安全、生物研宄、生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)醫(yī)療、過程控制、國防安全、工程測試、危險評估、環(huán)境感知、物聯(lián)網(wǎng)、先進制造等領(lǐng)域中的多參數(shù)檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]多參數(shù)檢測廣泛存在于物質(zhì)分析、環(huán)境監(jiān)測、資源勘探、食品安全、生物研宄、生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)醫(yī)療、過程控制、國防安全、工程測試、危險評估、環(huán)境感知、物聯(lián)網(wǎng)、先進制造等諸多領(lǐng)域，發(fā)揮重要的作用，例如，在物質(zhì)分析中，希望能利用同一個檢測系統(tǒng)測試多種成分的濃度，提高到信息量，并且降低成本。在先技術(shù)中存在多參數(shù)檢測方法，基于同一檢測裝置測量多個參數(shù)，在先技術(shù)中存在拉曼光譜檢測技術(shù)一種針尖增強拉曼光譜技術(shù)，(參見美國專利，專利名稱:High contrast tip-enhanced Raman spectroscopy，發(fā)明人:Alexei P.Sokolov, Alexander Kisliuk, Disha Mehtant, Ryan D.Hartschuh,Nam-Heui Lee，專利號:US7656524B2，專利授權(quán)時間:2010年2月2日)，雖然存在一定的特點，但是仍然存在本質(zhì)不足，I)采用針尖增強拉曼光譜檢測原理，需要針尖與被檢測物質(zhì)進行近距離相互租用，因此，容易污染被檢測物質(zhì)，并且影響檢測結(jié)果的正確性；2)雖然可以進行多參數(shù)檢測，但是要基于想同物理作用機理，檢測同類物理參數(shù)，系統(tǒng)構(gòu)建靈活性低，信息量少，無法實現(xiàn)振動特性和氣體濃度的同時檢測；3)本檢測方法在本質(zhì)上對被檢測物的材料特性存在本質(zhì)要求，限制了應(yīng)用范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于針對上述技術(shù)的不足，提供基于激光感知的多參數(shù)檢測方法，具有無損檢測、可以實現(xiàn)遙測、基于不同物理檢測原理、實現(xiàn)物質(zhì)濃度和振動參數(shù)檢測、高靈敏度、高信噪比、被檢測物形態(tài)和物質(zhì)多樣、信息量高、系統(tǒng)易于構(gòu)建、應(yīng)用范圍廣、功能易于擴充等特點。
[0004]本發(fā)明的基本構(gòu)思是:基于激光環(huán)境感知，將光譜檢測原理和激光散斑效應(yīng)相結(jié)合，激光束照射到被檢測區(qū)域，激光散斑經(jīng)過光學(xué)成像系統(tǒng)被二維光電傳感器探測，采用離焦成像技術(shù)，通過處理二維成像光電傳感器探測得到的散斑信息，實現(xiàn)被檢測區(qū)域機械振動特性測量；利用強度光電傳感器檢測散射光信號，利用二次諧波吸收光譜分析算法，得到光束經(jīng)過路徑上氣體濃度信息。
[0005]本發(fā)明的基于激光感知的多參數(shù)檢測方法，其具體的技術(shù)方案如下:
步驟(I)激光光源出射光束的光路上設(shè)置有光束整形部件，光束整形部件調(diào)節(jié)光束參數(shù)得到測量用激光光束；
步驟(2)激光光束照射到被檢測區(qū)域，被檢測區(qū)域存在光學(xué)界面，激光光束在光學(xué)界面處被散射，發(fā)生激光散射效應(yīng)，形成激光散射光場，呈現(xiàn)激光傳輸散斑； 步驟(3)激光散射光場經(jīng)過離焦光學(xué)成像系統(tǒng)，成像在二維成像光電傳感器上，二維成像光電傳感器將離焦激光散斑圖像轉(zhuǎn)化為圖像電信號，強度光電傳感器檢測激光散斑光信號，實現(xiàn)激光散斑光強信號的光電轉(zhuǎn)化；
步驟(4)通過處理二維成像光電傳感器探測得到的散斑圖像信息，實現(xiàn)被檢測區(qū)域機械振動特性測量；對強度光電傳感器采集到的光信號，通過利用二次諧波吸收光譜分析算法，得到光束經(jīng)過路徑上氣體濃度信息。
[0006]所述的光束整形部件與被檢測區(qū)域之間設(shè)有光束反射部件，且光束反射部件激光光源出射光束的光路上，光束反射部件設(shè)置于第一成像透鏡的朝向光學(xué)界面一側(cè)，致使光學(xué)系統(tǒng)為同軸系統(tǒng)。
[0007]所述的激光光源為激光二極管、二極管激光器、氣體激光器、固態(tài)激光器、染料激光器、半導(dǎo)體激光器中的一種。
[0008]所述的光束整形部件為透鏡光束整形部件、反射式光束整形部件、液晶光束整形部件、微納結(jié)構(gòu)光束整形部件中的一種。
[0009]所述的二維成像光電傳感器為電荷耦合器件或互補金屬氧化物半導(dǎo)體電傳感器。
[0010]所述的強度光電傳感器為光電二極管、光電三極管、雪崩管、光電倍增管中的一種。
[0011]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。
[0012]所述的強度光電傳感器和被檢測區(qū)域之間設(shè)置有光學(xué)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。
[0013]所述的光學(xué)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和離焦光學(xué)成像系統(tǒng)存在部分光學(xué)元件的共用。
[0014]本發(fā)明中散斑原理、圖像處理技術(shù)、吸收光譜處理技術(shù)、多信息融合技術(shù)均為成熟技術(shù)。本發(fā)明的發(fā)明點在于基于激光環(huán)境感知，將光譜檢測原理和激光散斑效應(yīng)相結(jié)合，給出一種無損檢測、實現(xiàn)遙測、基于不同物理檢測原理、實現(xiàn)物質(zhì)濃度和振動參數(shù)檢測、高靈敏度、高信噪比、被檢測物形態(tài)和物質(zhì)多樣、信息量高、系統(tǒng)易于構(gòu)建、應(yīng)用范圍廣、功能易于擴充等特點的基于激光感知的多參數(shù)檢測方法。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點:
1)在先技術(shù)采用針尖增強拉曼光譜檢測原理，需要針尖與被檢測物質(zhì)進行近距離相互租用，因此，容易污染被檢測物質(zhì)，并且影響檢測結(jié)果的正確性。本發(fā)明基于激光環(huán)境感知，將光譜檢測原理和激光散斑效應(yīng)相結(jié)合，充分發(fā)揮了激光遠(yuǎn)場檢測特性，實現(xiàn)了無損檢測和遙測；
2)在先技術(shù)雖然可以進行多參數(shù)檢測，但是要基于想同物理作用機理，檢測同類物理參數(shù)，系統(tǒng)構(gòu)建靈活性低，信息量少，無法實現(xiàn)振動特性和氣體濃度的同時檢測。本發(fā)明中激光散斑經(jīng)過光學(xué)成像系統(tǒng)被二維光電傳感器探測，通過處理二維成像光電傳感器探測得到的散斑信息，實現(xiàn)機械振動特性測量；利用強度光電傳感器檢測散射光信號，利用二次諧波吸收光譜分析算法，得到光束經(jīng)過路徑上氣體濃度信息，具有基于不同物理檢測原理、實現(xiàn)物質(zhì)濃度和振動參數(shù)檢測、高靈敏度、高信噪比、被檢測物形態(tài)和物質(zhì)多樣、信息量高等特點；
3)在先技術(shù)在本質(zhì)上對被檢測物的材料特性存在本質(zhì)要求，限制了應(yīng)用范圍。本發(fā)明對被檢測物材料特性要求低，對被檢測物質(zhì)的形態(tài)也沒有要求，增加了檢測方法的應(yīng)用范圍，并且系統(tǒng)易于構(gòu)建、應(yīng)用范圍廣、功能易于擴充。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的一種實施例結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0018]如圖1所示，基于激光感知的多參數(shù)檢測方法的實施例，將光譜檢測原理和激光散斑效應(yīng)相結(jié)合，激光束照射到被檢測區(qū)域