一種基于激光波前編碼技術(shù)的振動檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光電工程領(lǐng)域，涉及一種振動檢測方法，特別是一種基于激光波前編碼技術(shù)的振動檢測方法，主要應(yīng)用于振動監(jiān)測、環(huán)境感知、物聯(lián)網(wǎng)、過程控制、先進(jìn)制造、語音采集、聲學(xué)診斷、噪聲分析、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域中的振動檢測。
【背景技術(shù)】
[0002]振動檢測廣泛存在于振動監(jiān)測、環(huán)境感知、物聯(lián)網(wǎng)、過程控制、先進(jìn)制造、語音采集、聲學(xué)診斷、噪聲分析、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域中，并且對振動檢測的需求越來越高。在先技術(shù)中存在振動檢測方法，參見美國專利，專利名稱:Piezoelectric vibrat1n sensor，發(fā)明人:Orten Birger，專利號:US7656524B2，專利授權(quán)時間:2008年05月06日，翻譯成中文名稱為:一種壓電振動傳感器，此在先技術(shù)存在一定特點，但是存在本質(zhì)不足:1)基于壓電原理進(jìn)行振動檢測，基于壓電材料制作成振動傳感器，難于實現(xiàn)遠(yuǎn)距離振動遙測，并且抗干擾能力不強(qiáng)；2)被檢測物以及所處環(huán)境會影響壓電振動傳感過程，影響檢測結(jié)果的正確性和、靈敏度、可靠性；3)壓電材料以及基于壓電材料制作成的振動傳感器存在本征頻率特性，限制了振動信息檢測的頻率響應(yīng)行為，既影響振動檢測信息量和檢測應(yīng)用范圍；4)振動檢測系統(tǒng)構(gòu)建復(fù)雜、功能難于擴(kuò)充，壓電振動傳感器不便于進(jìn)行集成。

【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，提供一種基于激光波前編碼技術(shù)的振動檢測方法，具有高靈敏度、可靠性高、無接觸檢測、無損遙測、抗干擾能力強(qiáng)、頻率特性靈活、信息量高、系統(tǒng)易于構(gòu)建、應(yīng)用范圍廣、功能易于擴(kuò)充、便于集成、構(gòu)建靈活等特點。
[0004]本發(fā)明的基本構(gòu)思是:基于激光散光場相干涉行為和激光波前編碼原理，采用動態(tài)波前偏振和相位編碼，編碼后光場分出回返參考光束，和前行測試光束，測試光束投射到被檢測振動物體上，產(chǎn)生散斑，散斑部分光場經(jīng)過離焦成像部件后，形成載有編碼信息和物體振動信息的信息光束，信息光束和參考光束進(jìn)行重疊干涉，形成干涉場，光電傳感器設(shè)置在干涉區(qū)域，實現(xiàn)干涉信息的光電傳化，振動分析單元對信息進(jìn)行處理得到檢測區(qū)域的振動信息。
[0005]本發(fā)明的一種基于激光波前編碼技術(shù)的振動檢測方法，其具體的技術(shù)方案如下:
[0006]步驟(I)激光光源出射光束的光路上設(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)或傳播行為特性；
[0007]步驟(2)光束調(diào)整部件出射激光光束依次通過波前偏振編碼部件和波前相位編碼部件，波前偏振編碼部件和波前相位編碼部件分別對激光光束進(jìn)行波前相位和偏振進(jìn)行動態(tài)編碼；
[0008]步驟(3)編碼后的激光光束照射到光場分束部件，光場分束部件將編碼后的激光光束分束成回返參考光束和前行測試光束，測試光束投射到被檢測振動物體上，形成激光散射光場，實現(xiàn)激光傳輸散斑光場；
[0009]步驟(4)散斑部分光場經(jīng)過離焦成像部件后，形成載有編碼信息和物體振動信息的信息光束；
[0010]步驟(5)光場分束部件出射的回返參考光束和離焦成像部件出射的信息光束通過光場合束部件后，進(jìn)行光束合束產(chǎn)生干涉區(qū)域，形成干涉場；
[0011]步驟(6)光電傳感器設(shè)置在干涉區(qū)域，將干涉場的信息轉(zhuǎn)化為電信號，再通過振動分析單元對信息進(jìn)行信息融合和特征提取，得到檢測振動物體的振動信息。
[0012]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。
[0013]所述的光束調(diào)整部件為透射式光束調(diào)整部件、反射式光束調(diào)整部件、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。
[0014]所述的波前偏振編碼部件為液晶型偏振編碼部件、微結(jié)構(gòu)型偏振編碼部件、光纖型偏振編碼部件中的一種。
[0015]所述的波前相位編碼部件為液晶型相位編碼部件、微鏡陣列型相位編碼部件、微結(jié)構(gòu)型相位編碼部件、晶體型相位編碼部件、光纖型相位編碼部件中的一種。
[0016]所述的離焦光學(xué)成像部件為折射式光學(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。
[0017]所述的光電傳感器為電荷耦合器件、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體電傳感器中的一種。
[0018]所述的振動分析單元為計算機(jī)、嵌入式系統(tǒng)、數(shù)字信號處理器、移動終端設(shè)備中的一種。
[0019]所述的光場合束部件為直角三棱鏡。
[0020]本發(fā)明中散斑原理、圖像處理技術(shù)、傳感器技術(shù)均為成熟技術(shù)。本發(fā)明的發(fā)明點在于基于激光散光場相干涉行為和激光波前編碼原理，采用動態(tài)波前偏振和相位編碼，散斑部分光場經(jīng)過離焦成像部件后，形成載有編碼信息和物體振動信息的信息光束，信息光束和參考光束進(jìn)行重疊干涉，光電傳感器設(shè)置在干涉區(qū)域，振動分析單元對信息進(jìn)行處理得到檢測區(qū)域的振動信息，給出一種高靈敏度、可靠性高、無接觸檢測、無損遙測、抗干擾能力強(qiáng)、頻率特性靈活、信息量高、系統(tǒng)易于構(gòu)建、應(yīng)用范圍廣、功能易于擴(kuò)充、便于集成、構(gòu)建靈活的基于激光波前編碼技術(shù)的振動檢測方法。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點:
[0022]I)在先技術(shù)基于壓電原理進(jìn)行振動檢測，基于壓電材料制作成振動傳感器，難于實現(xiàn)遠(yuǎn)距離振動遙測，并且抗干擾能力不強(qiáng)。本發(fā)明基于激光散光場相干涉行為，散斑部分光場經(jīng)過離焦成像部件后，形成載有編碼信息和物體振動信息的信息光束，本發(fā)明體現(xiàn)了散斑原理和成像遠(yuǎn)距離工作特性，具有無接觸檢測、無損檢測、可以實現(xiàn)遙測、抗干擾能力強(qiáng)等特點；
[0023]2)由于在先技術(shù)中，被檢測物以及所處環(huán)境會影響壓電振動傳感過程，影響檢測結(jié)果的正確性、靈敏度、可靠性。本發(fā)明本質(zhì)上為激光散斑遙測原理，結(jié)合激光波前編碼原理，采用動態(tài)波前偏振和相位編碼，信息光束和參考光束進(jìn)行重疊干涉光電傳感器實現(xiàn)干涉信息的光電傳化，振動分析單元對信息進(jìn)行處理得到檢測區(qū)域的振動信息，具有高靈敏度、可靠性高、被檢測物形態(tài)和物質(zhì)多樣、信息量高等特點。
[0024]3)先技術(shù)中，壓電材料以及基于壓電材料制作成的振動傳感器存在本征頻率特性，限制了振動信息檢測的頻率響應(yīng)行為，既影響振動檢測信息量和檢測應(yīng)用范圍。本發(fā)明中，振動信息載體為光波，具有高頻寬頻特性，頻率特性不受限于器件機(jī)械性質(zhì)，光電信號處理速度快、頻率范圍廣，本發(fā)明具有頻率響應(yīng)特性寬、信息量完備的特定；
[0025]4)在先技術(shù)中的振動檢測系統(tǒng)構(gòu)建復(fù)雜、功能難于擴(kuò)充，壓電振動傳感器不便于進(jìn)行集成。本發(fā)明采用激光散光場相干涉行為和激光波前編碼原理，振動信息檢測方法具有構(gòu)建靈活、使用便利、應(yīng)用范圍廣、功能易于擴(kuò)充、便于集成等特點。
【附圖說明】
[0026]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】
[0027]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
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