一种红外成像故障检测装置及构型方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种红外成像故障检测装置及构型方法，该装置包括沿光入射方向依次同轴设置的超表面透镜、探测器和信号发射单元，其中，超表面透镜用于接收热信号的红外光，并将红外光聚焦为聚焦光斑，探测器的焦平面用于接收聚焦光斑，并将聚焦光斑转换为电信号，信号发射单元用于接收电信号，并将电信号传输至无线接收端。本发明专利技术的有益效果是：通过利用单片的厚度小、重量轻、平面构型的超表面透镜替代多个透镜组合，实现故障检测装置的小型化和轻型化，从而能够应用于无人机智能巡检等场景中，或搭载在在电网设备或线路中。或搭载在在电网设备或线路中。或搭载在在电网设备或线路中。

【技术实现步骤摘要】
一种红外成像故障检测装置及构型方法


[0001]本专利技术涉及红外成像
，尤其涉及一种红外成像故障检测装置及构型方法。

技术介绍

[0002]现有电网系统大量采用成像方法检测电网故障，成像方法主要具有三大优势，第一，可以在不断电的情况实施检测，第二，易于判断故障点的位置，第三，检测行为本身不会损伤电网设备或线路。其中，由于电网设备故障点产生的热信号的发光谱段为红外波段，所以红外成像探测系统更被大量应用于检测活动中，但当前的红外成像探测系统由于使用多个透镜组合，导致系统整体的体积和重量较大，不利于广泛应用于无人机智能巡检等场景中，也不利于搭载在电网设备或线路中。

技术实现思路

[0003]针对上述问题，本专利技术提出一种红外成像故障检测装置及构型方法，主要解决现有红外成像探测系统的体积和重量较大的问题。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术第一方面提出一种红外成像故障检测装置，包括沿光入射方向依次同轴设置的超表面透镜、探测器和信号发射单元，其中，所述超表面透镜用于接收热信号的红外光，并将所述红外光聚焦为聚焦光斑，所述探测器的焦平面用于接收所述聚焦光斑，并将所述聚焦光斑转换为电信号，所述信号发射单元用于接收所述电信号，并将所述电信号传输至无线接收端。
[0005]在一些实施方式中，所述超表面透镜包括基片，以及阵列排布在所述基片的出射面的若干微纳结构。
[0006]在一些实施方式中，所述基片为平面。
[0007]在一些实施方式中，任意两个所述微纳结构之间的高度相同，横截面尺寸不同。
[0008]在一些实施方式中，所述微纳结构的横截面尺寸根据所述红外光预期的折射相位分布，以及所述红外光经过各个所述微纳结构后的相位参数空间共同确定。
[0009]在一些实施方式中，所述基片和所述微纳结构采用相同材料/不同材料制成。
[0010]在一些实施方式中，所述超表面透镜采用硅、锗、硒化锌、硫化锌、氟化钙、氟化镁、氟化钡、氟化锂或砷化镓制成。
[0011]在一些实施方式中，所述探测器采用铟镓砷红外探测器、碲镉汞红外探测器、氧化钒红外探测器或非晶硅红外探测器。
[0012]本专利技术第二方面提出一种红外成像故障检测装置构型方法，用于上述的红外成像故障检测装置，包括以下步骤：
[0013]S1，根据红外光的发光波段和应用场景需求确定超表面透镜的工作波段、口径和焦距，并相应选取探测范围涵盖所述工作波段的探测器；
[0014]S2，根据红外光经过超表面透镜聚焦于探测器的焦平面的成像要求，以及所述工
作波段、所述口径和所述焦距，计算超表面透镜预期的相位分布；
[0015]S3，对微纳结构的横截面尺寸进行基于电磁仿真的参数扫描，建立微纳结构的相位参数空间，所述相位参数空间中包含红外光经过微纳结构后获得的相位改变量与微纳结构的横截面尺寸之间的对应关系；
[0016]S4，根据所述相位分布和所述相位参数空间，确定超表面透镜上各微纳结构的横截面尺寸和阵列排布的间隔，并沿光入射方向依次同轴设置超表面透镜、探测器以及信号发射单元。
[0017]本专利技术的有益效果为：通过利用单片的厚度小、重量轻、平面构型的超表面透镜替代多个透镜组合，实现故障检测装置的小型化和轻型化，从而能够应用于无人机智能巡检等场景中，或搭载在在电网设备或线路中。
附图说明
[0018]图1为本专利技术实施例一公开的红外成像故障检测装置的结构示意图。
具体实施方式
[0019]为使本专利技术解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0020]在本专利技术的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0021]实施例一
[0022]本实施例提供一种红外成像故障检测装置，如图1所示，包括沿光入射方向依次同轴设置的超表面透镜1、探测器2和信号发射单元3，其中，超表面透镜1用于接收热信号的红外光，并将红外光聚焦为聚焦光斑，探测器2的焦平面用于接收聚焦光斑，并将聚焦光斑转换为电信号，信号发射单元3用于接收电信号，并将电信号传输至无线接收端。
[0023]在本实施例中，通过利用单片的厚度小、重量轻、平面构型的超表面透镜1替代多个透镜组合，实现故障检测装置的小型化和轻型化，从而能够应用于无人机智能巡检等场景中，或搭载在在电网设备或线路中。
[0024]具体的，上述的超表面透镜1包括基片101，以及阵列排布在基片101的出射面的若干微纳结构102。基片101的作用为承载微纳结构102，微纳结构102的作用为调控红外光的相位，使红外光聚焦至探测器焦平面上。
[0025]更优的，基片101为平面，任意两个微纳结构102之间的高度相同，横截面尺寸不同。其目的在于：微纳结构102设置为高度相同，能够降低刻蚀工艺难度，微纳结构102设置为横截面尺寸不同，则是因为不同横截面尺寸的微纳结构102对红外光的相位调控效果不同。通过精确分布不同横截面尺寸的微纳结构102，使其相位满足工作波段内的相位分布要
求，起到聚焦红外光的效果。相位分布的具体计算方法为，以光轴上的红外光为参考，它传播至焦点处的总相位(或总光程)为，入射到光轴上的微纳结构102时的初相位，加上分布在该微纳结构102的相位，加上从该微纳结构102离开在自由空间中传播到焦点处的传播相位；光轴外的红外光的总相位(或总光程)为，入射到光轴外的微纳结构102时的初相位，加上分布在该微纳结构102的相位，加上从该微纳结构102离开在自由空间中传播到焦点处的传播相位；光轴外经任意微纳结构102的红外光的总光程与光轴上红外光的总光程应相等，才能使得经任意微纳结构102的红外光在探测器焦平面上发生相干相加形成焦斑；其中，从不同位置的微纳结构102离开在自由空间中传播到焦点处的传播相位是不同的(因为传播距离不同)，那么为了满足总光程相等，就可以得到不同位置的微纳结构102所需提供的具体相位。
[0026]在本实施例中，上述的微纳结构102的横截面尺寸根据红外光预期的折射相位分布，以及红外光经过各个微纳结构后的相位参数空间共同确定。
[0027]可选的，基片101和微纳结构102采用相同材料/不同材料制成。基片101和微纳结构102采用相同材料能够简化加工工艺，比如用硅晶圆或锗晶圆等，基片和微纳结构均为硅或均为锗，就不需要在基片上沉积硅或锗。基片101和微纳结构102采用不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种红外成像故障检测装置，其特征在于，包括沿光入射方向依次同轴设置的超表面透镜、探测器和信号发射单元，其中，所述超表面透镜用于接收热信号的红外光，并将所述红外光聚焦为聚焦光斑，所述探测器的焦平面用于接收所述聚焦光斑，并将所述聚焦光斑转换为电信号，所述信号发射单元用于接收所述电信号，并将所述电信号传输至无线接收端。2.如权利要求1所述的红外成像故障检测装置，其特征在于，所述超表面透镜包括基片，以及阵列排布在所述基片的出射面的若干微纳结构。3.如权利要求2所述的红外成像故障检测装置，其特征在于，所述基片为平面。4.如权利要求2所述的红外成像故障检测装置，其特征在于，任意两个所述微纳结构之间的高度相同，横截面尺寸不同。5.如权利要求4所述的红外成像故障检测装置，其特征在于，所述微纳结构的横截面尺寸根据所述红外光预期的折射相位分布，以及所述红外光经过各个所述微纳结构后的相位参数空间共同确定。6.如权利要求2所述的红外成像故障检测装置，其特征在于，所述基片和所述微纳结构采用相同材料/不同材料制成。7.如权利要求1所述的红外成像故障检测装置，其特征在于，所述超表...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，田兵，王志明，李立浧，徐振恒，谭泽杰，韦杰，陈仁泽，林跃欢，张伟勋，钟枚汕，何毅，卢星宇，
申请(专利权)人：南方电网数字电网研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：