一种跨介质水下振动感知探测装置及其探测方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种跨介质水下振动感知探测装置及其探测方法，该装置包括激光光源、光束整形系统、成像透镜、光探测器和微型计算机；所述激光光源和光束整形系统共轴位于水面上方一侧，成像透镜、光探测器和微型计算机位于水面上方另一侧；所述激光光源和光束整形系统连接，激光光源输出的激光经光束整形系统整形后照射至水面从而被调制；所述成像透镜、光探测器和微型计算机依次连接，被调制的激光回波通过成像透镜到达光探测器，光探测器将信号输出至微型计算机中进行处理；该发明专利技术利用激光回波的空间分布提取振动信息，具有结构简单、容易部署的优点，可有效提高水下振动的探测精度和探测频率，探测效果好。探测效果好。探测效果好。

【技术实现步骤摘要】
一种跨介质水下振动感知探测装置及其探测方法


[0001]本专利技术涉及激光微振动测量
，具体涉及一种跨介质水下振动感知探测装置及其探测方法。

技术介绍

[0002]激光微振动测量是一种高精度的微振动测量方法，具有系统简单、操作容易、与被测对象非接触等优点，因此引起了广大研究人员的兴趣。
[0003]激光照射被测物体时，被测物体会调制激光的波前，引起回波频率、相位以及空间分布等特性的变化，通过记录分析这些变化，可以提取出被测物体的振动信息。当前主流的激光微振动测量技术，主要根据多普勒效应引起的回波频移提取振动信息。为了提取频移信息，需要搭建比较复杂的相干探测光路。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种跨介质水下振动感知探测装置及其探测方法，该跨介质水下振动感知探测装置利用激光回波的空间分布提取振动信息，具有结构简单、容易部署的优点，可有效提高水下振动的探测精度和探测频率，探测效果好。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种跨介质水下振动感知探测装置，包括激光光源、光束整形系统、成像透镜、光探测器和微型计算机；所述激光光源和光束整形系统共轴位于水面上方一侧，成像透镜、光探测器和微型计算机位于水面上方另一侧；所述激光光源和光束整形系统连接，激光光源输出的激光经光束整形系统整形后照射至水面从而被调制；所述成像透镜、光探测器和微型计算机依次连接，被调制的激光回波通过成像透镜到达光探测器，光探测器将信号输出至微型计算机中进行处理。
[0007]优选地，所述激光光源输出的激光为相干激光。
[0008]优选地，所述光探测器为高帧速传感器。
[0009]优选地，所述高帧速传感器为高帧速线阵CMOS传感器，高帧速线阵CMOS传感器的最高线频为51kHz，高帧速线阵CMOS传感器探测的最高频率为25.5kHz。
[0010]优选地，所述激光光源和光束整形系统同轴连接，成像透镜和光探测器同轴连接。
[0011]一种跨介质水下振动感知探测方法，采用跨介质水下振动感知探测装置进行探测，包括以下步骤：
[0012]S1、调整激光光源输出端的光束整形系统，调节激光输出的光束尺寸，并将整形后的激光照射到水面；
[0013]S2、根据成像透镜与光探测器的参数及成像透镜与被测水面的距离，调整成像透镜的参数，用于成像透镜将激光空间信息以所需的空间分辨率成像到光探测器的传感面上；
[0014]S3、设置光探测器的时间分辨率，使光探测器的采样频率时域上满足那奎斯特采
样定律；
[0015]S4、将光探测器采集到的光束空间信息传输到微型计算机中进行信号处理，计算得出水面的微小位移信息；
[0016]S5、根据水面的微小位移信息和同步的时间信息，将微小位移信息进行归一化、数字化、滤波处理，获取水下振动的波形信息。
[0017]优选地，一种跨介质水下振动感知探测方法，还包括步骤S6，步骤S6具体过程为：根据步骤S5中得到的水下振动的波形信息计算信噪比，若信噪比低于预先设定的阈值时，重复步骤S1,对激光光源输出端的光束整形系统进行重新调整。
[0018]优选地，步骤S2中所需的空间分辨率为最小光斑在各个方向上至少占据两个像素的面积。
[0019]采用上述技术方案后，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术利用激光回波的空间分布提取振动信息，具有结构简单、容易部署的优点，可有效提高水下振动的探测精度和探测频率，探测效果好。
附图说明
[0020]图1为本专利技术的跨介质水下振动感知探测装置的结构示意图；
[0021]图2为本专利技术的跨介质水下振动感知探测方法的流程图。
具体实施方式
[0022]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0023]实施例
[0024]如图1至图2所示，一种跨介质水下振动感知探测装置，包括激光光源1、光束整形系统2、成像透镜3、光探测器4和微型计算机5；所述激光光源1和光束整形系统2共轴位于水面6上方一侧，成像透镜3、光探测器4和微型计算机5位于水面6上方另一侧；所述激光光源1和光束整形系统2连接，激光光源1输出的激光经光束整形系统2整形后照射至水面6从而被调制；所述成像透镜3、光探测器4和微型计算机5依次连接，被调制的激光回波通过成像透镜3到达光探测器4，光探测器4将信号输出至微型计算机5中进行处理。
[0025]如图1至图2所示，所述激光光源1输出的激光为相干激光。
[0026]如图1至图2所示，所述光探测器4为高帧速传感器。
[0027]如图1至图2所示，所述高帧速传感器为高帧速线阵CMOS传感器，高帧速线阵CMOS传感器的最高线频为51kHz，高帧速线阵CMOS传感器探测的最高频率为25.5kHz。
[0028]如图1至图2所示，所述激光光源1和光束整形系统2同轴连接，成像透镜3和光探测器4同轴连接。
[0029]一种跨介质水下振动感知探测方法，采用跨介质水下振动感知探测装置进行探测，包括以下步骤：
[0030]S1、调整532纳米激光光源1输出端的光束整形系统2，调节激光输出的光束尺寸，并将整形后的激光照射到水面6；
[0031]S2、根据成像透镜3与光探测器4的参数及成像透镜3与被测水面6的距离，调整成像透镜3的参数，用于成像透镜3将激光空间信息以所需的空间分辨率成像到光探测器4的传感面上；
[0032]步骤S2中所需的空间分辨率为最小光斑在各个方向上至少占据两个像素的面积；
[0033]S3、设置光探测器4的时间分辨率，使光探测器4的采样频率时域上满足那奎斯特采样定律；所述光探测器4为高速线阵CMOS传感器，高速线阵CMOS传感器的最高线频为51kHz，高速线阵CMOS传感器探测的最高频率为25.5kHz，可有效提高采样频率；
[0034]S4、将光探测器4采集到的光束空间信息传输到微型计算机5中进行信号处理，计算得出水面6的微小位移信息；可采用重心法、频域傅里叶变换进行信号处理；
[0035]S5、根据水面6的微小位移信息和同步的时间信息，将微小位移信息进行归一化、数字化、滤波处理，获取水下振动的波形信息；相邻两个位移之间的时间间隔为相邻两个采样之间的时间间隔，根据获得的微小位移信息，进行归一化、数字化、滤波处理，以提高信号的质量；
[0036]S6、根据步骤S5中得到的水下振动的波形信息计算信噪比，若信噪比低于预先设定的阈值时，重复步骤S1,对激光光源1输出端的光束整形系统2进行重新调整。
[0037]以上所述，仅为本专利技术较佳的具体实施方式，但本专利技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
的技术人员在本专利技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本专利技术的保护范围之内。因此，本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种跨介质水下振动感知探测装置，其特征在于，包括激光光源、光束整形系统、成像透镜、光探测器和微型计算机；所述激光光源和光束整形系统共轴位于水面上方一侧，成像透镜、光探测器和微型计算机位于水面上方另一侧；所述激光光源和光束整形系统连接，激光光源输出的激光经光束整形系统整形后照射至水面从而被调制；所述成像透镜、光探测器和微型计算机依次连接，被调制的激光回波通过成像透镜到达光探测器，光探测器将信号输出至微型计算机中进行处理。2.如权利要求1所述的一种跨介质水下振动感知探测装置，其特征在于；所述激光光源输出的激光为相干激光。3.如权利要求1所述的一种跨介质水下振动感知探测装置，其特征在于；所述光探测器为高帧速传感器。4.如权利要求3所述的一种跨介质水下振动感知探测装置，其特征在于；所述高帧速传感器为高帧速线阵CMOS传感器，高帧速线阵CMOS传感器的最高线频为51kHz，高帧速线阵CMOS传感器探测的最高频率为25.5kHz。5.如权利要求1所述的一种跨介质水下振动感知探测装置，其特征在于：所述激光光源和光束整形系统同轴连接，成像透镜和光探测器同轴连接。6.一种跨介质水下振动感知探测方法，采用如权利要求1

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓忠，余睿，孙海信，黄学渊，郭威，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：