一种基于光声成像的污损检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于光声成像的污损检测装置和检测方法，其中检测装置包括：至少具有一个透明表面的密封罩；包含激光器、光纤束和多个微光纤准直器的光声激发模块；所述微光纤准直器集成于所述透明表面内，用于向所述透明表面外照射激光以产生光声信号；光声采集模块，其沿所述光声信号的传播方向设置，用于收集所述光声信号；数据处理模块，其与所述光声采集模块通信连接，并根据收集的所述光声信号计算所述透明表面外的污损程度。本发明专利技术采用纳秒级的光脉冲，提高检测的准确性；激光依序遍历光纤，能够准确定位污损的位置，为污损的清除提供可靠依据。除提供可靠依据。除提供可靠依据。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光声成像的污损检测装置及方法


[0001]本专利技术涉及水下检测的
，具体涉及一种基于光声成像的污损检测装置及方法。

技术介绍

[0002]水下仪器装备表面的海洋生物污损通常会导致观测信号的漂移和数据误差，对仪器装备的服役寿命造成严重影响；随着污损的加剧，必要的人工维护频率和成本也急剧增加。因此，及时检测水下污损的发生，对有效清除污损，保护仪器装备非常必要。
[0003]然而受限于水下光照条件及光在水中的强散射、反射、折射作用，基于传统光学探测的水下仪器装备表面生物污损原位监测很难有效实现。
[0004]综上，现需要设计一种基于光声成像的污损检测装置及方法来解决现有技术中的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种基于光声成像的污损检测装置及方法，解决了水下仪器装备表面的海洋生物污损不易检测而造成的观测信号不准确的问题。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于光声成像的污损检测装置，包括：密封罩，其设有至少一透明表面；光声激发模块，其包括激光器、光纤束和多个微光纤准直器，所述光纤束的一端通过光开关与所述激光器连接，其另一端分别与多个所述微光纤准直器连接；所述微光纤准直器集成于所述透明表面内用于向所述透明表面外照射激光以产生光声信号；光声采集模块，其沿所述光声信号的传播方向设置，用于收集所述光声信号；数据处理模块，其与所述光声采集模块通信连接，并根据收集的所述光声信号计算所述透明表面外的污损程度。
[0007]在本专利技术的一些实施例中，所述微光纤准直器在所述透明表面上呈阵列式分布；所述光开关用于控制激光遍历所述光纤束；所述激光器发出的激光为脉冲激光。
[0008]在本专利技术的一些实施例中，所述光声采集模块包括依次通信连接的超声换能器、信号放大器和数据采集卡；所述超声换能器设置在所述光声信号的传播方向上，用于接收所述光声信号；所述信号放大器用于将所述超声换能器采集的光声信号放大后发送到所述数据采集卡中，所述数据采集卡用于将放大后的光声信号传递至所述数据处理模块。
[0009]在本专利技术的一些实施例中，所述数据处理模块用于将所述透明表面划分为多个虚拟网格，多个所述微光纤准直器分别位于各个所述虚拟网格中。
[0010]在本专利技术的一些实施例中，所述污损检测装置的检测方法包括以下步骤：S1、所述激光器发射脉冲激光，经光纤束进入微光纤准直器，由所述微光纤准直器向所述透明表面外照射以产生光声信号；
S2、所述超声换能器采集到所述步骤S1中的光声信号后，通过信号放大器进入数据采集卡，所述数据采集卡将数据输入所述数据处理模块；S3、所述数据处理模块对所述数据进行预处理后得到光声信号的幅值Ai，然后计算光声信号的原始幅值A0i；S4、所述数据处理模块根据所述步骤S3中的原始幅值A0i对各个成像网格的亮度值赋值后进行归一化，得到初始图像，即为检测结果。
[0011]在本专利技术的一些实施例中，所述步骤S3中的预处理包括对所述步骤S2中的数据进行滤波去噪。
[0012]在本专利技术的一些实施例中，所述步骤S3中原始幅值A0i的计算公式为：；其中，α为海水超声衰减系数，Li为所述超声换能器与所述微光纤准直器之间的距离。
[0013]在本专利技术的一些实施例中，所述步骤S4中采用下列公式进行归一化处理得到归一化数据：；其中，为所述原始幅值A0i的最大值。
[0014]在本专利技术的一些实施例中，所述步骤S4中还包括对所述归一化数据进行换算得到所述初始图像；换算公式为：。
[0015]在本专利技术的一些实施例中，当所述超声换能器的数量为多个时，所述步骤S4还包括以下步骤：所述数据处理模块将每个超声换能器对应的初始图像叠加后即可获得检测结果。
[0016]本专利技术的技术方案相对现有技术具有如下技术效果：本专利技术通过设计有透明表面的密封罩，并在其上集成光纤和准直器，将激光照射在透明表面外污损，并利用数据处理模块对其激发的光声信号进行处理判断透明表面的污损程度；采用纳秒级的光脉冲，短时间内的光能量较高，超声换能器能够轻易探测到光声信号，提高检测的准确性；同时在透明表面上集成阵列式准直器和光纤，激光依序遍历光纤，使得经超声换能器和数据处理模块得到的成像能够准确定位污损的位置，为污损的清除提供可靠依据。
[0017]另外，数据处理模块根据提取的光声信号幅值反演出污损激发出光声信号时的初始幅值，进而得到精确的污损程度。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的
附图。
[0019]图1为实施例中所示出的一种污损检测装置的结构示意图。
[0020]图2为实施例中所示出的密封罩与光声激发模块的结构示意图。
[0021]图3为实施例中所示出的所述微光纤准直器与透明表面的安装示意图。
[0022]附图标记：100
‑
密封罩；110
‑
透明表面；120
‑
虚拟网格；200
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光声激发模块；210
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激光器；220
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光纤束；230
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光开关；240
‑
微光纤准直器；300
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光声采集模块；310
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超声换能器；320
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信号放大器；330
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数据采集卡；400
‑
数据处理模块。
具体实施方式
[0023]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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，本领域普通技术人员在没有做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。
[0024]在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。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。在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0025]实施例1参照图1和图2所示，一种基于光声成像的污损检测装置，包括：密封罩100，其设有至少一透明表面110；该密封罩100可以根据水下仪器的外形进行加工成光声密封罩，其内形成密封腔体，用于放置水下仪器，防止水下仪器与海水接触，实现对仪器的密封，便于激光传导；附着在透明表面110的污损即可代表附着在水下仪器表面的污损；针对该透明表面110，可以采用有机玻璃为主材制成。
[0026]光声激发模块200，其包括激光器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光声成像的污损检测装置，其特征在于，包括：密封罩，其设有至少一透明表面；光声激发模块，其包括激光器、光纤束和多个微光纤准直器，所述光纤束的一端通过光开关与所述激光器连接，其另一端分别与多个所述微光纤准直器连接；所述微光纤准直器集成于所述透明表面内用于向所述透明表面外照射激光以产生光声信号；光声采集模块，其沿所述光声信号的传播方向设置，用于收集所述光声信号；数据处理模块，其与所述光声采集模块通信连接，并根据收集的所述光声信号计算所述透明表面外的污损程度。2.根据权利要求1所述的一种基于光声成像的污损检测装置，其特征在于，所述微光纤准直器在所述透明表面上呈阵列式分布；所述光开关用于控制激光遍历所述光纤束；所述激光器发出的激光为脉冲激光。3.根据权利要求1所述的一种基于光声成像的污损检测装置，其特征在于，所述光声采集模块包括依次通信连接的超声换能器、信号放大器和数据采集卡；所述超声换能器设置在所述光声信号的传播方向上，用于接收所述光声信号；所述信号放大器用于将所述超声换能器采集的光声信号放大后发送到所述数据采集卡中，所述数据采集卡用于将放大后的光声信号传递至所述数据处理模块。4.根据权利要求1所述的一种基于光声成像的污损检测装置，其特征在于，所述数据处理模块用于将所述透明表面划分为多个虚拟网格，多个所述微光纤准直器分别位于各个所述虚拟网格中。5.根据权利要求3所述的一种污损检测装置的检测方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑良，孔庆霖，郑珊珊，李文庆，宋苗苗，
申请(专利权)人：山东省科学院海洋仪器仪表研究所，
类型：发明
国别省市：