CN102183464A - 一种线阵光纤耦合光声检测系统及其检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种线阵光纤耦合光声检测系统，包括信号处理系统、线阵光纤耦合光声探头，线阵光纤耦合光声探头与信号处理系统信号连接，信号处理系统包括依次信号连接的CPU、FPGA、半导体激光二极管线阵、光路耦合单元，信号处理单元还包括依次信号连接的A/D转换器、信号调理单元、前置放大器；本发明还公开了检测方法，采用半导体激光二极管线阵作为激发光源，光源通过线阵光纤耦合光声检测探头内的光纤按照一定的时序分别将光脉冲发射到待测物体上，并可以实现相控发射，本发明实现了光声检测的光相控发射信号与声接收信号于一体，并进行信号分析与处理，实现目标定位与测量，可以广泛应用于工业生产以及医疗诊断等多个领域。

Description

一种线阵光纤耦合光声检测系统及其检测方法
技术领域
本发明涉及光声检测技术，特别涉及一种线阵光纤耦合光声检测系统及其检测方法。
背景技术
检测技术能反映各部门、行业、地区甚至国家整体的技术水平，能带来明显的经济效益和社会效益。随着质量监控以及医疗保健等的要求越来越严格，对检测技术也提出了更高的要求。为了满足工业生产以及医疗保健等的需求，需要采用多种检测手段进行测试与诊断，光声检测作为一种新兴的检测技术在工业检测与医疗诊断领域得到了广泛的应用。
光声检测技术采用光脉冲作为激励信号源，光脉冲在待测体内激发出的声信号由压电陶瓷或复合材料等声敏材料接收，通过对接收的声信号进行分析和处理实现待测体的检测与诊断。目前，光脉冲通路主要通过透镜、棱镜等光学设备进行路径转换与检测点定位，再由声敏材料接收；或者将光源的输出光脉冲通过光纤导出后定位到待测物体上，由声敏材料接收，光路与声路信号分开，体积大、应用不方便；同时，由于单个光源的光激发强度有时不能产生足够的声强，使得接收的检测信号太微弱而被噪声淹没，而且不能实现声束的偏转与聚集。因此，将耦合光纤与声敏材料集成于一体，并为其提供一种系统与方法，以实现光声检测相控发射与接收，成为研究方向。
发明内容
为克服现有技术存在的缺点和不足，本发明专利旨在提供一种线阵光纤耦合光声检测系统及其检测方法，为线阵光纤耦合光声检测探头提供系统支持。
本发明通过下述技术方案实现：
一种线阵光纤耦合光声检测系统，包括信号处理系统、线阵光纤耦合光声探头，所述线阵光纤耦合光声探头与信号处理系统信号连接，所述信号处理系统包括依次信号连接的CPU、FPGA、半导体激光二极管线阵、光路耦合单元，所述信号处理单元还包括依次信号连接的A/D转换器、信号调理单元、前置放大器，所述CPU还信号连接有SDRAM存储器，所述A/D转换器与FPGA信号连接。所述CPU设置有通信接口。
所述线阵光纤耦合光声探头包括线阵耦合光纤、声波接收阵元，所述线阵耦合光纤与光路耦合单元信号连接，所述声波接收阵元与前置放大器信号连接。
所述信号处理系统还包括FLASH存储器和显示与打印设备，所述CPU与FLASH存储器和显示与打印设备连接。
上述线阵光纤耦合光声检测系统的检测方法，包括如下步骤：
(1)CPU根据检测需要设定光脉冲的宽度与发射频率，将设定参数发送到FPGA；
(2)FPGA根据检测参数生成光脉冲的宽度与发射频率，并按一定的时序控制线阵半导体激光二极管进行激光脉冲的相控发射；
(3)光路耦合单元将线阵半导体激光二极管发射的相控光脉冲耦合到探头的线阵耦合光纤中，实现对待测物体的光路控制；
(4)声波接收阵元14将光脉冲激发的声波信号接收，并通过前置放大器以及信号调理单元和A/D转换器将接收到的模拟信号转换成数字信号并输入到FPGA内部进行数字信号分析与处理；
(5)FPGA将接收信号进行数字分析与处理后发送到CPU内，CPU将分析与处理后的检测信号进行显示、存储与打印。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及有益效果：
(1)本发明线阵光纤耦合光声检测系统，结合线阵光纤耦合光声检测探头，实现了光脉冲相控发射与声信号接收以及信号分析与处理功能于一体，本发明线阵光纤耦合光声检测系统稳定，精度高；结合线阵光纤耦合光声检测探头可以在待测体上的任意点进行检测而不需要调整光路，使用灵活方便、等优点。
(2)、本发明与线阵光纤耦合光声检测探头配合使用，克服和解决了，现有技术存在的由于单个光源激发强度有时不能产生足够的声强，使得接收的检测信号太微弱而被噪声淹没的技术问题。
(3)、本发明与线阵光纤耦合光声检测探头配合使用，不仅提高了探头的检测精度，而且简化了探头的结构，提高了稳定性，可以广泛应用于无损检测以及医疗诊断等可以进行光声检测等领域。
附图说明
图1是本发明线阵光纤耦合光声检测系统的组成示意图。
图2是线阵光纤耦合光声检测探头的内部透视结构示意图。
图3是线阵光纤耦合光声检测探头的端部侧视结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，本发明线阵光纤耦合光声检测系统，包括信号处理系统1、线阵光纤耦合光声探头15，所述线阵光纤耦合光声探头15与信号处理系统1信号连接，所述信号处理系统1包括依次信号连接的CPU5、FPGA7、半导体激光二极管线阵8、光路耦合单元10，所述信号处理系统1还包括依次信号连接的A/D转换器9、信号调理单元11、前置放大器12，所述CPU5还信号连接有SDRAM存储器4，所述A/D转换器9与FPGA7信号连接。所述CPU5设置有通信接口2。
CPU5负责对外的通信、数据显示打印与存储，FPGA7负责系统内各部分的逻辑时序控制、数字信号处理与线阵半导体激光二极管8的光脉冲相控发射控制；线阵光纤耦合光声检测探头15实现对所测物体的光脉冲相控发射与声信号的传感与接收。
所述线阵光纤耦合光声探头包括线阵耦合光纤13、声波接收阵元14，所述线阵耦合光纤13与光路耦合单元10信号连接，所述声波接收阵元14与前置放大器12信号连接。
所述信号处理系统1还包括FLASH存储器4和显示与打印设备3，所述CPU5与FLASH存储器6和显示与打印设备3连接。
如图2所示，所述线阵光纤耦合光声检测探头15，包括探头基体，在探头基体内设置有基板3、至少两条以上耦合光纤、至少两个以上声敏元件。所述耦合光纤与声敏元件相互间隔线阵排列分布在基板3上，构成线阵耦合光纤13和声波接收阵元14。所述线阵耦合光纤13发射出的光束的轴线与声波接收阵元14的轴线相交叉或者垂直，所述基板3上开设有导光孔，导光孔用于线阵耦合光纤13的光束通过。
如图1、图2所示，线阵耦合光纤13连接光路耦合单元10，用于接收光源的相控光脉冲，并将相控光脉冲发射到待测体上。声波接收阵元14接收声信号，并将其转换成电信号，然后传输到前置放大器12、信号调理单元11。
如图1所示，半导体激光二极管线阵8进行激光脉冲的相控发射，作为激励信号光源，光源通过如图2所示的线阵耦合光纤13，按照一定的时序分别将光脉冲通过基板3上的导光孔发射到待测物体上，可实现相控发射，光脉冲在待测体内激发出的声信号，由声波接收阵元14接收，并将其转换成电信号，接收的电信号通过前置放大器12传送到信号调理单元11。
上述线阵光纤耦合光声检测系统的检测方法，通过如下步骤：
(1)CPU5根据检测需要设定光脉冲的宽度与发射频率，将设定参数发送到FPGA7；
(2)FPGA7根据检测参数生成光脉冲的宽度与发射频率，并按一定的时序控制半导体激光二极管线阵8进行激光脉冲的相控发射；
(3)光路耦合单元10将半导体激光二极管线阵8发射的相控光脉冲耦合到线阵光纤耦合光声检测探头15的线阵耦合光纤13中，实现对待测物体的光路控制；
(4)声波接收阵元14将光脉冲激发的声波信号接收，并通过前置放大器12以及信号调理单元11和A/D转换器9将接收到的模拟信号转换成数字信号并输入到FPGA7内部进行数字信号分析与处理；
(5)FPGA7将接收信号进行数字分析与处理后发送到CPU5内，CPU5将分析与处理后的检测信号进行显示、存储与打印。
如上所述便可较好的实现本发明。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种线阵光纤耦合光声检测系统，其特征在于：包括信号处理系统、线阵光纤耦合光声探头，所述线阵光纤耦合光声探头与信号处理系统信号连接，所述信号处理系统包括依次信号连接的CPU、FPGA、半导体激光二极管线阵、光路耦合单元，所述信号处理单元还包括依次信号连接的A/D转换器、信号调理单元、前置放大器，所述CPU还信号连接有SDRAM存储器，所述A/D转换器与FPGA信号连接。
2.根据权利要求1所述的线阵光纤耦合光声检测系统，其特征在于：所述CPU设置有通信接口。
3.根据权利要求1所述的线阵光纤耦合光声检测系统，其特征在于：所述线阵光纤耦合光声探头包括线阵耦合光纤、声波接收阵元，所述线阵耦合光纤与光路耦合单元信号连接，所述声波接收阵元与前置放大器信号连接。
4.根据权利要求1～3任一项所述的线阵光纤耦合光声检测系统，其特征在于：所述信号处理系统还包括FLASH存储器和显示与打印设备，所述CPU与FLASH存储器和显示与打印设备连接。
5.权利要求4所述线阵光纤耦合光声检测系统的检测方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)CPU根据检测需要设定光脉冲的宽度与发射频率，将设定参数发送到FPGA；
(2)FPGA根据检测参数生成光脉冲的宽度与发射频率，并按一定的时序控制线阵半导体激光二极管进行激光脉冲的相控发射；
(3)光路耦合单元将线阵半导体激光二极管发射的相控光脉冲耦合到探头的线阵耦合光纤中，实现对待测物体的光路控制；
(4)声波接收阵元14将光脉冲激发的声波信号接收，并通过前置放大器以及信号调理单元和A/D转换器将接收到的模拟信号转换成数字信号并输入到FPGA内部进行数字信号分析与处理；
(5)FPGA将接收信号进行数字分析与处理后发送到CPU内，CPU将分析与处理后的检测信号进行显示、存储与打印。
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