CN102621067A - 基于二维激光振镜扫描的实时光声成像系统 - Google Patents

基于二维激光振镜扫描的实时光声成像系统 Download PDF

Info

Publication number
CN102621067A
CN102621067A CN2012100438411A CN201210043841A CN102621067A CN 102621067 A CN102621067 A CN 102621067A CN 2012100438411 A CN2012100438411 A CN 2012100438411A CN 201210043841 A CN201210043841 A CN 201210043841A CN 102621067 A CN102621067 A CN 102621067A
Authority
CN
China
Prior art keywords
computing machine
dimensional laser
galvanometer
real
laser
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2012100438411A
Other languages
English (en)
Inventor
曾吕明
纪轩荣
杨迪武
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN2012100438411A priority Critical patent/CN102621067A/zh
Publication of CN102621067A publication Critical patent/CN102621067A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

本发明提供一种基于二维激光振镜扫描的实时光声成像系统，该系统由光源、计算机、采集电路、预处理电路、驱动电路、超声传感器、准直透镜组、X轴反射振镜、Y轴反射振镜、聚焦透镜组、X轴电机、Y轴电机构成，它将快速、高效的二维激光振镜扫描技术应用到光声成像领域，实现了快速多维的光声成像，可广泛应用于复杂结构的材料检测、工业探伤、医学影像等领域。

Description

基于二维激光振镜扫描的实时光声成像系统
技术领域
本发明涉及一种快速光声成像技术，特别是涉及一种基于二维激光振镜扫描的实时光声成像系统。
背景技术
激光振镜也称高速扫描振镜（Galvo scanning system），是一种由驱动板与高速摆动电机组成的一个高精度、高速度伺服控制系统，目前广泛用于激光标刻、激光切割、激光打孔等领域。二维激光振镜其工作原理是将激光束入射到X和Y轴反射镜上，用计算机控制反射镜的反射角度分别沿X、Y 轴扫描，从而实现激光束的二维偏转，使具有一定功率密度的激光聚焦点在目标材料上按所需的要求运动扫描。该技术具有响应速度快、扫描速度高、扫描范围大、光路密封性能好、对环境适应性强等优势已成为主流产品，具有广阔的应用前景。
光声成像技术是以脉冲或调制激光作为成像激发源，基于被测样品内部光学热吸收差异导致激发出不同强度的光致超声特性，以超声作为信息载体的非电离化的新兴成像方法。它有效的结合了纯光学成像的高对比度和纯声学成像的高穿透深度的优点，可实现厘米量级探测深度和微米量级成像精度的影像，具有完全非侵入性、无损性、非电离化辐射等突出特性。目前光声成像普遍采用单元超声传感器扫描接收光声信号的探测模式，如2003年Wang等和2006年Zhang等分别报道了采用单元超声传感器做圆周或线性扫描接收光声信号来实现多维光声成像方法（X. D. Wang, Y. J. Pang, G. Ku, X. Y. Xie, G. Stoica, and L. V. Wang, “Non-invasive laser-induced photoacoustic tomography for structural and functional imaging of the brain in vivo,” Nat. Biotech., 21(7), 803-806, 2003. H. F. Zhang, K. Maslov, G. Stoica, and L. V. Wang, “Functional photoacoustic microscopy for high-resolution and noninvasive in vivo imaging,” Nat. Biotech. 24(7), 848-851, 2006.）；由于单元超声传感器需要机械扫描以获得不同方向的光声信号，在长耗时和多方位的超声传感器机械扫描过程，机械振动和仪器长时间工作的随机参数漂移等不稳定因素对结果带来的随机误差较大，从而严重影响成像质量和研究结果的时间分辨率、可靠性和稳定性，在实际应用中显然存在相当大的局限性，无法满足实际的快速高精度需求。
发明内容
针对上述问题，本发明要解决的技术问题是提供一种基于二维激光振镜扫描的实时光声成像系统，它将快速、高效的二维激光振镜扫描技术应用到光声成像领域，可实现快速多维的光声成像。
为实现上述发明目的，本发明采用如下的技术方案：
一种基于二维激光振镜扫描的实时光声成像系统，其特征在于：它包括光源、计算机、采集电路、预处理电路、驱动电路、超声传感器、准直透镜组、X轴反射振镜、Y轴反射振镜、聚焦透镜组、X轴电机、Y轴电机；光源与计算机导线连接；超声传感器、预处理电路、采集电路、计算机依次导线连接；X轴电机、Y轴电机、驱动电路、计算机依次导线连接；X轴反射振镜与X轴电机机械连接；Y轴反射振镜与Y轴电机机械连接；超声传感器紧贴于被测样品表面；光源发射出脉冲式或经调制后的连续式激光，经准直透镜组准直后，依次经过X轴反射振镜、Y轴反射振镜和聚焦透镜组后聚焦照射在被测样品上，被激发出光声信号；超声传感器接收到光声信号，经预处理电路后由采集电路输送到计算机做后续处理；计算机通过驱动电路驱动X轴电机和Y轴电机分别带动X轴反射振镜和Y轴反射振镜偏转使光束在X-Y平面做二维激光扫描，再通过多维图像重建实现快速多维的光声成像。
所述超声传感器为单元探头或多元的线阵、弧阵、环阵或面阵探头。
所述光源可以是固体激光器、半导体激光器、气体激光器或染料激光器，其辐射波长为紫外至红外范围里一个或多个波长。
所述准直透镜组和聚焦透镜组可分别由一块或多块透镜组合而成。
本发明的有益效果是：
（1）本发明采用二维激光振镜偏转来实现快速扫描，避免了被测样品或超声传感器做机械扫描接收光声信号，具有低扫描惯量、系统动态响应特性好、振镜可高速偏转运动等优点，且一般采用精密伺服电机来控制振镜偏转，可达到很高的扫描精度，有效的提高了系统检测时间、精度、稳定性和实用性。
（2）由于被激发的光声信号的能量主要集中在被测样品界面的法线方向上有限立体角内传播，所以当单元探头由于接收孔径较小探测到的光声信号较弱时，可采用多个单元探头或具有较大接收孔径和方向角的多元探头，有效提高光声信号的传感效率。
（3）通过将超声传感器放置在被测样品的不同位置，可分别实现前向、背向和侧向探测模式的光声信号传感，有效的提高了系统的可操作性和适用范围，可广泛应用于方型、管状型、薄膜型等复杂结构的材料检测、工业探伤、医学影像等领域。
附图说明
图1为实施例1的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作具体说明：
实施例1   本实施例的结构如图1所示，各元件的名称为：1.光源、2.计算机、3.采集电路、4.预处理电路、5.驱动电路、6.超声传感器、7.准直透镜组、8.X轴反射振镜、9.Y轴反射振镜、10.聚焦透镜组、11.X轴电机、12.Y轴电机。
其中光源1选用脉冲的半导体激光二极管（PGAS1S24, Hoffo），工作波长为905nm，峰值功率为49W，脉宽为150ns，单脉冲能量约为7.3uJ；超声传感器6为多元线阵探头，其中心频率为2.5MHz，相对带宽为75%，面积为100mm×10mm×0.8mm，含有128个阵元，阵元之间的刻缝宽为0.03mm。
本实施例包括光源、计算机、采集电路、预处理电路、驱动电路、超声传感器、准直透镜组、X轴反射振镜、Y轴反射振镜、聚焦透镜组、X轴电机、Y轴电机；光源与计算机导线连接；超声传感器、预处理电路、采集电路、计算机依次导线连接；X轴电机、Y轴电机、驱动电路、计算机依次导线连接；X轴反射振镜与X轴电机机械连接；Y轴反射振镜与Y轴电机机械连接；超声传感器紧贴于被测样品表面；光源发射出脉冲式或经调制后的连续式激光，经准直透镜组准直后，依次经过X轴反射振镜、Y轴反射振镜和聚焦透镜组后聚焦照射在被测样品上，被激发出光声信号；超声传感器接收到光声信号，经预处理电路后由采集电路输送到计算机做后续处理；计算机通过驱动电路驱动X轴电机和Y轴电机带动X轴反射振镜和Y轴反射振镜偏转使光束在X-Y平面做二维激光扫描，再通过多维图像重建实现快速多维的光声成像。
所述超声传感器为单元探头或多元的线阵、弧阵、环阵或面阵探头。
所述光源可以是固体激光器、半导体激光器、气体激光器或染料激光器，其辐射波长为紫外至红外范围里一个或多个波长。
所述准直透镜组和聚焦透镜组可分别由一块或多块透镜组合而成。
本实施例具体操作步骤为：
1）半导体激光二极管发射的脉冲激光由准直透镜组准直后，经X轴反射振镜、Y轴反射振镜、聚焦透镜组后照射在被测样品上，被激发出光声信号；
2）紧贴在被测样品表面的多元线阵超声传感器接收到光声信号，经预处理电路后由采集电路输送到计算机做后续处理； 
3）计算机通过驱动电路驱动X轴电机和Y轴电机分别带动X轴反射振镜和Y轴反射振镜偏转使光束在样品表面做X-Y平面的二维激光扫描，同时重复步骤2接收每次扫描的光声信号；
4）通过重建程序处理采集到的光声信号可实现多维光声成像。由于每次二维扫描中多元阵列超声传感器的振元一共可接收到128个光声信号，故可优选满足一定条件的光声信号来重建多维光声图像（如可选择幅值最大、渡越时间最短或振铃效应最小等条件的光声信号），以实现最佳的成像质量。
实施例2   一种基于二维激光振镜扫描的实时光声成像系统，与实施例1结构相似，不同之处在于：光源1采用倍频的Q开关Nd:YAG固体激光器，波长为532nm，脉宽10ns，重复频率为30Hz，单脉冲能量约为5mJ。
实施例3   一种基于二维激光振镜扫描的实时光声成像系统，与实施例1结构相似，不同之处在于：超声传感器6采用广州多浦乐电子科技有限公司生产的单元斜探头（2.5P8×12K1），其中心频率为2.5MHz，尺寸为8mm×12mm，外接口采用Q9（BNC）接口。
实施例4   一种基于二维激光振镜扫描的实时光声成像系统，与实施例1结构相似，不同之处在于：超声传感器6采用广州多浦乐电子科技有限公司生产的两个单元斜探头（5P6×6K2），其中心频率为5MHz，尺寸为6mm×6mm，外接口采用Q9（BNC）接口。

Claims (4)

1.一种基于二维激光振镜扫描的实时光声成像系统，其特征在于：它包括光源（1）、计算机（2）、采集电路（3）、预处理电路（4）、驱动电路（5）、超声传感器（6）、准直透镜组（7）、X轴反射振镜（8）、Y轴反射振镜（9）、聚焦透镜组(10)、X轴电机（11）、Y轴电机（12）；光源（1）与计算机（2）导线连接；超声传感器（6）、预处理电路（4）、采集电路（3）、计算机（2）依次导线连接；X轴电机（11）、Y轴电机（12）、驱动电路（5）、计算机（2）依次导线连接；X轴反射振镜（8）与X轴电机（11）机械连接；Y轴反射振镜（9）与Y轴电机（12）机械连接；超声传感器（6）紧贴于被测样品表面；光源（1）发射出脉冲式或经调制后的连续式激光，经准直透镜组（7）准直后，依次经过X轴反射振镜（8）、Y轴反射振镜（9）和聚焦透镜组(10)后聚焦照射在被测样品上，被激发出光声信号；超声传感器（6）接收到光声信号，经预处理电路（4）后由采集电路（3）输送到计算机（2）做后续处理；计算机（2）通过驱动电路（5）驱动X轴电机（11）和Y轴电机（12）分别带动X轴反射振镜（8）和Y轴反射振镜（9）偏转使光束在X-Y平面做二维激光扫描，再通过多维图像重建实现快速多维的光声成像。
2.根据权利要求1所述的基于二维激光振镜扫描的实时光声成像系统，其特征在于：所述超声阵列传感器（6）为单元探头或多元的线阵、弧阵、环阵或面阵探头。
3.根据权利要求1所述的基于二维激光振镜扫描的实时光声成像系统，其特征在于：所述光源（1）可以是固体激光器、半导体激光器、气体激光器或染料激光器，其辐射波长为紫外至红外范围里一个或多个波长。
4.根据权利要求1所述的基于二维激光振镜扫描的实时光声成像系统，其特征在于：所述准直透镜组（7）和聚焦透镜组(10)可分别由一块或多块透镜组合而成。
CN2012100438411A 2012-02-26 2012-02-26 基于二维激光振镜扫描的实时光声成像系统 Pending CN102621067A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012100438411A CN102621067A (zh) 2012-02-26 2012-02-26 基于二维激光振镜扫描的实时光声成像系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012100438411A CN102621067A (zh) 2012-02-26 2012-02-26 基于二维激光振镜扫描的实时光声成像系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102621067A true CN102621067A (zh) 2012-08-01

Family

ID=46561113

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2012100438411A Pending CN102621067A (zh) 2012-02-26 2012-02-26 基于二维激光振镜扫描的实时光声成像系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102621067A (zh)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102854143A (zh) * 2012-08-28 2013-01-02 曾吕明 一种实时便携式前向光声显微镜
CN102854141A (zh) * 2012-08-28 2013-01-02 曾吕明 便携一体化的光学分辨式光声显微镜
CN102854145A (zh) * 2012-08-28 2013-01-02 曾吕明 集成激光振镜和激光二极管的实时便携式背向光声显微镜
CN103048811A (zh) * 2012-12-10 2013-04-17 北京莱泽光电技术有限公司 一种激光扫描器
CN104464483A (zh) * 2014-12-25 2015-03-25 湖北工程学院 二维振镜激光扫描教学演示装置及其实现方法
CN107837069A (zh) * 2016-09-18 2018-03-27 哈尔滨工业大学（威海） 一种光声显微成像系统及方法
CN109029686A (zh) * 2018-07-11 2018-12-18 李成山 一种光电传感器
CN109269996A (zh) * 2018-10-31 2019-01-25 西北大学 地震物理模型光纤激光超声成像系统
CN109765295A (zh) * 2018-12-25 2019-05-17 同济大学 一种混凝土表面微裂缝的激光超声快速检测方法及装置
CN111999387A (zh) * 2020-08-31 2020-11-27 广东工业大学 碳纤维复合材料叶片的激光超声自动化检测系统及方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1547055A (zh) * 2003-12-12 2004-11-17 华中科技大学 一种振镜式激光扫描系统
CN101782518A (zh) * 2010-02-11 2010-07-21 华南师范大学 细胞光声显微成像方法及其装置
CN101785662A (zh) * 2010-03-09 2010-07-28 华南师范大学 一种集成光声与荧光双模态的成像系统及成像方法
WO2010107933A1 (en) * 2009-03-17 2010-09-23 The Uwm Research Foundation, Inc. Systems and methods for photoacoustic opthalmoscopy
CN101882578A (zh) * 2009-05-08 2010-11-10 东莞市中镓半导体科技有限公司 固体激光剥离和切割一体化设备

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1547055A (zh) * 2003-12-12 2004-11-17 华中科技大学 一种振镜式激光扫描系统
WO2010107933A1 (en) * 2009-03-17 2010-09-23 The Uwm Research Foundation, Inc. Systems and methods for photoacoustic opthalmoscopy
CN101882578A (zh) * 2009-05-08 2010-11-10 东莞市中镓半导体科技有限公司 固体激光剥离和切割一体化设备
CN101782518A (zh) * 2010-02-11 2010-07-21 华南师范大学 细胞光声显微成像方法及其装置
CN101785662A (zh) * 2010-03-09 2010-07-28 华南师范大学 一种集成光声与荧光双模态的成像系统及成像方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
杨少辰等: "振镜式光束扫描/ 偏转系统及成像过程的研究", 《激光与红外》, vol. 27, no. 2, 30 April 1997 (1997-04-30), pages 95 - 99 *

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102854143A (zh) * 2012-08-28 2013-01-02 曾吕明 一种实时便携式前向光声显微镜
CN102854141A (zh) * 2012-08-28 2013-01-02 曾吕明 便携一体化的光学分辨式光声显微镜
CN102854145A (zh) * 2012-08-28 2013-01-02 曾吕明 集成激光振镜和激光二极管的实时便携式背向光声显微镜
CN103048811A (zh) * 2012-12-10 2013-04-17 北京莱泽光电技术有限公司 一种激光扫描器
CN104464483A (zh) * 2014-12-25 2015-03-25 湖北工程学院 二维振镜激光扫描教学演示装置及其实现方法
CN104464483B (zh) * 2014-12-25 2017-01-11 湖北工程学院 二维振镜激光扫描教学演示装置及其实现方法
CN107837069A (zh) * 2016-09-18 2018-03-27 哈尔滨工业大学（威海） 一种光声显微成像系统及方法
CN109029686A (zh) * 2018-07-11 2018-12-18 李成山 一种光电传感器
CN109269996A (zh) * 2018-10-31 2019-01-25 西北大学 地震物理模型光纤激光超声成像系统
CN109765295A (zh) * 2018-12-25 2019-05-17 同济大学 一种混凝土表面微裂缝的激光超声快速检测方法及装置
CN111999387A (zh) * 2020-08-31 2020-11-27 广东工业大学 碳纤维复合材料叶片的激光超声自动化检测系统及方法
CN111999387B (zh) * 2020-08-31 2022-06-24 广东工业大学 碳纤维复合材料叶片的激光超声自动化检测系统及方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102621067A (zh) 基于二维激光振镜扫描的实时光声成像系统
CN102636435A (zh) 基于三维动态聚焦激光振镜扫描的可视化光声成像系统
CN102636434A (zh) 便携式三维可视化光声成像系统
CN102621068A (zh) 便携式实时光声成像系统
CN109269986B (zh) 相控阵激光超声检测系统
CN103499818B (zh) 一种红外与激光复合探测系统
CN111610254B (zh) 一种基于高速振镜协同的激光超声全聚焦成像检测装置及方法
WO2014103106A1 (ja) 光音響顕微鏡
CN101281172A (zh) 激光声表面波应力测试系统
EP3051283A1 (en) Structural deformation detecting device
JP6182859B2 (ja) 超音波トランスデューサーデバイス、超音波測定装置、プローブ及び超音波診断装置、電子機器
CN108761482A (zh) 一种基于mems振镜的微型激光三维成像雷达及成像方法
CN103048271A (zh) 组合光声成像和光学相干层析成像的便携式双模态成像方法及其系统
CN112748443B (zh) 一种动态目标三维成像装置及方法
CN111323480A (zh) 一种手持式自动对焦激光超声无损检测系统
CN103054610A (zh) 无超声换能器频带限制的光声成像装置及其检测方法
CN103048294A (zh) 融合超声成像、光声成像和光学相干层析成像的一体化多模态成像方法及其系统
JP2009115830A (ja) レーザ超音波検査装置
US20160349217A1 (en) Apparatus and method for full-field pulse-echo laser ultrasonic propagation imaging
CN1363820A (zh) 短脉冲激光超声精确测厚方法及装置
CN112401847A (zh) 一种光声显微成像系统及方法
CN113418932A (zh) 一种半导体晶片无损探伤装置及方法
CN109799191B (zh) 固体材料粗糙表面声扰动的光学非接触检测装置及方法
CN102621066A (zh) 小型一体化的二维光声振镜激励源
CN116124347A (zh) 一种利用基于激光超声激发表面波对样品表面的残余应力进行检测的装置及检测方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20120801