CN112858144A - 一种检测组件及装置 - Google Patents

Abstract

本发明所提供的一种探测组件和装置，所述组件包括：光纤阵列块和透镜器件；所述光纤阵列块，用于固化各光纤之间的最优相对位置关系和各光纤最优光学参数；所述光纤阵列块与所述透镜器件连接，从而提高光信号的质量，同时，提高对空间中颗粒检测的精准度。

Description

一种检测组件及装置

技术领域

本发明涉及一种检测技术，尤其涉及一种检测组件及装置。

背景技术

基于激光遥感技术的微粒传感器广泛用于检测空间或液体中固体颗粒的通过，大小，数量及速度等信息。在原理上主要有两类技术，一类基于光阻法，即利用微粒对光的遮挡所发生的光强度变化进行微粒特征检测的方法，可探测微粒的直径检测范围为1μm到2.5mm。光阻法多采用一对激光发射阵列和一对激光接受阵列在目标区域两侧布置，从而覆盖一定区域，单受限于激光信号的信噪比，光阻法多用于近距检测，比如对微小管道的液体进行检测。另一类利用散射原理进行测量，比如基于Mie散射原理的散射法进行测量，散射法需要在目标区域后方半球区域布置大量接受器来得到散射角度，通过对散射角度的测量得到微粒的大小信息。

目前阵列式光阻法微粒检测仪基于强度变化原理，由于强度信息容易受到环境干扰，对于大范围远距离的检测应用，检测精度很低。

发明内容

为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：根据本发明实施例的一方面，提供一种检测组件及装置，所述组件包括：光纤阵列块和透镜器件；所述光纤阵列块，用于固化各光纤之间的最优相对位置关系和各光纤最优光学参数；所述光纤阵列块与所述透镜器件连接，从而提高光信号的质量。

上述方案中，包括：光纤阵列块可包含第一光纤阵列和第二光纤阵列；第一光线阵列与光学相干检测仪连接，用于产生第一组光信号；第二光纤阵列与光学相干检测仪连接，用于产生第二组光信号；其中，根据第一组光信号与第二组光信号，确定所述颗粒的速度参数信息。

上述方案中，包括：反射装置；反射装置与所述透镜器件对应，用于加强反射所述光信号；所述反射装置与所述透镜器件之间设有第一预设距离。

上述方案中，包括：反射装置；反射装置与所述透镜器件对应，用于加强反射所述光信号；所述反射装置与所述透镜器件之间设有第一预设距离。

上述方案中，包括：光学相干检测仪；所述光纤阵列块和透镜器件一端通过光纤与光学相干检测仪连接；所述光纤阵列块和透镜器件另一端准直或聚焦一组光信号于被测区域；所述光学相干检测仪包括：相干光学发射单元及相干光学接受单元、信号分析单元；所述光学相干检测仪与所述光纤阵列块及透镜器件连接，产生并接受光信号，从而检测空间中的颗粒信息。

上述方案中，所述光学相干检测仪包括：相干光学发射单元及相干光学接受单元；所述相干光学发射单元包含激光器、信号相位调制装置和分光装置；所述相干光学发射单元把主要激光信号传输到所述光纤阵列块和透镜器件，部分激光信号为本征信号，通过相位调制装置发送到相干光学接受单元。所述相干光学接受单元接收测量信号，与本征信号发生干涉，放大调节光学被测信号，将光学被测信号输入到信号分析单元。

上述方案中，包括：相干光学接受单元能够处理相互正交的两路载波信号；所述相干光学接受单元包含光学2×4端口90°光混频器，差分接受器；所述相干光学接受单元同时得到同相信号，正交信号；所述相干光学接受单元将同相信号和正交信号输入到信号分析单元，从而恢复同时恢复被测信号的完整复平面信息，即幅度信息和相位信息。

上述方案中，包括：多组所述相干光学发射单元及相干光学接受单元；所述多组光学发射单元及接受单元形成阵列，实现一定空间区域的探测测量。

上述方案中，包括：信号分析单元；信号分析单元包括：信号模拟数字转换单元、数字信号处理单元、数字存储处理单元、通讯单元；所述信号分析单元用于分析经过光信号的颗粒信息。

上述方案中，包括：信号处理单元包含计时装置；所述第一组光信号与所述第二组光信号之间设有第二距离；其中，根据所述第二距离和所述计时装置，确定颗粒的空间移动矢量参数，空间速度矢量参数。

本发明所提供的一种探测组件和装置，所述组件包括：光纤阵列块和透镜器件；所述光纤阵列块，用于固化各光纤之间的最优相对位置关系和各光纤最优光学参数；所述光纤阵列块与所述透镜器件连接，从而提高光信号的质量，同时，提高对空间中颗粒检测的精准度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种检测组件结构图；

图2为本发明另一实施例提供的系统组成图；

图3为本发明另一实施例提供的效果图；

其中，图1中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

1-光纤，2-光纤阵列头，3-透镜器件，4-光信号，5-颗粒，6-反射面；

其中，图2中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

1-光学相干检测仪，2-光纤，3-光学前端，4-探测光束，

其中，图3中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

1-光相位检测信息，2-光强度检测信息。

具体实施方式

为了能够更加详尽地了解本发明的特点与技术内容，下面结合附图对本发明的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本发明。

图1为本发明实施例提供的一种检测组件的结构图，如图1所示，所述组件包括：所述组件包括：光纤阵列头2和透镜器件3，用于形成统一的高质量探测光束；所述光纤1，用于传输光信号4；所述光纤阵列头2和透镜器件3通过光纤1与光学相干检测仪连接，输出和接受光信号4，从而检测空间中的颗粒5信息。

在另一实施例中，包括：光纤阵列块2；所述光纤阵列块2通过光纤与光学相干检测仪连接，光纤阵列块一端与透镜器件连接，透镜器件与光纤阵列块中光纤波导尺寸和间距配合，从而提高光信号的质量。

在另一实施例中，包括：光纤阵列块1包含第一光纤阵列和第二光纤阵列；第一光纤阵列与光学相干检测仪用于产生第一组光信号4；第二光纤阵列与光学相干检测仪连接，用于产生第二组光信号4；其中，根据第一组光信号4与第二组光信号4，确定所述颗粒5的速度矢量参数信息。

在另一实施例中，包括：反射面6；反射面通常为被测量物管壁，光信号4在反射面发生漫反射，部分信号为光纤阵列头2和透镜器件3捕捉；所述反射面6与所述透镜器件3之间设有第一预设距离。

在另一个实施例中，包括：光学相干检测仪；所述分析装置与所述接收装置连接，用于分析经过光信号4的颗粒5信息。

在另一个实施例中，包括：计时装置；所述第一组光信号4与所述第二组光信号4之间设有第二距离；其中，根据所述第二距离和所述计时装置，确定颗粒5的移动参数。

在另一个实施例中，一种检测装置，所述装置包括：多组所述探测组件。

在另一个实施例中，如图1所示，本发明包括：光纤1、光纤阵列2、透镜期间3、光线信号4、颗粒5、反射装置6。其中光纤1与光纤阵列2相连接，通过光纤阵列使光纤中线路排列有序，并保持固定的间距，从而更精准检测空间中的颗粒6。光纤1通过光纤阵列2与透镜器件3连接，从而发射出光信号4。光信号4照射至反射装置6，从而使光纤回射。接收器可以设置在透镜端，也就是发射端，也可以设置在反射装置端，接收广光信号后，通过分析装置分析出颗粒5的参数信息。当光纤阵列2数量为多个时，照射出的光信号4也为多条，分析装置分析出的颗粒5的参数信息也就更精确。例如：颗粒5的大小、数量、方向、速度等等。当检测装置拥有多个检测组件时，可以同时进行多组件测试，获取多组数据，从而提升检测效率，也可以精确准确度。

在另一个实施例中，本发明由光学相干检测仪，光学前端组成，之间通过光纤1连接。

主机包含主控板，单个探测器的驱动板，和包含实现相干检测功能的光电模块。

其中主控板连接多个探测器的驱动板，实现对每个探测器的信号采集，同步和算法处理，同时也实现和外部的通讯I/O和上层软件接口。

本发明探测器基于相干原理实现，同时检测信号的相干强度变化和相位变化。因为强度信息容易受到环境干扰，相位变化更准确，通过强度和相位信息的联合检验，提高了微粒检测的准确性。探测器驱动板包含单个探测器的相干检测驱动部分，也包含光电模块。

光电模块集成半导体激光器和实现相干检测的波导光学芯片，封装为一个整体。光电模块激光I/O通过光纤1方式引出。

光纤1前端由连接多个光纤1的光纤整列2连接器和光学镜头组成，其中光纤阵列2连接器的光纤1间距为优化定制，在几十微米范围，可以按要求实现多层多种几何图形排列。

在系统设计上，本发明支持探测反射信号，即光学收发在同一侧，激光信号4在目标区域后方的反射面返回，沿原光路回到光接受器。反射面可以是镜面也可以是漫反射面，由于探测器基于相干原理实现，得益于相干检测增益，可以探测比较弱的反射信号。

本发明也支持对射式光学设计，即光学收发在探测区域异侧。在有些探测场合，目标区域只有一个外部观察窗口，只能采取反射式系统设计。

本发明的有益效果包括：

本发明的系统实现方式可为对射式，也可为反射式。即利用反射的光信号4进行测量。

每个传感器基于光学相干检测原理，不仅通过强度变化检测微粒，也测量相位变化信息。因为强度信息容易受到环境干扰，相位变化更准确，通过强度和相位信息的联合检验，提高了微粒检测的准确性。

本发明也可适用透明或半透明微粒的检测，此时微粒遮挡仅引起信号相位变化，传统光阻法无法检测。

多个传感器形成传感器阵列组，由于每个传感器采用独立的低功率相干光源，传感器探测不干扰，解决了传统光阻法阵列内部易发生信号窜扰的问题。同时，在系统设计上，允许不同传感器光路混叠，减小漏检率。

本发明光收发信号基于光纤1连接，光学相干检测仪可以放置在远端，由于系统设计上允许不同传感器光路混叠，在光学前端采用光纤阵列2耦合的方式，用单一透镜或透镜组实现光路准直或聚焦，光学前端尺寸小，性能好。

本发明应用于遥测封闭环境中微米直径微粒在固定区域通过的数量，位置和速度信息。光探测器基于相干检测原理，光收发信号基于光纤连接，主机可以放置在远端，由于系统设计上允许不同传感器光路混叠，在光学前端采用光纤阵列耦合的方式，用单一透镜或透镜组实现光路准直或聚焦，光学前端尺寸小，性能好。

在另一个实施例中，如图3所示，“每个传感器基于光学相干检测原理，不仅通过强度变化检测微粒，也测量相位变化信息。因为强度信息容易受到环境干扰，相位变化更准确，通过强度和相位信息的联合检验，提高了微粒检测的准确性。”

1.相干检测得到的激光相位变化信息；

2.相干检测得到的激光幅度变化信息；

3.图中显示在幅度变化无明显微粒特征的情况下，相位变化清楚表明微粒通过的事件和时间特征。

在另一个实施例中，每个传感器基于光学相干检测原理，当一束入射激光分为两束后，各自行进在不同轨迹后又合束在一起，这两束光从而能够发生干涉。相干后的信号强度的平方为两束激光信号强度的乘积，通常使得一路信号远远大于另一路信号，比如微弱检测信号，这样使得微弱检测信号大大放大。在相干信号调制设计中加入两路载波且相互正交，即得到in-phase(同相),q:quadrature(正交)信号，可以获得信号完整的幅度和相位信息。

上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种检测组件，其特征在于，所述组件包括：光纤阵列块和透镜器件；

所述光纤阵列块，用于固化各光纤之间的最优相对位置关系和各光纤最优光学参数；

所述光纤阵列块与所述透镜器件连接，从而提高光信号的质量。

2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，包括：光纤阵列块可包含第一光纤阵列和第二光纤阵列；

第一光线阵列与光学相干检测仪连接，用于产生第一组光信号；

第二光纤阵列与光学相干检测仪连接，用于产生第二组光信号；

其中，根据第一组光信号与第二组光信号，确定所述颗粒的速度参数信息。

3.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，包括：反射装置；

反射装置与所述透镜器件对应，用于加强反射所述光信号；

所述反射装置与所述透镜器件之间设有第一预设距离。

4.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，包括：光学相干检测仪；

所述光纤阵列块和透镜器件一端通过光纤与光学相干检测仪连接；

所述光纤阵列块和透镜器件另一端准直或聚焦一组光信号于被测区域；

所述光学相干检测仪包括：相干光学发射单元及相干光学接受单元、信号分析单元；

所述光学相干检测仪与所述光纤阵列块及透镜器件连接，产生并接受光信号，从而检测空间中的颗粒信息。

5.根据权利要求4所述的组件，其特征在于，所述光学相干检测仪包括：相干光学发射单元及相干光学接受单元；

所述相干光学发射单元包含激光器、信号相位调制装置和分光装置；

所述相干光学发射单元把主要激光信号传输到所述光纤阵列块和透镜器件，部分激光信号为本征信号，通过相位调制装置发送到相干光学接受单元。

所述相干光学接受单元接收测量信号，与本征信号发生干涉，放大调节光学被测信号，将光学被测信号输入到信号分析单元。

6.根据权利要求5所述的组件，其特征在于，包括：相干光学接受单元能够处理相互正交的两路载波信号；

所述相干光学接受单元包含光学2×4端口90°光混频器，差分接受器；所述相干光学接受单元同时得到同相信号，正交信号；所述相干光学接受单元将同相信号和正交信号输入到信号分析单元，从而恢复同时恢复被测信号的完整复平面信息，即幅度信息和相位信息。

7.根据权利要求4所述的组件，其特征在于，包括：多组所述相干光学发射单元及相干光学接受单元；

所述多组光学发射单元及接受单元形成阵列，实现一定空间区域的探测测量。

8.根据权利要求4所述的组件，其特征在于，包括：信号分析单元；

信号分析单元包括：信号模拟数字转换单元、数字信号处理单元、数字存储处理单元、通讯单元；

所述信号分析单元用于分析经过光信号的颗粒信息。

9.根据权利要求8所述的组件，其特征在于，包括：信号处理单元包含计时装置；

所述第一组光信号与所述第二组光信号之间设有第二距离；

其中，根据所述第二距离和所述计时装置，确定颗粒的空间移动矢量参数，空间速度矢量参数。

10.一种检测装置，其特征在于，所述装置包括：多组光学前端；

所述光学前端包括：所述光纤阵列块与所述透镜器件。

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