CN212255710U - 一种声学探测装置及声场探测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于测量技术领域，提供一种声学探测装置及声场探测系统，其中，该声学探测装置至少包括：第一声场探测组件，所述第一声场探测组件至少包括若干激光雷达模块，每个激光雷达模块的探测光束可聚焦于一个或者多个空间检测点；其中，所述第一声场探测组件基于所述探测光束与声波振动所发生的多普勒效应，探测多个空间检测点处的声波信号，形成第一声场探测数据。本实用新型基于激光雷达的聚焦探测光束对由待测物体传来的声波信号进行探测，其探测范围可拓展至探测光束的聚焦点所能达到的范围，相比于传统的声呐探测体制而言，本实用新型所提供的声学探测装置能够以较小的设备体积，实现声场探测孔径/范围的成倍增大。

Description

一种声学探测装置及声场探测系统

技术领域

本实用新型属于测量技术领域，尤其涉及一种声学探测装置及声场探测系统。

背景技术

声波在水下目标声探测、水下声通信、水下声定位与导航、海底地形测量、医学超声成像、工业无损检测等领域有着广泛的应用。

经典声呐探测体制必须考虑被探测目标范围、可搭建平台尺度、接收声波信息量、探测目标分辨力等相互影响又制约的问题。理论上可搭建一个无限大的声呐接收孔径实现极大信息量的高效获取，但过大的设备体量其实并不适合实际应用。

因此，现有的声呐探测体制难以在测量效果好和设备体积小型化之间找到一个完美的平衡点，往往不是设备体积过大就是测量范围过小，甚至两种缺点兼具。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的在于提供一种声学探测装置及声场探测系统，旨在解决现有的声呐探测体制中，设备体积过大、测量效果不佳的问题。

本实用新型实施例是这样实现的，一种声学探测装置，所述声学探测装置至少包括：

第一声场探测组件，所述第一声场探测组件至少包括若干激光雷达模块，每个激光雷达模块的探测光束可聚焦于一个或者多个空间检测点；

其中，所述第一声场探测组件基于所述探测光束与声波振动所发生的多普勒效应，探测多个空间检测点处的声波信号，形成第一声场探测数据。

在另一种实施例中，提出了一种声场探测系统，包括：

上述的声学探测装置；以及

后台处理装置，用于对所述声学探测装置所探测的数据进行处理。

还有一个实施例中，提出了一种声场探测系统，包括：

用于探测待测物体的第一声场探测组件，所述第一声场探测组件至少包括若干激光雷达模块，每个激光雷达模块的探测光束可聚焦于至少一个空间检测点；其中，所述激光雷达模块基于所述探测光束与声波振动所发生的多普勒效应，探测所述空间检测点处来自于所述待测物体或者经由所述待测物体反射的声波信号，形成第一声场探测数据；

第二声场探测组件，用于探测来自于所述待测物体或者经由所述待测物体反射的声波信号，形成第二声场探测数据；所述第二声场探测组件与所述第一声场探测组件的探测区域互不干涉、互补或者在边缘处局部重叠；并且，至少在检测过程中，所述第二声场探测组件的检测端与所述空间检测点之间的空间位置关系保持固定，或者形成设定的相对运动关系；以及

与所述第一声场探测组件、第二声场探测组件关联的处理装置，所述处理装置可基于所述第一声场探测数据与第二声场探测数据计算、合成所述待测物体的形状。

在上述实施例中，基于激光雷达的聚焦探测光束对由待测物体传来的声波信号进行探测，其探测范围可拓展至探测光束的聚焦点所能达到的范围，相比于传统的声呐探测体制而言，上述实施例所提供的声学探测装置能够以较小的设备体积，实现声场探测孔径/范围的成倍增大。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的基于声学探测装置进行声波信号测量的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种声学探测装置的俯视图；

图3为本实用新型实施例提供的另一种声学探测装置的俯视图；

图4为本实用新型实施例提供的是声学探测装置等效成实体声换能器的探测孔径示意图；

图5a为本实用新型实施例提供的第二声场探测组件的立体结构示意图；

图5b为本实用新型实施例提供的第二声场探测组件发射探测光束时的俯视图；

图5c为本实用新型实施例提供的第二声场探测组件未发射探测光束时的俯视图；

图6为本实用新型实施例提供的激光检测装置利用激光干涉法测量声场的光路示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但除非特别说明，这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。

本实施例中的声学探测装置的应用领域包括但不限于目标声探测、水下声通信、水下声定位与导航、海底地形测量、医学超声成像、工业无损检测等，下文着重基于目标声检测领域进行展开，但不应认为本实施例中的声学探测装置只能应用于该领域，在上述提到的应用领域中，或者其他未提到应用领域中，若采用了本申请中的声学探测装置，均应该当认定其落入本申请的保护范围。

结合图1~6，在一种实施例中，提供了一种声学探测装置100，结合图示的内容，该声学探测装置100至少包括：

第一声场探测组件10，所述第一声场探测组件10至少包括若干激光雷达模块11，每个激光雷达模块11的探测光束可聚焦于一个或者多个空间检测点12；

其中，所述第一声场探测组件10基于所述探测光束（图1、2、3中用虚线表示）与声波振动所发生的多普勒效应，探测多个所述空间检测点12（图1、2、3为简化画法，图中未对所有的空间检测点12画出其对应的聚焦探测光束，仅示意性地画出几组）处的声波信号，形成第一声场探测数据。另外，图3中，一个空间检测点12只画出两根代表探测光束的虚线，并非代表一个空间检测点12处只经过两个方向的探测光束，图3为简化画法，仅简单示意探测光束汇聚的效果，实际当中，每个空间检测点至少经过三个方向的探测光束。

在本实施例中，基于激光雷达模块的聚焦光束可以对由待测物体传来的声波信号进行探测，相比于传统的声呐探测体制，可以在体积不大幅度增加的情况下，成倍地增大声场的探测孔径/范围。

图1为简化画法，其仅示意性地画出部分的激光雷达模块，图中的两个半省略号用于表示其他未画出的激光雷达模块。

在一个实施例中，需要说明的是，采用激光雷达模块11作为声场探测工具对声波信号进行测量，是基于其探测光束与声波振动所发生的多普勒效应来实现的；具体的，因声波振动改变传播介质的折射率，使得激光雷达模块11发射的探测光束经过该传播介质时光程差发生改变，而该光程差的改变通过激光雷达模块可测得，根据光程差与传播介质的相关物理属性（例如传播介质的密度、折射率等等）的关系即可得到声场所造成的折射率变化数据；另外，声场声压与传播介质折射率之间存在线性关系，后续可以进一步解算出声场声压的分布状态。

在本实施例的一种情况中，第一声场探测组件10中的激光雷达模块11主要是通过对空间检测点12处的声波信号的测量，从而实现对待测物体的间接测量。在进行待测物体探测（例如对待测物体表面形状的探测）时，声波信号可以来自于待测物体或者经由待测物体反射的声波信号；在本实施例的另一种情况中，被检测的声波信号还可以是：由声学探测装置100上设置的声源/声发送器/声收发器主动向待测物体发出，然后再由待测物体反射回来的声波信号。可以理解的，上述的声波信号从待测物体的表面传来，其携带了待测物体表面的形状信息。其中声波信号主要通过声振动速度、声相位及声振幅等属性来体现其所携带的信息，其中，每个空间检测点的数据可以表达为一个复数R+jI，复数的大小表示声波信号的声振幅，复数的相角表示声波信号在该点处、在取值时刻的声相位。本实施例中主要通过对空间检测点12的声波信号进行检测，分析出这些声波信号的声振动速度、声相位及声振幅等属性参数，并基于这些属性参数的变化情况来计算待测物体表面的形状。

在一种情况中，第一声场探测组件10中的激光雷达模块11所发射的激光含有多道探测光束，并且，这些探测光束可被调制成聚焦光束，每个激光雷达模块11形成一组或者多组聚焦光束，即每个激光雷达可以探测一个或者多个空间检测点的声波信号。这些空间检测点为虚设的空间点，需要事先标定好，该空间检测点即激光雷达模块聚焦光束的聚焦点，并且至少在探测过程中，所有空间检测点之间的相对位置是保持固定不变的，以保证这些点处的数据满足事先标定好的位置关系，便于计算。

在一种情况中，因为每个空间检测点12均为激光雷达模块11的探测光束的其中一个聚焦点，既然是聚焦点，那就是说每个空间检测点均具有多个方向的探测光束经过，激光雷达模块采集经过这些空间检测点的探测光束的返回信号，形成第一声场探测数据，该第一声场探测数据中便包含有关于每个空间检测点的多个方向的检测数据，据此，便可计算出每个空间检测点处的声波振动相位；只要空间检测点的数量和分布适当，便可以根据第一声场探测数据计算出待测物体的表面形状。

在一种情况中，对于空间检测点，其在设备搭建以后，先对激光雷达模块11的探测光束进行调试聚焦，然后将聚焦点标定成为我们所谓的空间检测点；在另一种情况中，对于空间检测点，其可以是事先规划好的空间点，待设备搭建以后，将激光雷达模块11的探测光束调试聚焦到该事先规划好的空间点上。

在一种情况中，所述激光雷达模块11被设置为：每个空间检测点12至少通过三个方向的探测光束进行检测：因为本实施例是利用激光探测光束与声波振动所发生的多普勒效应，去探测声波信号引起的激光频率变化，该激光频率的变化量体现的是声波振动速度；具体的，对于经过空间检测点的不同方向的探测光束而言，每个方向的探测光束检测到的激光频率变化量代表了该空间检测点处的声波信号在对应空间投影方向（即对应的探测光束的发射方向）的声波振动速度，至少三个方向的投影可合成得到该空间检测点处声波振动的实际速度，计算可得该空间检测定点处的声波振动相位与幅度。

在一种情况中，第一声场探测组件10中的激光雷达模块11的发射端位于同一平面上，在该情况中，可以进一步调制激光雷达模块，使探测光束的聚焦点（对应于空间检测点12）与激光雷达模块发射端所在的平面共面，这样的好处是结构更为紧凑，便于调整维护，同时可以简化计算模型。

在一种情况中，第一声场探测组件10中的激光雷达模块11的发射端位于同一平面上，但是其探测光束的聚焦点（对应于空间检测点12）可以不共面，例如探测光束可以朝声波传来方向倾斜，从而弯曲有效探测孔径，进一步提升所接收的信息量。

在一种情况中，第一声场探测组件10中的激光雷达模块11的发射端也可以不位于同一平面上，在此基础上，其探测光束的聚焦点（对应于空间检测点12）可以共面也可以不共面，同样的，探测光束也可以朝声波传来方向倾斜，通过弯曲有效探测孔径来提升所接收的信息量。

在一种情况中，第一声场探测组件中的激光雷达模块11一般是可实现定点检测的激光雷达器件，功能类似于可进行定点检测的激光测振仪、激光多普勒测速仪等仪器，但相对于这些仪器而言，本实施例中的激光雷达模块11可以采用更小的硬件尺寸来极大提高测量范围/孔径，其探测范围/孔径的增大不需要硬件尺寸的同步增大。

在一种情况中，第一声场探测组件10中的激光雷达模块11可以采用凝视雷达。

在一种情况中，如图1、2、3所示，第一声场探测组件10中的激光雷达模块可以围合成环形结构；当然，其还可以围合成方形结构、多边形结构，或其他围合结构，且各激光雷达模块的探测光束的发射方向朝外。在另一种情况中，第一声场探测组件10还可以不形成围合结构，比如以线阵结构的形式排布（可以排成一条或多条线）；又比如，可以排成折线、曲线的结构，其排布形式可根据实际需要设定。

在一种情况中，第一声场探测组件中的激光雷达模块11之间可以分别独立设置，或者通过一支架13固定连接，必要时候，该支架13可以做成设备外壳，在不影响探测效果的基础上，该设备外壳可以进一步做成可包裹第一探测组件的防水结构，以便于进行水下探测。

上述实施例中，利用激光雷达模块10的探测光束与声波振动之间所发生的多普勒效应来探测事先标定的空间检测点处的声波信号，并形成第一声场探测数据；相对于传统的声呐探测体制，本实施例中将激光雷达模块引入到声场探测领域，激光雷达模块的聚焦点（也即空间检测点）所能达到的空间范围就是其可探测的孔径/范围，如图4所示，其是图1、2、3所示的声学探测装置100的探测孔径/范围示意图，其中边界50为虚拟探测孔径边界，等效于采用实体声换能器、声接收器时的探测孔径（实体声换能器的硬件尺寸大于探测孔径），该边界50内部区域为声学探测装置所对应的空间检测点所覆盖的空间范围，其中，位于边界50上的空间检测点代表离所述的声学探测装置最远的空间检测点。

将图2、3与图4结合起来看，声学探测装置位于图4中边界50内侧，其做成实际产品时，可以只占边界50中很小的区域，其通过探测光束的聚焦作用，对空间检测点进行探测，该空间检测点可拓展的范围，就是等效探测孔径的大小；在实际操作中，空间检测点与激光雷达模块间的距离至少可达100米，也就是说，如果多个激光雷达模块向四周同时检测的话，实际的有效探测孔径可拓展到2*100米，即该边界50的直径可达200米，而本实施例的设备体积相对于该孔径而言几乎可以忽略不计，但换成传统的声呐的话，相当于其硬件直径要大于200米才有可能实现与本申请等同的效果；也就是说，相比于现有的声呐体制而言，本实施例中的声学探测装置不仅可以更加便携，而且探测范围/孔径大大提高。

本实施例综合考虑水下激光雷达特点、声波信号可搭载目标信息同时也可被测量的特点、水下激光雷达作用距离有限等特点，化水下激光雷达的劣势为优势，将其用于测量声来波信息，提升声呐有效接收孔径，但并不显著提升实际物理孔径尺度，解决了上述技术需求和现实限制之间的矛盾。

在一个实施例中，如图3所示，所述声学探测装置100还包括：第二声场探测组件20，用于探测声波信号，形成第二声场探测数据；所述第二探测组件20与所述第一探测组件10的探测区域存在非重叠区域；其中，所述第二声场探测组件20为声接收器、声收发器，例如声呐、水声换能器等，或为可利用激光探测声场变化的探测装置，例如激光测振仪、激光多普勒测速仪等。

在本实施例的一种情况中，所述第二探测组件20与所述第一探测组件10的探测区域存在非重叠区域，包括两者的探测区域互不干涉、互补或者在边缘处局部重叠等情况。具体的，互不干涉，是指两者各自针对一片空间区域对水声信号进行探测，两片探测区域的边界之间不相干涉，即没有重合的区域；而探测区域互补，是指两片探测区域相衔接的边界之间恰好相契合；探测区域在边缘处局部重叠，是指两片探测区域的边缘可以局部重叠，但仅限于在边缘处的局部重叠。那么这样，第一水声通信数据和第二水声通信数据在空间角度而言，可以相互补充，两者可体现水声信号在空间不同位置的分布情况，可以形成较为完整的水声通信数据集合。

在一个实施例中，至少在检测过程中，所述第二声场探测组件20的检测端与所述空间检测点12之间的空间位置关系保持固定，或者形成设定的相对运动关系；即至少在检测的时候，只要第一声场探测组件10与第二声场探测组件20的检测节拍保持同步，那么，第一声场探测数据与第二声场探测数据就能保持同步，便于计算、合成所述待测物体的形状。

在一种情况中，“至少在检测过程中，所述第二声场探测组件20的检测端与所述空间检测点12之间的空间位置关系保持固定，或者形成设定的相对运动关系”中的“至少在检测过程中”是指“所述第二声场探测组件20的检测端与所述空间检测点12之间的空间位置关系保持固定，或者形成设定的相对运动关系”的状态包括但不限于存在于检测过程中，也就是说，第二声场他侧组件的检测端与空间检测点之间只要在检测过程中保持固定的空间位置关系或者形成设定的相对运动关系即可，在位置标定之前，他们之间是否保持该位置关系固定的状态则不作要求。当然为了降低调试和计算复杂度，可以使第二声场探测组件20的检测端与第一声场探测组件10的激光雷达模块11的探测光束聚焦点（检测时对应于空间检测点）间形成固定的空间位置关系，标定好之后，那么在后续在检测过程中，这些激光雷达模块11的探测光束的聚焦点所对应的空间检测点自然能够与第二声场探测组件20的检测端间保持固定的空间位置关系。

在一种情况中，所述第二声场探测组件20的检测端与所述空间检测点12之间的空间位置关系保持固定，该位置关系在检测前先标定好，并录入系统；当然，这种位置关系实质上还可以理解为：第二声场探测组件20的检测点/线/面（即检测区域）与第一声场探测组件10的空间检测点12之间保持固定的空间位置关系；这样的位置关系便于第一声场探测数据和第二声场探测数据的融合计算。在另一种情况中，所述第二声场探测组件20的检测端可以相对于所述空间检测点12（各空间检测点12间的相对位置关系依旧保持不变）之间以某种设定的运动规则（比如为了特定数据要求而进行扫描检测）进行动态检测，当然，两者间的运动关系需事先在计算模型中设定好；当然，这种情况中所表述的这种位置关系实质上还可以理解为：第二声场探测组件20的检测点/线/面（即检测区域）与第一声场探测组件10的空间检测点12之间形成设定的相对运动关系。

在一种情况中，所述第一声场探测组件10中的激光雷达模块11以全包围、半包围或不包围的形式排布于所述第二声场探测组件20周边（图3中，示出了激光雷达模块11排布于第二声场探测组件20周边的示意图）；为了使整体结构更加紧凑时，可以采用全包围或半包围形式，当然，具体的排布方式根据实际的应用来选择。

在一种情况中，所述第一声场探测组件10排布于所述第二声场探测组件20周边，且各激光雷达模块11的探测光束的发射方向朝外。检测时，第二声场探测组件20的对声波信号的探测区域一般限于探测端的体积（例如，采用声呐时，该探测区域局限于声呐的接受面大小；采用激光测振仪或激光多普勒测速仪时，探测区域局限于设备硬件所构建的探测区域，其探测边界无法超出硬件边界）；而第一声场探测组件10可以对设备硬件之外的周边区域进行探测，其探测边界超出了硬件边界。第一、二声场探测数据分别代表了在不同空间位置所测得的声场数据，在空间意义上可进行互补，两者可以形成较为完整的、反映待测物体表面形状的原始声场数据。

在一个实施例中，如图5a、5b、5c所示，所述第二声场探测组件20为利用激光探测声场变化的探测装置，包括：

至少一组多方向声场探测组件21，每一组所述多方向声场探测组件21包括多组激光检测装置211；

其中，所述多组激光检测装置211按预设方式排布，使得所述多组激光检测装置211所对应的探测光束可在指定探测平面上交织形成平面光网或者在指定区域交织形成三维光网（图中未示出），所述激光检测装置以此排布方式对经过所述平面光网或者三维光网的声场进行探测。

在一种情况中，以探测光束形成平面光网的方式作为示例，每一组多方向声场探测组件21中的多组激光检测装置211按一定的方式排列，使得各组探测光束能够共同位于一个探测平面上，当这些探测光束包含多个探测方向时，就在探测平面上形成交织的状态；在这种排布状态下，激光检测装置所测得的数据可通过预设算法解算出该探测平面上的多个点的折射率，当探测光束越多，探测方向越多，也即探测密度越大，最终可解算出折射率的点也越多，将这些点对应的折射率信息整体综合起来，便形成了该探测平面关于被探测声场所对应的折射率场的分布状态，并可据此得到声场分布状态，本实施例的探测方法的优势在于，可以同时检测到多组声场信号，相比于通过多次测量得到的声场数据进行拼凑形成声场分布数据的方式，误差极大减小，声场分布的还原度大大提高，后续通过该声场分布差异来识别被探测目标的形状信息的分辨率也极大提高。

在一种优选实施例中，第一声场探测组件的空间检测点与第二声场探测组件的平面光网共面，这样，相当于在一个探测面上增大声场探测范围，其探测效果等同于将第二声场探测组件的结构扩大到可包围所有空间检测点的探测效果，也就是说，通过这样的设置方式可以在设备体积不做较多增大的情况下即可将探测范围扩大到空间检测点所能达到的地方。

在一个实施例中，第二声场探测组件20包含多组多方向声场探测组件21，通过多组多方向声场探测组件21（21A、21B代表两组相互层叠的多方向声场探测组件）同时对待测声场进行测量，可以同时得到待测声场在各探测平面上的声场分布数据，最终可以极大地提高被探测目标的分辨率。

在一个实施例中，所述第二声场探测组件还包括用于安装所述多方向声场探测组件的固定装置22，所述固定装置22的中间设有贯穿的声波通道40；

所述多方向声场探测组件21中的多组激光检测装置211沿所述声波通道的周边环布，通过激光检测经过所述声波通道40的声波信号。

如图5a、图5b、图5c所示，所述第二声场探测组件20还包括用于安装所述多方向声场探测组件21的固定装置22，所述固定装置22的中间形成贯穿的声波通道40（为观察方便，图5c中用虚线将其大致标识出来，实际应理解为固定装置22中间中空部分的全部区域）声场探测组件可在声波通道40的一个横截面上交织成二维网状截面301，以对该截面上形成的声场进行测量。

每组多方向声场探测组件21中的所述多组激光检测装置211沿所述声波通道的周边环布于固定装置22上，可通过分布在声波通道周边的激光检测装置对穿越声波通道的声波信息进行测量。

在一个优选实施例中，固定装置22通常制成机械壳体，如图5a、图5b、图5c所示，但实际实施时，不一定要将其设置成形式上的环形结构，只要其能够将多方向声场探测组件21进行固定，并使得多方向声场探测组件21的探测光束能够在光源输出端的前方交织形成平面光网或者立体光网即可，例如支架结构；相应的，该声波通道40也不一定是周边封闭的结构，也可以是不封闭的结构，其不一定是实体意义上的通道，其可以是由多方向声场探测组件所环绕形成的一个中空区域，该中空区域可以让声源输出的光线无障碍穿过，并且让探测光束无障碍穿过并照射于对面的接收器上。

在一个实施例中，结合图6所示，每组激光检测装置211包括：

激光器23；

与所述激光器相对设置的接收器24；以及

由若干分光镜（251，252）与反射镜（261，262）构成的分光光路，所述激光器23发出的激光可在所述分光光路之间分束形成参考光束与探测光束，且所述参考光束与探测光束最终在所述接收器24上合束，由接收器24进行采集。

详细的，如图6（为通过激光干涉法测量声场的示意图）所示，一束激光a由激光器23发射后，被分光镜251分成两束，一束作为参考光束b，另一束作为探测光束c，该探测光束c与声场直接作用，因声场改变激光传播路径上的折射率，进而影响激光传播光程，所以在探测器24上会得到激光合束后的波动信号，这种波动是由声场影响折射率分布带来的。

在本实用新型的一个实施例中，图6仅示出激光干涉法测量的原理，在实际结构中，应当保持参考光线b不和声场相互作用，即参考光束b不直接经过声波通道传播至对面接收器，而是通过导光装置（比如反射镜组合结构）进行导光，使参考光束b沿声波通道的周边绕行，也可以看做参考光束b沿固定装置22的周边绕行，从而传播至对面的接收器上；该导光装置也可以是光纤，只要将该光纤按合适的路径布置走线并固定好即可将参考光束引导至对面的接收器上。

对于三维光网，基于前述结构，只需要将探测光束的发射方向倾斜调整，对应的接收端设置在发射端对面的对应位置即可，具体倾斜方式、角度可以根据实际要求设定，此处并作限制。

在一种实施例中，所述声学探测装置还包括声源，所述声源用于向待测目标发送探测声波，以形成可被所述声学探测装置探测的声波信号；该待测目标可相当于上文中的待测物体。

在一种情况中，声源10为声换能器，例如常见的水声换能器。探测声波可以采用但不限于脉冲声波，例如超声脉冲声波，相应的，其可在声场探测器中形成发射脉冲声场，该超声脉冲声波在被探测目标表面被反射后形成回波信号，该回波信号在声场探测器中形成回波脉冲声场，通过第二声场探测组件的多方向声场探测组件21可分别对发射脉冲声场和回波脉冲声场进行检测，另外通过第一声场探测组件对周边（空间检测点处）的回波脉冲声场进行检测。

在一种情况中，声源设置在声波通道远离待测物体的一侧。

在一个实施例中，提供一种声场探测系统，包括：

如前述实施例中任意一项所述的声学探测装置；以及

后台处理装置，用于对所述声学探测装置所探测的数据进行处理。

本实施例中，声学探测装置可以参见上文实施例，此处不再赘述；其中，后台处理装置为具有数据处理功能的器件，也可以是计算机设备，该计算机设备可以是独立的物理服务器或终端，也可以是多个物理服务器构成的服务器集群，还可以是提供云服务器、云数据库、云存储和CDN等基础云计算服务的云服务器，具体根据实际应用相应配置。

另外，声学探测装置的应用领域较为广泛，其可以应用于目标声探测、水下声通信、水下声定位与导航、海底地形测量、医学超声成像、工业无损检测等领域，只需要将相关的数据处理模型、计算模型适应性调整即可。

在一个实施例中，还提供一种声场探测系统，包括：

用于探测待测物体的第一声场探测组件，所述第一声场探测组件至少包括若干激光雷达模块，每个激光雷达模块的探测光束可聚焦于至少一个空间检测点；其中，所述激光雷达模块基于所述探测光束与声波振动所发生的多普勒效应，探测所述空间检测点处来自于所述待测物体或者经由所述待测物体反射的声波信号，形成第一声场探测数据；

第二声场探测组件，用于探测来自于所述待测物体或者经由所述待测物体反射的声波信号，形成第二声场探测数据；所述第二声场探测组件与所述第一声场探测组件的探测区域互不干涉、互补或者在边缘处局部重叠；并且，至少在检测过程中，所述第二声场探测组件的检测端与所述空间检测点之间的空间位置关系保持固定，或者形成设定的相对运动关系；以及

与所述第一声场探测组件、第二声场探测组件关联的处理装置，所述处理装置可基于所述第一声场探测数据与第二声场探测数据计算、合成所述待测物体的形状。

在本实施例中，第一声场探测组件与第二声场探测组件可以参见上文实施例所示，此处不再赘述；其中，处理装置为具有数据处理功能的器件，也可以是计算机设备，该计算机设备可以是独立的物理服务器或终端，也可以是多个物理服务器构成的服务器集群，还可以是提供云服务器、云数据库、云存储和CDN等基础云计算服务的云服务器，具体根据实际应用相应配置。

在本实施例中，处理装置与第一、二声场探测组件相关联，可以是之间硬件连接（比如有线连接），也可以通过无线方式连接，具体不限制，根据实际应用场合的需求来设置。

在本实施例中通过第一声场探测组件、第二声场探测组件相互配合进行待测物体的表面形状探测，其中，第一声场探测组件通过激光雷达模块的聚焦探测光束来检测声波信号，可以在设备体积不做大幅度增减的情况下，极大提高探测孔径，因此，相比于传动的探测体制而言，本实施例中的声场探测系统不仅更加便携，而且探测范围更大。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种声学探测装置，其特征在于，所述声学探测装置至少包括：

第一声场探测组件，所述第一声场探测组件至少包括若干激光雷达模块，每个激光雷达模块的探测光束可聚焦于一个或者多个空间检测点；

其中，所述第一声场探测组件基于所述探测光束与声波振动所发生的多普勒效应来探测多个空间检测点处的声波信号，形成第一声场探测数据。

2.如权利要求1所述的声学探测装置，其特征在于，所述激光雷达模块被设置为：每个空间检测点至少通过三个方向的探测光束进行检测。

3.如权利要求1所述的声学探测装置，其特征在于，所述声学探测装置还包括：第二声场探测组件，用于探测声波信号，形成第二声场探测数据；

所述第二声场探测组件与所述第一声场探测组件的探测区域存在非重叠区域。

4.如权利要求3所述的声学探测装置，其特征在于，至少在检测过程中，所述第二声场探测组件的检测端与所述空间检测点之间的空间位置关系保持固定，或者形成设定的相对运动关系。

5.如权利要求3所述的声学探测装置，其特征在于，所述第一声场探测组件中的激光雷达模块以全包围或半包围的形式排布于所述第二声场探测组件周边。

6.如权利要求3所述的声学探测装置，其特征在于，所述第二声场探测为声接收器、声收发器，或为可利用激光探测声场变化的探测装置。

7.如权利要求6所述的声学探测装置，其特征在于，所述第二声场探测组件为利用激光探测声场变化的探测装置，包括：

至少一组多方向声场探测组件，每一组所述多方向声场探测组件包括多组激光检测装置；

其中，所述多组激光检测装置按预设方式排布，使得所述多组激光检测装置所对应的探测光束可在指定探测平面上交织形成平面光网或者在指定区域交织形成三维光网，所述激光检测装置以此排布方式对经过所述平面光网或者三维光网的声场进行探测。

8.如权利要求7所述的声学探测装置，其特征在于，所述第二声场探测组件还包括用于安装所述多方向声场探测组件的固定装置，所述固定装置的中间设有贯穿的声波通道；

所述多方向声场探测组件中的多组激光检测装置沿所述声波通道的周边环布，通过激光检测经过所述声波通道的声波信号。

9.如权利要求7所述的声学探测装置，其特征在于，每组所述激光检测装置包括：

激光器；

与所述激光器相对设置的接收器；以及

由若干分光镜与反射镜构成的分光光路，所述激光器发出的激光可在所述分光光路之间分束形成参考光束与所述探测光束，且所述参考光束与探测光束最终在所述接收器上合束。

10.如权利要求1所述的声学探测装置，其特征在于，还包括声源，所述声源用于向待测目标发送探测声波，以形成可被所述声学探测装置探测的声波信号。

11.一种声场探测系统，其特征在于，包括：

如权利要求1-10中任意一项权利要求所述的声学探测装置；以及

后台处理装置，用于对所述声学探测装置所探测的数据进行处理。

12.一种声场探测系统，其特征在于，包括：

用于探测待测物体的第一声场探测组件，所述第一声场探测组件至少包括若干激光雷达模块，每个激光雷达模块的探测光束可聚焦于至少一个空间检测点；其中，所述激光雷达模块基于所述探测光束与声波振动所发生的多普勒效应，探测所述空间检测点处来自于所述待测物体或者经由所述待测物体反射的声波信号，形成第一声场探测数据；

第二声场探测组件，用于探测来自于所述待测物体或者经由所述待测物体反射的声波信号，形成第二声场探测数据；所述第二声场探测组件与所述第一声场探测组件的探测区域互不干涉、互补或者在边缘处局部重叠；并且，至少在检测过程中，所述第二声场探测组件的检测端与所述空间检测点之间的空间位置关系保持固定，或者形成设定的相对运动关系；以及

与所述第一声场探测组件、第二声场探测组件关联的处理装置，所述处理装置可基于所述第一声场探测数据与第二声场探测数据计算、合成所述待测物体的形状。

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