CN219038180U - 一种光学探测器 - Google Patents

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丁国锋
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Abstract

本实用新型涉及传感器应用领域，特别是涉及一种光学探测器，包括光学探测器包括光学反射镜、光学传感器、视频和音频输入模块、光电信号处理电路和基本框架。其中，光学反射镜，用于将被探测目标发射或反射的光线汇聚到光学传感器的感光面上。光学传感器，用于接收被探测目标发射或反射的光线，并将光线的光信号转换为电信号。视频和音频输入模块，用于获取被探测目标及其所在环境的视频信号和音频信号。光电信号处理电路，用于根据电信号、视频信号和音频信号，输出被探测目标的探测信号。基本框架，用于承载并保护光学反射镜、光学传感器和光电信号处理电路。采用本申请可以提高光学探测器的灵敏度和探测距离并排除环境中的干扰因素。

Description

一种光学探测器
技术领域
本实用新型涉及传感器应用领域，特别是涉及一种光学探测器。
背景技术
目前，市面上的光学探测器的核心部件为光学传感器，光学传感器主要包括红外传感器和紫外传感器等。光学传感器的感应面或者靶面的感光面积决定了光学探测器的探测距离和响应灵敏度。
但是，红外传感器或紫外传感器感的感应面或者靶面的感光面积十分有限，例如，红外传感器的感应面或者靶面的感光面积只有0.01mm2-1mm2。这使得采用红外传感器或紫外传感器的光学探测器的探测距离受限，响应灵敏度低。
因此，针对传统的光学探测器在探测距离和响应灵敏度等方面的不足，亟需一种光学探测器。
实用新型内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种光学探测器，所述光学探测器包括光学反射镜、光学传感器、视频和音频输入模块、光电信号处理电路和基本框架；其中，
所述光学反射镜，用于将被探测目标发射或反射的光线汇聚到所述光学传感器的感光面上；
所述光学传感器，用于接收所述被探测目标发射或反射的光线，并将光线的光信号转换为电信号；
所述视频和音频输入模块，用于获取所述被探测目标及其所在环境的视频信号和音频信号；
所述光电信号处理电路，用于根据所述电信号、所述视频信号和所述音频信号，输出所述被探测目标的探测信号；
所述基本框架，用于承载并保护所述光学反射镜、所述光学传感器和所述光电信号处理电路。
作为一种可选地实施方式，所述光电信号处理电路包括驱动与信号整理电路、传感器与视频信号处理电路、信号输出电路、电气防护与接口电路和供电电路；其中，
所述驱动与信号整理电路连接所述光学传感器，用于转换所述光学传感器的驱动电压，并将所述电信号放大为目标电信号；
所述传感器与视频信号处理电路分别连接所述驱动与信号整理电路和所述视频和音频输入模块，用于根据所述目标电信号输出探测结果，并根据所述视频信号和所述音频信号，确定所述探测结果的有效性；
所述信号输出电路连接所述传感器与视频信号处理电路，用于如果所述探测结果有效，则对所述探测结果进行数据编码，得到探测信号，并进行网络传输；
所述电气防护与接口电路连接所述信号输出电路，用于防止干扰，并完成数据交换；
所述供电电路分别连接所述传感器与视频信号处理电路、所述信号输出电路和所述电气防护与接口电路，用于将输入电源分别转换成所述传感器与视频信号处理电路、所述信号输出电路和所述电气防护与接口电路运行需要的供电电源。
作为一种可选地实施方式，所述电气防护与接口电路包括电磁干扰防护电路和输入与输出接口；其中，
所述电磁干扰防护电路，用于避免浪涌、电磁场、传导骚扰造成的的干扰和影响；
所述输入与输出接口，用于数据交换。
作为一种可选地实施方式，所述基本框架包括外护罩和传感器与光学反射镜安装支架；其中，
所述外护罩，用于保护所述光学反射镜、所述光学传感器和所述光电信号处理电路；
所述传感器与光学反射镜安装支架，用于承载所述光学反射镜和所述光学传感器，以使所述光学传感器的感应面中心处于所述光学反射镜的焦点上。
作为一种可选地实施方式，所述光学传感器包括红外传感器和紫外传感器中的一种或多种。
作为一种可选地实施方式，所述输入与输出接口包括报警输出继电器无源触点、电流环、串口和以太网。
作为一种可选地实施方式，所述光学反射镜包括抛物面镜、球面镜和二次曲面镜中的一种。
作为一种可选地实施方式，所述视频和音频输入模块包括摄像机和拾音器中的一种或多种。
本申请提供了一种光学探测器，所述光学探测器包括光学反射镜、光学传感器、视频和音频输入模块、光电信号处理电路和基本框架。其中，所述光学反射镜，用于将被探测目标发射或反射的光线汇聚到所述光学传感器的感光面上。所述光学传感器，用于接收所述被探测目标发射或反射的光线，并将光线的光信号转换为电信号。所述视频和音频输入模块，用于获取所述被探测目标及其所在环境的视频信号和音频信号。所述光电信号处理电路，用于根据所述电信号、所述视频信号和所述音频信号，输出所述被探测目标的探测信号。所述基本框架，用于承载并保护所述光学反射镜、所述光学传感器和所述光电信号处理电路。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1、光学反射镜可以更大面积的入射光反射汇聚到光学传感器的感应面上，使光学传感器的感应面可以接收到更多光信号，进而提高了光学传感器的灵敏度和探测距离。
2、视频和音频输入模块可以采集探测环境的视频和音频，以排除环境中的干扰因素。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种光学探测器的结构示意图；
图2a为本申请实施例提供的一种光学反射镜的示意图；
图2b为本申请实施例提供的另一种光学反射镜的示意图；
图2c为本申请实施例提供的又一种光学反射镜的示意图；
图3为本申请实施示例提供的一种探测方法的流程图。
图号说明
1、光学反射镜；11、第一平行光；12、第一离轴光；13、第二平行光；14、第二离轴光；15、第三平行光；16、第三离轴光；2、光学传感器；3、视频和音频输入模块；4、光电信号处理电路；41、驱动与信号整理电路；42、传感器与视频信号处理电路；43、信号输出电路；44、电气防护与接口电路；45、供电电路；5、基本框架；51、外护罩；52、传感器与光学反射镜安装支架。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图的图1至图3对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
用语“一个”、“一”、“该”、“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。
本实用新型实施例提供了一种光学探测器，图1为本申请实施例提供的一种光学探测器的结构示意图，如图1所示，光学探测器包括光学反射镜1、光学传感器2、视频和音频输入模块3、光电信号处理电路4和基本框架5；其中，
光学反射镜1，用于将被探测目标发射或反射的光线汇聚到光学传感器2的感光面上。
可选地，光学反射镜1包括抛物面镜、球面镜和二次曲面镜中的一种。
在实施中，光学传感器2的感应面主要包括两种情况：一种是平行于反射镜中心光轴的柱状侧向感应，一种是垂直于反射镜中心光轴线的正向感应。图2a为本申请实施例提供的一种光学反射镜的示意图，如图2a所示，以光学反射镜1为抛物面镜或其它二次曲面镜，光学传感器2为柱状侧向感应为例，光学传感器2的感应面位于柱体侧面。第一平行光11和第一离轴光12照射到光学反射镜1，进而反射并汇聚到光学传感器2的感应面上。当光学传感器2的感应面垂直于光学反射镜1的中心光轴线时，光学传感器2接收的更多是平行光，视场角度较小(如4°)。如果选择感应面面积较大的光学传感器2，则视场角度相应增大。当光学传感器2的感应面平行于光学反射镜1的中心光轴线时，视场角度相对增大(如6°)。图2b为本申请实施例提供的另一种光学反射镜的示意图，以光学反射镜1为球面镜，光学传感器2为柱状侧向感应为例，光学传感器2的感应面位于柱体侧面，球面镜无法将第二平行光13和第二离轴光14聚焦到一个焦点上，但是由于光学传感器2的感应面不是一个点，因此光学反射镜1可以获得更大的视场角(如60°以上)。图2c为本申请实施例提供的又一种光学反射镜的示意图，如图2c所示，光学传感器2的感应面位于柱体的一端，正向感应反射光，并垂直于光学反射镜1的中心光轴线。第三平行光15和第三离轴光16通过光学反射镜1汇聚到光学传感器2的感应面上，反射光全部从感应面的正向投射到感应面上。
光学传感器2，用于接收被探测目标发射或反射的光线，并将光线的光信号转换为电信号。
可选地，光学传感器2包括红外传感器和紫外传感器中的一种或多种。
在实施中，光学传感器2的波段选择主要考虑四个因素，第一，被探测目标与环境背景有区别特征。第二，大气分子的吸收和辐射、大气的散射、光学系统的吸收和反射等的衰减。第三，输出电信号时，最低辐射对比度的分辨能力。第四，计算机软件对探测结果的信息处理能力。考虑到以上四点，技术人员根据被探测目标的辐射能力，选择不同波长范围的紫外光、近红外、中远红外光。波段选择可以为短波(185-280nm)、中波(280-320nm)和长波(320-405nm)。其中，受自然光影响最小的波段为日光盲波段，例如(185-280nm)波段。
视频和音频输入模块3，用于获取被探测目标及其所在环境的视频信号和音频信号。
可选地，视频和音频输入模块3包括摄像机和拾音器中的一种或多种。
在实施中，视频和音频输入模块3可以与光学传感器2安装在一个封装内，也可以单独安装以监测被探测目标的环境，通过高速帧率获取视频信号和音频信号。针对音频信号的获取，也可以加装拾音器。
可选地，针对被探测目标的周围环境不存在干扰或低干扰的情况，也可以不设置视频和音频输入模块3。
光电信号处理电路4，用于根据电信号、视频信号和音频信号，输出被探测目标的探测信号。
可选地，如图1所示，光电信号处理电路4包括驱动与信号整理电路41、传感器与视频信号处理电路42、信号输出电路43、电气防护与接口电路44和供电电路45；其中，
驱动与信号整理电路41连接光学传感器2，用于转换光学传感器2的驱动电压，并将电信号放大为目标电信号。
在实施中，驱动与信号整理电路41主要根据传感器的工作方式，用于转换光学传感器2的驱动电压。由于被探测目标辐射出的光线通过光学传感器2转换为电信号的强度很弱，为了便于后续计算分析，驱动与信号整理电路41将电信号放大为目标电信号。
传感器与视频信号处理电路42分别连接驱动与信号整理电路41和视频和音频输入模块3，用于根据目标电信号输出探测结果，并根据视频信号和音频信号，确定探测结果的有效性。
在实施中，传感器与视频信号处理电路42分别连接驱动与信号整理电路41和视频和音频输入模块3，一方面采集驱动与信号整理电路41输出的目标电信号，并进行分析和计算，输出探测结果，并验证探测结果的有效性。另一方面实时采集视频和音频输入模块3输入的视频信号和音频信号，通过AI(人工智能Artificial Intelligence)神经网络实现对被探测目标周围环境及光学探测器工作环境的识别。例如：光学探测器在进行输电线路电塔的放电监测时，如果未收集环境中闪电的视频信号和音频信号，则计算分析时将受到闪电放电的影响。因此，传感器与视频信号处理电路42通过驱动与信号整理电路41和视频和音频输入模块3输出的目标电信号和视频信号和音频信号，以排除环境因素的干扰。
信号输出电路43连接传感器与视频信号处理电路42，用于如果探测结果有效，则对探测结果进行数据编码，得到探测信号，并进行网络传输。
在实施中，信号输出电路43对探测结果进行数据编码，得到探测信号，并进行网络传输。
电气防护与接口电路44连接信号输出电路43，用于防止干扰，并完成数据交换。
可选地，电气防护与接口电路44包括电磁干扰防护电路和输入与输出接口；其中，
电磁干扰防护电路，用于避免浪涌、电磁场、传导骚扰造成的的干扰和影响；
输入与输出接口，用于数据交换。
在实施中，电气防护与接口电路44由电磁干扰防护电路和输入与输出接口组成，目的在于避免浪涌、电磁场、传导骚扰等的干扰和影响。输入与输出接口用于与上位机或客户端等进行数据交换。
可选地，输入与输出接口包括报警输出继电器无源触点、电流环、串口和以太网。
在实施中，输入与输出接口包括但不限于报警输出继电器无源触点、电流环(4-20mA)、串口和以太网。
供电电路45分别连接传感器与视频信号处理电路42、信号输出电路43和电气防护与接口电路44，用于将输入电源分别转换成传感器与视频信号处理电路42、信号输出电路43和电气防护与接口电路44运行需要的供电电源。
在实施中，供电电路45将输入电源转换成光学探测器各部件(如传感器与视频信号处理电路42、信号输出电路43和电气防护与接口电路44)运行需要的供电电源。
可选地，供电电路45还可以避免工频等干扰信号影响。
基本框架5，用于承载并保护光学反射镜1、光学传感器2和光电信号处理电路3。
可选地，基本框架5包括外护罩51和传感器与光学反射镜安装支架52；其中，
外护罩51，用于保护光学反射镜1、光学传感器2和光电信号处理电路3。
在实施中，基本框架5(图1中未直接示出基本框架5，以外护罩51和传感器与光学反射镜安装支架52表示)包括外护罩51和传感器与光学反射镜安装支架52，技术人员根据光学探测器的使用环境，确定IP(防护等级Ingress
Protection)，并根据IP对光学探测器的外护罩51进行设计，以达到与使用环境相对应的目标防护。
传感器与光学反射镜安装支架52，用于承载光学反射镜1和光学传感器2，以使光学传感器2的感应面中心处于光学反射镜1的焦点上。
在实施中，技术人员通过对传感器与光学反射镜安装支架52的结构设计，保证光学传感器2的感应面中心处于光学反射镜1的焦点上，或者处于焦点沿光轴线的对称分布区域上。
图3为本申请实施示例提供的一种探测方法的流程图，如图3所示，具体步骤如下：
步骤401，获取T时刻光学传感器的数据ST(电信号)，同时获取视频信号和音频信号。
步骤402，对光学传感器的数据ST(电信号)进行数据处理，包括滤波和剔除奇异数据等。
步骤403，采用嵌入式芯片内的加速器(如NPU(神经网络处理器NeuralnetworkProcessing Unit)、IPU(图像处理单元Image Processing Unit)和GPU(图像处理装置Graphics Processing Unit)等)实现AI神经网络的深度学习算法分析，从视频和音频信号中评估光学探测器的应用环境，提取出辅助判定条件AkT，该辅助判定条件AkT可以采用{0，1}之间的数值表示，辅助判断条件可以是n个，如k＝1、2、……、n。
步骤404，根据辅助判定条件AkT和传感器数据ST，确定探测结果ST’。
步骤405，判断ST’是否大于预设的报警阈值Sth。
如果是，则执行步骤406，如果否，则执行步骤401。
步骤406存储该探测结果和辅助判断条件，以供后续不同应用的程序使用，并长期储存。
步骤407，定期丢弃不符合实际环境条件的探测结果和辅助判断条件，进而进行下一周期的数据分析和做出报警判断。
可以理解的是，本说明书中上述方法的各个实施例之间相同/相似的部分可互相参见，每个实施例重点说明的是与其他实施例的不同之处，相关之处参见其他方法实施例的说明即可。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上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申请的几种实施方式，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，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种光学探测器，其特征在于，所述光学探测器包括光学反射镜(1)、光学传感器(2)、视频和音频输入模块(3)、光电信号处理电路(4)和基本框架(5)；其中，
所述光学反射镜(1)，用于将被探测目标发射或反射的光线汇聚到所述光学传感器(2)的感光面上；
所述光学传感器(2)，用于接收所述被探测目标发射或反射的光线，并将光线的光信号转换为电信号；
所述视频和音频输入模块(3)，用于获取所述被探测目标及其所在环境的视频信号和音频信号；
所述光电信号处理电路(4)，用于根据所述电信号、所述视频信号和所述音频信号，输出所述被探测目标的探测信号；
所述基本框架(5)，用于承载并保护所述光学反射镜(1)、所述光学传感器(2)和所述光电信号处理电路(4)。
2.根据权利要求1所述的光学探测器，其特征在于，所述光电信号处理电路(4)包括驱动与信号整理电路(41)、传感器与视频信号处理电路(42)、信号输出电路(43)、电气防护与接口电路(44)和供电电路(45)；其中，
所述驱动与信号整理电路(41)连接所述光学传感器(2)，用于转换所述光学传感器(2)的驱动电压，并将所述电信号放大为目标电信号；
所述传感器与视频信号处理电路(42)分别连接所述驱动与信号整理电路(41)和所述视频和音频输入模块(3)，用于根据所述目标电信号输出探测结果，并根据所述视频信号和所述音频信号，确定所述探测结果的有效性；
所述信号输出电路(43)连接所述传感器与视频信号处理电路(42)，用于如果所述探测结果有效，则对所述探测结果进行数据编码，得到探测信号，并进行网络传输；
所述电气防护与接口电路(44)连接所述信号输出电路(43)，用于防止干扰，并完成数据交换；
所述供电电路(45)分别连接所述传感器与视频信号处理电路(42)、所述信号输出电路(43)和所述电气防护与接口电路(44)，用于将输入电源分别转换成所述传感器与视频信号处理电路(42)、所述信号输出电路(43)和所述电气防护与接口电路(44)运行需要的供电电源。
3.根据权利要求2所述的光学探测器，其特征在于，所述电气防护与接口电路(44)包括电磁干扰防护电路和输入与输出接口；其中，
所述电磁干扰防护电路，用于避免浪涌、电磁场、传导骚扰造成的干扰和影响；
所述输入与输出接口，用于数据交换。
4.根据权利要求1所述的光学探测器，其特征在于，所述基本框架(5)包括外护罩(51)和传感器与光学反射镜安装支架(52)；其中，
所述外护罩(51)，用于保护所述光学反射镜(1)、所述光学传感器(2)和所述光电信号处理电路(4)；
所述传感器与光学反射镜安装支架(52)，用于承载所述光学反射镜(1)和所述光学传感器(2)，以使所述光学传感器(2)的感应面中心处于所述光学反射镜(1)的焦点上。
5.根据权利要求1所述的光学探测器，其特征在于，所述光学传感器(2)包括红外传感器和紫外传感器中的一种或多种。
6.根据权利要求3所述的光学探测器，其特征在于，所述输入与输出接口包括报警输出继电器无源触点、电流环、串口和以太网。
7.根据权利要求1所述的光学探测器，其特征在于，所述光学反射镜(1)包括抛物面镜、球面镜和二次曲面镜中的一种。
8.根据权利要求1所述的光学探测器，其特征在于，所述视频和音频输入模块(3)包括摄像机和拾音器中的一种或多种。
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