[发明专利]一种基于激光感知的多参数检测方法

说明书

技术领域

本发明属于光学技术领域，涉及一种多参数检测方法，特别是一种基于激光感知的多参数检测方法，主要应用于物质分析、环境监测、资源勘探、食品安全、生物研究、生命科学、医学医疗、过程控制、国防安全、工程测试、危险评估、环境感知、物联网、先进制造等领域中的多参数检测方法。

背景技术

多参数检测广泛存在于物质分析、环境监测、资源勘探、食品安全、生物研究、生命科学、医学医疗、过程控制、国防安全、工程测试、危险评估、环境感知、物联网、先进制造等诸多领域,发挥重要的作用,例如,在物质分析中,希望能利用同一个检测系统测试多种成分的浓度,提高到信息量,并且降低成本。在先技术中存在多参数检测方法，基于同一检测装置测量多个参数，在先技术中存在拉曼光谱检测技术一种针尖增强拉曼光谱技术，（参见美国专利，专利名称：High contrast tip-enhanced Raman spectroscopy，发明人：Alexei P. Sokolov, Alexander Kisliuk, Disha Mehtant, Ryan D. Hartschuh, Nam-Heui Lee，专利号：US7656524B2，专利授权时间：2010年2月2日），虽然存在一定的特点，但是仍然存在本质不足，1)采用针尖增强拉曼光谱检测原理，需要针尖与被检测物质进行近距离相互租用，因此，容易污染被检测物质，并且影响检测结果的正确性；2）虽然可以进行多参数检测，但是要基于想同物理作用机理，检测同类物理参数，系统构建灵活性低，信息量少，无法实现振动特性和气体浓度的同时检测；3）本检测方法在本质上对被检测物的材料特性存在本质要求，限制了应用范围。

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术的不足，提供基于激光感知的多参数检测方法，具有无损检测、可以实现遥测、基于不同物理检测原理、实现物质浓度和振动参数检测、高灵敏度、高信噪比、被检测物形态和物质多样、信息量高、系统易于构建、应用范围广、功能易于扩充等特点。

本发明的基本构思是：基于激光环境感知，将光谱检测原理和激光散斑效应相结合，激光束照射到被检测区域，激光散斑经过光学成像系统被二维光电传感器探测， 采用离焦成像技术，通过处理二维成像光电传感器探测得到的散斑信息，实现被检测区域机械振动特性测量；利用强度光电传感器检测散射光信号，利用二次谐波吸收光谱分析算法，得到光束经过路径上气体浓度信息。

本发明的基于激光感知的多参数检测方法，其具体的技术方案如下：

步骤(1)激光光源出射光束的光路上设置有光束整形部件，光束整形部件调节光束参数得到测量用激光光束；

步骤(2) 激光光束照射到被检测区域，被检测区域存在光学界面，激光光束在光学界面处被散射，发生激光散射效应，形成激光散射光场，呈现激光传输散斑；

步骤(3) 激光散射光场经过离焦光学成像系统，成像在二维成像光电传感器上，二维成像光电传感器将离焦激光散斑图像转化为图像电信号，强度光电传感器检测激光散斑光信号，实现激光散斑光强信号的光电转化；

步骤(4) 通过处理二维成像光电传感器探测得到的散斑图像信息，实现被检测区域机械振动特性测量；对强度光电传感器采集到的光信号，通过利用二次谐波吸收光谱分析算法，得到光束经过路径上气体浓度信息。

所述的光束整形部件与被检测区域之间设有光束反射部件，且光束反射部件激光光源出射光束的光路上，光束反射部件设置于第一成像透镜的朝向光学界面一侧，致使光学系统为同轴系统。

所述的激光光源为激光二极管、二极管激光器、气体激光器、固态激光器、染料激光器、半导体激光器中的一种。

所述的光束整形部件为透镜光束整形部件、反射式光束整形部件、液晶光束整形部件、微纳结构光束整形部件中的一种。

所述的二维成像光电传感器为电荷耦合器件或互补金属氧化物半导体电传感器。

所述的强度光电传感器为光电二极管、光电三极管、雪崩管、光电倍增管中的一种。

所述的离焦光学成像系统为折射式光学成像系统、反射式光学成像系统、混合式光学成像系统中的一种。

所述的强度光电传感器和被检测区域之间设置有光学转换系统。

所述的光学转换系统和离焦光学成像系统存在部分光学元件的共用。