具有強光保護功能的旋轉式雷射成像儀的製作方法
2023-07-21 04:59:36
專利名稱：具有強光保護功能的旋轉式雷射成像儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及到一種雷射成像儀，特別的是具有強光保護功能六氟化硫雷射照射成像儀。
背景技術：
目前根據美國專利4555627原理設計製造的用於檢測氣體的雷射成像儀在不斷 的推廣應用之中。專利4555627所提出的這些類型的專利通常具備用於產生和發射雷射的 雷射器，和用於接收雷射的傳感器，該專利提到的雷射器通常是中波紅外雷射器或者是長 波紅外雷射器，接收雷射的傳感器通常是指對應的中波或者長波紅外傳感器。這類儀器中包含強光源(紅外雷射器)和敏感易損的傳感器(紅外傳感器)。如 果紅外雷射器發出的雷射經過強反射後被紅外傳感器所接收，就可能造成紅外傳感器敏感 元損壞，成像的情況是該敏感元的響應表現為不正常或者完全失效，形成壞點。如果大面積 強光反射就會造成大面積壞點，會導致紅外傳感器完全損壞。這種造成的損壞在大多數情 況下是不可恢復的，是不可逆的，這樣會造成儀器失效。國家知識產權局公告的申請號為20010181238. 9的專利提到一種具有安全關斷 裝置的雷射保護裝置，提到一種用於材料加工的雷射保護方法，採用單獨加裝傳感器的方 法來進行。這種類型保護方法並不適合雷射成像儀，成像儀器是可攜式儀器不適合另外加 裝傳感器，工作方式和要保護的對象也不同，即不可能對單個敏感元進行保護，也不可能對 每個敏感元附加另外的傳感器。美國專利6671152提出一種保護光電倍增管的方法，該保護方法通過在器件內部 植入溫度傳感器和保護電路來完成，這種保護需要同傳感器的探測器生產廠家共同完成， 並且不適合雷射成像系統中的紅外器件的保護。還有一種利用圖像處理的方法進行保護，該原理是檢測圖像看是否存在圖像的過 亮點，也就是飽和點，如果存在過亮點對傳感器採取保護措施，如關閉雷射，遮擋傳感器。因 雷射分布存在不均勻性，利用該原理保護如果存在使傳感器飽和度強反射會導致傳感器不 能工作，也就是容易過度保護，進一步影響操作。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種具有強光保護功能的旋轉式雷射成像儀，旨在通過 採用以一定轉速旋轉的反射鏡將入射雷射轉換為周期性變化的出射雷射，以使接收出射激 光的紅外敏感元避免長時間處於溫度過高的飽和狀態而導致熱損壞。本實用新型的目的是這樣實現的一種具有強光保護功能的旋轉式雷射成像儀， 包括雷射器、紅外接收鏡頭、紅外接收器，雷射器的雷射發射通道上設置有雷射調製器，該 雷射調製器由分別安裝在兩個電機軸上的兩個反射鏡組成，兩反射鏡與電機軸線垂直、兩 反射鏡平行且兩反射鏡與入射雷射呈45度設置；兩電機的轉速相同並與所述紅外接收器 的成像幀頻保護同步，兩電機的轉速為紅外接收器的成像幀頻的整數倍(即其倍數為1，2，3... η) ο上述兩電機的轉速範圍為8000轉/分鐘 15000轉/分鐘。紅外敏感元的損傷是由於高能量的紅外輻射較長時間內，雷射對紅外的損傷的機 理是熱損傷，也就是由於雷射的照射導致紅外敏感元溫度過高而導致紅外敏感元失效。根 據這樣的一個原理，如果把敏感元接收到的熱量及時的散發出去也就能夠較大程度上減少 敏感元因雷射的照射而導致的損壞。這樣就要求每個敏感元不能在一個較長時間內一直暴 露在強紅外輻射下，即不能一直處於飽和狀態。需要一個非飽和的時間內將因紅外輻射產 生的熱量散發出去。本實用新型基於這個原理來實現的。根據上述原理，本儀器由雷射器、紅外接收鏡頭、紅外接收器和雷射調製器組成。雷射器的作用是發出一定功率的雷射，雷射調製器的作用是調 制雷射，使雷射按 照調製所需的方式將雷射出射，調製後的雷射經過光學系統後照射出去，雷射經過散射和 散射後被紅外接收器接收後成像。上述雷射調製器採用的是機械結構。本實用新型的有益效果是雷射束經過發散後，能量分布存在不均勻性，本實用新 型利用這一特性，使雷射束進行旋轉，這樣到達每個紅外敏感元的雷射能量存在周期性的 變化，也就是紅外敏感元所接收到能量時大時小，能量大的時候發熱，能量小的時候就能夠 散發部分熱量，從而降低了敏感元損壞的概率。這樣的雷射調製器是機械結構的雷射調製
ο對雷射進行調製來產生在時間分布上雷射的不均勻性，也是本實用新型的另外一 個內容。通常來講雷射器都能夠進行調製而使雷射以脈衝形式發射雷射，紅外接收器(即 紅外傳感器)的成像是對接收到的光通量進行積分，讀出，成像來完成。也就是紅外傳感器 在一個工作周期內分為積分時間，讀出時間。在積分時間內接收到光能量是有效的能量，積 分時間之外的讀出時間接收到的能量是無效能量。因此如果在積分時間之外不對紅外探測 器敏感元進行照射，使敏感元能夠散發熱量，這樣也能夠有效的降低敏感元的損壞概率。
圖1是本實用新型的原理說明圖；圖2是本實用新型的結構圖；圖3是圖2所示一組電機及反射鏡(組成轉鏡)的放大圖。
具體實施方式
對於雷射成像系統而言，雷射的輸出是發散的，雷射器11發射雷射束16經過光學 系統13後雷射束的發散角或者雷射的光束髮散變大。雷射光束照射到目標14後，返回的 雷射12被紅外接收器15 (即紅外傳感器)接收後成像。如果目標14強反射雷射會導致到 達紅外接收器的能量過大，從而會造成紅外接收器熱損傷。圖2示出，雷射器21發出的雷射光束照射到雷射調製器22上，雷射調製器是一個 或者兩個旋轉光學機構，光束雷射調製器出射的雷射發散裝置後的雷射26能量是符合周 期性變化的規則，雷射26照射到待成像的物體28上後形成的反射或者散射光線27經過 紅外接收鏡頭25被紅外接收器24 (即紅外傳感器)所接收，根據前面分析，紅外接收器24 敏感元所接收到雷射能量是符合周期性變化的。雷射調製器22可以由兩個高速旋轉電機221、222，垂直於電機軸上安裝反射鏡223和反射鏡224來做成(參見圖3)。兩個高速旋轉 電機可以是直流無刷電機，空心杯電機或者步進電機等各種高速電機。圖3中，對應的電機221 (可用步進電機)的軸同反射鏡224安裝不一定完全垂直， 反射鏡的法線同電機軸可以存在一個小角度。高速電機的控制可以由數位訊號處理器或者 ARM等嵌入式處理器來實現。這樣一來，雷射光束隨著反射鏡的高速旋轉而旋轉。周期變化 的能量分布能夠讓紅外探測器敏感元具有時間散發因強光輻射而產生的能量，從而能保護 紅外探測敏感元。所述的旋轉的光學機構的轉速應當儘可能的高，來使紅外能量分布盡可 能的均勻，減少每個敏感元受到強光照射的時間。同時需要儘可能保持轉速同紅外傳感器 成像幀頻保持同步或者為成像幀頻的整數倍以保證成像不至於因光分布不均勻而導致成 像圖像閃爍或者形成條紋。如成像幀頻為25幀，轉速在1500轉每分鐘以上，考慮到積分時 間內使能量分布均勻，轉速應當儘可能的高，如轉速在12000轉每分鐘。高的轉速會增加因 電機高速轉動帶來的噪聲，最好的轉速範圍為8000轉每分到15000轉每分鐘。圖2中23、發散裝置(位於雷射調製器的雷射出口)；29、入射雷射。
權利要求一種具有強光保護功能的旋轉式雷射成像儀，包括，雷射器(21)，紅外接收鏡頭(25)，紅外接收器(24)，其特徵是所述雷射器(21)的雷射發射通道上設置有雷射調製器(22)，該雷射調製器(22)由分別安裝在兩個電機(221、222)軸上的兩個反射鏡(224、223)組成，兩反射鏡與電機軸線垂直、兩反射鏡平行且兩反射鏡與入射雷射呈45度設置；兩電機的轉速相同並與所述紅外接收器(24)的成像幀頻保護同步，兩電機的轉速為紅外接收器(24)的成像幀頻的整數倍。
專利摘要一種具有強光保護功能的旋轉式雷射成像儀，包括雷射器、紅外接收鏡頭、紅外接收器，雷射器的雷射發射通道上設有雷射調製器，該雷射調製器由分別安裝在兩個電機軸上的兩個反射鏡組成，兩反射鏡與電機軸線垂直、兩反射鏡平行且兩反射鏡與入射雷射呈45度設置；兩電機的轉速相同並與所述紅外接收器的成像幀頻保護同步，兩電機的轉速為紅外接收器的成像幀頻的整數倍。它使雷射束旋轉而產生周期性的能量變化，從而使紅外敏感元的雷射能量產生周期性變化，最終降低紅外敏感元損壞的概率，提高了裝置的壽命。
文檔編號G01M3/38GK201555699SQ200920176499
公開日2010年8月18日 申請日期2009年9月2日 優先權日2009年9月2日
發明者盧昌華, 唐平, 張力, 王鍇 申請人:四川電力試驗研究院