一种水下运动目标的非声探测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种水下运动目标的非声探测方法及装置，包括：将测试光束和基准光束照射到水体上；获取测试光束和基准光束叠加形成的干涉条纹；当干涉条纹出现抖动时，存在水下运动目标。能够将水下涡流场分布引起的水体折射率变化转化为光束信号的干涉条纹抖动，从而判断检测区域内是否存在水下运动目标。断检测区域内是否存在水下运动目标。断检测区域内是否存在水下运动目标。

【技术实现步骤摘要】
一种水下运动目标的非声探测方法及装置


[0001]本专利技术涉及水下流体探测
，具体为一种水下运动目标的非声探测方法及装置。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]水下涡流场是水下运动目标在水体环境中的间接表现，可以通过仿生探测、PIV图像探测及激光探测等方式实现，此类技术处于原理样机阶段，并已通过验证实验初步证明了涡流场探测技术的可行性。而水下运动目标的扩散远场涡流信号十分微弱，仿生探测技术通过电容电感的电学信号测量水下涡流，由于受电学测量灵敏度的限制，难以实现对水下运动目标远场涡流探测；PIV图像探测通过示踪粒子来实现尾流场检测，不适用于广域海况探测；而常规激光探测采用几何光学的测量方式，灵敏度受限。

技术实现思路

[0004]为了解决上述
技术介绍
中存在的技术问题，本专利技术提供一种水下运动目标的非声探测方法及装置，能够将水下涡流场分布引起的水体折射率变化转化为光束信号的干涉条纹抖动，从而判断检测区域内是否存在水下运动目标。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]本专利技术的第一个方面提供一种水下运动目标的非声探测方法，包括以下步骤：
[0007]将测试光束和基准光束照射到水体上；
[0008]获取测试光束和基准光束叠加形成的干涉条纹；
[0009]当干涉条纹出现抖动时，存在水下运动目标。
[0010]水下目标运动时产生的水下涡流场引起水体的折射率变化，使得干涉条纹出现抖动。
[0011]当干涉条纹出现抖动时，存在水下运动目标，具体为：当干涉条纹抖动的频率和幅值超过设定值时，存在水下运动目标。
[0012]本专利技术的第二个方面提供实现上述方法所需的装置，包括：
[0013]准直光源模块，包括相连接的准直光源和扩束镜，用于提供探测水体的照明光源，即测试光束和基准光束，其中，扩束镜具有至少两片焦距不等的镜片，用于提供经准直的光束；
[0014]光束收集模块，收集穿过被测水体的测试光束和基准光束，用于后续的干涉叠加；
[0015]剪切干涉模块，用于将测试光束和基准光束剪切叠加在一起得到干涉条纹；
[0016]图像采集模块，包括成像镜头和图像传感器，用于采集携带有水体涡流信息的剪切干涉条纹图像，从而探测水下运动目标。
[0017]剪切干涉模块包括平行平板，光束收集模块发出的一部分光经过平行平板的前表
面反射形成测试光束，光束收集模块发出的另一部分光透过平行平板的前表面后，经平行平板的后表面反射透过平行平板的前表面形成基准光束。
[0018]测试光束和基准光束剪切叠加在一起形成干涉条纹，干涉条纹通过成像镜头成像到图像传感器中收集。
[0019]准直光源模块置于独立的水密舱中，形成照明单元。
[0020]光束收集模块、剪切干涉模块和图像采集模块置于另一个独立的水密舱中，形成信号收集单元。
[0021]剪切干涉模块的前反射面的反射率为36％～40％，后反射面的反射率大于95％。
[0022]与现有技术相比，以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
[0023]1、能够将水下涡流场分布引起的水体折射率变化转化为光束信号的干涉条纹抖动，从而根据干涉条纹抖动判断检测区域内是否存在水下运动目标，进而不再使用现有技术中的声波信号探测方式。
[0024]2、所采取的光学干涉方法能够探测极微弱的信号变化，微弱的涡流信号引起的折射率变化表现为相位变化，使用干涉技术将相位变化转化为图像的灰度变化，感知信息直观可辨，灵敏度极高，便于实现非接触大范围测量以及非声探测。
[0025]3、反映在硬件设备上，能够避免使用大口径高精度的反射镜，成本高昂的关键精密元件可以集成在装置内部，能够适应海洋复杂环境下的作业需要，极大提升装置的耐腐蚀性能。
[0026]4、降低对光源的相干性要求，利用高功率的短相干光源即可满足需要，大大提升探测距离。
附图说明
[0027]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0028]图1是本专利技术一个或多个实施例提供的高速流体的剪切干涉图像示意图；
[0029]图2是本专利技术一个或多个实施例提供的水下运动目标的非声探测装置结构示意图；
[0030]图中：1准直光源，2扩束镜，3被测水体，4光束收集模块，5剪切干涉模块，6成像镜头，7图像传感器。
具体实施方式
[0031]下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。
[0032]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0033]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0034]正如
技术介绍
中所描述的，水下涡流场是水下运动目标在水体环境中的间接表现，而水下运动目标的扩散远场涡流信号十分微弱，常规的探测方法无法满足测量要求。
[0035]因此以下实施例给出一种水下运动目标的非声探测方法及装置，能够将水下涡流场分布引起的水体折射率变化转化为光束信号的干涉条纹抖动，从而判断检测区域内是否存在水下运动目标。
[0036]实施例一：
[0037]如图1所示，一种水下运动目标的非声探测方法，包括以下步骤：
[0038]将测试光束和基准光束照射到水体上；
[0039]获取测试光束和基准光束叠加形成的干涉条纹；
[0040]当干涉条纹出现抖动时，存在水下运动目标。
[0041]水下目标运动时产生的水下涡流场引起水体的折射率变化，使得干涉条纹出现抖动。
[0042]具体探测原理为，在水下运动的目标能够在水体中形成涡流场，涡流场会带动水流运动从而引起水体折射率的局部变化，当光束经过该涡流场就会形成相位变化，该相位变化是微弱的，当经过水体的测试光束和基准光束叠加后会形成干涉条纹，在干涉条纹出现抖动时，也就获取了微弱涡流场形成的相位场，从而完成对水下运动目标的涡流场探测。
[0043]水体波动的流速与条纹抖动的频率成正比，在没有运动目标的水体中，洋流引起条纹以固定的频率和幅值抖动。当条纹抖动的频率和幅值不同于洋流下抖动的频率和幅值的经验值时，即可以判定该条纹抖动是由水下运动目标引起。因此，本实施例中，当干涉条纹抖动的频率和幅值超过设定值时，认为存在水下运动目标。
[0044]本实施例所采取的光学干涉方法能够探测极微本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水下运动目标的非声探测方法，其特征在于，包括以下步骤：将测试光束和基准光束照射到水体上；获取测试光束和基准光束叠加形成的干涉条纹；当干涉条纹出现抖动时，存在水下运动目标。2.如权利要求1所述的一种水下运动目标的非声探测方法，其特征在于，水下目标运动时产生的水下涡流场引起水体的折射率变化，使得干涉条纹出现抖动。3.如权利要求1所述的一种水下运动目标的非声探测方法，其特征在于，当干涉条纹出现抖动时，存在水下运动目标，具体为：当干涉条纹抖动的频率和幅值超过设定值时，存在水下运动目标。4.实现权利要求1所述方法的非声探测装置，其特征在于，包括：准直光源模块，包括相连接的准直光源和扩束镜，用于提供探测水体的照明光源；光束收集模块，收集穿过被测水体的测试光束和基准光束，用于后续的干涉叠加；剪切干涉模块，用于将测试光束和基准光束剪切叠加在一起得到干涉条纹；图像采集模块，包括成像镜头和图像传感器，用于采集携带有水体涡流信息的剪切干涉条纹图像，从而探测水下运动目标。5.如权利要求4所述的一种水下运动目标的非声探测装置，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵晶，韩素立，王英明，李卓，董浩，林海波，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：