[發明專利]一種水域上轉換熒光渦旋檢測裝置及其檢測方法

在審

• 申請號: 202111494038.5
• 申請日: 2021-12-08
• 公開（公告）號: CN114076590A
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發明（設計）人: 付姚;胡雅茜;溫永盛;曾瑞浪;李豎斌
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: G01C13/00
• 分類號: G01C13/00;G01N21/64
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 徐華燊;李洪福

本發明提供一種水域上轉換熒光渦旋檢測裝置及其檢測方法，裝置包括外殼、激光發射器、納米顆粒儲存倉和圖像采集處理系統，激光發射器向擬探測方向發出紅外激光進行照射；納米顆粒儲存倉向擬探測方向發射裝有親水型上轉換納米粉體的彈丸，彈丸在指定區域爆破，釋放上轉換納米粒子；上轉換納米粒子在紅外激光光束的激發下發射可見光，呈現光學影像；圖像采集處理系統采集光學影像，經處理后用以判定水域的湍流情況。本發明可達到信號發射?接收裝置一體化及水下湍流可視化的效果，有利于提高湍流可視化成像的準確性及靈敏度，并增強渦旋的可探測性。

技術領域

本發明涉及水域湍流檢測技術領域，具體而言，尤其涉及一種水域上轉換熒光渦旋檢測裝置及其檢測方法。

背景技術

湍流是海洋湖泊中普遍存在的一種海水密度、濃度具有局部非均勻分布的特殊區域，湍流的尺度從毫米量級到數十千米量級廣泛分布。海洋湍流在小范圍和短時間內的變化是迅速且隨機的，對于無拖拽航行器來說，一旦遭遇激流環境，很容易與水下礁石等硬物發生劇烈碰撞而損壞。因此，實現水域湍流的檢測，對于潛航器，特別是無拖拽式智能潛航器及時調整行進航向、提升航行安全性及穩定性意義重大。

目前，水域環境目標探測主要依靠超長波探測以及聲波探測來實現。然而，超長波探測有系統復雜、功耗大、通帶窄等缺點，而聲波傳輸速度慢、延遲久、多普勒頻散嚴重、保密性差等缺點同樣不可避免。在此背景下，水下光學探測方式為探測技術提供了新的思路。目前針對水下湍流光學檢測的研究主要為渦旋光束探測以及粒子成像技術。經分析，前述光學檢測方式的共性問題在于探測信號的發出裝置和反饋信號的接收裝置必須分布于被探測區域的不同方向，無法安裝在同一載體(如航行器)上，因此根本無法應用于航行器本體并完成實時的自主探測與避險。且現有光學探測過程需要使用反光鏡等光學配件多次改變光束傳播方向，所需設備體積龐大、探測靈敏度較低。

發明內容

根據上述提出的超長波探測中所存在的系統復雜、功耗大、通帶窄等缺點，聲波探測中傳輸速度慢、延遲久、多普勒頻散嚴重、保密性差等缺點，以及光學檢測方法在水域湍流探測中所遇到的設備體積龐大、信號發射與信息接收不實時、不同體的技術問題，而提供一種水域上轉換熒光渦旋檢測裝置及其檢測方法。本發明主要通過紅外激光器激發上轉換發光粒子實現“湍流可視化”，并對水域自發光光學影像進行圖像采集及對比分析。

本發明采用的技術手段如下：

一種水域上轉換熒光渦旋檢測裝置，安裝在航行器上，包括：外殼以及封裝在外殼內的激光發射器、納米顆粒儲存倉和圖像采集處理系統，所述納米顆粒儲存倉、激光發射器和圖像采集處理系統從上到下依次布置；

所述激光發射器和所述納米顆粒儲存倉均與圖像采集處理系統相連，所述激光發射器用于向擬探測方向發出紅外激光進行照射；所述納米顆粒儲存倉用于向擬探測方向發射裝有親水型上轉換納米粉體的彈丸，所述彈丸在指定區域爆破，釋放上轉換納米粒子，所述上轉換納米粒子處于紅外激光的照射范圍內，其在紅外激光光束的激發下發射可見光并呈現光學影像；所述圖像采集處理系統用于采集光學影像數據，通過處理及顯示，用以判定水域的湍流情況；

所述圖像采集處理系統包括圖像采集模塊、圖像處理模塊和圖像顯示模塊，所述圖像采集模塊同時與所述激光發射器和所述納米顆粒儲存倉相連，用于采集光學影像數據；所述圖像處理模塊通過網線分別與圖像采集模塊和圖像顯示模塊相連，用于接收所述圖像采集模塊采集的原始光學影像數據，對其進行圖像增強處理，并將處理后的圖像傳輸給圖像顯示模塊進行顯示。

進一步地，所述納米顆粒存儲倉設置在距離外殼頂部1cm處。

進一步地，所述激光發射器設置在所述納米顆粒存儲倉正下方1.5cm處，以俯角5°出射紅外激光，并經設置的擴束鏡進行擴束。

進一步地，所述圖像采集處理系統設置在所述激光發射器正下方2cm處，其距離外殼底部1cm。