专利摘要

本发明公开了一种漫反射式双光路空气振动检测系统，利用检测区域空气振动过程中对柔性物体表面形成的推动变形及不同位置存在时间差(相位差)的基本原理，利用双光束的方式对相距很近的两个点进行差分检测，进而获得振动的近似时间导数，实现振动位移微分性质的检测，再使用积分方式恢复原有的信号，有效地还原原始空气振动的波形；本发明通过双光束的方式消除了光源的不稳定、光传播过程干扰等一系列干扰因素，实现了空气振动的高效稳定检测。

权利要求

1.一种漫反射式双光路空气振动检测系统，其特征在于，包括红外激光器(1)、红外准直镜(2)、红外45°半透半反镜(4)、第一红外45°反射镜(3)、柔性物体(11)、透红外滤光片(5)、第二红外45°反射镜(6)、红外凸透镜(7)、红外探测器(8)、数字示波器(9)及振动信号后处理器(10)；

所述红外激光器(1)发出的红外光依次通过红外准直镜(2)和红外45°半透半反镜(4)，经红外45°半透半反镜(4)的投射光照射到柔性物体(11)的B点处，经红外45°半透半反镜(4)的反射光经第一红外45°反射镜(3)反射后照射到柔性物体(11)的A点处，所述柔性物体(11)上A点及B点的沿入射途径反向传播后依次通过透红外滤光片(5)、第二红外45°反射镜(6)和红外凸透镜(7)；所述A点和B点为柔性物体(11)上两个不同位置的点，且从第一红外45°反射镜(3)到A点的反射光线与红外45°半透半反镜(4)到B点的投射光线平行；

所述红外凸透镜(7)的焦点落在所述红外探测器(8)的探测面上，所述红外探测器(8)、数字示波器(9)和振动信号后处理器(10)依次连接。

2.根据权利要求1所述的漫反射式双光路空气振动检测系统，其特征在于，所述红外准直镜(2)的光心与红外45°半透半反镜(4)的光心连线为线段l1，所述第二红外45°反射镜(6)的光心与红外凸透镜(7)的光心连线为线段l2，所述第一红外45°反射镜(3)的光心、红外45°半透半反镜(4)的光心、透红外滤光片(5)的光心和第二红外45°反射镜(6)的光心的连线为线段l3；

所述线段l1与线段l2平行，并与所述线段l3垂直。

3.根据权利要求1所述的漫反射式双光路空气振动检测系统，其特征在于，所述红外45°半透半反镜(4)、第一红外45°反射镜(3)和第二红外45°反射镜(6)均与水平面呈45°夹角且相互平行，所述透红外滤光片(5)平行于水平面设置。

4.根据权利要求1所述的漫反射式双光路空气振动检测系统，其特征在于，所述红外45°半透半反镜(4)对接收的红外光进行50％透过和50％反射处理。

5.根据权利要求1所述的漫反射式双光路空气振动检测系统，其特征在于，所述柔性物体(11)为能在空气振动信号的驱动下振动且振幅易检测的物体。

6.根据权利要求1所述的漫反射式双光路空气振动检测系统，其特征在于，

所述红外探测器(8)用于将红外凸透镜(7)反射的红外光的光能量进行收集并转换为对应的电信号后传输至数字示波器(9)；

所述数字示波器(9)用于接收红外探测器(8)传输的电信号，生成对应的波形信号并传输至振动信号后处理器(10)；

所述振动信号后处理器(10)为带有Matlab软件的计算机，用于对接收数字示波器(9)传输的波形信号进行放大、滤波、降噪和积分处理，获得能反映空气振动信号波形特征的信号，实现空气振动检测。

7.一种漫反射式双光路空气振动检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过红外激光器发射红外光，并经过红外准直镜后准直后形成平行光束发射至红外45°半透半反镜；

S2、通过红外45°半透半反镜对平行光束进行透射及反射处理，经透射处理得到的透射光发射至柔性物体的B点处，经反射处理得到的反射光经过第一红外45°反射镜反射后照射值柔性物体的A点处；

S3、基于空气振动信号S(t)在柔性物体上A点和B点上的驱动产生的振动信号S(tA)及S(tB)，使A点和B点上的漫反射光分别沿入射途径反向传播，并依次经过透红外滤光片、第二红外45°反射镜及红外凸透镜后汇聚至红外探测器；

S4、通过红外探测器将汇聚的红外光信号转换成电信号，并发送至数字示波器；

S5、通过数字示波器对接收的电信号进行处理，得到与其对应的波形信号并传输至振动信号后处理器；

S6、通过振动信号后处理器对接收到的波形信号进行处理，得到能够反映空气振动信号S(t)的波形特征的信号S'(t)，实现空气振动信号检测。

8.根据权利要求7所述的漫反射式双光路空气振动检测方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述红外激光器发出的红外光经红外准直镜、红外45°半透半反镜及第一红外45°反射镜的分光处理后得到的两束平行光分别照射到柔性物体的A点和B点处，且两束平行光的直接的间距为d。

9.根据权利要求7所述的漫反射式双光路空气振动检测方法，其特征在于，所述步骤S3中的空气振动信号S(t)包括人声语音信号、环境声音信号和机器振动信号。

10.根据权利要求7所述的漫反射式双光路空气振动检测方法，其特征在于，所述步骤S6中，所述振动信号后处理器对接收到的波形信号进行的处理包括放大、滤波、去噪及积分处理。

说明书

技术领域

本发明属于激光测量空气振动技术领域，具体涉及一种漫反射式双光路空气振动检测系统及方法。

背景技术

随着工业的进步，各种振动检测技术蓬勃发展，其中基于激光干涉原理的检测技术日渐成熟。但是对于空气微弱振动的检测却受到空气流动、表面光学特性差异及相干长度限制等因素的制约，实用性非常差。近些年来，随着公共安全和国家安全形势的严峻性，提出了对语音监听的迫切需求，特别是在远距离语音检测和侦听方面，需求十分刚性，但到目前为止，安装方便、使用效果好的装备技术难度高，难以实现，特别是降低激光传播通道上的风、温度梯度等通道的干扰信号非常困难。

目前相关的研究和专利情况如下：

一种用于激光测振仪的光频式计量测试装置(CN201110053568.6)该发明涉及一种用于激光测振仪的光频式计量测试装置，属于激光测振仪计量技术领域，该发明使用光谱调制的方式模拟激光测振仪的稳定工作状态，解决高速测振仪无法计量的问题，但该专利为模拟测振仪工况的技术，不涉及对振动测试的核心技术。

一种利用激光测振仪检测液体媒介中声场参数的方法(CN201010585429.3)该发明公开了一种利用激光测振仪检测液体媒介中声场参数的方法；该发明利用液体表面的反光特性，利用反射光的偏转进行液面振动测试，该方法属于激光反射式测振技术在液体内声场测量中的应用。

全光纤激光多普勒三维测振仪(CN201110385923.X)，该发明专利利用多频勒效应测试组件，分别测试了X、Y、Z方向的振动，并进行振动合成，从而实现三维振动的检测。

一种语音信息的激光探测装置(CN201120315331.6)，该实用新型专利利用多普勒外差干涉测振仪，加上望远系统及后续语音处理系统，实现了从振动信号到语音信号的格式转换和语音输出。

激光激振测振仪(CN99251921.7)，该实用新型专利采用激振光束作为泵浦光与样品相互作用，利用光声光热效应在样品上激励出声波，在利用测振光束进行分束干涉测振，从而实现对声波信号的检测，其本质是一种带激励源的光声检测模块。

综上所述，在能查阅的各种文献和资料中，能对空气振动导致的物体振动的检测技术种类繁多，但归纳成物理途径不外乎反射式与干涉式，并部分利用多普勒效应，这些发明均未关注振动源本身的特性，也就未能利用这些特征进行来实现对振动的检查。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的漫反射式双光路空气振动检测系统及方法解决了现有的空气振动检测过程中没有考虑振动源本身的特性，如不稳定、光传播过程的干扰因素，难以实现准确的空气振动检测的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种漫反射式双光路空气振动检测系统，包括红外激光器、红外准直镜、红外45°半透半反镜、第一红外45°反射镜、柔性物体、透红外滤光片、第二红外45°反射镜、红外凸透镜、红外探测器、数字示波器及振动信号后处理器；

所述红外激光器发出的红外光依次通过红外准直镜和红外45°半透半反镜，经红外45°半透半反镜的投射光照射到柔性物体的B点处，经红外45°半透半反镜的反射光经第一红外45°反射镜反射后照射到柔性物体的A点处，所述柔性物体上A点及B点的沿入射途径反向传播后依次通过透红外滤光片、第二红外45°反射镜和红外凸透镜；所述A点和B点为柔性物体上两个不同位置的点，且从第一红外45°反射镜到A点的反射光线与红外45°半透半反镜到B点的投射光线平行；

所述红外凸透镜的焦点落在所述红外探测器的探测面上，所述红外探测器、数字示波器和振动信号后处理器依次连接。

进一步地，所述红外准直镜的光心与红外45°半透半反镜的光心连线为线段l1，所述第二红外45°反射镜的光心与红外凸透镜的光心连线为线段l2，所述第一红外45°反射镜的光心、红外45°半透半反镜的光心、透红外滤光片的光心和第二红外45°反射镜的光心的连线为线段l3；

所述线段l1与线段l2平行，并与所述线段l3垂直。

进一步地，所述红外45°半透半反镜、第一红外45°反射镜和第二红外45°反射镜均与水平面呈45°夹角且相互平行，所述透红外滤光片平行于水平面设置。

进一步地，所述红外45°半透半反镜对接收的红外光进行50％透过和50％反射处理。

进一步地，所述柔性物体为能在空气振动信号的驱动下振动且振幅易检测的物体。

进一步地，所述红外探测器用于将红外凸透镜反射的红外光的光能量进行收集并转换为对应的电信号后传输至数字示波器；

所述数字示波器用于接收红外探测器传输的电信号，生成对应的波形信号并传输至振动信号后处理器；

所述振动信号后处理器为带有Matlab软件的计算机，用于对接收数字示波器传输的波形信号进行放大、滤波、降噪和积分处理，获得能反映空气振动信号波形特征的信号，实现空气振动检测。

一种漫反射式双光路空气振动检测方法，包括以下步骤：

S1、通过红外激光器发射红外光，并经过红外准直镜后准直后形成平行光束发射至红外45°半透半反镜；

S2、通过红外45°半透半反镜对平行光束进行透射及反射处理，经透射处理得到的透射光发射至柔性物体的B点处，经反射处理得到的反射光经过第一红外45°反射镜反射后照射值柔性物体的A点处；

S3、基于空气振动信号S(t)在柔性物体上A点和B点上的驱动产生的振动信号S(tA)及S(tB)，使A点和B点上的漫反射光分别沿入射途径反向传播，并依次经过透红外滤光片、第二红外45°反射镜及红外凸透镜后汇聚至红外探测器；

S4、通过红外探测器将汇聚的红外光信号转换成电信号，并发送至数字示波器；

S5、通过数字示波器对接收的电信号进行处理，得到与其对应的波形信号并传输至振动信号后处理器；

S6、通过振动信号后处理器对接收到的波形信号进行处理，得到能够反映空气振动信号S(t)的波形特征的信号S'(t)，实现空气振动信号检测。

进一步地，所述步骤S2中，所述红外激光器发出的红外光经红外准直镜、红外45°半透半反镜及第一红外45°反射镜的分光处理后得到的两束平行光分别照射到柔性物体的A点和B点处，且两束平行光的直接的间距为d。

进一步地，所述步骤S3中的空气振动信号S(t)包括人声语音信号、环境声音信号和机器振动信号。

进一步地，步骤S6中，所述振动信号后处理器对接收到的波形信号进行的处理包括放大、滤波、去噪及积分处理。

本发明的有益效果为：

(1)本发明利用检测区域空气振动过程中对柔性物体表面形成的推动变形及不同位置存在时间差(相位差)的基本原理，利用双光束的方式对相距很近的两个点进行差分检测，进而获得振动的近似时间导数，实现振动位移微分性质的检测，再使用积分方式恢复原有的信号，有效地还原原始空气振动的波形；

(2)本发明通过双光束的方式消除了光源的不稳定、光传播过程干扰等一系列干扰因素，实现了空气振动的高效稳定检测。

附图说明

图1为本发明中的漫反射式双光路空气振动检测系统结构示意图。

图2为本发明中的漫反射式双光路空气振动检测方法流程图。

其中：1、红外激光器；2、红外准直镜；3、第一红外45°反射镜；4、红外45°半透半反镜；5、透红外滤光片；6、第二红外45°反射镜；7、红外凸透镜；8、红外探测器；9、数字示波器；10、振动信号后处理器；11、柔性物体。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

实施例1：

本发明利用空气中语音信号振动在柔性物体表面传播时的时序特性，结合双光路外差检测技术获取语音振动信号的一阶微分信号，最后通过时间积分还原语音振动信号。

基于上述原理发明实施例中的漫反射式双光路空气振动检测系统，如图1所示，包括红外激光器1、红外准直镜2、红外45°半透半反镜4、第一红外45°反射镜3、柔性物体11、透红外滤光片5、第二红外45°反射镜6、红外凸透镜7、红外探测器8、数字示波器9及振动信号后处理器10；

所述红外激光器1发出的红外光依次通过红外准直镜2和红外45°半透半反镜4，经红外45°半透半反镜4的投射光照射到柔性物体11的B点处，经红外45°半透半反镜4的反射光经第一红外45°反射镜3反射后照射到柔性物体11的A点处，所述柔性物体11上A点及B点的沿入射途径反向传播后依次通过透红外滤光片7、第二红外45°反射镜6和红外凸透镜8；所述A点和B点为柔性物体11上两个不同位置的点，且从第一红外45°反射镜3到A点的反射光线与红外45°半透半反镜4到B点的投射光线平行；红外凸透镜7设置于第二红外45°反射镜6的正后方，红外凸透镜7的焦点落在红外探测器8的探测面上，红外探测器8、数字示波器9和振动信号后处理器10依次连接；

其中，红外激光器1发出的激光波长为红外光，肉眼不可见；红外45°半透半反镜4对接收的红外光进行50％透过和50％反射处理；透红外滤光片5针对上述激光波长可实现较高的透过率，而对于偏离激光波长的其他光线，该镜不透明，以确定准确的空气振动检测；红外凸透镜7针对上述激光波长，可实现聚焦功能，其聚焦焦点在红外探测器8的探测面上。

为确保红外信号的准确反射，本实施例中的红外准直镜2的光心与红外45°半透半反镜4的光心连线为线段l1，第二红外45°反射镜6的光心与红外凸透镜7的光心连线为线段l2，第一红外45°反射镜3的光心、红外45°半透半反镜4的光心、透红外滤光片5的光心和第二红外45°反射镜6的光心的连线为线段l3；线段l1与线段l2平行，并与线段l3垂直；红外45°半透半反镜4、第一红外45°反射镜3和第二红外45°反射镜6均与水平面呈45°夹角且相互平行，透红外滤光片5平行于水平面设置。

本实施例中，柔性物体11为能在空气振动信号的驱动下振动且振幅易检测的物体，进而实现空气振动检测。

本实施例中的红外探测器8用于将红外凸透镜7反射的红外光的光能量进行收集并转换为对应的电信号后传输至数字示波器9，且其探测灵敏度高；数字示波器9用于接收红外探测器8传输的电信号，生成对应的波形信号并传输至振动信号后处理器10，其可以长时间的保存一些波形并且能对自身存储的一些波形进行全面的分析；振动信号后处理器10为带有Matlab软件的计算机，用于对接收数字示波器9传输的波形信号进行放大、滤波、降噪和积分处理，获得能反映空气振动信号波形特征的信号，实现空气振动检测。

通过上述检测系统输出的信号S'(t)能够准确反映柔性物体11上接收反射光点处振动时受到的空气振动信号S(t)，进而实现空气振动检测，其中空气振动信号包括人声语音信号、环境声音信号和机器振动信号。

实施例2：

如图2所示，本实施例提供了基于上述检测系统实现漫反射式双光路空气振动检测方法，包括以下步骤：

S1、通过红外激光器发射红外光，并经过红外准直镜后准直后形成平行光束发射至红外45°半透半反镜；

S2、通过红外45°半透半反镜对平行光束进行透射及反射处理，经透射处理得到的透射光发射至柔性物体的B点处，经反射处理得到的反射光经过第一红外45°反射镜反射后照射值柔性物体的A点处；

S3、基于空气振动信号S(t)在柔性物体上A点和B点上的驱动产生的振动信号S(tA)及S(tB)，使A点和B点上的漫反射光分别沿入射途径反向传播，并依次经过透红外滤光片、第二红外45°反射镜及红外凸透镜后汇聚至红外探测器；

S4、通过红外探测器将汇聚的红外光信号转换成电信号，并发送至数字示波器；

S5、通过数字示波器对接收的电信号进行处理，得到与其对应的波形信号并传输至振动信号后处理器；

S6、通过振动信号后处理器对接收到的波形信号进行处理，得到能够反映空气振动信号S(t)的波形特征的信号S'(t)，实现空气振动信号检测。

上述步骤S2中，红外激光器发出的红外光经红外准直镜、红外45°半透半反镜及第一红外45°反射镜的分光处理后得到的两束平行光分别照射到柔性物体的A点和B点处，且两束平行光的直接的间距为d。其中用于接收光信号的柔性物体能在空气振动信号的驱动下振动且振幅易检测的物体。图1中的S(tB)和S(tA)分别是柔性物体A点和B点处受到的空气振动信号S(t)的分量，它们的时间先后不同，分别对应于时间tA和tB；另外，图中的A'点和B'点分别为柔性物体上A点和B点作为散射光源经红外45°半透半反镜、第一红外45°反射镜反射后形成的对应虚像，S'(tA)和S'(tB)即为对应虚像点处的振动信号。

上述步骤S3中的空气振动信号S(t)包括人声语音信号、环境声音信号和机器振动信号。

上述步骤S6中振动信号后处理器对接收到的波形信号进行的处理包括放大、滤波、去噪及积分处理，具体地，振动信号后处理器为带有Matlab软件的计算机，对数字示波器得到的波形图进行放大、滤波、去噪，然后再用matlab中的积分函数对去噪后的波形图进行积分得到信号S'(t)。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“厚度”、“上”、“下”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“径向”、“正方”和“后方”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明的技术特征的数量。因此，限定由“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或隐含地包括一个或者更多个该特征。

一种漫反射式双光路空气振动检测系统及方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。