專利名稱：具有強光保護功能的旋轉式激光成像儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及到一種激光成像儀，特別的是具有強光保護功能六氟化硫激光照 射成像儀。
背景技術：
目前根據美國專利4555627原理設計制造的用于檢測氣體的激光成像儀在 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于產生 和發射激光的激光器，和用于接收激光的傳感器，該專利提到的激光器通常是中 波紅外激光器或者是長波紅外激光器，接收激光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(紅外激光器)和敏感易損的傳感器(紅外傳感器)。 如果紅外激光器發出的激光經過強反射后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 關斷裝置的激光保護裝置，提到一種用于材料加工的激光保護方法，采用單獨加 裝傳感器的方法來進行。這種類型保護方法并不適合激光成像儀，成像儀器是便 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，并且不適合激光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釆取保護措施，如關閉激光， 遮擋傳感器。因激光分布存在不均勻性，利用該原理保護如果存在使傳感器飽和
3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。
發明內容
本發明的目的是提供一種具有強光保護功能的旋轉式激光成像儀，旨在通過 采用以一定轉速旋轉的反射鏡將入射激光轉換為周期性變化的出射激光，以使接 收出射激光的紅外敏感元避免長時間處于溫度過高的飽和狀態而導致熱損壞。
本發明的目的是這樣實現的 一種具有強光保護功能的旋轉式激光成像儀， 包括激光器、紅外接收鏡頭、紅外接收器，激光器的激光發射通道上設置有激光 調制器，該激光調制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激光呈45度設置；兩電機的 轉速相同并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l， 2， 3…n)。
上述兩電機的轉速范圍為8000轉/分鐘 15000轉/分鐘。 紅外敏感元的損傷是由于高能量的紅外輻射較長時間內，激光對紅外的損傷 的機理是熱損傷，也就是由于激光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激光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，即不能一直處于飽和狀態。 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。本發明基于這個原 理來實現的。
根據上述原理，本儀器由激光器、紅外接收鏡頭、紅外接收器和激光調制器 組成。
激光器的作用是發出一定功率的激光，激光調制器的作用是調制激光，使激 光按照調制所需的方式將激光出射，調制后的激光經過光學系統后照射出去，激 光經過散射和散射后被紅外接收器接收后成像。上述激光調制器采用的是機械結 構。
本發明的有益效果是激光束經過發散后，能量分布存在不均勻性，本發明
利用這一特性，使激光束進行旋轉，這樣到達每個紅外敏感元的激光能量存在周 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。這樣的激光調制器是機械結構的激光調制器。
對激光進行調制來產生在時間分布上激光的不均勻性，也是本發明的另外一 個內容。通常來講激光器都能夠進行調制而使激光以脈沖形式發射激光，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l是本發明的原理說明圖； 圖2是本發明的結構圖3是圖2所示一組電機及反射鏡(組成轉鏡)的放大圖。
具體實施例方式
對于激光成像系統而言，激光的輸出是發散的，激光器11發射激光束16經 過光學系統13后激光束的發散角或者激光的光束發散變大。激光光束照射到目 標14后，返回的激光12被紅外接收器15 (即紅外傳感器)接收后成像。如果 目標14強反射激光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，激光器21發出的激光光束照射到激光調制器22上，激光調制器 是一個或者兩個旋轉光學機構，光束激光調制器出射的激光發散裝置后的激光 26能量是符合周期性變化的規則，激光26照射到待成像的物體28上后形成的 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敏感元所接收到激光能量是符合周期性 變化的。激光調制器22可以由兩個高速旋轉電機221、 222，垂直于電機軸上安 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 數字信號處理器或者ARM等嵌入式處理器來實現。這樣一來，激光光束隨著反射
5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 構的轉速應當盡可能的高，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。同時需要盡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于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，轉速應當盡可能的高，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，最好的轉速范圍為8000轉每分到15000 轉每分鐘。
圖2中23、發散裝置(位于激光調制器的激光出口)； 29、入射激光。
權利要求
1、一種具有強光保護功能的旋轉式激光成像儀，包括，激光器(21)，紅外接收鏡頭(25)，紅外接收器(24)，其特征是所述激光器(21)的激光發射通道上設置有激光調制器(22)，該激光調制器(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激光45度設置；兩電機的轉速相同并與所述紅外接收器(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。
2、 根據權利要求1所述具有強光保護功能的旋轉式激光成像儀，其特征是所述兩電機(221、 222)的轉速范圍為8000轉/分鐘 15000轉/分鐘。
全文摘要
一種具有強光保護功能的旋轉式激光成像儀，包括激光器、紅外接收鏡頭、紅外接收器，激光器的激光發射通道上設有激光調制器，該激光調制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激光呈45度設置；兩電機的轉速相同并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。它使激光束旋轉而產生周期性的能量變化，從而使紅外敏感元的激光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G01M3/38GK101650253SQ20091016432
公開日2010年2月17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, 平 唐, 力 張, 鍇 王 申請人:四川電力試驗研究院