[发明专利]基于可调聚焦型光纤传感器的光声计算层析成像系统

权利要求书

1.基于可调聚焦型光纤传感器的光声计算层析成像系统，其特征在于：

所述系统包括短脉冲激光器、反射镜、扩束器、水箱、被测物体、光纤夹持器、可调聚焦型光纤传感器、旋转步进电机、线性平移台、光电探测器、数据采集卡以及计算机；

所述计算机通过数据采集卡对外设有三个控制端，第一控制端控制短脉冲激光器的脉冲光输出频率，第二控制端控制旋转步进电机的步长，第三控制端控制数据采集卡的数据采集速率；上述三个控制端同步后，短脉冲激光器发射出短脉冲激光，经过反射镜反射以及扩束器扩束后，入射到放置于水箱中的被测物体，被测物体由于光声效应，产生超声波，水作为超声波的传播介质；固定在光纤夹持器上的光纤传感器接收超声波并将其转换为光信号，与光纤连接的光电探测器进行光电信号转换，并将电信号传输到数据采集卡，最终数据采集卡将数据传输到计算机，通过重建算法得到二维层析图像，再配合线性平移台控制被测物体轴向移动，得到三维层析图像；

所述光纤传感器为聚焦型弧形状态，使用具有曲率可调的弧形光纤夹持器固定。

2.根据权利要求1所述的基于可调聚焦型光纤传感器的光声计算层析成像系统，其特征在于：所述光电夹持器固定在旋转电机上，所述被测物体放置于水箱中，并位于聚焦光纤的焦点位置。

3.根据权利要求1所述的基于可调聚焦型光纤传感器的光声计算层析成像系统，其特征在于：所述可调聚焦型光纤传感器的敏感单元为光纤。

4.根据权利要求2所述的基于可调聚焦型光纤传感器的光声计算层析成像系统，其特征在于：位于聚焦型光纤焦点的水平线上的声信号，到光纤的每一处的相位都相同，从而能够进行一个有效的相位叠加。

5.根据权利要求4所述的基于可调聚焦型光纤传感器的光声计算层析成像系统，其特征在于，得到二维层析图像的方法是通过将光纤传感器围绕被测物体旋转，相当于将该水平线上的声信号进行有效叠加，具体步骤包括：

所述旋转步进电机带动固定于光电夹持器上的光纤传感器，光纤传感器围绕被测物体进行360度环形探测，采样N组数据，每个激光脉冲间隔的时间与旋转步进电机旋转360/N度的时间相同，在每个360/N度处，数据采集卡在设置的采样率下采集一组数据，经数据处理后得到一个位置的XY平面的重构图；旋转步进电机旋转360度后，得到N组采样数据，处理后得到二维层析图像。

6.基于可调聚焦型光纤传感器的光声计算层析成像系统，其特征在于：

所述系统包括短脉冲激光器、反射镜、扩束器、水箱、被测物体、光纤夹持器、可调聚焦型光纤传感器、线性平移台、光电探测器、数据采集卡以及计算机；

所述计算机通过数据采集卡对外设有两个控制端，第一控制端控制短脉冲激光器的脉冲光输出频率，第二控制端控制数据采集卡的数据采集速率；上述两个控制端同步后，短脉冲激光器发射出短脉冲激光，经过反射镜反射以及扩束器扩束后，入射到放置于水箱中的被测物体，被测物体由于光声效应，产生超声波，水作为超声波的传播介质；

通过设置多个相同聚焦光纤传感器构成的阵列进行同时探测，步骤为：

采集N组数据，在每个360/N度处设置一个光纤传感器，N个光纤传感器的焦点聚集在一点，将被测物体放置在光纤传感器焦点聚集处；激光脉冲每次发射时，位于每个传感器在数据采集卡设置的一定采样率下同时采集一组数据，每组数据经过数据处理后得到一个位置的XY平面的重构图，N个传感器得到N组数据，数据处理后得到二维层析图像；

再配合线性平移台控制被测物体轴向移动，得到三维层析图像；

所述光纤传感器为聚焦型弧形状态，使用具有曲率可调的弧形光纤夹持器固定。

7.根据权利要求6所述的基于可调聚焦型光纤传感器的光声计算层析成像系统，其特征在于：可调聚焦型光纤传感器为以下所述的任意一种：光纤光栅型传感器、光纤相位型传感器、光纤激光型传感器。