[发明专利]基于压缩感知的光学器件面温度分布检测方法

说明书

本发明公开了一种基于压缩感知的光学器件面温度分布检测方法，该方法采用的光学器件面温度分布检测系统包括二维振镜、激光器、光学器件、温度检测模块、信号处理模块、反射镜、激光功率计。二维振镜改变激光器入射到待测物体表面的方向，激光器照射光学器件，光学器件吸收照射激光束能量而产生温升，温度检测模块利用电桥测温原理测量由激光器照射引起的温升并将温度信号转换为电信号，信号处理模块先对电信号进行放大滤波处理、再将放大滤波后的电信号转化为数字信号并送入微控制器或FPGA进行处理。本发明基于压缩感知的光学器件面温度分布检测方法结构简单，适用于温度检测领域。

技术领域

本发明涉及温度检测领域，具体涉及一种基于压缩感知的光学器件面温度分布检测方法。

背景技术

温度是表征物体冷热程度的物理量，温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量。常使用温度传感器将温度转化为可用输出信号来间接测量温度，温度传感器在各个行业领域都有广泛应用，如：医疗行业、工业、食品行业、水电站、石油化工、冶金业、印染制药等行业都有广泛应用。按测温方式分，可分为接触式测温和非接触式测温两种。接触式测温法的特点是测温元件直接与被测对象接触，两者之间进行充分的热交换，最后达到热平衡，这时感温元件的某一物理参数的量值就代表了被测对象的温度值。非接触式测温法的特点是感温元件不与被测对象相接触，而是通过辐射进行热交换，故可以弥补接触式测温法可能破坏温度场的缺点，具有较高的测温上限。本文所用的为接触式电桥测温。

对于面温度检测，传统的方法是利用阵列式温度传感器或设计伺服系统驱动单个温度传感器，以完成面温度的测量。对于阵列式温度传感器，有非接触式和接触式两种。其中，由激光照射所导致的光学器件温升较小，所以非接触式阵列温度传感器测温的灵敏度较低；而接触式阵列温度传感器由于每个传感器都与光学器件相接触，所以会对被测量产生较大程度干扰，且系统较为复杂。对于伺服系统驱动单个温度传感器的系统，一般采用接触式测温，考虑到由激光照射所导致的光学器件温升较小，故伺服系统的精度可能会对测温精度产生较大影响，并且由于伺服系统驱动传感器在光学器件表面移动，可能会破坏器件表面，尤其是镀有光学薄膜的光学器件的光学薄膜会受到损坏。且不论是阵列式，还是扫描式都未实现面温度的无缝隙测量，所测得的面温度可能与实际的面温度有很大偏差。特别的，对于激光照射光斑内的光学器件温度测量，若直接将传感器置于此处与光学器件相接触进行测量，由于激光具有能量，故激光可能直接导致温度传感器产生温升，这时对光学器件温升的测量将不再准确。考虑到这几个问题，将压缩感知应用于光学器件面温度测量是一种较为理想的方法。

压缩感知(CS)是一种寻找欠定线性系统稀疏解的技术，它通过一些手段，实现了“压缩的采样”，准确说是在采样过程中完成了数据压缩的过程；它是信号处理领域进入21世纪以来取得的最耀眼的成果之一，压缩感知被应用于磁共振成像、图像处理、信号处理等领域，用于获取和重构稀疏或可压缩的信号。压缩感知突破了信号处理领域的金科玉律——奈奎斯特采样定律。即，在信号采样的过程中，用很少的采样点，实现了和全采样一样的效果。

根据压缩感知的特点，可以将其应用于面温度检测领域，将压缩和采样与该非自适应线性温度测量系统相结合，就可在仅使用一对负温度系数温度传感元件时实现面的全覆盖检测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于压缩感知的光学器件面温度分布检测方法，使用二维振镜随机改变激光器的照射方向，从而实现对待测对象的随机激励，然后利用一对温度传感器代替传统的阵列或扫描式传感器完成对光学器件表面温度信号的采样和重构过程。

本发明解决上述的技术问题所用的技术方案为：一种基于压缩感知的光学器件面温度分布检测方法，该方法采用的光学器件面温度分布检测系统包括激光器、二维振镜、光学器件、温度检测模块、信号处理模块、反射镜、激光功率计。

其中，二维振镜可由微控制器提供信号，通过驱动放大电路驱动光学扫描头，从而在X_Y平面控制激光束偏转(即光学器件所在平面)，即振镜可以改变激光器照射的方向。