双波长激光差分检测方法及装置与流程

本发明涉及激光检测，具体涉及一种双波长激光差分检测方法及装置。

背景技术：

1、在危险化学品槽罐车、储罐及精密工业部件的清洗流程中，清洗后金属表面残留水膜或油膜的检测是保障后续使用过程安全性及产品质量的重要环节。然而，现有工业现场采用的检测方式在检测效率、残留物类型识别以及现场适应能力方面仍存在一定不足。

2、目前，大量槽罐车清洗后的检测仍依赖人工目视检查。操作人员通常通过观察金属内壁是否存在液体痕迹、反光区域或油斑特征判断清洗状态，该方式检测效率较低，并且容易受到罐内照明条件、观察角度以及人员经验差异等因素影响。由于水膜通常具有透明性，其附着于金属光滑表面后与干燥区域之间的视觉差异较小，导致人工检测过程中容易出现识别困难或判断偏差。

3、针对人工检测方式存在的问题，现有技术中出现了部分基于光学原理的辅助检测设备。例如，部分油膜检测设备主要针对金属表面的残油量进行检测，能够实现油膜厚度分析，但其检测原理主要针对油类物质响应，难以有效区分金属表面的残留物类型，在需要同时判断水膜和油膜的应用场景中存在一定局限。另一类基于荧光响应的检测技术依赖于待测物中具有特定荧光特性的有机成分，仅适用于部分含荧光特征的污染物检测，对于不具有荧光响应的矿物油以及水膜残留难以实现有效识别。此外，部分传统非接触光学检测设备存在体积较大、结构复杂等问题，通常依赖固定式检测环境，难以应用于槽罐车内部等空间受限场景；同时，其检测过程受环境光、设备部署方式等因素影响，难以满足现场快速检测需求。

4、因此，现有金属表面残留液体检测技术存在透明水膜识别困难、水膜与油膜等不同类型残留液体区分能力不足以及现场快速检测适应性较差等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决上述背景技术中提到的透明液膜识别困难、不同类型残留液体区分能力不足以及现场快速检测适应性较差的问题，而提出一种双波长激光差分检测方法及装置。

2、本发明实施的第一方面，提供了一种双波长激光差分检测方法，所述方法包括：

3、控制第一激光器发射第一波长的s偏振激光束，并控制第二激光器发射第二波长的s偏振激光束，所述第二波长位于水分子o-h键的特征吸收波段；

4、将所述第一波长和所述第二波长的s偏振激光束合束后，通过偏振分光棱镜反射至四分之一波片，经所述四分之一波片转换为圆偏振光后，经透镜组投射至待测金属表面；

5、所述待测金属表面的反射光再次经过所述四分之一波片后入射至所述偏振分光棱镜；

6、所述偏振分光棱镜将反射光中漫散射光中的s偏振分量选出，作为信号光导向光电探测器；

7、以预设频率交替调制所述第一激光器和所述第二激光器，所述光电探测器依次输出对应两个波长的电信号，通过锁相放大解调所述电信号，获得对应所述第一波长的第一信号强度和对应所述第二波长的第二信号强度；

8、计算所述第二信号强度和所述第一信号强度的比值作为干燥指标值；将所述干燥指标值和预设的干燥基准值进行比较，判定所述待测金属表面是否存在水膜或油膜残留。

9、可选的，所述第一波长为635±10nm，所述第二波长为1450±20nm，所述第二波长对应于水分子o-h键的一级泛频吸收峰。

10、可选的，所述预设频率为1khz至100khz，所述第一激光器和所述第二激光器以50%占空比的方波形式交替开启，且在切换时插入死区时间，以防止驱动信号串扰。

11、可选的，所述通过锁相放大解调所述电信号，获得对应所述第一波长的第一信号强度和对应所述第二波长的第二信号强度包括：

12、在每个调制周期内，于所述第一激光器开启期间的第一采样窗口采集第一电信号样本，并于所述第二激光器开启期间的第二采样窗口采集第二电信号样本，所述第一采样窗口和所述第二采样窗口均避开所述死区时间；

13、将连续的预设数量个调制周期内采集到的所述第一电信号样本进行累加平均，得到所述第一信号强度；将所述预设数量个调制周期内采集到的所述第二电信号样本进行累加平均，得到所述第二信号强度。

14、可选的，所述干燥基准值的校准过程包括：

15、对待测金属表面的洁净干燥区域进行连续多次测量，取各次测量所得干燥指标值的平均值作为当前的干燥基准值；若多次测量结果的标准差大于当前的干燥基准值的0.1倍，则提示重新校准；

16、在使用过程中，当连续预定次数判定结果为洁净时，自动触发滑动平均算法对当前的干燥基准值进行更新。

17、可选的，所述将所述干燥指标值和预设的干燥基准值进行比较，判定所述待测金属表面是否存在水膜或油膜残留包括：

18、当所述干燥指标值不大于所述干燥基准值的0.6倍时，判定为存在水膜；

19、当所述干燥指标值不小于所述干燥基准值的0.9倍，且所述第一信号强度大于干燥状态下第一信号强度的1.2倍时，判定为存在油膜；

20、其余情况，判定为表面洁净。

21、本发明实施的第二方面，提供了一种双波长激光差分检测装置，所述装置包括：

22、第一激光器，用于发射第一波长的s偏振激光束；

23、第二激光器，用于发射第二波长的s偏振激光束；

24、二向色镜，用于将所述第一波长和所述第二波长的s偏振激光束合束；

25、偏振分光棱镜和四分之一波片，用于将合束后的s偏振光转换为圆偏振光出射；

26、透镜组，用于将所述圆偏振光准直并投射至所述待测金属表面；

27、所述偏振分光棱镜和四分之一波片，还用于对返回的反射光进行偏振分光，以分离漫散射光中的s偏振分量作为信号光；

28、带孔反射镜，安装于所述二向色镜与所述偏振分光棱镜之间，其中心开孔供前向发射的合束激光通过，用于接收所述偏振分光棱镜反射返回的s偏振信号光，并将所述信号光经反射面导向光电探测器；

29、光电探测器，用于接收所述信号光并转换为电信号；

30、信号处理单元，用于对所述电信号进行锁相放大解调，获得对应所述第一波长的第一信号强度和对应所述第二波长的第二信号强度；计算所述第二信号强度和所述第一信号强度的比值作为干燥指标值；将所述干燥指标值和预设的干燥基准值进行比较，判定所述待测金属表面是否存在水膜或油膜残留。

31、其中，所述偏振分光棱镜和所述四分之一波片构成同轴收发隔离光路：

32、在发射光路中，s偏振态的合束光经所述偏振分光棱镜反射后，通过所述四分之一波片转换为圆偏振光出射；

33、在接收光路中，来自所述待测金属表面的镜面反射光因旋向反转，再次通过所述四分之一波片后转换为p偏振光并透射通过所述偏振分光棱镜，以被抑制丢弃；来自所述待测金属表面的漫散射光因退偏振效应，其包含的s偏振分量再次被所述偏振分光棱镜反射并导向所述光电探测器。

34、可选的，所述装置还包括光陷阱，设置于所述偏振分光棱镜的透射方向，用于对透过偏振分光棱镜的光进行吸收。

35、本发明的有益效果：

36、1、基于水分子o-h键的特征吸收波段，而油膜基本不吸收，通过计算双波长回波信号强度的比值作为干燥指标值，该比值运算可有效抵消金属表面粗糙度、探测距离等共模干扰，使干燥指标值仅反映残留物对特征波长的吸收特性，从而在同一检测框架下实现对水膜和油膜的定性化二元区分，解决了传统技术无法识别透明水膜及混淆残留类型的难题。

37、2、本发明采用偏振分光棱镜与四分之一波片构成同轴收发隔离光路的技术架构，发射光路与接收光路共用核心光学元件，无需分立式发射探头和接收探头之间的精密角度对准，极大简化了光路结构和调节工序，整体装置体积小、重量轻，可集成设计为手持式检测仪，便于操作人员伸入槽罐车、储罐等狭窄空间进行现场快速检测。