[发明专利]一种红外成像故障检测装置及构型方法

说明书

本发明公开一种红外成像故障检测装置及构型方法，该装置包括沿光入射方向依次同轴设置的超表面透镜、探测器和信号发射单元，其中，超表面透镜用于接收热信号的红外光，并将红外光聚焦为聚焦光斑，探测器的焦平面用于接收聚焦光斑，并将聚焦光斑转换为电信号，信号发射单元用于接收电信号，并将电信号传输至无线接收端。本发明的有益效果是：通过利用单片的厚度小、重量轻、平面构型的超表面透镜替代多个透镜组合，实现故障检测装置的小型化和轻型化，从而能够应用于无人机智能巡检等场景中，或搭载在在电网设备或线路中。

技术领域

本发明涉及红外成像技术领域，尤其涉及一种红外成像故障检测装置及构型方法。

背景技术

现有电网系统大量采用成像方法检测电网故障，成像方法主要具有三大优势，第一，可以在不断电的情况实施检测，第二，易于判断故障点的位置，第三，检测行为本身不会损伤电网设备或线路。其中，由于电网设备故障点产生的热信号的发光谱段为红外波段，所以红外成像探测系统更被大量应用于检测活动中，但当前的红外成像探测系统由于使用多个透镜组合，导致系统整体的体积和重量较大，不利于广泛应用于无人机智能巡检等场景中，也不利于搭载在电网设备或线路中。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种红外成像故障检测装置及构型方法，主要解决现有红外成像探测系统的体积和重量较大的问题。

为解决上述技术问题，本发明第一方面提出一种红外成像故障检测装置，包括沿光入射方向依次同轴设置的超表面透镜、探测器和信号发射单元，其中，所述超表面透镜用于接收热信号的红外光，并将所述红外光聚焦为聚焦光斑，所述探测器的焦平面用于接收所述聚焦光斑，并将所述聚焦光斑转换为电信号，所述信号发射单元用于接收所述电信号，并将所述电信号传输至无线接收端。

在一些实施方式中，所述超表面透镜包括基片，以及阵列排布在所述基片的出射面的若干微纳结构。

在一些实施方式中，所述基片为平面。

在一些实施方式中，任意两个所述微纳结构之间的高度相同，横截面尺寸不同。

在一些实施方式中，所述微纳结构的横截面尺寸根据所述红外光预期的折射相位分布，以及所述红外光经过各个所述微纳结构后的相位参数空间共同确定。

在一些实施方式中，所述基片和所述微纳结构采用相同材料/不同材料制成。

在一些实施方式中，所述超表面透镜采用硅、锗、硒化锌、硫化锌、氟化钙、氟化镁、氟化钡、氟化锂或砷化镓制成。

在一些实施方式中，所述探测器采用铟镓砷红外探测器、碲镉汞红外探测器、氧化钒红外探测器或非晶硅红外探测器。

本发明第二方面提出一种红外成像故障检测装置构型方法，用于上述的红外成像故障检测装置，包括以下步骤：

S1，根据红外光的发光波段和应用场景需求确定超表面透镜的工作波段、口径和焦距，并相应选取探测范围涵盖所述工作波段的探测器；

S2，根据红外光经过超表面透镜聚焦于探测器的焦平面的成像要求，以及所述工作波段、所述口径和所述焦距，计算超表面透镜预期的相位分布；

S3，对微纳结构的横截面尺寸进行基于电磁仿真的参数扫描，建立微纳结构的相位参数空间，所述相位参数空间中包含红外光经过微纳结构后获得的相位改变量与微纳结构的横截面尺寸之间的对应关系；

S4，根据所述相位分布和所述相位参数空间，确定超表面透镜上各微纳结构的横截面尺寸和阵列排布的间隔，并沿光入射方向依次同轴设置超表面透镜、探测器以及信号发射单元。

本发明的有益效果为：通过利用单片的厚度小、重量轻、平面构型的超表面透镜替代多个透镜组合，实现故障检测装置的小型化和轻型化，从而能够应用于无人机智能巡检等场景中，或搭载在在电网设备或线路中。

附图说明