[实用新型]一种超声悬浮场测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种超声悬浮场测量装置，利用数字全息技术实现超声悬浮场的测量。

背景技术

由于超声悬浮场是声波在空气中形成的驻波场，不能直接用眼睛或视频装置接收，加上探测过程不能干扰声场，使得常规探测仪器无法使用。又由于引入测量器件后，会对声悬浮场产生影响且难于实现全场测量。所以，到目前为止，对超声悬浮场的研究工作多集中于声悬浮理论的数值计算。西北工业大学张琳等人用传统光学全息方法首次对声悬浮场分布进行了测量(张琳，李恩普，冯伟，洪振宇，解文军，马仰华，声悬浮过程的激光全息干涉研究，物理学报，54(5)(2005))。不过，由于其方法的局限性，测量结果比较粗糙，该方法以全息干板作为记录介质，需要经过复杂的物理和湿化学处理过程，记录的信息和记录效果极易受到人为操作的影响，而且信息处理手段有限，不能解调出干涉场的相位信息；随后，张琳等人(张琳，声悬浮过程的激光全息干涉研究，硕士学位论文，西北工业大学，(2005)进一步应用数字全息方法并采用双共聚焦光路对超声悬浮场进行了测量，由于其光路结构的限制，测量弱相位场的灵敏度低，且测量范围固定不可调，测量过程较复杂，难以做到定量分析。

总之，由于超声悬浮场在弱相位场测量过程中灵敏度低，所以现有的侧量测量过程较复杂，且测量范围固定不可调。

实用新型内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本实用新型提出一种超声悬浮场测量装置，可以克服超声悬浮场在弱相位场测量过程中灵敏度低，且测量范围固定不可调，测量过程较复杂的问题。

技术方案

本实用新型的技术特征在于：装置包括激光器11，衰减器12，全反射镜3、7、10，分束装置5，扩束装置6，半透半反镜4、9，凸透镜2和面阵CCD1；在激光器11发出的光路中设置衰减器12和改变光路方向的全反射镜7，之后设置扩束装置6和形成第一光束和第二光束的分束装置5；在第一光束的光路中，依次为待测超声场和全反射镜3，在扩束装置5与待测超声场之间设置一个将物光反射到与第一光束方向垂直的另外一侧的半透半反镜(4)；在第二光束的光路中，设置一个全反射镜10和半透半反镜9；在两束光以一定倾角发生干涉后形成的光路中，依次设置将干涉图样成像的凸透镜2和记录数字全息图的面阵CCD1。

所述的分束镜5的透反比为7∶3。

所述的扩束装置6为扩束镜，或透镜组。

所述的线阵CCD1为一面阵列分布的电荷耦合器件。

有益效果

相比现有技术的优越性在于：(1)由于在利用本测量装置对超声场进行测量的过程中没有仪器探头等扰动流场，光束通过待测超声悬浮场后并不对其造成干扰，从而避免由此而产生误差；(2)由于光线的无惯性，本测量装置可用来研究超声场的瞬态过程，实现其瞬时记录；(3)本测量装置运用倍增光路，从而可以探测声场扰动使空气产生的微小折射率变化造成的干涉条纹分布，使测量结果更加直观、精确。

附图说明

图1：测量装置实施方式的结构示意图

1-面阵CCD；2-凸透镜；3-全反射镜；4-半透半反镜；5-分束镜；6-扩束准直器；7-全反射镜；8-计算机；9-半透半反镜；10-全反射镜；11-气体激光器；12-衰减器；

具体实施方式

现结合附图对本实用新型作进一步描述：

实施例如图所示：测量装置包括气体激光器11、衰减器12、全反射镜3、7、10，分束镜5、扩束准直器6、半透半反镜4、9，凸透镜2和面阵CCD1，以及包含于其中的待测超声场A。

衰减器12为可调通光衰减器，其设置在气体激光器11所发出光束的光路上，为了使成在CCD上的像不至于过亮，起到衰减光强的作用。全反射镜7将衰减后的光反射至扩束准直器6扩束并准直后成平行光，然后由分束镜5，透反比为7∶3；将该光束分成第一光束和第二光束。第一光束穿过超声悬浮场A后被全反射镜3沿原路返回，再由半透半反镜4反射，透过半透半反镜9后被述凸透镜2成像在面阵CCD1上。其中，待测超声悬浮场A为一透明状态的透射型场。

第二束光被全反射镜10和半透半反镜9反射，调整夹角形成干涉区域，经凸透镜2成像在CCD1上。

调节凸透镜2和CCD1与待测超声悬浮场A三者之间的距离，使待测超声悬浮场A经过凸透镜2后清晰成像在CCD1上。在CCD1记录范围内调节第一、二光束之间的夹角，使得记录图像频谱可以分离，然后分别拍摄不加超声悬浮场和加超声悬浮场两种情况下的数字全息干涉图，最后，将两种情况的数字全息图由计算机13通过快速傅里叶变换算法和数字图像处理等手段进行数值重构，即可以获得声悬浮场的数字全息再现像。本实施方式采用先扩束准直，再分光，节省了光学器件的同时也减少了测量误差。