一種多倍焦距的超聲懸浮場測量裝置的製作方法

2023-06-11 08:54:06 1

專利名稱：一種多倍焦距的超聲懸浮場測量裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種多倍焦距的超聲懸浮場測量裝置，利用數字全息技術實現超 聲懸浮場的測量。
背景技術：
由於超聲懸浮場是聲波在空氣中形成的駐波場，不能直接用眼睛或視頻裝置接收， 加上探測過程不能干擾聲場，使得常規探測儀器無法使用。又由於引入測量器件後， 會對聲懸浮場產生影響且難於實現全場測量。所以，到目前為止，對超聲懸浮場的研 究工作多集中於聲懸浮理論的數值計算。西北工業大學張琳等人用傳統光學全息方法 首次對聲懸浮場分布進行了測量(張琳，李恩普，馮偉，洪振宇，解文軍，馬仰華， 聲懸浮過程的雷射全息幹涉研究，物理學報，54(5)(2005))。不過，由於其方法的局限 性，測量結果比較粗糙，該方法以全息幹板作為記錄介質，需要經過複雜的物理和溼 化學處理過程，記錄的信息和記錄效果極易受到人為操作的影響，而且信息處理手段 有限，不能解調出千涉場的相位信息；隨後，張琳等人(張琳，聲懸浮過程的雷射全 息幹涉研究，碩士學位論文，西北工業大學，(2005)進一步應用數字全息方法並採用 雙共聚焦光路對超聲懸浮場進行了測量，由於其光路結構的限制，測量弱相位場的靈 敏度低，且測量範圍固定不可調，測量過程較複雜，難以做到定量分析。
總之，由於超聲懸浮場在弱相位場測量過程中靈敏度低，所以現有的側量測量過 程較複雜，且測量範圍固定不可調。

實用新型內容
要解決的技術問題
為了避免現有技術的不足之處，本實用新型提出一種多倍焦距的超聲懸浮場測量 裝置，可以克服超聲懸浮場在弱相位場測量過程中靈敏度低，且測量範圍固定不可調， 測量過程較複雜的問題。
技術方案
本實用新型的技術特徵在於裝置包括雷射器14，分束裝置8， 二個擴束裝置7、9，半透半反鏡6、 12，全反射鏡5、 10、 16，凸透鏡2、 3、 4、 11，衰減器15和面陣 CCD1;在雷射器14發出的光路中設置衰減器15和改變光路方向的全反射鏡16,之 後設置形成第一光束和第二光束的分束裝置8;在第一光束的光路中，依次設置擴束 裝置7和全反射鏡5，待測超聲場位於光路中設置在擴束裝置5和全反射鏡5之間， 在擴束裝置5與待測超聲場之間設置一個將物光反射到與第一光束方向垂直的另外一 側的半透半反鏡6;在第二光束的光路中，設置一個將光束變為平行參考光的擴束裝
置9;之後依次設置改變光路方向的全反射鏡10和半透半反鏡12;在半透半反鏡12
與半透半反鏡6之間設置凸透鏡4，在半透半反鏡12與全反射鏡10設置凸透鏡11， 在半透半反鏡12與凸透鏡2之間設置凸透鏡3;在兩束光發生幹涉後形成的光路中， 依次設置將幹涉圖樣成像的凸透鏡2和記錄數字全息圖的面陣CCD1。
所述的分束裝置8為固定分光比分束鏡，或分光比可調分束鏡。
所述的擴束裝置7、 9為擴束鏡，或透鏡組。
所述的線陣CCD1為一面陣列分布的電荷耦合器件。
有益效果
相比現有技術的優越性在於(1)由於在利用本測量裝置對超聲場進行測量的過 程中沒有儀器探頭等擾動流場，光束通過待測超聲懸浮場後並不對其造成幹擾，從而 避免由此而產生誤差；(2)由於光線的無慣性，本測量裝置可用來研究超聲場的瞬態 過程，實現其瞬時記錄；(3)本測量裝置運用倍增光路，從而可以探測聲場擾動使空 氣產生的微小折射率變化造成的幹涉條紋分布，使測量結果更加直觀、精確。


圖l:測量裝置實施方式的結構示意圖
l-面陣CCD; 2-凸透鏡；3-凸透鏡；4-凸透鏡；5-全反射鏡；6-半透半反鏡； 7-擴束準直器；8-分束鏡；9-擴束準直器；10-全反射鏡；ll-凸透鏡；12-半透半反鏡； 13-計算機；14-氣體雷射器；15-衰減器；16-全反射鏡；
具體實施方式
現結合附圖對本實用新型作進一步描述實施例如圖所示包括半導體雷射器14、衰減器15、全反射鏡5、 10、 16，分束
鏡8、擴束準直器7、 9，半透半反鏡6、 12，凸透鏡2、 3、 4、 11，線陣CCD1和超聲
待測場A。
衰減器15為可調通光衰減器，其設置在氣體雷射器14所發出光束的光路上，為 了使成在CCD上的像不至於過亮，起到衰減光強的作用。全反射鏡16將衰減後的光 反射至分束器8，分束器8為一分光比可調分束器，將該光束分成第一光束和第二光 束。第一光束由擴束準直器7擴束並準直後成平行光，再穿過超聲懸浮場A後被全反 射鏡5沿原路返回，再由半透半反鏡6反射，透過凸透鏡4和半透半反鏡11，經過凸 透鏡3和2之後成像在面陣CCD1上。其中，待測超聲懸浮場A為一透明狀態的透射 型場。
第二束光由擴束準直器9擴束並準直成平行光後，被全反射鏡IO反射，經凸透鏡 U和半透半反鏡12與第一束光路發生幹涉後經過凸透鏡2成像在CCD 1上。凸透鏡 3、 4和11對物光和參考光同時進行了縮放，然後再幹涉。經凸透鏡2成像在CCD上。
由於CCD1位於凸透鏡2的一倍焦距與二倍焦距之間。調節凸透鏡2和CCD1與 待測超聲懸浮場A三者之間的距離，使待測超聲懸浮場A經過第一凸透鏡2後清晰成 像在CCD1上。在CCD1記錄範圍內調節第一、二光束之間的夾角，使得記錄圖像頻 譜可以分離，然後分別拍攝不加超聲懸浮場和加超聲懸浮場兩種情況下的數字全息幹 涉圖，最後，將兩種情況的數字全息圖由計算機13通過快速傅立葉變換算法和數字圖 像處理等手段進行數值重構，即可以獲得聲懸浮場的數字全息再現像。
權利要求1.一種多倍焦距的超聲懸浮場測量裝置，其特徵在於裝置包括雷射器(14)，分束裝置(8)，二個擴束裝置(7)、(9)，半透半反鏡(6)、(12)，全反射鏡(5)、(10)、(16)，凸透鏡(2)、(3)、(4)、(11)，衰減器(15)和面陣CCD(1)；在雷射器(14)發出的光路中設置衰減器(15)和改變光路方向的全反射鏡(16)，之後設置形成第一光束和第二光束的分束裝置(8)；在第一光束的光路中，依次設置擴束裝置(7)和全反射鏡(5)，待測超聲場位於光路中設置在擴束裝置(5)和全反射鏡(5)之間，在擴束裝置(5)與待測超聲場之間設置一個將物光反射到與第一光束方向垂直的另外一側的半透半反鏡(6)；在第二光束的光路中，設置一個將光束變為平行參考光的擴束裝置(9)；之後依次設置改變光路方向的全反射鏡(10)和半透半反鏡(12)；在半透半反鏡(12)與半透半反鏡(6)之間設置凸透鏡(4)，在半透半反鏡(12)與全反射鏡(10)設置凸透鏡(11)，在半透半反鏡(12)與凸透鏡(2)之間設置凸透鏡(3)；在兩束光發生幹涉後形成的光路中，依次設置將幹涉圖樣成像的凸透鏡(2)和記錄數字全息圖的面陣CCD(1)。
2. 根據權利要求1所述的多倍焦距的超聲懸浮場測量:裝置，其特徵在於所述的分 束裝置(8)為固定分光比分束鏡，或分光比可調分束鏡。
3. 根據權利要求1所述的多倍焦距的超聲懸浮場測量裝置，其特徵在於所述的擴 束裝置(7)、 (9)為擴束鏡，或透鏡組。
4. 根據權利要求1所述的多倍焦距的超聲懸浮場測量裝置，其特徵在於所述線陣CCD (1)為一面陣列分布的電荷耦合器件。
專利摘要本實用新型涉及一種多倍焦距的超聲懸浮場測量裝置，技術特徵在於在雷射器發出的光路中設置形成第一光束和第二光束的分束鏡；在第一光束的光路中，依次設置擴束裝置和全反射鏡，待測超聲場位於光路中設置在擴束裝置和全反射鏡之間，在擴束裝置與待測超聲場之間設置一個將物光反射到與第一光束方向垂直的另外一側的半透半反鏡；在第二光束的光路中，設置一個將光束變為平行參考光的擴束裝置；在與半透半反鏡平行位置處設置一個將物光和參考光形成的幹涉光的凸透鏡，以及記錄數字全息圖的面陣CCD1。本測量裝置運用倍增光路，從而可以探測聲場擾動使空氣產生的微小折射率變化造成的幹涉條紋分布，使測量結果更加直觀、精確。
文檔編號G02B27/10GK201149522SQ20072031134
公開日2008年11月12日 申請日期2007年12月21日 優先權日2007年12月21日
發明者李恩普, 趙建林, 邸江磊, 鄭普超 申請人:西北工業大學