[实用新型]一种多倍焦距的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多倍焦距的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多倍焦距的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14，分束装置8，二个扩束装置7、9，半透半反镜6、12，全反射镜5、10、16，凸透镜2、3、4、11，衰减器15和面阵CCD1；在激光器14发出的光路中设置衰减器15和改变光路方向的全反射镜16，之后设置形成第一光束和第二光束的分束装置8；在第一光束的光路中，依次设置扩束装置7和全反射镜5，待测超声场位于光路中设置在扩束装置5和全反射镜5之间，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6；在第二光束的光路中，设置一个将光束变为平行参考光的扩束装置9；之后依次设置改变光路方向的全反射镜10和半透半反镜12；在半透半反镜12与半透半反镜6之间设置凸透镜4，在半透半反镜12与全反射镜10设置凸透镜11，在半透半反镜12与凸透镜2之间设置凸透镜3；在两束光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。

所述的分束装置8为固定分光比分束镜，或分光比可调分束镜。

所述的扩束装置7、9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-凸透镜；4-凸透镜；5-全反射镜；6-半透半反镜；7-扩束准直器；8-分束镜；9-扩束准直器；10-全反射镜；11-凸透镜；12-半透半反镜；13-计算机；14-气体激光器；15-衰减器；16-全反射镜；

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：包括半导体激光器14、衰减器15、全反射镜5、10、16，分束镜8、扩束准直器7、9，半透半反镜6、12，凸透镜2、3、4、11，线阵CCD1和超声待测场A。

衰减器15为可调通光衰减器，其设置在气体激光器14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16将衰减后的光反射至分束器8，分束器8为一分光比可调分束器，将该光束分成第一光束和第二光束。第一光束由扩束准直器7扩束并准直后成平行光，再穿过超声悬浮场A后被全反射镜5沿原路返回，再由半透半反镜6反射，透过凸透镜4和半透半反镜11，经过凸透镜3和2之后成像在面阵CCD1上。其中，待测超声悬浮场A为一透明状态的透射型场。