[发明专利]一种测量超声行波在液体中的速度与频率的方法及装置

权利要求书

1.一种测量超声行波在液体中的速度与频率的方法，其特征在于包含以下步骤：

（1）以一束单色平行光垂直于超声的传播方向照明超声波在液体中形成的动态超声光栅；

（2）步骤（1）的动态超声光栅经过透镜后形成行波超声位相光栅的衍射频谱，利用振幅滤波器及成像透镜对该频谱进行处理及成像，得到超声行波光栅的频谱像，测量频谱像上相邻两谱线间距x_f，通过计算得到超声波在液体中的波长λ_s，其中q为频谱级数，λ为入射光波长，f为透镜焦距；检测或记录频谱像上一级频谱与零级频谱混频后的电信号变化，得到超声波的频率；

（3）通过波长和频率，即得到超声波在液体中的速度。

2.根据权利要求1所述的测量超声行波在液体中的速度与频率的方法，其特征在于：步骤（2）中所述的透镜为凸透镜或傅里叶透镜。

3.根据权利要求1所述的测量超声行波在液体中的速度与频率的方法，其特征在于：步骤（2）中所述的测量频谱像上相邻两谱线间距为通过测微目镜、面阵光电探测器或带小孔的光电探测器进行测量；

当使用测微目镜或面阵光电探测器进行测量时，测量频谱像像上相邻两谱线间距x_f，通过公式求得超声波的波长λ_s；

当使用带小孔的光电探测器进行测量时，是将带小孔的光电探测器对准频谱或极大光点，沿光谱方向x_f扫描针孔，得到光强与x_f方向距离的曲线，测量两个相邻极大值之间的距离x_f，通过公式求得超声波的波长λ_s。

4.根据权利要求1所述的测量超声行波在液体中的速度与频率的方法，其特征在于：步骤（2）中所述的检测或记录频谱像上一级频谱与零级频谱混频后的电信号变化为使用带小孔的光电探测器或刷新速度或频率大于超声波频率的面阵光电探测器进行测量。

5.根据权利要求1所述的测量超声行波在液体中的速度与频率的方法，其特征在于：步骤（3）中所述的速度的计算公式如下：v_s＝λ_sf_s；其中，λ_s为超声波在液体中的波长，f_s为超声波的频率。

6.实现权利要求1所述测量超声行波在液体中的速度与频率的方法的装置，其特征在于：包括光源、透明水槽、吸声介质、超声换能器、透镜I、振幅滤波器、成像透镜、测量装置、放大电路和示波器；

其中，当测量超声波的波长时，光源、透明水槽、透镜I、振幅滤波器、成像透镜以及测量装置沿着光束前进的方向依次排列，此时，测量装置为测微目镜、面阵光电探测器或带小孔的光电探测器；当测量超声波的频率时，光源、透明水槽、透镜I、振幅滤波器、成像透镜以及测量装置沿着光束前进的方向依次排列，测量装置与放大电路和示波器依次连接，此时，测量装置为带小孔的光电探测器或是刷新速度或频率足够大的面阵光电探测器；

吸声介质和超声换能器分别位于透明水槽内部的平行于光束方向的两侧，且超声换能器、光源发出且经过透明水槽的光线与吸声介质沿超声发射方向呈依次排列关系。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：还包括扩束透镜、光阑和准直透镜；

当测量超声波的波长时，光源、扩束透镜、光阑、准直透镜、透明水槽、透镜I、振幅滤波器、成像透镜以及测量装置沿着光束前进的方向依次排列，此时，测量装置为测微目镜、面阵光电探测器或带小孔的光电探测器；

当测量超声波的频率时，光源、扩束透镜、光阑、准直透镜、透明水槽、透镜I、振幅滤波器、成像透镜以及测量装置沿着光束前进的方向依次排列，测量装置与放大电路和示波器依次连接，此时，测量装置为带小孔的光电探测器或是刷新速度或频率足够大的面阵光电探测器。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：还包括计算机，计算机分别与测量装置或示波器连接。