[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

说明书

技术领域

本发明属于光学测量与计量技术领域，特别涉及一种测量超声行波在液体中的速度与频率的方法及装置。

背景技术

声波或超声波在液体中的传播速度准确测量有实用意义，在声纳探测定位及液体特性测量等领域有重要应用。目前测量液体中的声速的方法主要有驻波法、位相法、超声光栅法等。驻波法和位相法需要装置的调节及移动，测量速度慢，对液体造成扰动，容易引起测量误差，所以超声光栅法应用最为广泛。超声光栅测量方法一般分为光栅衍射法、海德曼法、成像条纹法等，这些方法的共同点是要通过调节超声反射面的位置及角度，形成稳定的超声驻波位相光栅，操作调节过程比较繁琐，有的对超声光栅的成像要求较高。此外，还要已知超声波的工作频率，通过测量得到超声波的波长，利用理论公式间接测量超声波的传播速度。实际上，超声行波在传播的过程中已包含超声波的速度及频率等信息，因此，有必要提供一种更为简单、容易操作的测量方法和装置来测量超声行波的速度及频率。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种测量超声行波在液体中的速度与频率的方法。

本发明的另一目的在于提供实现上述测量超声行波在液体中的速度与频率的方法的装置。

本发明的另一目的在于提供所述装置的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种测量超声行波在液体中的速度与频率的方法，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

λs=qλfxf---(0)]]>

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；

步骤（2）中所述的透镜优选为凸透镜或傅里叶透镜；

步骤（2）中所述的测量频谱像上相邻两谱线间距x_f优选为通过测微目镜、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，通过（0）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，优选为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，得到光强与x_f方向距离的曲线，计算两个相邻极大值之间的距离，通过（0）式求得超声波的波长λ_s；

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优选为使用带小孔的光电探测器检测或是使用刷新速度或频率足够大的面阵光电探测器进行测量；刷新速度或频率足够大的面阵光电探测器指的是其刷新速度或频率大于超声波的频率；

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；