[发明专利]一种超声波场的光学全息测量方法

权利要求书

1.一种超声波场的光学全息测量方法，其采用的测量系统包括光全息光路，还包括计算机(1)、用于放置固体样品(2)的压电晶片(3)和用于驱动压电晶片(3)振动的功率放大器(4)，所述计算机(1)上接有同步控制器(5)和与同步控制器(5)连接的数字相机(6)，所述同步控制器(5)上接有波形发生器(7)和脉冲激光器(8)，所述功率放大器(4)与波形发生器(7)的输出端连接，所述压电晶片(3)与功率放大器(4)的输出端连接；所述光全息光路包括物光光路、参考光光路和第一分束镜(9)，所述物光光路包括依次设置且与脉冲激光器(8)设置在同一水平线上的扩束镜(10)、第二分束镜(11)和第一反射镜(12)，所述参考光光路包括设置在第二分束镜(11)下方的第三分束镜(13)和设置在第三分束镜(13)下方的第二反射镜(14)，所述第一分束镜(9)设置在第一反射镜(12)的下方且与第三分束镜(13)设置在同一水平线上，所述压电晶片(3)设置在第一分束镜(9)的正下方，所述数字相机(6)设置在第一分束镜(9)的旁侧，所述脉冲激光器(8)设置在扩束镜(10)的旁侧；其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将固体样品(2)放置在压电晶片(3)上；

步骤二、在计算机(1)上设置同步控制器(5)控制数字相机(6)的第一同步延时时间t₁、同步控制器(5)控制脉冲激光器(8)的第二同步延时时间t₂和数字相机(6)的曝光时间t₃，计算机(1)将数字相机(6)的曝光时间t₃传输给数字相机(6)；其中，t₁等于从压电晶片(3)振动产生超声波到超声波传输到固体样品(2)表面的时间t且h为固体样品(2)的厚度，v为超声波在固体样品(2)中传输的速度；t₂比t₁大15ns～30ns；t₃的取值为500ns～1000ns；

步骤三、计算机(1)通过同步控制器(5)给波形发生器(7)发送一个触发信号，波形发生器(7)接收到触发信号后产生6～8个周期的正弦信号并输出给功率放大器(4)，功率放大器(4)对其接收到的正弦信号进行放大后输出给压电晶片(3)，驱动压电晶片(3)振动，产生超声波；同步控制器(5)延时时间t₁后控制数字相机(6)启动，同步控制器(5)延时时间t₂后给脉冲激光器(8)发送一个触发信号，脉冲激光器(8)接收到触发信号后产生一个脉冲激光照射在扩束镜(10)上；所述脉冲激光的脉宽不大于8ns；

步骤四、扩束镜(10)对脉冲激光器(8)产生的脉冲激光进行扩束后照射在第二分束镜(11)上；

步骤五、第二分束镜(11)将脉冲激光分离为一个物光光束和一个参考光光束；

步骤六、物光光束经过第一反射镜(12)反射后，再穿过第一分束镜(9)照射在固体样品(2)的表面上，创建物光波前；

步骤七、参考光光束穿过第三分束镜(13)照射在第二反射镜(14)上，经过第二反射镜(14)反射后，再穿过第三分束镜(13)到达第一分束镜(9)；

步骤八、经固体样品(2)反射回来的物光波前到达第一分束镜(9)，并经过第一分束镜(9)将物光波前与参考光光束叠加在一起，在数字相机(6)的感光元件表面产生干涉，形成一幅全息图H(x,y)；其中，x为全息图的横轴坐标，y为全息图的纵轴坐标；

步骤九、数字相机(6)记录全息图H(x,y)，并将记录的全息图数据传输给计算机(1)；

步骤九中，所述数字相机(6)为CCD数字相机，所述数字相机(6)通过USB线与计算机(1)连接，所述数字相机(6)将记录的全息图数据通过USB线传输给计算机(1)；

步骤十、计算机(1)存储其接收到的全息图数据，并调用声场重构模块，从全息图数据中重构得到超声波声场。

2.按照权利要求1所述的一种超声波场的光学全息测量方法，其特征在于：所述功率放大器(4)的型号为HSA4101。

3.按照权利要求1所述的一种超声波场的光学全息测量方法，其特征在于：所述CCD数字相机的型号为PCO1600。

4.按照权利要求1所述的一种超声波场的光学全息测量方法，其特征在于：所述波形发生器(7)的型号为AFG2021-SC。