[发明专利]一种超声波场的光学全息测量方法

说明书

技术领域

本发明属于光学全息成像技术领域，具体涉及一种超声波场的光学全息测量方法。

背景技术

在传统声场测量中，常采用高灵敏度水听器对液体中的声场进行测量，而且水听器的尺寸一般只能达到1mm左右，测量的空间分辨力受到影响。而对于固体中的声场，只能对透明介质中采用光弹法进行测量，而对于其他非透明介质，因为固体中不方便安置传感器，所以非透明固体介质中的声场测量一直是一个重大的技术难题。为了解决这一难题，Mihai lovI.G.曾提出利用电动力学的方法对固体表面的声场进行测量，该方法将样品置于磁场中，在样品表面涂上一层窄而薄的金属带作为接收器，通过测量金属带两端的电势差进而得到固体中的声场，该方法灵敏度低，需要均匀的磁场，而且所测量的声场是金属带的平均声压，测量空间分辨率差。激光测振仪利用多普勒效应，可以对物体表面的振动进行测量，测量频率能够达到MHz，位移分辨率能达到nm级，但是空间分辨率受到激光的光斑大小的限制。而对于高频声场，频率高达几十MHz，因此亟需高频高空间分辨率的固体表面声场测量方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构简单、设计合理、实现方便、灵敏度高、测量精度高、测量效率高、频带宽、空间分辨率高、实用性强、使用效果好、便于推广使用的超声波场的光学全息测量系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种超声波场的光学全息测量系统，包括光全息光路，其特征在于：还包括计算机、用于放置固体样品的压电晶片和用于驱动压电晶片振动的功率放大器，所述计算机上接有同步控制器和与同步控制器连接的数字相机，所述同步控制器上接有波形发生器和脉冲激光器，所述功率放大器与波形发生器的输出端连接，所述压电晶片与功率放大器的输出端连接；所述光全息光路包括物光光路、参考光光路和第一分束镜，所述物光光路包括依次设置且与脉冲激光器设置在同一水平线上的扩束镜、第二分束镜和第一反射镜，所述参考光光路包括设置在第二分束镜下方的第三分束镜和设置在第三分束镜下方的第二反射镜，所述第一分束镜设置在第一反射镜的下方且与第三分束镜设置在同一水平线上，所述压电晶片设置在第一分束镜的正下方，所述数字相机设置在第一分束镜的旁侧，所述脉冲激光器设置在扩束镜的旁侧。

上述的一种超声波场的光学全息测量系统，其特征在于：所述功率放大器的型号为HSA4101。

上述的一种超声波场的光学全息测量系统，其特征在于：所述数字相机为CCD数字相机。

上述的一种超声波场的光学全息测量系统，其特征在于：所述CCD数字相机的型号为PCO1600。

上述的一种超声波场的光学全息测量系统，其特征在于：所述波形发生器的型号为AFG2021-SC。

上述的一种超声波场的光学全息测量系统，其特征在于：所述脉冲激光器为纳秒激光器。

上述的一种超声波场的光学全息测量系统，其特征在于：所述脉冲激光器的型号为Nimma-400。

本发明还公开了一种方法步骤简单、实现方便、测量精度高、测量效率高、空间分辨率高、实用性强，使用效果好的超声波场的光学全息测量方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、将固体样品放置在压电晶片上；

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

步骤三、计算机通过同步控制器给波形发生器发送一个触发信号，波形发生器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，功率放大器对其接收到的正弦信号进行放大后输出给压电晶片，驱动压电晶片振动，产生超声波；同步控制器延时时间t₁后控制数字相机启动，同步控制器延时时间t₂后给脉冲激光器发送一个触发信号，脉冲激光器接收到触发信号后产生一个脉冲激光照射在扩束镜上；所述脉冲激光的脉宽不大于8ns；

步骤四、扩束镜对脉冲激光器产生的脉冲激光进行扩束后照射在第二分束镜上；