[发明专利]一种超声波场的光学全息测量方法

摘要

本发明公开了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、压电晶片和功率放大器，计算机上接有同步控制器和数字相机，同步控制器上接有波形发生器和脉冲激光器；光全息光路包括物光光路、参考光光路和第一分束镜，物光光路包括依次设置的扩束镜、第二分束镜和第一反射镜，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，第一分束镜设置在第一反射镜的下方，压电晶片设置在第一分束镜的正下方；其方法包括十个步骤，从全息图数据中重构得到超声波声场。本发明实现方便，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。

主权项

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。