專利名稱：一種超聲懸浮場測量裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種超聲懸浮場測量裝置，利用數字全息技術實現超聲懸浮場的
背景技術：
由于超聲懸浮場是聲波在空氣中形成的駐波場，不能直接用眼睛或視頻裝置接收， 加上探測過程不能干擾聲場，使得常規探測儀器無法使用。又由于引入測量器件后，
會對聲懸浮場產生影響且難于實現全場測量。所以，到FI前為止，對超聲懸浮場的研 究工作多集中于聲懸浮理論的數值計算。西北工業大學張琳等人用傳統光學全息方法 首次對聲懸浮場分布進行了測量(張琳，李恩普，馮偉，洪振宇，解文軍，馬仰華， 聲懸浮過程的激光全息干涉研究，物理學報，54(5)(2005))。不過，由于其方法的局限 性，測量結果比較粗糙，該方法以全息千板作為記錄介質，需要經過復雜的物理和濕 化學
處理過程，記錄的信息和記錄效果極易受到人為操作的影響，而且信息處理手段 有限，不能解調出干涉場的相位信息；隨后，張琳等人(張琳，聲懸浮過程的激光今 息干涉研究，碩士學位論文，西北工業大學，(2005)進一步應用數字全息方法并采用 雙共聚焦光路對超聲懸浮場進行了測量，由于其光路結構的限制，測量弱相位場的靈 敏度低，且測量范圍固定不可調，測量過程較復雜，難以做到定量分析。'
總之，由于超聲懸浮場在弱相位場測量過程中靈敏度低，所以現有的側量測量過 程較復雜，且測量范圍固定不可調。
實用新型內容
要解決的技術問題
為了避免現有技術的不足之處，本實用新型提出一種超聲懸浮場測量裝置，可以 克服超聲懸浮場在弱相位場測量過程中靈敏度低，且測量范圍固定不可調，測量過程 較復雜的問題。
技術方案
本實用新型的技術特征在于裝置包括激光器ll，衰減器12，全反射鏡3、 7、10，分束裝置5，擴束裝置6，半透半反鏡4、 9，凸透鏡2和面陣CCD1;在激光器 11發出的光路中設置衰減器12和改變光路方向的全反射鏡7，之后設置擴束裝置6 和形成第一光束和第二光束的分束裝置5;在第一光束的光路中，依次為待測超聲場 和全反射鏡3，在擴束裝置5與待測超聲場之間設置一個將物光反射到與第一光束方 向垂直的另外一側的半透半反鏡(4);在第二光束的光路中，設置一個全反射鏡10 和半透半反鏡9;在兩束光以一定傾角發生千涉后形成的光路中，依次設置將干涉圖
樣成像的凸透鏡2和記錄數字全息圖的面陣CCD1 。
所述的分束鏡5的透反比為7:3。
所述的擴束裝置6為擴束鏡，或透鏡組。
所述的線陣CCD1為一面陣列分布的電荷耦合器件。
有益效果
相比現有技術的優越性在于(1)由于在利用本測量裝置對超聲場進行測量的過 程中沒有儀器探頭等擾動流場，光束通過待測超聲懸浮場后并不對其造成干擾，從而 避免由此而產生誤差；(2)由于光線的無慣性，本測量裝置可用來研究超聲場的瞬態 過程，實現其瞬時記錄；(3)本測量裝置運用倍增光路，從而可以探測聲場擾動使空 氣產生的微小折射率變化造成的干涉條紋分布，使測量結果更加直觀、精確。
圖l:測量裝置實施方式的結構示意圖
l-面陣CCD; 2-凸透鏡；3-全反射鏡；4-半透半反鏡；5-分束鏡；6-擴束準直器； 7-全反射鏡；8-計算機；9-半透半反鏡；10-全反射鏡；ll-氣體激光器；12-衰減器；具體實施方式
現結合附圖對本實用新型作進一步描述
實施例如圖所示測量裝置包括氣體激光器ll、衰減器12、全反射鏡3、 7、 10，
分束鏡5、擴束準直器6、半透半反鏡4、 9，凸透鏡2和面陣CCD 1，以及包含于其 中的待測超聲場A。
衰減器12為可調通光衰減器，其設置在氣體激光器11所發出光束的光路上，為 了使成在CCD上的像不至于過亮，起到衰減光強的作用。全反射鏡7將衰減后的光反 射至擴束準直器6擴束并準直后成平行光，然后由分束鏡5，透反比為7: 3;將該光
束分成第一光束和第二光束。第一光束穿過超聲懸浮場A后被全反射鏡3沿原路返回， 再由半透半反鏡4反射，透過半透半反鏡9后被述凸透鏡2成像在面陣CCD1上。其 中，待測超聲懸浮場A為一透明狀態的透射型場。
第二束光被全反射鏡10和半透半反鏡9反射，凋整夾角形成干涉區域，經凸透鏡 2成像在CCD 1上。
調節凸透鏡2和CCD1與待測超聲懸浮場A三者之間的距離，使待測超聲懸浮場 A經過凸透鏡2后清晰成像在CCD1上。在CCD1記錄范圍內調節第一、二光束之間 的夾角，使得記錄圖像頻譜可以分離，然后分別拍攝不加超聲懸浮場和加超聲懸浮場 兩種情況下的數字全息干涉圖，最后，將兩種情況的數字仝息圖由計算機13通過快速 傅里葉變換算法和數字圖像處理等手段進行數值重構，即可以獲得聲懸浮場的數字全 息再現像。本實施方式采用先擴束準直，再分光，節省了光學器件的同時也減少了測 量誤差。
權利要求1.一種超聲懸浮場測量裝置，其特征在于裝置包括激光器(11)，衰減器(12)，全反射鏡(3)、(7)、(10)，分束裝置(5)，擴束裝置(6)，半透半反鏡(4)、(9)，凸透鏡(2)和面陣CCD(1)；在激光器(11)發出的光路中設置衰減器(12)和改變光路方向的全反射鏡(7)，之后設置擴束裝置(6)和形成第一光束和第二光束的分束裝置(5)；在第一光束的光路中，依次為待測超聲場和全反射鏡(3)，在擴束裝置(5)與待測超聲場之間設置一個將物光反射到與第一光束方向垂直的另外一側的半透半反鏡(4)；在第二光束的光路中，設置一個全反射鏡(10)和半透半反鏡(9)；在兩束光以一定傾角發生干涉后形成的光路中，依次設置將干涉圖樣成像的凸透鏡(2)和記錄數字全息圖的面陣CCD(1)。
2. 根據權利要求l所述的超聲懸浮場測量裝置，其特征在于所述的分束裝置(5) 的透反比為7:3。
3. 根據權利要求l所述的超聲懸浮場測量裝置，其特征在于所述的擴束裝置(6) 為擴束鏡，或透鏡組。
專利摘要本實用新型涉及一種超聲懸浮場測量裝置，技術特征在于在激光器發出的光路中設置形成第一光束和第二光束的分束鏡；在第一光束的光路中，依次設置擴束裝置和全反射鏡，待測超聲場位于光路中設置在擴束裝置和全反射鏡之間，在擴束裝置與待測超聲場之間設置一個將物光反射到與第一光束方向垂直的另外一側的半透半反鏡；在第二光束的光路中，設置一個將光束變為平行參考光的擴束裝置；在與半透半反鏡平行位置處設置一個將物光和參考光形成的干涉光的凸透鏡，以及記錄數字全息圖的面陣CCD1。本測量裝置運用倍增光路，從而可以探測聲場擾動使空氣產生的微小折射率變化造成的干涉條紋分布，使測量結果更加直觀、精確。
文檔編號G01H9/00GK201181238SQ200720311338
公開日2009年1月14日 申請日期2007年12月21日 優先權日2007年12月21日
發明者李恩普, 趙建林, 邸江磊, 鄭普超 申請人:西北工業大學