一種超聲光柵位相振幅的定量測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超聲光柵位相振幅的定量測量方法。該定量測量方法具體如下：光源發(fā)出的單色光經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直后垂直于超聲波傳播方向照射超聲光柵，經(jīng)透鏡變換后得到超聲光柵的衍射頻譜；記錄超聲光柵的衍射頻譜，計(jì)算得到衍射頻譜的衍射光強(qiáng)比重，代入衍射光強(qiáng)比重與超聲光柵位相振幅的定量關(guān)系式，求出超聲光柵的位相振幅。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：可以得到位相光柵的平均位相振幅，測量速度快；容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測量；適合于正弦或余弦位相光柵的位相振幅測量；特別適合于測量動(dòng)態(tài)周期性位相物體；操作簡單。
【專利說明】一種超聲光柵位相振幅的定量測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)測量與計(jì)量【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種超聲光柵位相振幅的定量測
量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲波是一種縱向機(jī)械應(yīng)力波，當(dāng)超聲波在透明介質(zhì)中傳播時(shí)，將引起介質(zhì)密度在時(shí)間空間上的周期彈性應(yīng)變，導(dǎo)致介質(zhì)折射率的相應(yīng)變化。若聲光作用距離較小，由于光速遠(yuǎn)大于聲速，在光波通過時(shí)，介質(zhì)折射率隨空間作周期性變化，其相位受到調(diào)制，如同經(jīng)過一個(gè)正弦相位光柵，稱為超聲光柵。超聲光柵主要分為兩種:超聲行波光柵及超聲駐波光柵。前者形成的位相光柵是動(dòng)態(tài)的，空間各點(diǎn)的位相隨時(shí)間是不斷變化的；后者是穩(wěn)態(tài)的，空間存在固定位置的位相波谷及波峰。
[0003]目前國內(nèi)外主要通過普通衍射方法測量超聲光柵的參數(shù)，從而測出不同液體中的聲速來探究液體的其他非聲學(xué)性質(zhì)，如彈性模量、濃度等，將其應(yīng)用于對(duì)液體內(nèi)雜質(zhì)的探究、液體中微粒的大小的測量或激光特性的研究，或用于探究超聲的傳輸機(jī)制、穿透特性、研制高靈敏度的超聲探測設(shè)備等，但作為相位物體，超聲光柵的位相振幅定量測量并不容易。若其位相振幅可測，則可能推算液體折射率的分布，從而用光學(xué)方法探究液體的彈性應(yīng)變參數(shù)等。目前，定量測量位相物體的方法主要有單點(diǎn)掃描定量測量技術(shù)及全場干涉定量測量技術(shù)等。單點(diǎn)定量位相測量技術(shù)主要包括偏振靈0CT、相散顯微技術(shù)、相散光層析技術(shù)、微分相襯光相干顯微技術(shù)和譜域位相顯微技術(shù)等。全場定量位相測量技術(shù)主要有傅里葉位相顯微技術(shù)、希爾伯特位相顯微技術(shù)、衍射位相顯微技術(shù)和層析位相顯微技術(shù)等。這些技術(shù)有的光路非常復(fù)雜；有的需拍攝多幅圖像，對(duì)快速動(dòng)態(tài)位相物體不適用；有的需逐點(diǎn)掃描，過程耗時(shí)較長；有的解包裹算法復(fù)雜等。這些方法多應(yīng)用于生物細(xì)胞等空間低頻非周期性位相物體，并未考慮動(dòng)態(tài)及空間高頻位相物體的衍射特點(diǎn)，對(duì)超聲光柵位相振幅的定量位相測量不一定適用，實(shí)現(xiàn)起來并不容易，也未見相關(guān)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種超聲光柵位相振幅的定
量測量方法。
[0005]本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種超聲光柵位相振幅的定量測量方法，包含以下步驟，如圖1所示:
[0006](I)光源發(fā)出的單色光經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直后垂直于超聲波傳播方向照射超聲光柵，經(jīng)透鏡變換后得到超聲光柵的衍射頻譜；
[0007](2)記錄超聲光柵的衍射頻譜，計(jì)算得到衍射頻譜的衍射光強(qiáng)比重，代入衍射光強(qiáng)比重與超聲光柵位相振幅的定量關(guān)系式,求出超聲光柵的位相振幅。
[0008]步驟(I)中所述的透鏡優(yōu)選為傅里葉透鏡或普通凸透鏡；
[0009]步驟(2)中所述的記錄超聲光柵的衍射頻譜為通過攝像設(shè)備記錄；[0010]所述的攝像設(shè)備優(yōu)選為CXD或CMOS攝像設(shè)備；
[0011]所述的頻譜衍射光強(qiáng)比重優(yōu)選通過如下公式計(jì)算得到:
[0012]①當(dāng)超聲光柵為超聲行波光柵時(shí)，在0，I級(jí)衍射的光強(qiáng)比重為:
[0013]R1 = (1+I1)/I 總;
[0014]②當(dāng)超聲光柵為超聲駐波光柵時(shí)，在O~2級(jí)衍射的光強(qiáng)比重為:
[0015]R2 = (10 +I1 +I2 )/1 總;
[0016]所述的衍射光強(qiáng)比重與超聲光柵位相振幅的定量關(guān)系式如下:
[0017]①當(dāng)超聲光柵為超聲行波光柵時(shí)，超聲光柵位相振幅的計(jì)算公式如下:
[0018]
【權(quán)利要求】
1.一種超聲光柵位相振幅的定量測量方法，其特征在于包含以下步驟: (1)光源發(fā)出的單色光經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直后垂直于超聲波傳播方向照射超聲光柵，經(jīng)透鏡變換后得到超聲光柵的衍射頻譜； (2)記錄超聲光柵的衍射頻譜，計(jì)算得到衍射頻譜的衍射光強(qiáng)比重，代入衍射光強(qiáng)比重與超聲光柵位相振幅的定量關(guān)系式，求出超聲光柵的位相振幅； 所述的衍射光強(qiáng)比重與超聲光柵位相振幅的定量關(guān)系式如下: ①當(dāng)超聲光柵為超聲行波光柵時(shí)，超聲光柵位相振幅的計(jì)算公式如下:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲光柵位相振幅的定量測量方法，其特征在于: 所述的頻譜衍射光強(qiáng)比重通過如下公式計(jì)算得到: ①當(dāng)超聲光柵為超聲行波光柵時(shí)，在0，I級(jí)衍射的光強(qiáng)比重為:
Ri = (1+Ii) /I 總； ②當(dāng)超聲光柵為超聲駐波光柵時(shí)，在O~2級(jí)衍射的光強(qiáng)比重為:
^2 = (I。+工1 +工2 ) /I 總。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲光柵位相振幅的定量測量方法，其特征在于:步驟(1)中所述的透鏡為傅里葉透鏡或普通凸透鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲光柵位相振幅的定量測量方法，其特征在于:步驟(2)中所述的記錄超聲光柵的衍射頻譜為通過攝像設(shè)備記錄。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超聲光柵位相振幅的定量測量方法，其特征在于:所述的攝像設(shè)備為CCD或CMOS攝像設(shè)備。
【文檔編號(hào)】G01H9/00GK103983344SQ201410255746
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年6月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月10日
【發(fā)明者】黃佐華, 潘美妍, 曾映智 申請(qǐng)人:華南師范大學(xué)