[發(fā)明專利]一種測量超聲行波在液體中的速度與頻率的方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310204683.8
• 申請日: 2013-05-28
• 公開（公告）號: CN103308142A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃佐華;潘美妍;梁婕;曾映智;吳泳波
• 申請（專利權(quán)）人: 華南師范大學(xué)
• 主分類號: G01H5/00
• 分類號: G01H5/00;G01H9/00
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 蘇運貞;裘暉

1.一種測量超聲行波在液體中的速度與頻率的方法，其特征在于包含以下步驟：

（1）以一束單色平行光垂直于超聲的傳播方向照明超聲波在液體中形成的動態(tài)超聲光柵；

（2）步驟（1）的動態(tài)超聲光柵經(jīng)過透鏡后形成行波超聲位相光柵的衍射頻譜，利用振幅濾波器及成像透鏡對該頻譜進行處理及成像，得到超聲行波光柵的頻譜像，測量頻譜像上相鄰兩譜線間距x_f，通過計算得到超聲波在液體中的波長λ_s，其中q為頻譜級數(shù)，λ為入射光波長，f為透鏡焦距；檢測或記錄頻譜像上一級頻譜與零級頻譜混頻后的電信號變化，得到超聲波的頻率；

（3）通過波長和頻率，即得到超聲波在液體中的速度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量超聲行波在液體中的速度與頻率的方法，其特征在于：步驟（2）中所述的透鏡為凸透鏡或傅里葉透鏡。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量超聲行波在液體中的速度與頻率的方法，其特征在于：步驟（2）中所述的測量頻譜像上相鄰兩譜線間距為通過測微目鏡、面陣光電探測器或帶小孔的光電探測器進行測量；

當(dāng)使用測微目鏡或面陣光電探測器進行測量時，測量頻譜像像上相鄰兩譜線間距x_f，通過公式求得超聲波的波長λ_s；

當(dāng)使用帶小孔的光電探測器進行測量時，是將帶小孔的光電探測器對準(zhǔn)頻譜或極大光點，沿光譜方向x_f掃描針孔，得到光強與x_f方向距離的曲線，測量兩個相鄰極大值之間的距離x_f，通過公式求得超聲波的波長λ_s。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量超聲行波在液體中的速度與頻率的方法，其特征在于：步驟（2）中所述的檢測或記錄頻譜像上一級頻譜與零級頻譜混頻后的電信號變化為使用帶小孔的光電探測器或刷新速度或頻率大于超聲波頻率的面陣光電探測器進行測量。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量超聲行波在液體中的速度與頻率的方法，其特征在于：步驟（3）中所述的速度的計算公式如下：v_s＝λ_sf_s；其中，λ_s為超聲波在液體中的波長，f_s為超聲波的頻率。

6.實現(xiàn)權(quán)利要求1所述測量超聲行波在液體中的速度與頻率的方法的裝置，其特征在于：包括光源、透明水槽、吸聲介質(zhì)、超聲換能器、透鏡I、振幅濾波器、成像透鏡、測量裝置、放大電路和示波器；

其中，當(dāng)測量超聲波的波長時，光源、透明水槽、透鏡I、振幅濾波器、成像透鏡以及測量裝置沿著光束前進的方向依次排列，此時，測量裝置為測微目鏡、面陣光電探測器或帶小孔的光電探測器；當(dāng)測量超聲波的頻率時，光源、透明水槽、透鏡I、振幅濾波器、成像透鏡以及測量裝置沿著光束前進的方向依次排列，測量裝置與放大電路和示波器依次連接，此時，測量裝置為帶小孔的光電探測器或是刷新速度或頻率足夠大的面陣光電探測器；

吸聲介質(zhì)和超聲換能器分別位于透明水槽內(nèi)部的平行于光束方向的兩側(cè)，且超聲換能器、光源發(fā)出且經(jīng)過透明水槽的光線與吸聲介質(zhì)沿超聲發(fā)射方向呈依次排列關(guān)系。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于：還包括擴束透鏡、光闌和準(zhǔn)直透鏡；

當(dāng)測量超聲波的波長時，光源、擴束透鏡、光闌、準(zhǔn)直透鏡、透明水槽、透鏡I、振幅濾波器、成像透鏡以及測量裝置沿著光束前進的方向依次排列，此時，測量裝置為測微目鏡、面陣光電探測器或帶小孔的光電探測器；

當(dāng)測量超聲波的頻率時，光源、擴束透鏡、光闌、準(zhǔn)直透鏡、透明水槽、透鏡I、振幅濾波器、成像透鏡以及測量裝置沿著光束前進的方向依次排列，測量裝置與放大電路和示波器依次連接，此時，測量裝置為帶小孔的光電探測器或是刷新速度或頻率足夠大的面陣光電探測器。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于：還包括計算機，計算機分別與測量裝置或示波器連接。