[發明專利]同時觀測透明流體和透明固體內部聲場的光學裝置和方法

有效

• 申請號: 201710203045.2
• 申請日: 2017-03-30
• 公開（公告）號: CN106970157B
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發明（設計）人: 姜學平;殷澄
• 申請（專利權）人: 河海大學常州校區
• 主分類號: G01N29/36
• 分類號: G01N29/36;G01N29/44;G01H9/00;G01N29/06;G01N29/04;G01N29/02
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發明公開一種同時觀測透明流體和透明固體內部聲場的光學裝置和方法。本發明利用起偏器和1/4玻片形成圓偏振光，經過聲場，將攜帶透明流體和透明固體內部聲場信息的光用分光鏡分成兩束，一束通過會聚透鏡后進行空間濾波，成像，用于觀測流體中的聲場；另一束通過1/4玻片和檢偏器后成像，得到固體中聲場的像。如此，可以實現同時對透明流體和透明固體內部聲場進行非侵入式成像，觀測透明流體和透明固體內部聲場。本發明既可得到瞬時的聲場狀態，亦可得到連續的聲場動態變化，提供了更為精確、全面的透明流體和透明固體內部聲場信息，可觀測聲場在液固界面的傳播特性，應用于聲學方法探測液固界面波進而研究材料特性方面的研究和教學。

技術領域

本發明屬于超聲技術領域，具體涉及一種同時觀測透明流體和透明固體內部聲場的光學裝置和方法。

背景技術

聲場的成像和測量廣泛應用于超聲檢測和超聲醫療，包括超聲檢測方法研究過程中，需要知道超聲入射液固界面后，隨著時間的變化，流體和固體中聲場的變化情況，所以得到同一時刻流體和固體中聲波的分布及其隨時間的變化先得尤為重要。

傳統的測量方法都具有一定的局限性，常見的測量方法有：

(1)水聽器法：適用于各種流體中聲場的測量。但該方法屬于侵入式測量方法，由于水聽器要預先校準；水聽器的引入使原來的聲場發生變化，此法測量誤差較大，尤其是高頻聲場的定量測量，且測量聲壓分布時效率較低；

(2)基于輻射力天平測量的方法：連續聲波垂直入射于反射靶，測量靶上接收到的聲輻射力，計算聲功率。該方法只能測量平面活塞換能器和圓孔徑球面聚焦超聲換能器向流體中輻射連續聲波的聲功率，不能用于聲場成像。

(3)量熱法測量聲功率：超聲對高吸收物質作用后產生的熱量引起溫度升高，測量溫升，經校準和計算，得到流體中的聲功率，不能用于聲場成像。

(4)自易法和互易法：對于互易的電聲換能器，其接收靈敏度和發送響應之比為一常數，即為互易常數，分別測量若干對發射換能器-接收換能器排列對的換能器轉移阻抗，應用互易常數可計算得到換能器的發送響應。進而理論計算出流體中的聲場強度，不能觀測聲場。

(5)Michelson干涉條紋法：聲場引起媒質折射率的變化進而影響Michelson干涉條紋的變化，通過分析干涉條紋的變化，計算聲壓；或者通過Michelson干涉儀測量聲輻射面的振幅估算換能器輻射聲壓。但是該方法只適合于流體中50KHz以下低頻超聲場的測量，0.3MHz以上的高頻聲場的定量測量比較困難。

(6)光彈法：利用透明固體中的光彈效應觀測透明固體中的聲場及其動態變化，但不能同時觀測到透明流體中的聲場，不能同時得到某一時刻流體和固體中的聲場分布圖。

(7)Schlieren法：利用透明流體中的壓光效應觀測透明流體中的聲場及其動態變化，但不能同時觀測到透明固體中的聲場，不能同時得到某一時刻流體和固體中的聲場分布圖。

在進行超聲無損檢測中，沿液固界面傳播的超聲波攜帶了流體和固體的材料特性、液固界面結構特性及固體靠近界面部分存在缺陷等信息，研究液固界面聲波的傳播特性，探索通過界面波獲取流體和固體材料特性信息對生產具有重要意義。

發明內容

針對上述現有技術中的不足，本發明提供了一種能夠同時觀測透明流體和透明固體內部聲場的光學裝置和方法。

為實現上述目的之一提供，本發明采用了以下技術方案：