[發明專利]一種高穩定性的動態光彈超聲定量測量裝置和方法

在審

• 申請號: 201810068893.1
• 申請日: 2018-01-24
• 公開（公告）號: CN108106714A
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發明（設計）人: 安志武;胡中韜;廉國選;王小民;毛捷;冷濤;宋波;陳秋穎;閆冉;溫孟閣
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 北京億騰知識產權代理事務所 11309
• 代理人: 陳霽

本發明涉及一種高穩定性的動態光彈超聲定量測量裝置，包括：同步延時系統、激光器、毛玻璃、超聲發射系統、超聲換能器、和相機，還包括線偏振系統；同步延時系統連接激光器和超聲發射系統，激光器將光射入毛玻璃，毛玻璃將入射光線折射后，通過線偏振系統，最后光線進入相機。在實際應用中，可顯著提高系統超聲定量測量的穩定性。

技術領域

本發明涉及超聲聲場的定量測量，特別涉及一種高穩定性的動態光彈超聲定量測量方法和系統。

背景技術

固體中超聲聲場的定量測量對于研究超聲在固體中的傳播和散射規律，開發超聲無損檢測新技術具有重要意義。在文獻《超聲在固體中的散射》中，介紹了一種動態激光光彈超聲成像設備，并論述了定量測量透明固體中超聲聲場的方法。

大部分超聲應力定量測量方法都具有一定局限性，僅能測量表面的聲應力，對于固體內部聲場定量測量方法目前僅有光彈實驗方法。然而，現存的光彈定量測量方法在文獻《光彈性原理及測試技術》和《透明固體中聲應力的光彈法定量測量》中有描述，以補償法為主，即人為的制造一個已知相位差，與被測點的未知相位差相抵消，從而獲得測點的相位差值，不過該方法存在調節、判讀過程不準確，難以精確并穩定地定量測量的問題。

在定量測量實驗中需要精確測量出應力引起的相位差，故對檢偏器旋轉角度的準確定位對于測量結果的準確性具有重要意義。若直接手動旋轉鏡架，目視讀取，將帶來非常大的誤差。本發明設計了電動旋轉鏡架，其采用步進電機控制，分辨率為0.01°，絕對定位精度可達0.02°。通過軟件控制鏡架的旋轉和相機的采集，每旋轉檢偏器一個角度，同時測量該點的光強，旋轉180°后，可繪制一個周期的變化曲線。然后根據式出射光強與檢偏器旋轉角度的表達式，對實驗測量值進行擬合，通過擬合后的曲線來判讀相位差值，可以獲得較高的定量測量精度，并且具有較高的穩定性。

發明內容

本發明的目的是給出一種高穩定性的動態光彈超聲定量測量方法和系統，以對固體內部的超聲聲場進行精準地定量測量。

為實現上述目的，一方面，本發明提供了一種高穩定性的動態光彈超聲定量測量裝置，包括：同步延時系統、激光器、毛玻璃、超聲發射系統、超聲換能器、和相機，還包括線偏振系統；同步延時系統連接激光器和超聲發射系統，激光器將光射入毛玻璃，毛玻璃將入射光線折射后，通過線偏振系統，最后光線進入相機。

優選地，線偏振系統，具體包括：準直透鏡、起偏器、檢偏器和成像透鏡。

優選地，通過線偏振系統，具體為：依次通過準直透鏡、起偏器、樣品、檢偏器和成像透鏡。

優選地，起偏器和檢偏器與電控旋轉鏡架相連。

優選地，線偏振系統與測量點主應力方向為45°。

另一方面，本發明還提供了一種高穩定性的動態光彈超聲定量測量方法，包括以下步驟：步驟一：當偏振軸與測量點主應力方向重合時，該點消光，故可以得到主應力方向；步驟二：放置四分之一波片，調整其光軸與線偏振系統光軸一致，通過旋轉四分之一波片，確定光強最大點，即為四分之一波片光軸與線偏振系統光軸一致的點；步驟三：旋轉檢偏器角度β，得到測點光強為零點處，從而確定待測樣品聲應力引起的雙折射相位差Δ。

優選地，線偏振系統與測量點主應力方向為45°。

本發明有益效果是，在實際應用中，可顯著提高系統超聲定量測量的穩定性。

附圖說明

圖1為本發明實施例提供的一種高穩定性的動態光彈超聲定量測量裝置示意圖；

圖2為超聲換能器的輻射聲場示意圖；

圖3為旋轉線偏振軸與光強值坐標示意圖；

圖4為檢偏器旋轉角度與光強坐標示意圖。

具體實施方式