[發明專利]提高光子相關法空氣聲壓測量精度的方法

有效

• 申請號: 202110396313.3
• 申請日: 2021-04-13
• 公開（公告）號: CN113091881B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 朱衛民;楊榮巖;陳瀅锜;何力人;劉濤;衛平;齊芳;古曉輝;王統宇;梅皓亮;姚亮宇
• 申請（專利權）人: 河南省計量科學研究院
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 鄭州立格知識產權代理有限公司 41126
• 代理人: 田磊

1.一種提高光子相關法空氣聲壓測量精度的方法，其特征在于：包括兩束光強和偏振態相同且在同一水平面相交的光束、透射型分辨率板、顯微物鏡和CCD，通過以下步驟執行：

將顯微物鏡的工作端和透射型分辨率板放置在兩束光的交叉點處，在顯微物鏡的后方放置CCD，軸向移動CCD，使CCD可以同時獲取分辨率板和干涉條紋的清晰疊加像，結合獲得的疊加像得出顯微物鏡的放大倍率和CCD所拍攝得到的干涉條紋間距，計算出干涉條紋的實際間距，然后根據干涉條紋的實際間距，計算得到兩束光束的夾角；

計算過程依據以下公式，單光子計數器探測信號的自相關函數形式如下：

??(1)

式中：；為聲場粒子瞬時振速，ω為聲波的角頻率，τ為延遲時間；，θ為兩光束夾角，d為光束有效直徑；J0為零階貝塞爾函數，D為干涉條紋間距；

理論上干涉條紋間距為

??(2)

當零階貝塞爾函數下降至第一個極小值時，取值為3.832，則得出粒子振動速度為

??(3)

式中是自相關函數曲線到第一個極小值點的時間；

由聲場粒子速度可以計算出聲壓為：

??(4)

式中Z為空氣特性阻抗；

通過以下步驟，提高測量干涉條紋間距的準確度：

在顯微物鏡的工作端加入透射型的分辨率板作為標準件，然后固定分辨率板、軸向移動CCD，使CCD獲得最清晰的分辨率板的倒立放大實像，得到分辨率板和同一位置干涉條紋的疊加成像；

選取一處分辨率板上的標準靶條作為觀察對象，做出放大后靶條的光強與像素點的曲線，選出曲線中對應兩靶條相同變化屬性的兩個點，結合CCD的像元尺寸，計算出兩個點之間的所占的像素點數，進而得到放大后的尺寸，基于標準板自身的實際尺寸，對顯微物鏡的放大倍率進行標定；

再獲得干涉條紋被放大后的間距，然后基于標定后的放大倍率，計算出干涉條紋的實際間距；

為了提高顯微物鏡放大倍率的標定精度，在保證分辨率板在干涉區域的前提下，多次改變分辨率板的位置，相應的軸向移動CCD的位置進行調焦，多次對顯微物鏡的放大倍率進行標定，多次計算干涉條紋的實際間距，然后通過平均法，獲得最終的干涉條紋的實際間距；

在標定顯微物鏡的放大倍率后，通過以下步驟獲得干涉條紋被放大后的間距：

選取包含干涉條紋周期較多的區域，做出干涉條紋的光強與像素點的曲線，每個峰谷代表條紋的亮暗，選取曲線中的兩個峰值點，讀出兩峰值點之間的條紋周期數，以及總共占據的像素點，得到每個暗亮條紋占據的像素點，從而計算出放大后的條紋間距，結合標定的放大倍率，得到實際干涉條紋的間距；

兩束光束為激光器通過分束棱鏡分出得到的，然后通過兩面反光鏡的反射發生相交；兩束光束相交處的夾角大于15度。

2.根據權利要求1所述的提高光子相關法空氣聲壓測量精度的方法，其特征在于：所述的激光器的規格為：波長為532?nm、功率為300?mW。

3.根據權利要求2所述的提高光子相關法空氣聲壓測量精度的方法，其特征在于：所述顯微物鏡的倍率大于20倍。

4.根據權利要求3所述的提高光子相關法空氣聲壓測量精度的方法，其特征在于：所述CCD的規格為：像元尺寸為4.65?μm×4.65?μm、像素為1280×1024。

5.根據權利要求4所述的提高光子相關法空氣聲壓測量精度的方法，其特征在于：所述分辨率板的型號為：USAF1951美國空軍分辨率板。