[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

本發明提供了一種提高光子相關法空氣聲壓測量精度的方法，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。該方法準確獲得干涉條紋間距，進而能夠反向計算出光束夾角，最終提高空氣聲壓測量精度。

技術領域

本發明涉及光學與聲學領域，具體的說，涉及了一種提高光子相關法空氣聲壓測量精度的方法。

背景技術

光學方法測量空氣聲聲壓是目前聲學計量的研究熱點，該方法具有非侵入性和高空間分辨率等優勢，同時可以將聲壓通過激光波長溯源至SI單位，用于聲壓量值的扁平化傳遞。

早在上世紀，Taylor首先提出了測量聲波示蹤粒子速度的概念，并在駐波管中成功測量出示蹤粒子振動速度；隨后，Hann和Sharpe使用光子相關技術，通過分析光電探測器捕獲的單個光子事件來解調聲波示蹤粒子速度。韓國標準與科學研究院進一步拓展了應用，使用光子相關法解調多普勒信號測量駐波管空氣聲壓，并將光學法與標準傳聲器測量結果之間的偏差降低到0.2?dB。國內方面，中國計量科學研究院在平面行波管內通過激光多普勒技術獲得聲場中示蹤粒子的多普勒信號，使用頻譜法分析得到的不同頻點測量的聲壓偏差與傳聲器所得的結果低于0.3?dB；該單位還使用光子相關法在行波管中解調多普勒信號得到粒子速度，測量出空氣聲壓，并分析了測量誤差的主要來源，將在駐波管中測量聲壓與實驗室標準傳聲器測量結果的偏差降低至0.11?dB。近來，韓國標準與科學研究院使用光子相關技術完成了自由場空氣聲聲壓的測量，并在0.5-16?kHz頻率范圍內，得到光子相關技術測量結果與傳聲器之間的差異在0.01-1.3?dB。

上述的光子相關法測量空氣聲壓系統中多采用雙光束雙散射光路，聲壓測量準確性受兩光束夾角、光強差異、光束有效直徑、干涉條紋間距、示蹤粒子粒徑等參數影響。

為了讓示蹤粒子振動速度能夠反映聲場聲壓，實驗中的聲波示蹤粒子要對聲波有良好的跟隨性，同時示蹤粒子的直徑和測量干涉條紋的間距必須匹配。

一般來說粒徑約為條紋間距的三分之二，可以得到更高靈敏度和更寬的聲壓測量范圍。兩光束夾角影響干涉條紋間距大小，因此準確測量光束夾角對于光子相關技術準確測量聲壓裝置和光路的設計有著重要意義。

目前使用光子相關法測量自由場空氣聲聲壓時，將測量干涉條紋間距等同于測量光束夾角，這樣處理會在實際測量中引入誤差，因此實際實驗中最好能做到直接觀察干涉條紋并對其進行測量。

另外，在實驗的干涉區域內，干涉條紋的間距均勻性與光束質量、光束光強差異等因素有關，并隨光束干涉位置和夾角變化，條紋間距的不均勻會導致多普勒信號頻率的偏差和展寬，最終導致聲壓測量結果的誤差，同時還要考慮干涉區內條紋間距不均勻性對夾角和間距推導關系的影響。

為了解決光束夾角與干涉條紋間距測量準確度的問題，進而提高光子相關法空氣聲壓的測量精度，本領域技術人員一直在努力。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，從而提供一種準確獲得干涉條紋間距，進而能夠反向計算出光束夾角，最終提高測量精度的提高光子相關法空氣聲壓測量精度的方法。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：一種提高光子相關法空氣聲壓測量精度的方法，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：