专利名称：一种倍增光路的超声悬浮场测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种倍增光路的超声悬浮场测量装置，利用数字全息技术实现超 声悬浮场的测量。
背景技术：
由于超声悬浮场是声波在空气中形成的驻波场，不能直接用眼睛或视频装置接收， 加上探测过程不能干扰声场，使得常规探测仪器无法使用。又由于引入测量器件后， 会对声悬浮场产生影响且难于实现全场测量。所以，到目前为l上，对超声悬浮场的研 究工作多集中于声悬浮理论的数值计算。西北工业大学张琳等人用传统光学全息方法 首次对声悬浮场分布进行了测量(张琳，李恩普，冯伟，洪振宇，解文军，马仰华， 声悬浮过程的激光全息干涉研究，物理学报，54(5)(2005))。不过，由于其方法的局限 性，测量结果比较粗糙，该方法以全息干板作为记录介质，需要经过复杂的物理和湿 化学处理过程，记录的信息和记录效果极易受到人为操作的影响，而且信息处理手段 有限，不能解调出干涉场的相位信息；随后，张琳等人(张琳，声悬浮过程的激光全 息干涉研究，硕士学位论文，西北工业大学，(2005)进一步应用数字全息方法并采用 双共聚焦光路对超声悬浮场进行了测量，由于其光路结构的限制，测量弱相位场的灵 敏度低，且测量范围固定不可调，测量过程较复杂，难以做到定量分析。
总之，由于超声悬浮场在弱相位场测量过程中灵敏度低，所以现有的侧量测量过 程较复杂，且测量范围固定不可调。
实用新型内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本实用新型提出一种倍增光路的超声悬浮场测量 装置，可以克服超声悬浮场在弱相位场测量过程中灵敏度低，且测量范围固定不可调， 测量过程较复杂的问题。
技术方案
本实用新型的技术特征在于装置包括激光器12'分束镜6， 二个扩束装置5、 7，
半透半反镜4，全反射镜3，凸透镜2和面阵CCD1;在激光器12发出的光路中设置 衰减器11和改变光路方向的全反射镜10，之后设置形成第一光束和第二光束的分束 镜6;在第一光束的光路中，依次设置扩束装置5和全反射镜3，待测超声场位于光路 中设置在扩束装置5和全反射镜3之间，在扩束装置5与待测超声场之间设置一个将 物光反射到与第一光束方向垂直的另外一侧的半透半反镜4;在第二光束的光路中， 设置一个将光束变为平行参考光的扩束装置7，在扩束装置7之后依次设置改变光路 方向的全反射镜8和半透半反镜9;半透半反镜9位于半透半反镜4和凸透镜2之间， 在两束光发生干涉后形成的光路中，依次设置将干涉图样成像的凸透镜2和记录数字 全息图的面阵CCD1。
所述的分束镜6为固定分光比分束镜，或分光比可调分束镜。
所述的扩束装置5、 7为扩束镜，或透镜组。
所述的线阵CCD1为一面阵列分布的电荷耦合器件。
有益效果
相比现有技术的优越性在于(1)由于在利用本测量装置对超声场进行测量的过 程中没有仪器探头等扰动流场，光束通过待测超声悬浮场后并不对其造成干扰，从而 避免由此而产生误差；(2)由于光线的无惯性，本测量装置可用来研究超声场的瞬态 过程，实现其瞬时记录；(3)本测量装置运用倍增光路，从而可以探测声场扰动使空 气产生的微小折射率变化造成的干涉条纹分布，使测量结果更加直观、精确。
图l:测量装置实施方式的结构示意图
l-面阵CCD; 2-凸透镜；3-全反射镜；4-半透半反镜；5-扩束准直器；6-分束镜； 7-扩束准直器；8-全反射镜；9-半透半反镜；10-全反射镜；ll-衰减器；12-气体激光器; B-计算机
具体实施方式
现结合附图对本实用新型作进一步描述
实施例如图所示测量装置包括气体激光器12、衰减器11、全反射镜10、分束
镜6、扩束准直器5、半透半反镜4、全反射镜3、扩束准直器7、全反射镜8、半透半 反镜9、凸透镜2和面阵CCD1，以及包含于其中的待测超声场A。
衰减器11为可调通光衰减器，其设置在气体激光器12所发出光束的光路上，为 了使成在CCD上的像不至于过亮，起到衰减光强的作用。全反射镜10将衰减后的光 反射至分束镜6，分束镜6为一分光比可调分束器，将该光束分成第一光束和第二光 束。第一光束由扩束准直器5扩束并准直后成平行光，再穿过超声悬浮场A后被全反 射镜3沿原路返回，再由半透半反镜4反射，透过半透半反镜9后被述凸透镜2成像 在面阵CCD1上。其中，待测超声悬浮场A为一透明状态的透射型场。
第二束光由第二扩束准直器7扩束并准直成平行光后，依次被全反射镜8和半透 半反镜9反射，调整夹角形成干涉区域，经凸透镜2成像在CCD1上。
主要工作过程为气体激光器12所发出光束经过所述衰减器11后，被全反射镜 10反射至分束器6。分束器6将该光束分成第一光束和第二光束。第一光束经扩束准 直器5扩束并准直后成平行光，再穿过超声悬浮场A后被全反射镜3沿原路返回，再 由半透半反镜4反射，透过半透半反镜9后被凸透镜2成像在面阵CCD1上。同时， 第二束光由扩束准直器7扩束并准直成平行光后，依次被全反射镜8和半透半反镜9 反射，形成干涉区域，经凸透镜2也成像在CCD1上。
由于CCD1位于凸透镜2的一倍焦距与二倍焦距之间。调节凸透镜2和CCD1与 待测超声悬浮场A三者之间的距离，使待测超声悬浮场A经过凸透镜2后清晰成像在 CCD1上。在CCD1记录范围内调节第一、二光束之间的夹角，使得记录图像频谱可
以分离，然后分别拍摄不加超声悬浮场和加超声悬浮场两种情况下的数字全息干涉图， 最后，将两种情况的数字全息图由计算机13通过快速傅里叶变换算法和数字图像处理
等手段进行数值重构，即可以获得声悬浮场的数字全息再现像。
权利要求1.一种倍增光路的超声悬浮场测量装置，其特征在于装置包括激光器(12)，分束镜(6)，二个扩束装置(5)、(7)，半透半反镜(4)，全反射镜(3)，凸透镜(2)和面阵CCD(1)；在激光器(12)发出的光路中设置衰减器(11)和改变光路方向的全反射镜(10)，之后设置形成第一光束和第二光束的分束镜(6)；在第一光束的光路中，依次设置扩束装置(5)和全反射镜(3)，待测超声场位于光路中设置在扩束装置(5)和全反射镜(3)之间，在扩束装置(5)与待测超声场之间设置一个将物光反射到与第一光束方向垂直的另外一侧的半透半反镜(4)；在第二光束的光路中，设置一个将光束变为平行参考光的扩束装置(7)，在扩束装置(7)之后依次设置改变光路方向的全反射镜(8)和半透半反镜(9)；半透半反镜(9)位于半透半反镜(4)和凸透镜(2)之间，在两束光发生干涉后形成的光路中，依次设置将干涉图样成像的凸透镜2和记录数字全息图的面阵CCD(1)。
2. 根据权利要求1所述的倍增光路的超声悬浮场测量装置，其特征在于所述的分 束镜(6)为固定分光比分束镜，或分光比可调分束镜。
3. 根据权利要求1所述的倍增光路的超声悬浮场测量装置，其特征在于所述的扩 束装置(7)为扩束镜，或透镜组。
专利摘要本实用新型涉及一种倍增光路的超声悬浮场测量装置，技术特征在于在激光器发出的光路中设置形成第一光束和第二光束的分束镜；在第一光束的光路中，依次设置扩束装置和全反射镜，待测超声场位于光路中设置在扩束装置和全反射镜之间，在扩束装置与待测超声场之间设置一个将物光反射到与第一光束方向垂直的另外一侧的半透半反镜；在第二光束的光路中，设置一个将光束变为平行参考光的扩束装置；在与半透半反镜平行位置处设置一个将物光和参考光形成的干涉光的凸透镜，以及记录数字全息图的面阵CCD1。本测量装置运用倍增光路，从而可以探测声场扰动使空气产生的微小折射率变化造成的干涉条纹分布，使测量结果更加直观、精确。
文档编号G02B27/10GK201188029SQ200720311340
公开日2009年1月28日 申请日期2007年12月21日 优先权日2007年12月21日
发明者李恩普, 赵建林, 邸江磊, 郑普超 申请人:西北工业大学