專利名稱：一種含倒裝望遠鏡的超聲懸浮場測量裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種含倒裝望遠鏡的超聲懸浮場測量裝置，利用數(shù)字全息技術實 現(xiàn)超聲懸浮場的測量。 '
背景技術：
由于超聲懸浮場是聲波在空氣中形成的駐波場，不能直接用眼睛或視頻裝置接收， 加上探測過程不能干擾聲場，使得常規(guī)探測儀器無法使用。又由于引入測量器件后， 會對聲懸浮場產生影響且難于實現(xiàn)全場測量。所以，到目前為止，對超聲懸浮場的研 究工作多集中于聲懸浮理論的數(shù)值計算。西北工業(yè)大學張琳等人用傳統(tǒng)光學全息方法 首次對聲懸浮場分布進行了測量(張琳，李恩普，馮偉，洪振宇，解文軍，馬仰華，
聲懸浮過程的激光全息干涉研究，物理學報，54(5)(2005))。不過，由于其方法的局限 性，測量結果比較粗糙，該方法以全息干板作為記錄介質，需要經過復雜的物理和濕 化學處理過程，記錄的信息和記錄效果極易受到人為操作的影響，而且信息處理手段 有限，不能解調出干涉場的相位信息；隨后，張琳等人(張琳，聲懸浮過程的激光全 息干涉研究，碩士學位論文，西北工業(yè)大學，(2005)進一步應用數(shù)字全息方法并采用 雙共聚焦光路對超聲懸浮場進行了測量，由于其光路結構的限制，測量弱相位場的靈 敏度低，且測量范圍固定不可調，測量過程較復雜，難以做到定量分析。
總之，由于超聲懸浮場在弱相位場測量過程中靈敏度低，所以現(xiàn)有的側量測量過 程較復雜，且測量范圍固定不可調。

實用新型內容
要解決的技術問題
為了避免現(xiàn)有技術的不足之處，本實用新型提出一種含倒裝望遠鏡的超聲懸浮場 測量裝置，可以克服超聲懸浮場在弱相位場測量過程中靈敏度低，且測量范圍固定不 可調，測量過程較復雜的問題。
技術方案
本實用新型的技術特征在于裝置包括激光器12，分束裝置8， 二個擴束裝置7、11，半透半反鏡6，全反射鏡IO、 15，凸透鏡2、 3、 4和面陣CCD1;在激光器13發(fā) 出的光路中設置衰減器14和改變光路方向的全反射鏡15，之后設置形成第一光束和 第二光束的分束裝置8;在第一光束的光路中，依次設置擴束裝置7和全反射鏡5，待 測超聲場位于光路中設置在擴束裝置7和全反射鏡5之間，在擴束裝置7與待測超聲 場之間設置一個將物光反射到與第一光束方向垂直的另外一側的半透半反鏡6;在第 二光束的光路中，設置一個將光束變?yōu)槠叫袇⒖脊獾臄U束裝置11，擴束裝置11之后 依次設置改變光路方向的全反射鏡10和半透半反鏡9，半透半反鏡9位于半透半反鏡 6和凸透鏡2之間；在半透半反鏡9與半透半反鏡6之間依次設置凸透鏡3和凸透鏡4; 在兩束光發(fā)生干涉后形成的光路中，依次設置將干涉圖樣成像的凸透鏡2和記錄數(shù)字 全息圖的面陣CCD1。
所述的分束裝置8為固定分光比分束鏡，或分光比可調分束鏡。
所述的擴束裝置7、 ll為擴束鏡，或透鏡組。
所述的線陣CCD1為一面陣列分布的電荷耦合器件。
有益效果
相比現(xiàn)有技術的優(yōu)越性在于(1 )由于在利用本測量裝置對超聲場進行測量的過 程中沒有儀器探頭等擾動流場，光束通過待測超聲懸浮場后并不對其造成干擾，從而 避免由此而產生誤差；(2)由于光線的無慣性，本測量裝置可用來研究超聲場的瞬態(tài) 過程，實現(xiàn)其瞬時記錄；(3)本測量裝置運用倍增光路，從而可以探測聲場擾動使空 氣產生的微小折射率變化造成的干涉條紋分布，使測量結果更加直觀、精確。


圖l:測量裝置實施方式的結構示意圖
l-面陣CCD; 2-凸透鏡；3-凸透鏡；4-凸透鏡；5-全反射鏡；6-半透半反鏡； 7-擴束準直器；8-分束鏡；9-半透半反鏡；10-全反射鏡；ll-擴束準直器；12-計算機；
13-氣體激光器；14-衰減器；
具體實施方式
現(xiàn)結合附圖對本實用新型作進一步描述實施例如圖所示包括半導體激光器13、衰減器14、全反射鏡15、分束鏡8、擴
束準直器ll、半透半反鏡6、全反射鏡5、凸透鏡4、凸透鏡3、擴束準直器7、全反 射鏡IO、半透半反鏡9、凸透鏡2、線陣CCD1和超聲待測場A。
衰減器11為可調通光衰減器，其設置在氣體激光器12所發(fā)出光束的光路上，為 了使成在CCD上的像不至于過亮，起到衰減光強的作用。全反射鏡15將衰減后的光 反射至分束器8，分束器8為一分光比可調分束器，將該光束分成第一光束和第二光 束。第一光束由擴束準直器7擴束并準直后成平行光，再通過半透半反鏡6穿過超聲 懸浮場A后被全反射鏡5沿原路返回，再由半透半反鏡6反射，經過由凸透鏡4與凸 透鏡3組成的倒裝望遠鏡系統(tǒng)，透過凸透鏡2成像在面陣CCD1上。其中，待測超聲 懸浮場A為一透明狀態(tài)的透射型場。
第二束光由擴束準直器7擴束并準直成平行光后，被全反射鏡IO反射，經半透半 反鏡9與第一光束干涉經過凸透鏡2成像在CCD 1上。
當被測超聲場測量范圍變大時，待測超聲場經過凸透鏡2成的像超出CCD1的接 收范圍。此時，在第一束光路中的半透半反鏡6和半透半反鏡9之間的由凸透鏡4與
凸透鏡3組成的倒裝望遠鏡系統(tǒng)，使得待測超聲場得到縮小，滿足測量條件，解決了 CCD靶面尺寸不足的問題。
由于CCD1位于第一凸透鏡2的一倍焦距與二倍焦距之間。調節(jié)凸透鏡2和CCD1 與待測超聲懸浮場A三者之間的距離，使待測超聲懸浮場A經過凸透鏡2后清晰成像 在CCD1上。在CCD1記錄范圍內調節(jié)第一、二光束之間的夾角，使得記錄圖像頻譜 可以分離，然后分別拍攝不加超聲懸浮場和加超聲懸浮場兩種情況下的數(shù)字全息干涉 圖，最后，將兩種情況的數(shù)字全息圖由計算機12通過快速傅里葉變換算法和數(shù)字圖像 處理等手段進行數(shù)值重構，即可以獲得聲懸浮場的數(shù)字全息再現(xiàn)像。
權利要求1.一種含倒裝望遠鏡的超聲懸浮場測量裝置，其特征在于裝置包括激光器(12)，分束裝置(8)，二個擴束裝置(7)、(11)，半透半反鏡(6)，全反射鏡(10)、(15)，凸透鏡(2)、(3)、(4)和面陣CCD(1)；在激光器(13)發(fā)出的光路中設置衰減器(14)和改變光路方向的全反射鏡(15)，之后設置形成第一光束和第二光束的分束裝置(8)；在第一光束的光路中，依次設置擴束裝置(7)和全反射鏡(5)，待測超聲場位于光路中設置在擴束裝置(7)和全反射鏡(5)之間，在擴束裝置(7)與待測超聲場之間設置一個將物光反射到與第一光束方向垂直的另外一側的半透半反鏡(6)；在第二光束的光路中，設置一個將光束變?yōu)槠叫袇⒖脊獾臄U束裝置(11)，擴束裝置(11)之后依次設置改變光路方向的全反射鏡(10)和半透半反鏡(9)，半透半反鏡(9)位于半透半反鏡(6)和凸透鏡(2)之間；在半透半反鏡(9)與半透半反鏡(6)之間依次設置凸透鏡(3)和凸透鏡(4)；在兩束光發(fā)生干涉后形成的光路中，依次設置將干涉圖樣成像的凸透鏡(2)和記錄數(shù)字全息圖的面陣CCD(1)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的含倒裝望遠鏡的超聲懸浮場測量裝置，其特征在于所述 的分束裝置(8)為固定分光比分束鏡，或分光比可調分束鏡。
3. 根據(jù)權利要求1所述的含倒裝望遠鏡的超聲懸浮場測量裝置，其特征在于所述 的擴束裝置(7)、 (11)為擴束鏡，或透鏡組。
4. 根據(jù)權利要求1所述的含倒裝望遠鏡的超聲懸浮場測量裝置，其特征在于所述線陣CCD (1)為一面陣列分布的電荷耦合器件。
專利摘要本實用新型涉及一種含倒裝望遠鏡的超聲懸浮場測量裝置，技術特征在于在激光器發(fā)出的光路中設置形成第一光束和第二光束的分束鏡；在第一光束的光路中，依次設置擴束裝置和全反射鏡，待測超聲場位于光路中設置在擴束裝置和全反射鏡之間，在擴束裝置與待測超聲場之間設置一個將物光反射到與第一光束方向垂直的另外一側的半透半反鏡；在第二光束的光路中，設置一個將光束變?yōu)槠叫袇⒖脊獾臄U束裝置；在與半透半反鏡平行位置處設置一個將物光和參考光形成的干涉光的凸透鏡，以及記錄數(shù)字全息圖的面陣CCD1。本測量裝置運用倍增光路，從而可以探測聲場擾動使空氣產生的微小折射率變化造成的干涉條紋分布，使測量結果更加直觀、精確。
文檔編號G01H9/00GK201149521SQ20072031134
公開日2008年11月12日 申請日期2007年12月21日 優(yōu)先權日2007年12月21日
發(fā)明者李恩普, 趙建林, 邸江磊, 鄭普超 申請人:西北工業(yè)大學