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一種超聲光柵位相振幅的定量測量方法
【專利摘要】本發明公開了一種超聲光柵位相振幅的定量測量方法。該定量測量方法具體如下：光源發出的單色光經擴束準直后垂直于超聲波傳播方向照射超聲光柵，經透鏡變換后得到超聲光柵的衍射頻譜；記錄超聲光柵的衍射頻譜，計算得到衍射頻譜的衍射光強比重，代入衍射光強比重與超聲光柵位相振幅的定量關系式，求出超聲光柵的位相振幅。本發明具有如下優點：可以得到位相光柵的平均位相振幅，測量速度快；容易實現自動測量；適合于正弦或余弦位相光柵的位相振幅測量；特別適合于測量動態周期性位相物體；操作簡單。
【專利說明】一種超聲光柵位相振幅的定量測量方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于光學測量與計量【技術領域】，特別涉及一種超聲光柵位相振幅的定量測
量方法。
【背景技術】
[0002]超聲波是一種縱向機械應力波，當超聲波在透明介質中傳播時，將引起介質密度在時間空間上的周期彈性應變，導致介質折射率的相應變化。若聲光作用距離較小，由于光速遠大于聲速，在光波通過時，介質折射率隨空間作周期性變化，其相位受到調制，如同經過一個正弦相位光柵，稱為超聲光柵。超聲光柵主要分為兩種:超聲行波光柵及超聲駐波光柵。前者形成的位相光柵是動態的，空間各點的位相隨時間是不斷變化的；后者是穩態的，空間存在固定位置的位相波谷及波峰。
[0003]目前國內外主要通過普通衍射方法測量超聲光柵的參數，從而測出不同液體中的聲速來探究液體的其他非聲學性質，如彈性模量、濃度等，將其應用于對液體內雜質的探究、液體中微粒的大小的測量或激光特性的研究，或用于探究超聲的傳輸機制、穿透特性、研制高靈敏度的超聲探測設備等，但作為相位物體，超聲光柵的位相振幅定量測量并不容易。若其位相振幅可測，則可能推算液體折射率的分布，從而用光學方法探究液體的彈性應變參數等。目前，定量測量位相物體的方法主要有單點掃描定量測量技術及全場干涉定量測量技術等。單點定量位相測量技術主要包括偏振靈0CT、相散顯微技術、相散光層析技術、微分相襯光相干顯微技術和譜域位相顯微技術等。全場定量位相測量技術主要有傅里葉位相顯微技術、希爾伯特位相顯微技術、衍射位相顯微技術和層析位相顯微技術等。這些技術有的光路非常復雜；有的需拍攝多幅圖像，對快速動態位相物體不適用；有的需逐點掃描，過程耗時較長；有的解包裹算法復雜等。這些方法多應用于生物細胞等空間低頻非周期性位相物體，并未考慮動態及空間高頻位相物體的衍射特點，對超聲光柵位相振幅的定量位相測量不一定適用，實現起來并不容易，也未見相關報道。

【發明內容】

[0004]本發明的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種超聲光柵位相振幅的定
量測量方法。
[0005]本發明的目的通過下述技術方案實現:一種超聲光柵位相振幅的定量測量方法，包含以下步驟，如圖1所示:
[0006](I)光源發出的單色光經擴束準直后垂直于超聲波傳播方向照射超聲光柵，經透鏡變換后得到超聲光柵的衍射頻譜；
[0007](2)記錄超聲光柵的衍射頻譜，計算得到衍射頻譜的衍射光強比重，代入衍射光強比重與超聲光柵位相振幅的定量關系式,求出超聲光柵的位相振幅。
[0008]步驟(I)中所述的透鏡優選為傅里葉透鏡或普通凸透鏡；
[0009]步驟(2)中所述的記錄超聲光柵的衍射頻譜為通過攝像設備記錄；[0010]所述的攝像設備優選為CXD或CMOS攝像設備；
[0011]所述的頻譜衍射光強比重優選通過如下公式計算得到:
[0012]①當超聲光柵為超聲行波光柵時，在0，I級衍射的光強比重為:
[0013]R1 = (1+I1)/I 總;
[0014]②當超聲光柵為超聲駐波光柵時，在O~2級衍射的光強比重為:
[0015]R2 = (10 +I1 +I2 )/1 總;
[0016]所述的衍射光強比重與超聲光柵位相振幅的定量關系式如下:
[0017]①當超聲光柵為超聲行波光柵時，超聲光柵位相振幅的計算公式如下:
[0018]
【權利要求】
1.一種超聲光柵位相振幅的定量測量方法，其特征在于包含以下步驟: (1)光源發出的單色光經擴束準直后垂直于超聲波傳播方向照射超聲光柵，經透鏡變換后得到超聲光柵的衍射頻譜； (2)記錄超聲光柵的衍射頻譜，計算得到衍射頻譜的衍射光強比重，代入衍射光強比重與超聲光柵位相振幅的定量關系式，求出超聲光柵的位相振幅； 所述的衍射光強比重與超聲光柵位相振幅的定量關系式如下: ①當超聲光柵為超聲行波光柵時，超聲光柵位相振幅的計算公式如下:
2.根據權利要求1所述的超聲光柵位相振幅的定量測量方法，其特征在于: 所述的頻譜衍射光強比重通過如下公式計算得到: ①當超聲光柵為超聲行波光柵時，在0，I級衍射的光強比重為:
Ri = (1+Ii) /I 總； ②當超聲光柵為超聲駐波光柵時，在O~2級衍射的光強比重為:
^2 = (I。+工1 +工2 ) /I 總。
3.根據權利要求1所述的超聲光柵位相振幅的定量測量方法，其特征在于:步驟(1)中所述的透鏡為傅里葉透鏡或普通凸透鏡。
4.根據權利要求1所述的超聲光柵位相振幅的定量測量方法，其特征在于:步驟(2)中所述的記錄超聲光柵的衍射頻譜為通過攝像設備記錄。
5.根據權利要求4所述的超聲光柵位相振幅的定量測量方法，其特征在于:所述的攝像設備為CCD或CMOS攝像設備。
【文檔編號】G01H9/00GK103983344SQ201410255746
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年6月10日 優先權日:2014年6月10日
【發明者】黃佐華, 潘美妍, 曾映智 申請人:華南師范大學