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專利名稱：：基于散射激光多普勒效應(yīng)的液體表面波探測(cè)方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種基于散射激光多普勒效應(yīng)的液體表面波探測(cè)方法及裝置，屬于液體表面波檢測(cè)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：利用光學(xué)方法研究波動(dòng)特性被廣泛應(yīng)用于流體力學(xué)、海洋光學(xué)、雷達(dá)散射和液體表面波等領(lǐng)域。由于液體表面波的振幅比較小，無(wú)法用肉眼看到它，這給液體表面波性質(zhì)的研究帶來(lái)一定的困難。對(duì)于不同頻段的液體表面波的測(cè)量有不同的方法，頻率為幾百赫茲的液體表面波，Sakai曾采用光外差法進(jìn)行了研究，由于這種方法對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備要求很高，一般很難實(shí)現(xiàn)。苗潤(rùn)才等人用衍射的方法測(cè)量幾百赫茲的液體表面波的物理特性，實(shí)驗(yàn)觀察到了表面波的衍射效應(yīng)，而且得到了幾乎100%的衍射效率，還討論了衍射條紋間距與液體表面張力的關(guān)系，并對(duì)液體表面波的衰減特性進(jìn)行了研究；對(duì)于頻率為幾赫茲或更小的液體表面波，Barter等人曾采用表面波斜率激光掃描技術(shù)分析過(guò)這些頻率下的液體表面波，但在他的研究中，液體必須染色，不適用于象水這樣的透明液體；對(duì)于頻率為幾十赫茲的液體表面波的研究，因?yàn)槁暡úㄩL(zhǎng)比入射光波長(zhǎng)大的多，同時(shí)又與掃描激光光斑直徑相當(dāng)，使得衍射技術(shù)或激光斜率掃描技術(shù)都不適用。J.D.Barter和P.H.Lee采用透射成像技術(shù)對(duì)此頻段的液體表面波進(jìn)行了研究分析，實(shí)驗(yàn)中，由振子在液體表面激發(fā)出表面波，激光束穿過(guò)容器底部開的窗口，照射到表面波上，在表面波上方有一成像透鏡，CCD在成像透鏡的上方可攝取表面波圖形。他們通過(guò)測(cè)量穿過(guò)媒質(zhì)的透射光衰減得到表面波振幅。但在此研究中，液體必須被染色。苗潤(rùn)才等人依據(jù)激光干涉測(cè)量方法，理論上導(dǎo)出了調(diào)制干涉圖樣光強(qiáng)度、干涉條紋角寬度、干涉區(qū)域角寬度與表面聲波之間的解析關(guān)系，并在實(shí)驗(yàn)中觀察到了反射光所形成的穩(wěn)定清晰的調(diào)制干涉圖樣。這種方法要求CCD接收的為液體表面主反射光，光路輸出和接收部分的角度必須嚴(yán)格匹配，調(diào)節(jié)難度大。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種基于散射激光多普勒效應(yīng)的液體表面波探測(cè)方法及裝置，它解決了現(xiàn)有對(duì)液體表面波頻率和振幅進(jìn)行測(cè)量的激光干涉技術(shù)中，要求接收主反射光，并且要求光路輸出和接收部分的角度嚴(yán)格匹配，調(diào)節(jié)難度大的問(wèn)題。它的探測(cè)方法包括下述步驟步驟一用低頻信號(hào)發(fā)生器輸出標(biāo)準(zhǔn)正弦波來(lái)驅(qū)動(dòng)表面波激發(fā)器，使待測(cè)液體表面上產(chǎn)生表面波；步驟二用激光器照射步驟一中待測(cè)液體表面上產(chǎn)生的表面波，使攜帶了待測(cè)液體表面波信息的散射光作為信號(hào)光與參考光相干涉得到干涉光；步驟三將步驟二中得到的干涉光的光強(qiáng)信號(hào)用光電接收器接收，從光電接收器輸出的時(shí)域波形圖上得到交流光電信號(hào)U，對(duì)交流光電信號(hào)U進(jìn)行解調(diào)得到待測(cè)液體表面波的頻率；5步驟四將步驟三中光電接收器輸出的時(shí)域波形圖消除趨勢(shì)項(xiàng)以及平滑處理后再進(jìn)行傅里葉變換，得到頻譜分析圖，根據(jù)頻譜分析圖上的液體表面波散射光發(fā)生的多普勒頻移值經(jīng)過(guò)計(jì)算得出液體表面波的振幅?；谏⑸浼す舛嗥绽招?yīng)的液體表面波探測(cè)裝置，它由低頻信號(hào)發(fā)生器、表面波激發(fā)器、裝有待測(cè)液體的液體池、激光器、四分之一波片、偏振分光鏡、衰減片、二分之一波片、分光鏡、濾波片、光電接收器、數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)、第一反射鏡、望遠(yuǎn)系統(tǒng)和第二反射鏡組成，低頻信號(hào)發(fā)生器的頻率信號(hào)輸出端連接表面波激發(fā)器的頻率信號(hào)輸入端，表面波激發(fā)器的輸出使裝有待測(cè)液體的液體池的液體表面產(chǎn)生表面波；激光器輸出的線偏振光經(jīng)過(guò)四分之一波片得到圓偏振光，所述圓偏振光經(jīng)過(guò)偏振分光鏡透射后得到的P偏振光經(jīng)過(guò)第一反射鏡反射后入射到裝有待測(cè)液體的液體池內(nèi)的液體表面，經(jīng)液體表面散射的散射光經(jīng)過(guò)望遠(yuǎn)系統(tǒng)后入射到第二反射鏡內(nèi)，經(jīng)第二反射鏡反射后的光入射到分光鏡內(nèi)，第二反射鏡與入射光和反射光的夾角分別為45度；所述圓偏振光經(jīng)過(guò)偏振分光鏡反射后得到的s偏振光經(jīng)過(guò)衰減片后入射到二分之一波片內(nèi)，經(jīng)二分之一波片得到的P偏振光入射到分光鏡內(nèi)，所述同時(shí)入射到分光鏡內(nèi)的P偏振光和經(jīng)第二反射鏡反射后的光會(huì)合得到干涉光，所述干涉光通過(guò)濾波片后被光電接收器的輸入端接收，光電接收器的輸出端連接數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)的輸入端。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明利用多普勒相干測(cè)速的工作原理實(shí)現(xiàn)了對(duì)低頻液體表面波振幅和頻率的精確測(cè)量。它利用多普勒相干測(cè)速的工作原理，提出了一種液體表面散射激光與參考光相干涉的檢測(cè)方法。它使相干激光束照射到液體表面，由于液體表面波動(dòng)使得散射光發(fā)生多普勒頻移，利用該頻移和速度的關(guān)系推導(dǎo)出液體表面波的相關(guān)參數(shù)。并設(shè)計(jì)了一套液體表面波多普勒相干檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本發(fā)明裝置能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確的探測(cè)10Hz40Hz的液體表面波參數(shù)，為低頻液體表面波的探測(cè)提供了新思路。同時(shí)經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，本發(fā)明對(duì)液體表面波頻率的測(cè)量精度高，測(cè)量值與真實(shí)值的相對(duì)誤差達(dá)到0.29%。本發(fā)明中參與干涉的信號(hào)光是液體表面的散射激光，由于液體表面散射光各個(gè)方向都有，因此具有探測(cè)靈敏度高、光路靈活、調(diào)節(jié)容易等優(yōu)點(diǎn)。圖l是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是光電接收器輸出的時(shí)域波形圖；圖3是由圖2經(jīng)變換得到的頻譜分析圖；圖4是根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的液體表面波頻率值與信號(hào)發(fā)生器輸出頻率值繪制的對(duì)比曲線圖。具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式一本實(shí)施方式包括下述步驟步驟一用低頻信號(hào)發(fā)生器輸出標(biāo)準(zhǔn)正弦波來(lái)驅(qū)動(dòng)表面波激發(fā)器，使待測(cè)液體表面上產(chǎn)生表面波；步驟二用激光器照射步驟一中待測(cè)液體表面上產(chǎn)生的表面波，使攜帶了待測(cè)液體表面波信息的散射光作為信號(hào)光與參考光相干涉得到干涉光；6步驟三將步驟二中得到的干涉光的光強(qiáng)信號(hào)用光電接收器接收，從光電接收器輸出的時(shí)域波形圖上得到交流光電信號(hào)U，對(duì)交流光電信號(hào)U進(jìn)行解調(diào)得到待測(cè)液體表面波的頻率；步驟四將步驟三中光電接收器輸出的時(shí)域波形圖消除趨勢(shì)項(xiàng)以及平滑處理后再進(jìn)行傅里葉變換，得到頻譜分析圖，根據(jù)頻譜分析圖上的液體表面波散射光發(fā)生的多普勒頻移值經(jīng)過(guò)計(jì)算得出液體表面波的振幅。對(duì)步驟一進(jìn)一步說(shuō)明所述步驟一中低頻信號(hào)發(fā)生器輸出標(biāo)準(zhǔn)正弦波的頻率為f,，待測(cè)液體表面上產(chǎn)生的表面波幅值y,(t)的表達(dá)式為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>其中AS為液體表面波的振幅，fs為液體表面波的頻率，與低頻信號(hào)發(fā)生器輸出標(biāo)準(zhǔn)正弦波的頻率相等，t為時(shí)間，P,為液體表面波的初相位。對(duì)步驟二進(jìn)一步說(shuō)明結(jié)合步驟一中液體表面波幅值ys(t)的公式，所述步驟二中得到的干涉光的光強(qiáng)公式為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>其中，^為信號(hào)光的光強(qiáng)，12為參考光的光強(qiáng)，A為入射激光的光波長(zhǎng)，A為信號(hào)光路與參考光路的光程差，b為液體表面靜止時(shí)信號(hào)光路的初始行程，L2為液體表面靜止時(shí)參考光路的初始行程，設(shè)定<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>則信號(hào)光與參考光干涉后的光強(qiáng)I的公式變形為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>將變形后的光強(qiáng)I的公式按照兩角和的余弦公式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>展開，貝i<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>對(duì)步驟三進(jìn)一步說(shuō)明結(jié)合按照兩角和的余弦公式展開的光強(qiáng)I的公式，所述步驟三中從光電接收器輸出的時(shí)域波形圖上得到的交流光電信號(hào)U的表達(dá)式為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>其中，U。為交流光電信號(hào)的幅值，根據(jù)第一類的n階貝塞爾函數(shù)Jn(X)的展開式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>將交流光電信號(hào)U的表達(dá)式變形為以液體表面波的頻率fs為基頻的各次諧波項(xiàng)之和，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>再進(jìn)行解調(diào)得出液體表面波的頻率fs。對(duì)步驟四進(jìn)一步說(shuō)明所述步驟四中頻譜分析圖上的多普勒頻移值A(chǔ)f與液體表面波的振動(dòng)速度V之間的關(guān)系式為式中f。為所述入射激光的頻率，c為入射激光在待測(cè)液體中的光速，e。為激光入射向量，由于Ve。<<c，多普勒頻移值A(chǔ)f與液體表面的波振動(dòng)速度V呈線性關(guān)系其中e為液體表面波的運(yùn)動(dòng)方向和與觀察者觀察方向之間的夾角，由此計(jì)算得出液體表面波的振動(dòng)速度V，再由液體表面波的振動(dòng)速度V的公式r=2<vjvcos(2;^乂+，計(jì)算得出液體表面波的振幅As。當(dāng)液體表面波動(dòng)時(shí)，用激光照射波動(dòng)的液體表面，則散射光中攜帶了液體表面波的信息，令其與參考光干涉，光程差隨著液體表面波的振幅發(fā)生變化，從干涉信號(hào)中可以解調(diào)出液體表面波的頻率和振幅信息。具體實(shí)施方式二下面結(jié)合圖1-圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式由低頻信號(hào)發(fā)生器1、表面波激發(fā)器2、裝有待測(cè)液體的液體池3、激光器4、四分之一波片5、偏振分光鏡6、衰減片7、二分之一波片8、分光鏡9、濾波片10、光電接收器11、數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)12、第一反射鏡13、望遠(yuǎn)系統(tǒng)14和第二反射鏡15組成，低頻信號(hào)發(fā)生器1的頻率信號(hào)輸出端連接表面波激發(fā)器2的頻率信號(hào)輸入端，表面波激發(fā)器2的輸出使裝有待測(cè)液體的液體池3的液體表面產(chǎn)生表面波；激光器4輸出的線偏振光經(jīng)過(guò)四分之一波片5得到圓偏振光，所述圓偏振光經(jīng)過(guò)偏振分光鏡6透射后得到的p偏振光經(jīng)過(guò)第一反射鏡13反射后入射到裝有待測(cè)液體的液體池3內(nèi)的液體表面，經(jīng)液體表面散射的散射光經(jīng)過(guò)望遠(yuǎn)系統(tǒng)14后入射到第二反射鏡15內(nèi)，經(jīng)第二反射鏡15反射后的光入射到分光鏡9內(nèi)，第二反射鏡15與入射光和反射光的夾角分別為45度；所述圓偏振光經(jīng)過(guò)偏振分光鏡6反射后得到的s偏振光經(jīng)過(guò)衰減片7后入射到二分之一波片8內(nèi)，經(jīng)二分之一波片8得到的p偏振光入射到分光鏡9內(nèi)，所述同時(shí)入射到分光鏡9內(nèi)的p偏振光和經(jīng)第二反射鏡15反射后的光會(huì)合得到干涉光，所述干涉光通過(guò)濾波片IO后被光電接收器11的輸入端接收，光電接收器11的輸出端連接數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)12的輸入端。本發(fā)明裝置采用多普勒相干測(cè)速的工作原理，采取零差工作模式。低頻信號(hào)發(fā)生器1的輸出頻率在幾十赫茲頻段驅(qū)動(dòng)表面波激發(fā)器2，本實(shí)施方式中待測(cè)液體樣品為蒸餾水，實(shí)驗(yàn)水池為圓柱型水池。激光器4輸出的激光經(jīng)過(guò)偏振分光鏡6分為反射光和透射光，反射光作為相干檢測(cè)的參考光，透射光經(jīng)第一反射鏡13射向被測(cè)液體表面。四分之一波片5和二分之一波片8的組合可以有效阻止反射光返回激光器4而影響其穩(wěn)定性。衰減片7可以削弱參考光的光強(qiáng)，使得參考光與信號(hào)光干涉效果明顯。蒸餾水表面的散射光在各個(gè)方向都有，上下波動(dòng)8使得光程差發(fā)生改變，水面散射光經(jīng)過(guò)望遠(yuǎn)系統(tǒng)14之后，由第二反射鏡15射向分光鏡9。在分光鏡9內(nèi)參考光與信號(hào)光會(huì)合，發(fā)生干涉現(xiàn)象。信號(hào)光和參考光發(fā)生干涉后經(jīng)過(guò)濾波片IO照射到光電探接收器ll，直接檢測(cè)相干信號(hào)，設(shè)置濾波片10的目的是僅保留激光器4輸出的光，去除環(huán)境干擾的雜光。檢測(cè)到的相干信號(hào)由數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)12記錄，利用數(shù)據(jù)處理方法解調(diào)后經(jīng)過(guò)快速傅里葉變換即可獲得水表面波的頻率。再利用多普勒頻移值和液體表面波的振動(dòng)速度的關(guān)系式計(jì)算得到液體表面波的振幅。所述激光器4為HeNe穩(wěn)頻激光器，輸出的線偏振光為紅光，所述紅光的波長(zhǎng)為632.8nm，由于紅光為可見(jiàn)光，實(shí)施安全。本裝置的主要器件技術(shù)指標(biāo)如表1所示。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>使低頻信號(hào)發(fā)生器1輸出頻率為10Hz40Hz的標(biāo)準(zhǔn)正弦信號(hào)，驅(qū)動(dòng)表面波激發(fā)器2，表面波激發(fā)器2使蒸餾水表面上產(chǎn)生表面波，利用光學(xué)平臺(tái)上搭建的干涉光路探測(cè)蒸餾水表面振動(dòng)導(dǎo)致的光程差變化。實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖亲C明探測(cè)到的液體表面波頻率和低頻信號(hào)發(fā)生器1設(shè)置的正弦信號(hào)頻率的一致性，從而驗(yàn)證該方法探測(cè)液體表面波頻率的可行性。圖2所示是低頻信號(hào)發(fā)生器1的輸出頻率為30Hz時(shí)光電接收器11輸出的時(shí)域波形圖。可以看出整體的明暗相間變化的干涉條紋是由液體表面起伏引起的。對(duì)這一相干檢測(cè)波形做消除趨勢(shì)項(xiàng)以及平滑處理后再做傅里葉變換，得到圖3所示的頻譜分析圖。頻譜分析圖的峰值頻率為30.5Hz，由此證實(shí)，由頻譜分析圖得到的峰值頻率與低頻信號(hào)發(fā)生器1輸出頻率基本一致。在60Hz、90Hz等處附近依次出現(xiàn)幅度逐漸減小的頻率尖峰，這與探測(cè)原理中指出的可以把交流光電信號(hào)的表達(dá)式表示為以振動(dòng)頻率fs為基頻的各次諧波項(xiàng)之和的結(jié)論相符合，由此驗(yàn)證了探測(cè)理論的正確性。為了驗(yàn)證測(cè)量得到的峰值頻率和低頻信號(hào)發(fā)生器1給定頻率的一致性，進(jìn)行了多組比對(duì)實(shí)驗(yàn)。低頻信號(hào)發(fā)生器1輸出的頻率范圍為10Hz40Hz，頻率間隔為4Hz，測(cè)量到的數(shù)據(jù)如表2所示。從多次實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，最大標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.33Hz，選取四組數(shù)據(jù)的平均值作為測(cè)量值，與低頻信號(hào)發(fā)生器1給定的頻率作比較，最大相對(duì)誤差為0.8%。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>由圖4所示的對(duì)比曲線圖可以直觀的看出頻譜分析圖中的峰值頻率與低頻信號(hào)發(fā)生器l給定頻率的一致性。當(dāng)?shù)皖l信號(hào)發(fā)生器1輸出的頻率范圍為10Hz40Hz，頻率間隔為4Hz，計(jì)算得到的液體表面波振幅在微米數(shù)量級(jí)，數(shù)據(jù)如表3所示表3<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>權(quán)利要求一種基于散射激光多普勒效應(yīng)的液體表面波探測(cè)方法，其特征在于它的探測(cè)方法包括下述步驟步驟一用低頻信號(hào)發(fā)生器輸出標(biāo)準(zhǔn)正弦波來(lái)驅(qū)動(dòng)表面波激發(fā)器，使待測(cè)液體表面上產(chǎn)生表面波；步驟二用激光器照射步驟一中待測(cè)液體表面上產(chǎn)生的表面波，使攜帶了待測(cè)液體表面波信息的散射光作為信號(hào)光與參考光相干涉得到干涉光；步驟三將步驟二中得到的干涉光的光強(qiáng)信號(hào)用光電接收器接收，從光電接收器輸出的時(shí)域波形圖上得到交流光電信號(hào)U，對(duì)交流光電信號(hào)U進(jìn)行解調(diào)得到待測(cè)液體表面波的頻率；步驟四將步驟三中光電接收器輸出的時(shí)域波形圖消除趨勢(shì)項(xiàng)以及平滑處理后再進(jìn)行傅里葉變換，得到頻譜分析圖，根據(jù)頻譜分析圖上的液體表面波散射光發(fā)生的多普勒頻移值經(jīng)過(guò)計(jì)算得出液體表面波的振幅。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于散射激光多普勒效應(yīng)的液體表面波探測(cè)方法，其特征在于所述步驟一中低頻信號(hào)發(fā)生器輸出標(biāo)準(zhǔn)正弦波的頻率為fs，待測(cè)液體表面上產(chǎn)生的表面波幅值yjt)的表達(dá)式為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>其中AS為液體表面波的振幅，fs為液體表面波的頻率，與低頻信號(hào)發(fā)生器輸出標(biāo)準(zhǔn)正弦波的頻率相等，t為時(shí)間，A為液體表面波的初相位。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于散射激光多普勒效應(yīng)的液體表面波探測(cè)方法，其特征在于結(jié)合步驟一中液體表面波幅值ys(t)的公式，所述步驟二中得到的干涉光的光強(qiáng)公式為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>其中，^為信號(hào)光的光強(qiáng)，I2為參考光的光強(qiáng)，A為入射激光的光波長(zhǎng)，A為信號(hào)光路與參考光路的光程差，k為液體表面靜止時(shí)信號(hào)光路的初始行程，L2為液體表面靜止時(shí)參考光路的初始行程，設(shè)定P。=^(A-A)，％=f，^=()，則信號(hào)光與參考光干涉后的光強(qiáng)I的公式變形為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>將變形后的光強(qiáng)I的公式按照兩角和的余弦公式cos(a+P)=cosacosP-sinasinP展開，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于散射激光多普勒效應(yīng)的液體表面波探測(cè)方法，其特征在于結(jié)合按照兩角和的余弦公式展開的光強(qiáng)I的公式，所述步驟三中從光電接收器輸出的時(shí)域波形圖上得到的交流光電信號(hào)U的表達(dá)式為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>其中，u。為交流光電信號(hào)的幅值，根據(jù)第一類的n階貝塞爾函數(shù)Jn(X)的展開式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>sin[Xsin(2Jifst)]=J丄(X)sin(2jifst)+2J3(X)sin(2jiX3fst)+2J5(X)sin(2JiX5fst)......將交流光電信號(hào)U的表達(dá)式變形為以液體表面波的頻率fs為基頻的各次諧波項(xiàng)之和，17=(70[cos^o/。(X)-si，oJ,(X)sin(2《0+2cosp。(X)cos(2;rx2//)—.....]，再進(jìn)行角牟調(diào)得出液體表面波的頻率fs。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于散射激光多普勒效應(yīng)的液體表面波探測(cè)方法，其特征在于所述步驟四中頻譜分析圖上的多普勒頻移值A(chǔ)f與液體表面波的振動(dòng)速度V之間的關(guān)系式為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>式中f。為所述入射激光的頻率，c為入射激光在待測(cè)液體中的光速，e。為激光入射向:，由于Ve。<<c，多普勒頻移值A(chǔ)f與液體表面的波振動(dòng)速度V呈線性關(guān)系<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>其中e為液體表面波的運(yùn)動(dòng)方向和與觀察者觀察方向之間的夾角，由此計(jì)算得出液體表面波的振動(dòng)速度V，再由液體表面波的振動(dòng)速度V的公式7=2^;j、.cos(2^>+a)，計(jì)算得出液體表面波的振幅As。6.基于權(quán)利要求5所述的基于散射激光多普勒效應(yīng)的液體表面波探測(cè)方法的基于散射激光多普勒效應(yīng)的液體表面波探測(cè)裝置，其特征在于它由低頻信號(hào)發(fā)生器(D、表面波激發(fā)器(2)、裝有待測(cè)液體的液體池(3)、激光器(4)、四分之一波片(5)、偏振分光鏡(6)、衰減片(7)、二分之一波片(8)、分光鏡(9)、濾波片(10)、光電接收器(11)、數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)(12)、第一反射鏡(13)、望遠(yuǎn)系統(tǒng)(14)和第二反射鏡(15)組成，低頻信號(hào)發(fā)生器(1)的頻率信號(hào)輸出端連接表面波激發(fā)器(2)的頻率信號(hào)輸入端，表面波激發(fā)器(2)的輸出使裝有待測(cè)液體的液體池(3)的液體表面產(chǎn)生表面波；激光器(4)輸出的線偏振光經(jīng)過(guò)四分之一波片(5)得到圓偏振光，所述圓偏振光經(jīng)過(guò)偏振分光鏡(6)透射后得到的p偏振光經(jīng)過(guò)第一反射鏡(13)反射后入射到裝有待測(cè)液體的液體池(3)內(nèi)的液體表面，經(jīng)液體表面散射的散射光經(jīng)過(guò)望遠(yuǎn)系統(tǒng)(14)后入射到第二反射鏡(15)內(nèi)，經(jīng)第二反射鏡(15)反射后的光入射到分光鏡(9)內(nèi)，第二反射鏡(15)與入射光和反射光的夾角分別為45度；所述圓偏振光經(jīng)過(guò)偏振分光鏡(6)反射后得到的s偏振光經(jīng)過(guò)衰減片(7)后入射到二分之一波片(8)內(nèi)，經(jīng)二分之一波片(8)得到的p偏振光入射到分光鏡(9)內(nèi)，所述同時(shí)入射到分光鏡(9)內(nèi)的p偏振光和經(jīng)第二反射鏡(15)反射后的光會(huì)合得到干涉光，所述干涉光通過(guò)濾波片(10)后被光電接收器(11)的輸入端接收，光電接收器(11)的輸出端連接數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)(12)的輸入端。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于散射激光多普勒效應(yīng)的液體表面波探測(cè)裝置，其特征在于所述低頻信號(hào)發(fā)生器(1)的輸出頻率為10Hz-40Hz。8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的基于散射激光多普勒效應(yīng)的液體表面波探測(cè)裝置，其特征在于所述激光器(4)為HeNe穩(wěn)頻激光器，輸出的線偏振光為紅光，所述紅光的波長(zhǎng)為632.8歷。全文摘要基于散射激光多普勒效應(yīng)的液體表面波探測(cè)方法及裝置，屬于液體表面波檢測(cè)領(lǐng)域。它解決了現(xiàn)有液體表面波測(cè)量的激光干涉技術(shù)中，要求接收主反射光，并且要求光路輸出和接收部分的角度嚴(yán)格匹配，調(diào)節(jié)難度大的問(wèn)題。方法為使相干激光束照射到液體表面，光電接收器接收干涉光信號(hào)后輸出時(shí)域波形圖得到交流光電信號(hào)，經(jīng)解調(diào)得到表面波的頻率；由時(shí)域波形圖變換的頻譜分析圖上多普勒頻移值計(jì)算得出液體表面波的振幅；裝置由低頻信號(hào)發(fā)生器、表面波激發(fā)器、液體池、激光器、四分之一波片、偏振分光鏡、衰減片、二分之一波片、分光鏡、濾波片、光電接收器、數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)、第一反射鏡、望遠(yuǎn)系統(tǒng)和第二反射鏡組成。本發(fā)明用于液體表面波的探測(cè)。文檔編號(hào)G01R23/16GK101710154SQ20091007349公開日2010年5月19日申請(qǐng)日期2009年12月23日優(yōu)先權(quán)日2009年12月23日發(fā)明者唐文彥,孫和義,張曉琳申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)