专利名称：一种含倒装望远镜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含倒装望远镜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，到目前为止，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含倒装望远镜的超声悬浮场 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，分束装置8， 二个扩束装置7、11，半透半反镜6，全反射镜IO、 15，凸透镜2、 3、 4和面阵CCD1;在激光器13发 出的光路中设置衰减器14和改变光路方向的全反射镜15，之后设置形成第一光束和 第二光束的分束装置8;在第一光束的光路中，依次设置扩束装置7和全反射镜5，待 测超声场位于光路中设置在扩束装置7和全反射镜5之间，在扩束装置7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6;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11，扩束装置11之后 依次设置改变光路方向的全反射镜10和半透半反镜9，半透半反镜9位于半透半反镜 6和凸透镜2之间；在半透半反镜9与半透半反镜6之间依次设置凸透镜3和凸透镜4; 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。
所述的分束装置8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7、 ll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-凸透镜；4-凸透镜；5-全反射镜；6-半透半反镜； 7-扩束准直器；8-分束镜；9-半透半反镜；10-全反射镜；ll-扩束准直器；12-计算机；
13-气体激光器；14-衰减器；
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包括半导体激光器13、衰减器14、全反射镜15、分束镜8、扩
束准直器ll、半透半反镜6、全反射镜5、凸透镜4、凸透镜3、扩束准直器7、全反 射镜IO、半透半反镜9、凸透镜2、线阵CCD1和超声待测场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15将衰减后的光 反射至分束器8，分束器8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7扩束并准直后成平行光，再通过半透半反镜6穿过超声 悬浮场A后被全反射镜5沿原路返回，再由半透半反镜6反射，经过由凸透镜4与凸 透镜3组成的倒装望远镜系统，透过凸透镜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。
第二束光由扩束准直器7扩束并准直成平行光后，被全反射镜IO反射，经半透半 反镜9与第一光束干涉经过凸透镜2成像在CCD 1上。
当被测超声场测量范围变大时，待测超声场经过凸透镜2成的像超出CCD1的接 收范围。此时，在第一束光路中的半透半反镜6和半透半反镜9之间的由凸透镜4与
凸透镜3组成的倒装望远镜系统，使得待测超声场得到縮小，满足测量条件，解决了 CCD靶面尺寸不足的问题。
由于CCD1位于第一凸透镜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12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1.一种含倒装望远镜的超声悬浮场测量装置，其特征在于装置包括激光器(12)，分束装置(8)，二个扩束装置(7)、(11)，半透半反镜(6)，全反射镜(10)、(15)，凸透镜(2)、(3)、(4)和面阵CCD(1)；在激光器(13)发出的光路中设置衰减器(14)和改变光路方向的全反射镜(15)，之后设置形成第一光束和第二光束的分束装置(8)；在第一光束的光路中，依次设置扩束装置(7)和全反射镜(5)，待测超声场位于光路中设置在扩束装置(7)和全反射镜(5)之间，在扩束装置(7)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(6)；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(11)，扩束装置(11)之后依次设置改变光路方向的全反射镜(10)和半透半反镜(9)，半透半反镜(9)位于半透半反镜(6)和凸透镜(2)之间；在半透半反镜(9)与半透半反镜(6)之间依次设置凸透镜(3)和凸透镜(4)；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所述的含倒装望远镜的超声悬浮场测量装置，其特征在于所述 的分束装置(8)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所述的含倒装望远镜的超声悬浮场测量装置，其特征在于所述 的扩束装置(7)、 (11)为扩束镜，或透镜组。
4. 根据权利要求1所述的含倒装望远镜的超声悬浮场测量装置，其特征在于所述线阵CCD (1)为一面阵列分布的电荷耦合器件。
专利摘要本实用新型涉及一种含倒装望远镜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G01H9/00GK201149521SQ20072031134
公开日2008年11月12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