一种聚焦超声焦点声压测量仪器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于聚焦超声焦点声压测量领域，特别是设及一种聚焦超声焦点声压 测量仪器。
【背景技术】
[0002] 聚焦超声焦点声压是聚焦超声场的一个重要指标，对其测量可通过相应的测量设 备来实现。
[0003] 目前聚焦超声焦点声压测量主要采用水听器法，该方法测量的基本思路是先用水 听器进行Ξ维扫描找到声压焦点的具体位置，再对聚焦声场进行扫描测量并计算出焦域的 几何参数，然后在焦点处直接测量全功率下的声压。基于运种方法测量的方式主要有两种： 压电水听器法和光纤水听器法。压电水听器法能够较为准确的测量低功率下的焦点声压， 而在高功率下焦点处产生溫升、冲击波、空化与声饱和等非线性效应容易造成传感器灵敏 度下降，甚至损坏水听器。光纤水听器法是目前测量高声压的主要方法，但需要在测量处放 置光纤传感器，运容易使测量处产生空化，导致测量结果与实际声压不一致，而且容易损坏 光纤水听器。
[0004] 目前最具潜力的焦点声压测量方式是利用激光偏转法进行非侵入式无干扰测量。 基于激光偏转法测量聚焦超声焦点声压的原理是：当一束直径小于声波长的平行光入射到 介质中时，由于声场的作用导致介质折射率呈周期性变化使光线发生偏转，从而根据光线 的偏转轨迹来计算光线的偏移量，再建立光线偏转距离与焦点声压的关系来计算焦点声 压。
[0005] 根据W上测量原理，结合光线偏转轨迹(如图1所示）的几何关系，在不考虑非线性 效应时有W下关系：
[0006] sina = L/r
[0007] 1:ana = d/S * sina
[000引其中，α为光线偏转角，L为有效声场宽度，r为光线偏转的曲率半径，d为偏转距离， S为屏幕到焦点距离。
[0009] 当光线垂直于声波传播方向入射时，光线偏转的曲率半径r为：
[0010] r = n/Vn
[0011] 其中，η为介质折射率，Vn为折射率梯度。
[0012] 等溫条件下，声压梯度VP与介质折射率梯度Vn成正比关系：
[0013] Vn=kVP
[0014] 其中，
[0015] 由W上关系式可W得到焦点声压与偏转距离的关系：
[0016]
[0017] 利用上述焦点声压与偏转距离的关系即可测量聚焦超声焦点声压，但是由于焦点 处的声压梯度只比焦点附近区域的声压梯度略大，所W光束本身宽度可能造成光线偏转不 显著，从而导致最终计算得到的焦点声压不准确;并且由于穿过焦点区域后光线偏转角度 很小，接收光斑图像的CCD相机离焦点位置不够远时，光线的偏转距离不能达到最大也会使 测量结果不准确。 【实用新型内容】
[0018] 鉴于W上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种聚焦超声焦点声 压测量仪器，W实现一种在使用中不会干扰声场，而且能够较为准确的测得焦点声压的聚 焦超声焦点声压测量仪器。
[0019] 为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种聚焦超声焦点声压测量仪 器，包括:激光器、换能器位移调节装置、水槽、待测换能器、图像采集装置、控制处理装置， W及包括激光束细化装置及偏转角放大装置中的至少一个;所述激光器用于发射激光束； 所述换能器位移调节装置用于固定和调节所述待测换能器的位置;所述水槽用于盛放脱气 水，所述待测换能器置于脱气水中；所述图像采集装置用于接收穿过焦点后的光束，采集偏 转光束图像;所述控制处理装置连接于所述换能器位移调节装置W及图像采集装置，用于 调节控制待测换能器的移动，并用于光束图像处理W及声压计算;所述激光束细化装置放 置于激光器后，用于将激光器发射出的激光束变细，使通过焦点的激光束直径小于声波长； 所述偏转角放大装置放置于图像采集装置之前，用于将穿过焦点出射的激光束的偏转角度 放大，使图像采集装置接收到的激光束的偏转距离尽量大，W使得图像采集装置在离焦点 较近时，光线偏转距离能够分辨并准确测得。
[0020] 作为本实用新型的聚焦超声焦点声压测量仪器的一种优选方案，所述聚焦超声焦 点声压测量仪器设置有激光束细化装置，放置于激光器后，用于将激光器发射出的激光束 变细，使通过焦点的激光束直径小于声波长。
[0021] 作为本实用新型的聚焦超声焦点声压测量仪器的一种优选方案，所述聚焦超声焦 点声压测量仪器设置有偏转角放大装置，放置于图像采集装置之前，用于将穿过焦点出射 的激光束的偏转角度放大，使图像采集装置接收到的激光束的偏转距离尽量大，使得图像 采集装置在离焦点较近时，光线偏转距离能够分辨并准确测得。
[0022] 作为本实用新型的聚焦超声焦点声压测量仪器的一种优选方案，所述聚焦超声焦 点声压测量仪器同时设置有激光束细化装置及偏转角放大装置，所述激光束细化装置放置 于激光器后，用于将激光器发射出的激光束变细，使通过焦点的激光束直径小于声波长;所 述偏转角放大装置放置于图像采集装置之前，用于将穿过焦点出射的激光束的偏转角度放 大，使图像采集装置接收到的激光束的偏转距离尽量大，使得图像采集装置在离焦点较近 时，光线偏转距离能够分辨并准确测得。
[0023] 作为本实用新型的聚焦超声焦点声压测量仪器的一种优选方案，所述激光束细化 装置包括沿光路顺次排列的第一光学凸透镜W及第二光学凸透镜，所述第一光学凸透镜的 焦点与所述第二光学凸透镜的焦点重合，并且，所述第一光学凸透镜的焦距大于所述第二 光学凸透镜的焦距。
[0024] 进一步地，所述激光束细化前后的直径满足公式Dl/D2 = n^2,其中，D1、D2分别 为细化前后的激光束直径，fl、f2分别为第一光学凸透镜W及第二光学凸透镜的焦距。
[0025] 作为本实用新型的聚焦超声焦点声压测量仪器的一种优选方案，所述偏转角放大 装置包括一个或两个W上的发散透镜，用于对激光束进行发散，使激光束的偏转角度增大。
[0026] 作为本实用新型的聚焦超声焦点声压测量仪器的一种优选方案，所述控制处理装 置包括计算机及移动智能设备中的一种。
[0027] 作为本实用新型的聚焦超声焦点声压测量仪器的一种优选方案，所述图像采集装 置包括CCD相机。
[0028] 作为本实用新型的聚焦超声焦点声压测量仪器的一种优选方案，所述水槽底部设 置有声吸收材料。
[0029] 如上所述，本实用新型的聚焦超声焦点声压测量仪器，具有W下有益效果:本实用 新型能方便准确的测量不同换能器产生的聚焦超声焦点声压，且测量过程不会对声场造成 干扰。激光束细化装置能使穿过焦点区域的光束变窄，有利于焦点声压的精确测量。偏转角 放大装置能将偏转角度放大，在CCD相机离焦点较近时，也能使偏转距离最大，运有利于缩 短测量系统的总长，节省空间。本实用新型结构简单，效果显著，在聚焦超声焦点声压测量 领域具有广泛的应用前景。
【附图说明】
[0030] 图1显示为激光束偏转轨迹示意图。
[0031] 图2显示为本实用新型的聚焦超声焦点声压测量仪器的系统结构示意图。
[0032] 图3显示为本实用新型的聚焦超声焦点声压测量仪器的激光束细化装置原理示意 图。
[0033] 图4显示为本实用新型的聚焦超声焦点声压测量仪器的偏转角放大装置原理示意 图。
[0034] 图5及图6分别显示为本实用新型的聚焦超声焦点声压测量仪器两种不同实施例 的系统结构示意图。
[0035] 元件标号说明
[0036] 1 激光器
[0037] 2 激光束
[0038] 3 换能器位移调节装置
[0039] 4 待测换能器
[0040] 5 聚焦超声焦点
[0041 ] 6 水槽
[0042] 7 声吸收材料
[00创 8 脱气水
[0044] 9 图像采集装置
[0045] 10 控制处理装置
[0046] 11 激光束细化装置
[0047] 12 偏转角放大装置
【具体实施方式】
[004引 W下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说 明书所掲露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可W通过另外 不同的【具体实施方式】加 W实施或应用，本说明书中的各项细节也可W基于不同观点与应 用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。
[0049]请参阅图2~图6。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅W示意方式说明本 实用新型的基本构想，遂图示中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的 组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改 变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[(K)加]实施例1
[0051] 如图2所示，本实施例提供一种聚焦超声焦点声压测量仪器，包括:激光器1、换能 器位移调节装置3、水槽6、待测换能器4、图像采集装置9、控制处理装置10、激光束细化装置 11及偏转角放大装置12。
[0052] 所述激光器1用于发射激光束2,所述激光束2的初始直径为D1。
[0053] 所述换能器位移调节装置3,用于固定和调节所述待测换能器4的位置，W调整所 述待测换能器4的焦点5。具体地，所述换能器位移调节装置3可W调整所述待测换能器4的 上下位置W及左右位置。
[0054] 所述水槽6用于盛放脱气水8,其底部设置有声吸收材料7,所述待测换能器4置于 脱气水8中。所述水槽6的框架选用为激光透射率较高的材料，如玻璃、透明聚合物等，但并 不限于此处所列举的示例。
[0055] 所述图像采集装置9用于接收穿过焦点5后的光束，采集偏转光束图像。在本实施 例中，所述图像采集装置9选用为CCD相机，当然，可W依据需求选用其它种类的图像采集设 备，并不限于此处所列举的示例。
[0056] 所述控制处理装置10连接于所述换能器位移调节装置3 W及图像采集装置9,用于 调节控制待测换能器4的移动，并用于光束图像处理W及声压计算。在本实施例中，所述控 制处理装置10可W选用为计算机或者移动智能设备，如手机、平板电脑等。
[0057] 如图3所示，所述激光束细化装置11放置于激光器1后，用于将激光器1发射出的激 光束2变细，使通过焦点5的激光束2直径小于声波长。在本实施例中，所述激光束细化装置 11包括沿光路顺次排列的第一光学凸透镜W及第二光学凸透镜，所述第一光学凸透镜的焦 点与所述第二光学凸透镜的焦点重合，并且，所述第一光学凸透镜的焦距大于所述第二光 学凸透镜的焦距。所述激光束2细化前后的直径满足公式Dl/D2 = n^2,其中，D1、D2分别为 细化前后的激光束2直径，fl