超声调制光法测量弱散射液体的声速
- 作者:admin 来源:网络 日期:2009-12-29 14:43:09
- 引言
声速是声学中一个基本物理量。声速测量在成份分析、骨质疏松的诊断和治疗、人体成像、岩石的隐微裂隙发育程度的判断等中具有重要的意义。
目前，声速测量的方法均采用声波作为被测对象。利用示波器确定振源与某一位置探测到的声波或不同位置探测到的声波间的相位差，用尺子确定这两个位置间的距离，从而确定声速。这种测量方法均受到液体对超声波散射和吸收、反射面和接收面的平行度以及超声波特性(带宽、传输特性)等较大的影响，而且声波探测器的灵敏度较低，严重制约着声速测量的精度。目前主要声速测量方法:
超声光栅法测量声速:两列满足驻波条件的超声波在液体中相遇时，在相遇区形成一折射率周期性变化的光栅，当一宽光束相干光人射时，人时光波将发生光栅衍射现象，通过测量衍射条纹确定光栅常数即超声波波长，从而确定声速。http://www.dxlww.net 代写论文网
相位比较法测量声速:通过移动超声换能器，同时测量换能器相对位移及用示波器测量不同位置接收到的超声波间的位相差即超声波在此相对位移内的传输时间，从而确定声速。
共鸣管法测量声速:在共鸣管内，当人射声波与反射声波形成驻波且共鸣管的固有频率与人射声波的频率相等时，有显著的驻波出现，从而确定超声波的波长，继而确定声速。
2分析
本文提出了超声调制光法测量声波在弱光散射液中(对光波弱散射)的传输速度。此方法通过测量调制光信号确定声速，可有效地提高测量精度，克服声波衰减、环境的影响。超声波是一种机械波。超声波在弱光散射液体中传输时，液体被周期性的压缩、膨胀，使得超声波作用区液体的密度随超声波周期性起伏。密度的变化导致介质折射率周期性地变化[。超声波光光波习习习圈妞声渡与充波作用示，圈田2脉冲妞声润翻实脸袭t困如图1所示，平面超声波沿y轴垂直人射弱散射液，角频率为。，且为一纵波，波束沿x轴的宽度为l，在液体内的传翰速度为。;一宽光束平行二轴人射，人射光在超声波与液体的右分界面处的光强为10，介质的初始折射率为n。。假设在任一时刻:，超声波作用区任一点(0，刃的折射率为n(:，。，y)且可表示为:其中。为折射率调制参数。当光波人射到该超声波作用区时，光波将被作用区的超声波所调制。如果在液体外接收点(二，刃附近很窄范围内出射的光信号，那么，时刻接收到的光信号强度I(，)可表示为:z(，了)二，[l+r_下、，尤S二n切不+协一JJ(2)其中k为光强调制参数，与液体的力学性质、光学性、声压、液体的成份有关。
3实验
实验装置如图2，计算机控制超声波信号发生接收器翰出的脉冲信号激发超声换能器翰出中心频率为IM伍的脉冲超声波，波形如图3;输出的脉冲超声波聚焦于模拟液，宽激光光束人射，从模拟液出射的调制光信号被PMT接收且输出电信号，电信号经前置放大器放大后由数字存储示波器读取;装模拟液的容器由有机玻璃制成的长度为12cm的立方体;模拟液为燕馏水;小孔直径为0.SInln、距光电倍增管12.scln、距容器左壁21。m，激光束直径为3cm，倍增管上有一3x3Inzn透射窗口，超声波束腰距离人射面、底面分别为gcm、scm。在这种情况下，接收到的调制光信号波形如图4。实验结果显示，进人超声波作用区的光波被声波调制，被调制的光信号携带了声波位相、位里等声信息，这样我们可以利用此现象测量声速。
综上所述，我们可以采用如图5所示的实验装置侧量声波在弱散射液体中的声速。小孔与PMT一起沿Y轴方向平移，同时通过示波器侧量不同位置接收到的超声波调制信号间的位相差即超声波在此相对位移内的传输时间，利用卡尺确定小孔移动的位移，从而确定超声波在此液体内的速度。利用此实验装里，测得室温下IM玩的超声波在水中的传翰速度1376米/秒。
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