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原文传递一种超声波发射与探测装置及方法

专利名称：	一种超声波发射与探测装置及方法
摘要：	本发明属于超声检测技术领域，提出一种超声波发射与探测装置及方法。脉冲激发光穿过声透镜照射到待测样品表面，待测样品吸收光源能量进而引起局部热膨胀，引起振动，产生超声波，超声波向待测样品内部传播，当遇到界面时，产生反射，传播到待测样品表面，然后向空气中传播，由于超声传播过程中，波面发散，为了提高灵敏度，通过声透镜把超声波聚焦于薄膜上，使用探测光源检测薄膜的振动，利用3×3光纤耦合器进行信号解调。由于薄膜表面是光滑的，本发明的方法既可以提高探测的灵敏度，又可以保证样品不被污染；整个装置容易把超声发射和超声探测集成及小型化，便于实际使用。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	河北;13
申请人：	东北大学秦皇岛分校
发明人：	鲍磊;王毅;宋泽国;马振鹤;赵玉倩
专利状态：	有效
申请日期：	2023-07-13T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-21T00:00:00+0800
申请号：	CN202310854761.2
公开号：	CN117092212A
代理机构：	大连理工大学专利中心
代理人：	梅洪玉
分类号：	G01N29/04;G01N29/07;G01N29/28;G;G01;G01N;G01N29;G01N29/04;G01N29/07;G01N29/28
申请人地址：	066004 河北省秦皇岛市经济技术开发区泰山路143号
主权项：	1.一种超声波发射与探测装置，其特征在于，所述超声波发射与探测装置包括激发光源(1)、集成探测端(2)、探测光源(7)、2×2光纤耦合器(8)、光纤环形器(9)、3×3光纤耦合器(13)、光电探测器、高通滤波器和电脑(20)；集成探测端(2)位于激发光源(1)与待测样品(6)间，其包括依次布置的二色镜(3)、薄膜(4)和中空声透镜(5)；激发光源(1)位于集成探测端(2)的二色镜(3)侧；待测样品(6)位于集成探测端(2)的声透镜(5)侧；所述声透镜(5)的中间为中空；探测光源(7)、2×2光纤耦合器(8)和光纤环形器(9)依次排布；光纤环形器(9)布置三个端口，分别为光纤环形器第一端口(10)、光纤环形器第二端口(11)和光纤环形器第三端口(12)；光纤环形器第一端口(10)用于接收2×2光纤耦合器(8)传输的样品光，光纤环形器第二端口(11)用于输出样品光至二色镜(3)以及接收从薄膜(4)反射回二色镜(3)的反射光；光纤环形器第三端口(12)用于输出反射光至3×3光纤耦合器(13)一端；2×2光纤耦合器(8)传输参考光至光纤耦合器(13)一端；3×3光纤耦合器(13)另一端的三个端口分别连接三个光电探测器，每个光电探测器分别经高通滤波器连接至电脑(20)中的数据采集卡(21)；电脑(20)连接激发光源(1)，根据数据采集卡(21)输出的信息控制激发光源(1)的光强。 2.一种超声波发射与探测方法，其特征在于，基于权利要求1所述的超声波发射与探测装置实现，包括超声信号激发过程、超声信号检测过程和超声信号解调过程；所述超声信号激发过程具体为：激发光源(1)发射激光，激光依次经过二色镜(3)和薄膜(4)，穿过中空声透镜(5)中间照射到待测样品(6)上；待测样品(6)将吸收的光能转化成热能升温，待测样品(6)发生局部膨胀，产生超声波；超声波向待测样品(6)内部传播，当遇到界面时，产生反射，传播到样品表面，然后向空气中传播。 3.根据权利要求2所述的超声波发射与探测方法，其特征在于，所述超声信号检测过程具体为：声透镜(5)将待测样品(6)表面产生的超声波聚焦于薄膜(4)，引起薄膜(4)振动；探测光源(7)发出探测光进入2×2光纤耦合器(8)，所述探测光分成样品光和参考光；样品光经光纤环形器第一端口(10)进入光纤环形器(9)，从光纤环形器第二端口(11)输出，经二色镜(3)后，照射到薄膜(4)表面，探测薄膜(4)振动，样品光根据振动的强弱经薄膜(4)产生不同相位变化的反射光；反射光经二色镜(3)反射进入光纤环形器第二端口(11)，经光纤环形器第三端口(12)连同参考光进入3×3光纤耦合器(13)；参考光和反射光分别经3×3光纤耦合器(13)分成三路，分别输出三路信号，三路信号分别进入光电探测器A(14)、光电探测器B(15)、光电探测器C(16)，三路信号分别于光电探测器内发生干涉并转换成电信号；电信号分别经高通滤波器A(17)、高通滤波器B(18)、高通滤波器C(19)滤除干扰后进入电脑(20)中，数据采集卡(21)采集滤除干扰后的电信号，最终由电脑(20)解调出超声信号。 4.根据权利要求3所述的超声波发射与探测方法，其特征在于，所述超声信号解调过程具体为：经过高通滤波器后数据采集卡(21)采集的三路电信号如下：和/>表示三路电信号之间的相位差，/>为发生干涉的反射光和参考光的相位差，Di＝1,2,3为直流分量，Ai＝1,2,3为干涉耦合项的幅度；由(1)式得发生干涉的反射光和参考光的相位差，在不激发超声信号的情况下测量Ii＝1,2,3，根据Ii＝1,2,3对Di＝1,2,3及Ai＝1,2,3的比例进行标定；因此超声信号的强度表示为， λ表示探测光波长。
所属类别：	发明专利