基于声光效应的超声功率测量技术研究

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超声波因其特殊的物理性质被广泛应用于包括医疗、军事和化学等在内的多个领域。为了实现超声波的精确控制,避免声强大小的不确定带来应用上的问题,人们一直在研究超声波功率测量技术。论文研究了一种基于声光效应原理的超声功率测量方法,并设计了超声功率测量的光学平台与测量软件,完成了声光法超声功率测量系统的设计。首先,论文对超声波的特性与应用进行综合阐述,提出超声功率测量的重要意义;同时对相关功率测量技术的国内外研究现状进行阐述和分析,提出论文主要研究的基于声光效应法的测量系统的基本研究思路。其次,根据声光效应与Schlieren成像技术的相关原理,完成了基于声光效应的超声功率测量系统的设计和搭建。对声光法功率测量技术的原理和Schlieren成像系统进行了详细分析,对基于声光法的功率测量技术进行了可行性验证;同时根据测量原理,设计出声光法测量平台的光路系统,选用He-Ne激光器作为光源,通过扩束镜、滤光片等对激光进行进一步处理,而后激光穿过超声光栅形成衍射条纹,经成像凸透镜聚焦,由CCD摄像机采集之后导入计算机进行衍射光强分析,完成声光法超声功率测量平台的搭建。再次,从声光法功率测量的原理出发,设计并编写了针对衍射光斑的图像处理软件。分析软件需要实现的功能,包括调整CCD摄像机的曝光值、白平衡等参数,对衍射光斑进行灰度化、二值化、边缘检测、计算相对光强等图像处理操作。根据相应的功能编写代码,将图像处理操作的多个功能进行集成化;同时对测量软件中处于关键环节的图像处理算法进行专门的优化设计,包括阈值选取、Raman-Nath参量的计算、划分光斑区域等,完成测量软件的设计。最后,将声光法超声功率测量系统与辐射力天平法功率测量仪进行对比分析,完成声光法测量系统的准确性验证。采用论文中的基于声光效应的超声功率测量系统与目前的基于辐射力天平法的超声功率测量设备对同一超声源进行功率测量,设计对照试验,采用En值评价方法对测量数据进行分析处理,验证声光法测量系统的准确性与科学性。
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