[发明专利]一种表征球形聚焦超声场的聚焦纹影系统

说明书

本发明提供一种表征球形聚焦超声场的聚焦纹影系统，该纹影系统包括光源(1)、菲涅尔透镜(2)、环形源栅(3)、内部充满介质水的聚焦超声谐振腔(4)、光学玻璃封装(6)、聚焦透镜(7)、环形刀口栅(8)和成像系统(9)；菲涅尔透镜对光源进行聚焦，菲涅尔透镜聚焦后的光束照射到环形源栅后透射形成同心圆环的透射光束，透射光束辐射到被聚焦超声场扰动的介质水中后发生偏折，经偏折后的光束由聚焦透镜聚焦，聚焦透镜聚焦后的光束照射到环形刀口栅上，经环形刀口栅滤波后照射到成像系统(9)。本发明在聚焦纹影系统中采用二维环形源栅和环形刀口栅，对二维和三维扰动成像，实现球形聚焦超声场定性和定量表征。

技术领域

本发明涉及在聚焦纹影系统，具体涉及一种表征球形聚焦超声场的聚焦纹影系统。

背景技术

聚焦超声驻波场是一种三维空间能量场。在充满脱气水、两端开口、由光学玻璃封装的球腔内，球腔表面的压电换能器发射的超声波，当频率满足谐振条件时，在球腔内形成超声驻波场。对该球形聚焦超声场信息的表征，如波腹和波节的间距、超声波波长、介质的密度分布以及腔内的声压分布均存在一定的难度。常规纹影系统用激光扩束形成平面光源表征平面超声场，但在表征聚焦超声场特征时，平行光穿过聚焦超声场后，得到的纹影图像是光穿过的超声场的积分成像，不能反映超声场的细节、局部信息。

开口球腔内的球形聚焦超声驻波场，使介质水的密度形成了疏密相间的分布；在会聚超声的焦点附近，因超声的压缩，介质水的密度变化更为显著；同时，由于聚焦超声的会聚作用，声焦域的能量密度很高而形成高声压区域。在扩展光源的聚焦纹影系统中，采用一维线源栅和环形刀口栅，已实现了对直线扰动流场的二维分布特征进行了表征。由于球形聚焦驻波超声场将引起水介质在三维空间的周期分布，一维线源栅、环形刀口栅的滤波作用，在二维成像面上将会导致垂直于线栅方向上的聚焦驻波声场信息缺失，而不能完整表征聚焦超声驻波场特征。

传统的声压检测方式是将光纤水听器置于超声场中，对声场进行扫描式测量，并探测焦域声压。这种接触式的测量方式虽然直接方便，但由于光纤进入声场使聚焦超声场的完整性破坏。

虽然常规的纹影成像和现有的聚焦纹影系统都是非接触式的检测方法，但是也不能满足聚焦超声驻波场信息，如声场分布特征、声焦域密度、声压表征的需求。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种表征球形聚焦超声场的聚焦纹影系统，用于解决在二维成像面上将会导致垂直于线栅方向上的聚焦驻波声场信息缺失，而不能完整表征聚焦超声驻波场特征的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种表征球形聚焦超声场的聚焦纹影系统，该纹影系统包括光源1、菲涅尔透镜2、环形源栅3、内部充满介质水的聚焦超声谐振腔4、光学玻璃封装6、聚焦透镜7、环形刀口栅8和成像系统9；

菲涅尔透镜对光源进行聚焦，菲涅尔透镜聚焦后的光束照射到环形源栅后透射形成同心圆环的透射光束，透射光束辐射到被聚焦超声场扰动的介质水中后发生偏折，经偏折后的光束由聚焦透镜聚焦，聚焦透镜聚焦后的光束照射到环形刀口栅上，经环形刀口栅滤波后照射到成像系统9。

优选地，所述光源为连续光谱的扩展光源。

优选地，所述环形源栅是中心为明环且由明环、暗环交替排列从中心向外延伸，形成明暗相间的同心圆环结构。

优选地，所述环形源栅的明环的宽度与暗环的宽度相等。

优选地，所述环形刀口栅是中心为暗环且由暗环、明环交替排列，从中心向外延伸形成明暗相间的同心圆环结构。

优选地，所述环形刀口栅的明环的宽度与暗环的宽度不相等。

优选地，所述环形源栅与刀口栅明环、暗环宽度之和相同。