激光干涉法在超声换能器近场全息测量中的应用

　　激光干涉法测量具有非接触的特点，因此，在声学测量中不会对被测声场造成干扰，可获得真实、准确的结果;同时，由于激光束具有极好的空间相干性，可汇聚成小于毫米量级的波束，在测量中具有良好的空间分辨力，可对声场分布进行精细的测量;现代的激光测振设备依据多普勒效应测量振速，可在DC～1 MHz甚至更宽的频段上对物体的振速进行测量，因此，具有远高于陶瓷水听器的时间分辨力，可保证高保真地还原接收波形。激光法的上述优点使其在水声和超声中能够得到广泛的应用[1,2]。

　　1997年国防科技工业水声计量一级站开始将激光法应用于超声计量，并建立了相应的校准装置以来，陆续开展了使用激光法测量质点振速水听器、校准水听器复数灵敏度等方面的研究工作[3]。

　　目前，结合课题研究工作，正在尝试使用激光测振法开展声全息测量工作。本文将对激光法声全息测量方法和取得的结果进行介绍。

　　1 测量方法

　　使用激光法进行水声声压量值的测量时，通常的做法是在测量水池中放置一透声反光膜片。在声波的作用下，由于反光膜片的厚度远小于声波的波长，将会跟随周围的水介质进行同相运动。因此，测量出膜片的振速，便可获得测量位置上水介质的质点振速。理论分析和实验结果证明，对于平面声波或当测量点距换能器大于三倍的声波波长时，水介质的质点振速u0和声压0之间的关系为[4]：

　　其中，ρ是水介质的密度，c是水中声速。因此，水声声压可根据测得的水介质质点振速计算得到。

　　使用激光测振技术进行声全息测量时所采用的测量装置如图1所示。测量中，换能器被安装在机械扫描设备上，并放置在测量水池中。换能器在该机械设备的驱动下在水介质中做扫描测量，从而获得待测换能器的声场分布。反射膜片放置在换能器的辐射声场中，激光测振仪的激光束被膜片反射回测振仪，由此获得膜片上激光入射点处换能器辐射产生的质点振速。

　　在测量中，信号源将输出填充脉冲信号，该信号经过功率放大器后驱动待测换能器向水介质中辐射声波。本装置所用的是德国POLYTEC公司的PSV-200激光测振仪，通过所用OVD-30高频解码器，该测振仪可在50kHz~20 MHz的频率范围内对质点振速进行测量，测量的振动幅度可达50nm。激光测振仪的信号输入到数字示波器中，经过数字示波器量化后的信号被输入到计算机中通过专用的计算软件进行FFT分析，以获得测量信号的幅度和相位量。在完成对扫描平面上各点的测量后，便可获得换能器在测量面上的声场分布。