基于激光多普勒效应的液体表面波探测研究

为了对低频液体表面波的频率和振幅进行测量,利用多普勒相干测速的工作原理,提出了一种液体表面散射激光与参考光相干涉的检测方法。对此进行了理论分析,得到了多普勒频移与液体表面波振幅之间的解析关系式,并利用贝塞尔函数分析了频谱分析图中解调出低频液体表面波频率的可行性,设计并实现了一套液体表面波多普勒相干检测的实验装置。结果表明,能够实时准确探测10Hz～40Hz的液体表面波参量,该方法为低频液体表面波的探测提供了新思路。

可调相位型液体表面波衍射光栅效应的研究

为了研究可调相位型液体表面波光栅的衍射效应,采用低频信号发生器驱动振子、激发产生液体表面波的实验方法,得到了清晰、稳定的衍射图样,观察到衍射条纹间距随着液体表面波频率的改变而改变。并且在特定频率输出条件下,改变表面波振幅,可以得到衍射条纹的缺级现象。根据物理光学理论,周期性振动的表面波可以视作为一相位型光栅,对入射光进行相位调制的理论模型,理论上得出了衍射条纹的强度分布与表面波振幅之间的解析表达式,很好地解释了条纹间距变化和缺级现象,和实验符合较好,并且与普通刻痕光栅的光衍射现象进行了对比分析。结果表明,二者虽然表象类似,但物理机理却有很大差异。由于液体表面波的参量具有可调性,因此其衍射效应明显,可用于教学和科研。

液体表面波及其谐波的光衍射效应

为了探究液体表面波的波动规律,提出了一种基于激光衍射的探测方法。未扩束的激光束直接斜入射到波动液面,液面波动的强度由电磁式激发器控制、频率由信号发生器控制,用CCD采集光衍射图样并传送到计算机中实时处理。根据波动光学理论,给出了衍射光场和液体表面波之间的解析关系,发现实验现象和理论分析吻合。实验结果表明:该方法具有实时、准确、无损的特点。

液体表面波及其光学测量方法

介绍了不同液体表面波的理论研究方法和光学测量技术以及可以得到的表面波特性参数。

超声光栅测声速的方法运用到液体表面波波速的测量

理论上分析了超声光栅衍射和液体表面波光栅衍射,得到了表面波光栅衍射图样与表面波参数的解析关系.实验上得到清晰的衍射图样,利用表面波光栅衍射法测量了液体表面波波速,实验结果与理论值误差不超过1%.

低频液体表面波频率特性的研究

通过数学物理方法,对低频液体表面波频率和激发源频率之间的关系给出了数学上的解释,可以认为低频液体表面波的频率就是激发源的频率,实验结果和理论基本吻合。分析了影响低频液体表面波频率的因素,并给出了改进低频液体表面波实验的方法。

液体表面波衍射条纹的不对称研究

实验中激光以接近90度的角掠入射到液体表面波,在屏上观察到了清晰的不对称衍射条纹,并首次发现正级条纹远多于负级条纹。液体由样品池侧壁的出水阀门匀速流出,采集不同流量时的衍射图样,通过计算机软件扫描,得到相应的衍射条纹角宽度。发现随着流量的变化,衍射角宽度不发生变化,实验与理论相符。并根据角宽度计算出液体表面波波长。

基于分光计的激光液体表面波光栅实验仪器研究

研制一种融合液体表面波及超声光栅实验为一体的综合实验仪:利用激光衍射技术对不同频段(几十到几百赫兹)激发的液体表面波看作理想的反射式光栅,通过形成的液体表面光栅及流体力学中的色散关系,测量液体表面张力系数;改变超声激励模式(采用高频10 MHz)及液体边界条件,形成超声光栅用于测量激光、钠光及汞灯等光源光谱及不同液体中声速。

法拉第对液体表面波的研究

介绍了法拉第由克拉尼图形进入液体表面波研究领域的过程,回顾了法拉第研究液体表面波的实验;分析了法拉第怀有强烈好奇心和能够正确对待权威学者观点的精神特质,以及法拉第思维开阔和实验技巧高超的研究特点.

低频液体表面波衍射光斑分布研究

为了进一步研究水下低频声源特征,本研究基于液体表面波的声光衍射原理,对低频声源在不同入水深度位置处的液体表面波进行研究。通过建立精准的水下定位装置系统,改变声源在水下的位置,实验中可观察到不同光强度的衍射图样,图样清晰且稳定,呈明暗相间状。理论上分析了表面波的光衍射效应,得到了衍射光斑空间分布呈不对称性。实验结果表明,随着声源入水深度的逐渐增加,衍射光斑强度逐渐减少,最高衍射级次逐渐减少,衍射光斑尺寸逐渐减小,且衍射光斑位置呈不对称分布。实验结果与理论分析相吻合。

小振幅低频液体表面波的光学干涉效应的研究

实验上实现了频率为几十赫兹的低频液体表面波的光干涉调制研究,得到了稳定、清晰的干涉图样。理论上对表面波干涉现象进行了分析,得出了条纹分布的解析表达式,较合理的解释了干涉图样的分布现象。该方法适用于低频液体表面波的特性研究,通过分析实验图样,可以对液体的表面张力等特性参数进行研究。

激光衍射法测量液体的表面波速度和表面张力

实验上实现了低频液体表面波的激光衍射,提出了激光衍射法测量几百赫兹液体表面波的相速度、群速度和液体的表面张力。当激光斜入射到几百赫兹的液体表面波上,反射的激光产生稳定、清晰的衍射光斑,理论上导出了衍射光斑的角宽度与液体表面波速度的解析关系,实验上测得几百赫兹液体表面波的相速度和群速度,并测量了液体的表面张力。根据其机理,建立起一种实时、非接触的测量液体表面波的相速度、群速度和表面张力的实用方法。

液体深度微变化对表面波振幅的影响

激光以接近90度的角掠入射到液体表面波,在屏上观察到了清晰的不对称衍射条纹,并首次发现正级条纹数远多于负级条纹。液体通过样品池侧壁的阀门匀速流出,随着液体流出量的增多,衍射图样级数减少。由衍射图样的光强分布图得到衍射条纹的角宽度,并根据角宽度与表面波振幅之间的关系,得到不同流量时的液体表面波振幅。用最小二乘法得到表面波振幅随流量变化的关系图,发现液体表面波振幅随流量的增多以微小的量逐渐减小。

测量液体表面张力的系统搭建及研究——基于低频表面波激光衍射法

文章运用低频表面波衍射法,搭建系统装置来研究低频液体表面波的特性。通过对低频液体表面波光衍射的分析,得到衍射光场的分布和表面波之间的解析关系。根据这一关系,可以测量出液体表面张力。与传统液体表面张力测量方法相比,本实验测量法具有简便、无损、智能化特点,并有很高的测量精度和可操作性。

利用光学方法对液体表面张力的非接触式测量

实验上对频率为几百赫兹的低频液体表面波进行了研究,得到了清晰稳定的衍射条纹。理论上对这一现象进行了分析,得出了衍射条纹角宽度与表面波波长之间的解析关系式。根据流体力学中的色散关系可知,利用实验测量所得的表面波波长,可以得到液体表面张力。因此,本文建立了一种用来实时、无损测量液体表面张力的方法。

利用表面波对激光的衍射效应测水波频率和波速

利用液体表面波(surface acoustic waves,SAW)对激光的衍射效应,建立起一种新的低频液体表面波频率的光学测量方法;同时对表面波的传播速度进行了测量,拟合数据对波速和波长之间的关系进行了研究。

激光衍射法测量液体的表面张力及界面张力

基于低频液体表面波的光衍射原理,提出了一种测量液体表面张力及界面张力的光学方法。系统地建立了测量理论,并给出了解析关系。实验上观察到高清晰的液体表面波衍射条纹,讨论了由衍射条纹测量液体特表面张力及界面张力的具体过程,给出了测量结果。本方法具有实时、非接触的特点。

本征模式匹配理论在经典波传播中的应用

基于光栅结构的计算方法,发展了一个本征模式匹配理论用以研究和计算经典波在周期结构媒质中的传播行为,这个新的处理人工周期结构的计算方法已被用于固体/固体、液体/液体、空气/刚体等类型的声子晶体研究中,同时它也被成功地扩展至研究具有拓扑结构底部的液体表面波的频带结构及透射性质.笔者的研究结果显示了该理论方法的高效性.

基于激光衍射法的水下低频声源的深度探测

为了探测水下低频声源的深度,基于声光衍射效应及润湿效应建立了可升降的光学探测系统。实验中,在自然水面放置一个铝制圆柱体,由于润湿效应导致被测液体表面发生弯曲,从而使水下低频声信号传播到水-空界面产生液体表面波。当激光斜入射到液面时,表面波对其进行振幅和相位调制,实现低频声波的声光衍射,实验上可观察到清晰、稳定的衍射图样。结果发现:改变声源深度,可得到不同声源深度的衍射图样。理论上得到了经表面波调制后衍射光场分布的表达式,基于对衍射图样的分析,推导出表面波振幅的解析式。对不同深度下声源激发产生的表面波振幅进行数值拟合,得到表面波振幅与声源深度的解析关系式,发现表面波振幅随声源深度的增加而减小,从而实现了对声源深度的探测。

水下声信号空间位置探测研究

为了对水下声信号进行精确定位,基于液体表面的声光衍射原理,使激光束斜射到液面,促使水下声信号在液体形成表面波。通过建立精准的水下定位装置,改变声源在水下水平方向与深度方向上的位置,获得声源水下空间位置信息。实验发现,通过声源不同空间位置,得到不同光强度的衍射图样。分析衍射图样光强,可推导出水下声信号空间位置与衍射图样光强度的变化关系。研究表明,衍射图样光强随着水下声信号空间位置改变而变化,进而推导出衍射光斑强度与水下声信号空间位置的初步关系,为进一步实现声源空间位置探测提供依据。