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全光學光聲多普勒橫向流速測量方法及裝置與流程

文檔序號:11087414閱讀:來源:國知局

技術特征:

1.全光學光聲多普勒橫向流速測量方法,其特征在于:所述方法包括以下步驟:

S1、將激光照射到被測物體上產生光聲信號;

S2、將激光光束通過邁克爾遜干涉儀來探測被測物體的光聲信號;

S3、利用光電平衡探測器將激光探測到的干涉信號轉化成電信號,然后利用數字采集卡對轉化成的電信號進行采集,將采集到的光聲信號進行存儲;

S4、對A掃描采集的光聲信號進行希爾伯特變換,然后定義復函數;

S5、對A掃描采集的光聲信號做多普勒頻譜標準差的計算;

S6、建立血流速度的測量模型,獲得多普勒頻譜標準差和多普勒頻譜頻帶展寬之間的關系,計算出散射顆粒流動速度的大??;

S7、對每次A掃描采集的光聲信號重復步驟S4~S6,計算出測量區域內流動物體速度。

2.根據權利要求1所述的全光學光聲多普勒橫向流速測量方法,其特征在于:步驟S4包括:

S41、對A掃描采集的光聲信號進行希爾伯特變換,如下式:

<mrow> <mover> <mi>p</mi> <mo>~</mo> </mover> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mi>H</mi> <mo>&lsqb;</mo> <mi>p</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&rsqb;</mo> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mi>&pi;</mi> </mfrac> <msubsup> <mo>&Integral;</mo> <mrow> <mo>-</mo> <mi>&infin;</mi> </mrow> <mrow> <mo>+</mo> <mi>&infin;</mi> </mrow> </msubsup> <mfrac> <mrow> <mi>p</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <mi>t</mi> <mo>-</mo> <mi>&tau;</mi> </mrow> </mfrac> <mi>d</mi> <mi>&tau;</mi> <mo>=</mo> <mi>p</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>*</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <mi>&pi;</mi> <mi>t</mi> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

其中,H表示希爾伯特變換,*表示卷積,p(t)表示A掃描采集的光聲信號,表示希爾伯特變換后的信號,p(t)與正交;

S42、定義復函數,如下式:

<mrow> <mi>z</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mi>p</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <mi>j</mi> <mover> <mi>p</mi> <mo>~</mo> </mover> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>.</mo> </mrow>

3.根據權利要求1所述的全光學光聲多普勒橫向流速測量方法,其特征在于:步驟S5中,所述多普勒頻譜標準差的計算,如下式:

其中,S(ω)表示多普勒功率譜,表示平均多普勒角頻率,表示第j次A掃描采集的光聲信號的復函數,T表示相鄰A掃描的時間間隔。

4.根據權利要求3所述的全光學光聲多普勒橫向流速測量方法,其特征在于:步驟S6包括:

S61、多普勒頻譜頻帶展寬是由探測光束的兩條邊緣光線引起的極限多普勒頻移之差決定的,兩條邊緣光纖對應的平均多普勒頻移為:

S62、聯立式(4)和式(5),推算出多普勒頻譜頻帶展寬,如下式:

其中,Bd為多普勒頻譜頻帶展寬,f0為A掃描采集的光聲信號的中心頻率,c為超聲波在介質中的傳播速度,V為散射顆粒流動速度,θ為多普勒角,為有效數值孔徑角,NAeff為透鏡的有效數值孔徑;

S63、聯立式(3)和式(6),根據計算出散射顆粒流動速度V的大小,如下式:

<mrow> <mi>V</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>&lambda;</mi> <mi>&sigma;</mi> </mrow> <mrow> <mn>2</mn> <msub> <mi>sin&theta;NA</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mi>f</mi> <mi>f</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>7</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>.</mo> </mrow>

5.根據權利要求1-4任一項所述的全光學光聲多普勒橫向流速測量方法,其特征在于:步驟S1中的激光波長為532nm。

6.根據權利要求1-4任一項所述的全光學光聲多普勒橫向流速測量方法,其特征在于:步驟S2中的激光波長1310nm。

7.實現權利要求1-6任一項所述方法的全光學光聲多普勒橫向流速測量裝置,其特征在于:所述裝置包括光聲信號探測源、光環行器、光纖耦合器、掃描延遲線、準直鏡、光聲信號激發源、二向色鏡、光電二極管、光電平衡探測器、數字采集卡和計算機;

所述光聲信號激發源采用第一激光器,所述光聲信號激發源、二向色鏡和準直鏡依次連接,第一激光器發出的激光通過二向色鏡和準直鏡照射到被測物體上產生光聲信號;

所述光環行器、光纖耦合器、掃描延遲線和準直鏡構成邁克爾遜干涉儀,所述光聲信號探測源采用第二激光器,所述光聲信號探測源、光環行器和光纖耦合器依次連接,所述光纖耦合器分別與掃描延遲線和準直鏡連接,第二激光器發出的激光光束依次通過光環行器、的光纖耦合器分成兩束光:一束通過準直鏡照射在被測物體上作為探測光,另一束通過掃描延遲線作為參考光,兩束反射回來的光在光纖耦合器產生干涉,探測被測物體的光聲信號;

所述光環行器和光纖耦合器分別與光電平衡探測器連接,所述二向色鏡、光電二極管和數字采集卡依次連接;

所述光電平衡探測器、數字采集卡和計算機依次連接,光電平衡探測器將激光探測到的干涉信號轉化成電信號,然后數字采集卡對轉化成的電信號進行采集,將采集到的光聲信號存儲到計算機。

8.根據權利要求7所述的所述的全光學光聲多普勒橫向流速測量裝置,其特征在于:所述計算機內有LABVIEW數據采集控制平臺和圖像重建的MATLAB程序。

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