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申请/专利权人：中国科学院大学

摘要：本发明涉及一种材料声学性能的高通量表征装置及方法，属于材料检测和高通量表征领域，解决了现有装置空间分辨率低、无法满足高通量表征需求的问题。包括：声波控制组件，用于产生目标频率的声波使样品在其作用下振动；激光探测组件，包括激光器和光电探测器，激光器用于向样品发射激光，光电探测器用于接收样品的反射激光；信号处理与采集组件，用于处理光电探测器输出的电信号，以及采集测量数据，传输至计算机；计算机，基于测量数据计算样品的声学性能；介质声学测量环境组件，用于为样品营造特定的流体环境。本装置具有高空间分辨能力，能以高通量方式对毫米、厘米级的样品进行声学性能检测，特别填补了现有技术在低频声学性能表征上的空缺。

主权项：1.一种材料声学性能的高通量表征装置，其特征在于，包括：声波控制组件、激光探测组件、信号处理与采集组件、介质声学测量环境组件以及计算机；其中，声波控制组件，用于产生目标频率的声波，使样品阵列在声波的作用下产生振动；其中，所述样品阵列由若干样品有序排布于基板上而成，其中每一样品的组分和或结构与其他样品不同；激光探测组件，包括激光器和光电探测器；其中，激光器用于向样品表面发射激光，光电探测器用于接收样品表面的反射激光，产生表示光斑位移情况的电信号；所述光斑的位移表征样品表面的振动情况；信号处理与采集组件，用于处理光电探测器输出的电信号，以及采集和储存测量数据，传输至计算机；计算机，用于根据所述测量数据计算所测样品的声学性能；介质声学测量环境组件，用于为样品营造特定的流体环境，实现样品在目标介质中的声学性能测量；其中，所述声波控制组件包括：信号发生器、功率放大器和电声转换装置；其中，信号发生器用于产生目标频率的电信号，该信号经功率放大器放大后传输至电声转换装置后，被转换为目标频率的声波进行发射；所述激光探测组件还包括：处于发射光路的扩束镜和聚焦镜A、以及处于反射光路的聚焦镜B；其中，发射激光经扩束镜和聚焦镜A聚焦于待测样品表面，被样品表面反射的激光经聚焦镜B聚焦于二象限探测器的传感面处；所述光电探测器为具有两个探测区域的二象限探测器，所述二象限探测器基于两个探测区域各自接收激光的光强生成两路光电流信号；所述信号处理和采集组件，包括：前置放大器、差分放大器、锁相放大器以及数据采集板；其中，前置放大器用于将两路光电流信号放大转换为两路光电压信号，均传输至差分放大器和数据采集板；差分放大器对两路光电压信号的差值进行放大，得到两路光电压信号的差值，传输至锁相放大器和数据采集板；锁相放大器对两路光电压信号的差值信号提取与参考信号的同频部分，并输出直流电压信号和相位差信号，传输至数据采集板；其中，所述锁相放大器输出的直流电压信号和相位差信号表征样品表面的振动情况；利用计算机，基于所述测量数据计算所测样品的声学性能，包括根据以下公式，计算所测样品的复声折射率： 1其中，描述声波在样品中的折射率，描述声波在样品中的吸收，称为声衰减系数；声衰减系数由以下公式计算： 2-0式中，和利用以下公式计算： 2-1 2-2其中，为锁相放大器输出的相位差信号，根据以下公式计算： 2-3式中，表示测试声波的声压幅值；表示环境介质的密度，表示环境介质的声速，表示样品的密度，表示声波在样品的声速；为声波与样品表面法线的夹角，为样品的质点法向速度的最大值，其由以下公式计算： 2-4其中，表示测试声波的频率，为比例系数，由装置自身的属性决定，使用已知声学性能的材料来标定，为样品的相对振幅系数，利用以下公式计算： （2-5）其中，，表示样品阵列中所包含样品的数目，为锁相放大器输出的直流电压信号，为经前置放大器处理的两路光电压信号作加和所得到的二象限探测器的两象限加和电压；所述计算所测样品的复声折射率，包括：基于装置的属性参数、样品的属性参数以及样品的测量数据，利用式2-0-式2-5，计算所测样品的所述声衰减系数；基于计算得到的声衰减系数，利用式2-1，或者式2-2，计算声波在所测样品中的折射率；基于计算得到的声衰减系数和折射率，利用式1，计算所测样品的复声折射率；其中，所述装置的属性参数包括：比例系数、测试声波的频率和声压振幅、测试声波与样品表面法线的夹角、环境介质的密度和声速；所述样品的属性参数包括：样品的密度和声速；所述样品的测量数据包括：锁相放大器输出的相位差信号、直流电压信号和二象限探测器的两象限加和电压；所述装置还包括2个平移控制组件；其中，第一平移控制组件和第二平移控制组件分别用于调节样品阵列和光电探测器的位置。

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百度查询： 中国科学院大学 一种材料声学性能的高通量表征装置及方法