一种基于光声效应的粘滞系数测量方法

摘要

本发明公开了一种基于光声效应的粘滞系数测量方法。该方法包括：将已知粘滞系数的液体样品置于容器中，将脉冲激光聚焦后辐照在液体样品上，激发光声信号；采集液体样品的光声信号，提取光声信号的主频；采用超声换能器探测得到光声压函数P(t)；根据光声信号频域表达方程式，得到常数α；将待测液体置于容器中，将脉冲激光聚焦后辐照在待测液体上，激发光声信号；利用超声探测器接收待测液体的光声信号，经信号放大器放大后进行数据采集；用Matlab处理记录的光声信号，对记录的光声信号进行傅里叶变换，提取光声信号的主频；根据ξn＝lvnρncsn，得到待测液体的粘滞系数ξn。该方法速度快，精度高，无损，在线测量能力强，实用性强。

主权项

1.一种基于光声效应的粘滞系数测量方法，其特征在于包括以下操作步骤：(1)将已知粘滞系数ξ₁的液体样品放置于容器中，将脉冲激光聚焦后辐照在液体样品上，激发光声信号；(2)利用采集系统记录液体样品的光声信号，用Matlab处理记录的光声信号，对记录的光声信号进行傅里叶变换，提取光声信号的主频ω₁；采用超声换能器探测得到光声压函数P(t)；根据下述光声信号频域表达方程式中光声信号主频与粘滞系数的关系，得到待定常数α的数值；$P\left(t\right)=\frac{{\mathrm{\Gamma I}}_0}{{\mathrm{ac}}_{s1}\sqrt{4-a^2{l_{v1}}^2}}{e}^{-a^2{c}_{s1}{l}_{v1}t}\sin \left(2{\mathrm{ac}}_{s1}\sqrt{1-a^2{(l_{v1}/2)}^2}t\right)*[A\left(x\right)\frac{\partial }{\partial t}f\left(t\right)-c_{s1}{l}_{v1}f\left(t\right)\frac{{\partial }^2}{{\partial x}^2}A\left(x\right)]$其中，Γ为格留乃森参数，I₀为正比于光能量密度的因子，A(x)为样品位置x处能量沉积，为高斯脉冲激光函数表达式，c_s1为液体样品中超声传播速度，τ为激光脉冲宽度，l_v1＝ξ₁/ρ₁c_s1为液体样品的粘滞长度，ρ₁为液体样品的密度；(3)将待测液体置于容器中，将与步骤(1)相同的所述脉冲激光聚焦后辐照在待测液体上，激发光声信号；(4)利用超声探测器接收待测液体的光声信号，将光声信号经信号放大器放大后进行数据采集记录；(5)用Matlab处理记录的光声信号，对记录的光声信号进行傅里叶变换，提取光声信号的主频ω_n，根据k₁＝ω₁/c_s1，k_n＝ω_n/c_sn和lv_n²＝lv₁²+(k₁²-k_n²)/a⁴，得到待测液体的粘滞长度l_vn，所述c_sn为待测液体中超声传播速度；然后根据ξ_n＝l_vnρ_nc_sn，得到待测液体的实际粘滞系数ξ_n，所述ρ_n为待测液体的密度。