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.     

基于激光衍射的液体物性参数测量实验装置研制

液体毛细波的波矢和振幅反映了液体的表面张力以及粘滞特性,将表面波等效为反射型光栅,其波矢和振幅可通过一束激光的衍射信号测得,从而得到液体的表面张力系数和粘滞系数。基于此原理,文中搭建了光学测量液体表面张力系数和粘滞系数的实验教学装置。装置通过引入频率可调的机械振子以及PID(proportion integral differential)温控模块,实现了变参数测量;对衍射光斑信号使用了边缘探测和类“质心”算法以确定光斑的中心位置和光斑强度,测量了不同温度的水以及不同浓度的酒精的表面张力系数和粘滞系数,验证了实验装置的精确性,表明该装置适合于实验教学推广。     

飞机燃油管道中的润湿阻力及其光学测量

文中建立一种激光测量燃油管道润湿阻力的方法及实验装置。得到了小流管条件下润湿阻力大小的解析表达式,即液体表面斜率与反射亮场及入射光通光半径之间的解析关系。根据弯曲液体表面光反射原理及光电自动检测原理,建立了润湿阻力的激光测量实验装置。依据激光反射图样光斑大小可以测出液面的斜率和液面与管壁的接触角。再根据润湿阻力的解析式,得到了润湿阻力大小。实验上,观察到特殊的弯曲液体表面激光反射图样,该图样为圆形光斑,具有明显的干涉圆环。圆形光斑的大小不仅与入射光通光半径有关,而且与表面的弯曲度有关。理论上润湿阻力的大小与液体的表面张力成正比,与接触角的余弦值成正比。本装置具有无损和自动化特点。     

激光衍射法测量液体粘滞系数

对频率为几百赫兹的低频液体表面波,当激光束照射在表面波上,可以产生清晰的光衍射效应.基于这种低频液体表面波的光衍射效应,提出了一种测量液体粘滞系数的光学方法.理论上导出了粘滞系数与表面波衰减系数和表面波波矢量之间的解析关系,进一步给出表面波衰减系数和波矢量与衍射图样的关系;实验上给出了测量装置,观察到高清晰稳定的液体表面波衍射条纹,衍射图样随表面波传播距离的变化,衍射条纹强度随表面波传播距离的变化,得到了表面波衰减曲线,最后测得水的粘滞系数为(0.746±0.0195)×10-3N*m/s2,与传统的毛细管法相比,本方法具有实时、无损、非接触的优点.     

激光在测定液体表面张力系数及折射率中的应用

实验发现 :激光束照射在振动的液面上 ,表面波对入射光可产生衍射 ;用扩束后的激光束入射在插入细针的液面区 ,其反射光场中心分布近似为一暗椭圆形。以上两种实验现象机理 ,可用于液体表面张力系数的测定。激光经小孔透射样品池中的液体介质 ,在液体上表面发生遮光效应 ,根据其机理 ,建立了一种测量液体折射率的新方法     

光衍射法测量低频液体表面波衰减系数

为了对低频液体表面波的衰减系数进行测量,利用液体表面波的光衍射方法,得到了稳定、清晰的衍射图样,并发现了衍射条纹强度分布与光斑入射点位置有关。对此进行了理论分析,得到了衍射条纹强度分布与液体表面波振幅之间的解析关系式以及表面波振幅随距离变化的实验数据。结果表明,可以根据衍射条纹的强度分布来测量液体表面波的衰减系数,与经典流体力学理论相比较,符合较好。这一结果对测量液体的物理参量是有帮助的。     

激光衍射法测量表面波的衰减系数与频率的关系

对于频率为几百赫兹的液体表面波,实验上观察到稳定、清晰、反衬度非常高的衍射图样.理论上得到了衍射条纹间距、表面波波矢量与衰减系数之间的解析关系,并建立了表面波衰减特性的检测方法和实验装置.观察到表面波的衰减效应及衰减系数的色散效应,结果表明衰减系数随频率几乎成线性关系,与理论值吻合.     

低频液体表面波的光衍射及衰减特性的研究

为了研究液体表面波的衰减特性,采用激光衍射法,对液体表面波的振幅和传播距离之间的关系进行了实验取证和理论分析.实验结果表明,液体表面波的振幅随传播距离的增大而按指数型规律减小,并具有明显的色散效应,衰减系数液体表面波的随频率线性增大.这一结果对液体表面波的检测和应用是有价值的.     

激光探测表面波信息

实验上建立了测量液体表面波振幅的激光检测系统。实验中CCD每隔0．0625s采集一次图样。利用计算机软件扫描、分析采集到的图样,求出了液体表面波的振幅。对于一定深度的液体,研究了液体表面波上升时的动态过程,结果表明,表面波上升过程中其振幅随时间呈指数规律增大,计算得到上升系数。     

低频液体表面声波的光衍射效应研究

实验上采用频率为200Hz左右的低频液体表面波,其表面波波长约为2mm,观察到了清晰、稳定的衍射图样.并发现入射光掠入射时,其衍射图样非对称分布.理论上采用傅里叶光学的方法,得到了衍射光强度分布的解析表达式,根据这一表达式和实验上得到的衍射图样,可以得到表面波波长的实验测量值.提出了等效光栅常数的概念,等效光栅常数与表面波波长和入射方式有关.只要等效光栅常数与入射光波波长量级接近就可观察到衍射现象.理论上分析了衍射条纹对称性.光斜入射时,衍射条纹相对零级纹呈非对称分布,且随着入射角的增大,非对称分布的程度越大.     

低频液体表面波的激光干涉测量

对于频率为几十赫兹的液体表面声波,提出了一种激光干涉测量方法,并在实验上观察到了反射光所形成的稳定的、清晰的调制干涉图样,干涉图样被限制在一定的空间区域内,其强度分别在两边界位置达到极大,形成了两个极亮点.理论上导出了调制干涉图样光强度、干涉条纹角宽度、干涉区域角宽度与表面声波之间的解析关系,并与实验数据进行了对比.基于这一发现,建立起一种适应测量低频表面声波特性及表面张力的实用方法.     

激光衍射法测量液体薄膜厚度的研究

为了测量厚度小于0.5mm不溶性液体薄膜的厚度,采用激光衍射法验证了液体薄膜的色散关系,并根据其机理,建立起一种实时、非接触的测量不溶性液体薄膜厚度的方法,测得了薄膜的厚度。结果表明,实验值与理论十分吻合。     

Laser diffraction from capillary waves on liquid film surfaces

A simple experiment for laser diffraction of capillary waves on liquid film surface (LFS) is realized. Steady and visible diffraction patterns are obtained. The dispersion relation of capillary waves on LFS is verified by laser diffraction. In particular, both the relation between the wave number and the film thickness at a fixed angular frequency and the relation between the angular frequency and the wave number at a fixed film thickness are investigated. The theoretical and experimental results are in good agreement.     

低频液体表面波衍射条纹的不对称性

为了对低频液体表面波衍射条纹强度及位置进行分析,用低频信号发生器驱动振子,产生稳定的液体表面波,一束激光照射液面,表面波对光形成了位相型光栅,产生了清晰的衍射图样.过中心沿水平方向对衍射图样进行线性扫描,得到了衍射条纹强度随位置的变化曲线及各级衍射条纹的中心位置及强度值,发现了衍射条纹强度及位置具有明显的不对称分布.理论上给出了衍射条纹强度与表面波之间的关系,并且对衍射条纹位置的近似条件及半角宽度进行分析,分别解释了在斜入射的情况下衍射条纹位置及强度的不对称分布.理论上推导出在垂直入射的情况下,衍射条纹的位置及强度是对称分布的.理论与实验结果比较吻合.     

生物医学表面信息检测新方法研究

本文在血液等液体的表面上，激振出了一维表面波光栅，当激光束照射时，形成一列线阵分布的衍射光斑，它包含了生物表面特性的光信息，用电荷耦合器件等光电系统采集光信息与处理数据，从而为定量地表征生物表面信息，开创了新的研究途径。     

CCD倾斜角度对激光衍射对刀精度的影响

激光衍射对刀是通过检测两个一级衍射条纹峰值点的间距来进行对刀间隙测量的一种方法。测量过程中众多工艺参数的调整会对测量结果的精度产生重要影响。由于CCD装夹误差的存在,CCD像面实际安装位置相对于系统理想光轴法平面不可避免地会发生倾斜,倾斜量的存在会导致检测结果不准确。为了研究CCD倾斜角度对衍射对刀精度的影响,建立了含有CCD倾斜角度的激光衍射光强模型和一级次极大峰值点间距误差计算模型,并提出了基于一级次极大峰值点间距的角度校正方法。通过实验确定了CCD像面最佳倾斜角度的工艺调整范围,为有效提高激光衍射对刀的精度提供了依据。     

Surface tension measurements of the Bi-Sn and Sn-Bi-Ag liquid alloys

The maximum bubble pressure method has been used to measure the surface tension of pure Bi, surface tension and density of liquid binary Bi-Sn alloys (X_Bi = 0.2, 0.4, 0.6, and 0.8 molar fractions) at the temperature range from about 500 K to 1150 K. Similarly, there were investigated ternary alloys adding to the eutectic (3.8/at.%Ag-Sn) 0.03, 0.06, 0.09, and 0.12 molar fractions of Bi. The linear dependencies of densities and surface tensions on temperature were observed and they were described by straight-line equation. It has been confirmed that the additions of Bi to liquid Sn and to the eutectic alloy (3.8at.%Ag-Sn) markedly reduce the surface tension. Experimental data of the surface tension of liquid Bi-Sn were compared with modeling based on Butler’s method and a reasonable agreement was observed.