超声波信号在水中的传输状态

超声波是一种波长极短的机械波，不仅具备方向性好、传播距离远的特点，还凭借其易被探测及超强穿透力（如可穿透非透明材料）的优势广泛用于超声波探伤、测厚、测距、遥控和超声成像技术开发等诸多领域。超声学是一门专注研究超声波产生、传播、接收，以及各类超声效应和应用的声学分支。通过探究超声波的传输特性和物质对超声波的吸收规律，科研学者可进一步拓展超声波在超声探测和超声成像等领域的应用。

本实验采用中智科仪逐光IsCMOS像增强相机对超声波信号在水中的传输状态进行拍摄。超声装置产生的超声波信号进入水池，激光从垂直方向上照射水池，借助相机外触发同步功能以及纳秒级快门控制和延迟，IsCMOS相机可捕获超声波信号在水中传输的状态。

测试设备：

中智科仪逐光IsCMOS像增强相机，型号：TRC411-S-S20-U。

测试流程：

图1、实验光路原理图

测试搭建的实验光路原理图如图1所示，具体实验步骤如下：

1、在光路中放置蓄满水的水池，将超声装置垂直安装于水池上方使超声波呈现向下传输的状态。

2、将520nm的照明激光经过扩束准直后照射于水池侧面，调整IsCMOS相机位置使激光光束透过水池后正对于相机探测面中心。

3、调节照明激光的功率，保证合适的照明激光强度。IsCMOS相机工作为内触发模式，将相机的触发输出端口连接到超声波装置的触发输入端口，以1Hz的频率进行拍摄。实操时进一步优化相机增益、门控时间宽度和曝光时间，获得不同相机参数下的超声波信号图像。

以下是逐光IsCMOS像增强相机在不同增益，不同门控时间宽度的参数下所拍摄到的水中超声波信号图像。

图2、增益3000；门宽100ns

图3、增益3000；门宽50ns

图2、图3分别是相机增益值为3000时，门宽分别为100ns和50ns时的超声信号照片。数据表明，门宽由100ns降为50ns时，图像质量有明显提升。

图4、增益3000；门宽50ns；累加10张，Zero noise模式

图4是相机在增益值为3000，门宽50ns时，启动Zero noise模式，并累加10张后获得的超声信号。数据表明，较图3而言，启动Zero noise模式后，图像的质量有明显提升。

上述结果表明，利用中智科仪逐光IsCMOS像增强相机的内触发功能来触发超声波发射装置，利用520nm激光进行照明，通过调节相机增益、曝光时间及门控时间可以对水中的超声信号清晰成像。累加模式和Zero noise模式可以进一步提高信噪比，优化成像质量。

中智科仪逐光IsCMOS像增强相机在触发外部设备工作的同时可进行超窄门宽的快门控制，触发抖动小于35ps，延迟精度可达10ps量级，超窄门宽满足高时间分辨成像拍摄。独特的Burst累加功能、多帧累加功能和Zero noise功能，可以进一步提高成像质量。中智科仪逐光IsCMOS像增强相机在保证高灵敏度，分辨率的同时，功能设计灵活，丰富，紧密贴合实验研究需要，已然成为超声波传输特性研究的优选方案。