液体表面具有特殊的性质,要获得这些特性的信息,就需要建立测量液体表面参数的手段。光学方法作为探测物质性质的重要手段,多年来一直受到人们的重视。在液体表面性质的测量方法中,光学测量法具有无损、实时和智能化特点,有很高的测量精度和可操作性。本文运用非接触式光学测量手段,研究液体低频表面波特性,发现了干涉一衍射调制效应,并得到了光强分布与液体表面波的解析关系。利用这种干涉一衍射调制效应,进一步液体表面张力、表面波振幅、波长、频率、波速等物理特性。其次针对几赫兹的低频表面波,根据光学三维面形测量,提出运用傅立叶变换轮廓法,结合数字图像处理技术,对几赫兹以下的液体表面波的各参数进行测量。 本文研究的主要内容和结论如下: 1 对于频率为几十赫兹的液体表面声波(surface acoustic waves,SAW),观察到反射光所形成的稳定、清晰的激光干涉图样。改变表面声波振幅,进一步发现了干涉图样的衍射调制效应。调制效应明显地表现为干涉条纹的缺级,并且随表面声波振幅变化。依据波动光学原理,分析了衍射调制作用下光束干涉所产生的光强解析分布及条纹特征,得到了条纹角宽度与表面声波之间的解析关系,并据此对表面声波的特性参数波长和振幅及各级条纹相对光强分布规律进行了测定,实验结果与理论分析十分吻合。 2 以上述理论为基础,本文建立了一种新的低频液体表面波频率的测量方法,同时对表面波波速与波长之间的关系进行了实验研究。测定由未知扰动引起的液体表面波振动频率,取液体样品,在低频信号发生器及振子激励下,测出已知频率表面波的波长,根据色散关系,求出液体样品的表面张力;再测出由未知扰动引起的液体表面波波长,根据色散关系求出待测表面波频率。如果准确知道表面波周期及波长,就能实现表面波波速的测量,实验上对各频率液体表面波的传播速度进行了测量,拟合数据对波速和波长之间的关系进行了研究。 3 用傅立叶变换轮廓法(Fourier transform profilometry,FTP),对表面波三维面形的测量理论进行了研究。将傅立叶变换轮廓法运用到动态液体面形测量,将一组正弦条纹投影在动态表面波波面上,表面波波面引起正弦条纹变形,然后用CCD快速获取这些变形条纹,并输入计算机,再经过傅立叶变换、频谱滤波、逆傅立叶变换、三维相位展开等处理后得到重建液体表面波面形。这种方法