基于单光子探测技术的超声空化检测方法研究

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1、令辞蠓省桌大彥硕士学位论文基于单光子採测技求的超声全化论文题目拾测方法研允杨义作者姓名控喇科学与工程学科专业尤畔耐宄员王换欢到耐宄员导师姓名二〇一五年五月完成时间十豳科嗲技术大營硕士学位论文基于单光子探测技术的超声空化检测方法研究作者姓名：杨义新学科专业：控制科学与工程导师姓名：尤晖研究员王焕钦副研宄员完成时间二〇一五年五月一日UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationformaster'sdegreeResearchonMethodofUltrasonicCavitationDetectionBasedontheSinglePh

2、otonDetectionTechnologyAuthor’：：中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研宄工作所取得的成果。除己特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研宄成果。与我一同工作的同志对本研宄所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：签字日期：中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有关数据库进行检索，可以采用影印

3、、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。幵□保密（年）作者签名：如义外导师签名签字日期：签字日期：、摘要摘要超声空化是指在超声波的作用下，液体中的微气泡发生振动，并生长、崩溃的一系列动力学过程。该过程将在局部产生巨大瞬时压力（上百兆帕）和高温以上），并产生高速的微射流以及强烈的冲击波。目前，空化过程产生的高温、高压环境使超声空化在生活服务业、化工、材料学、环境科学以及医学等诸多领域有着广泛的应用。然而，超声空化受到很多复杂因素的影响，加之它的应用历史也不长，因而在各领域中时而有利、时而有弊、时而利弊相当。为

4、此，对超声空化强度的定量检测就显得非常重要，因为它事关应用的安全和有效。目前的超声空化强度测量一般釆取一系列物理和化学的方法，如时差法、空化噪声测量法、水听器测量法、金属箔膜检测、医学图像检测、碘释放法、电导率法、对苯二甲酸荧光法、电子自旋共振（技术检测以及染色法等。这些方法或存在难以快速检测、或存在难以实现特定区域测量、或存在需要接触式测量而影响被测液体等问题。因此，需要研发一种非接触式可实现区域检测的定量快速检测方法。本文对超声空化的光电检测方法进行了研宄，主要的研宄内容包括如下几个方面：基于单光子探测技术的超声空化检测模型的建立。根据超声空化的基本机理，超声空化的检测可以通过检测超声空

5、化气泡来实现，其强度可以利用单位体积被测液体中空化气泡数量，即空化气泡数浓度来表征。通过光散射理论尤其是散射理论为学习，本文提出了利用光散射原理定量测量超声空化泡散射光强的方法实现空化气泡数浓度的定量测量。通过单光子探测技术的研宄，本文寻找到了一种微弱散射光的定量测量手段。结合所述超声空化的机理、光散射原理以及单光子探测的基本理论，本文建立了超声空化检测模型，并利用该模型对检测方法的性能（精度、稳定性、线性度）进行了分析，为下一步超声空化检测装置的研制以及超声空化检测实验的进行提供了理论依据。基于单光子探测技术的超声空化检测装置的研制。本文根据所建立的超声空化检测模型，研制了两套超声空化测量

6、装置，即基于稳态光子计数（的超声空化检测装置与基于时间相关的单光子计数（的超声空化检测装置。主要研制了其中的若干关键模块，如光源模块、光路结构、时间测量模块以及数据处理与控制模块。为了加深对技术的理解本文改进了基于超声空化检测装置的光路结构以及后续的数据处理算法，实现了较高精度的激光测距功能，验证了测量装置的可靠性。该部分工作为下一步的超声空化检测实验摘要提供了设备基础。基于单光子探测技术的超声空化检测实验。在超声空化检测模型建立以及超声空化检测装置研制的基础上，本文进行了超声空化检测实验。首先利用一种稳定的微小颗粒物悬浮液福尔马肼溶液进行了模拟测量实验，探索了两种装置的性能，对比两种装置的

7、测量效果，分析它们的优缺点，选择了一种更适于超声空化检测的测量装置。在此基础上，利用基于的超声空化检测装置完成了不同粘度液体、不同超声强度下的液体以及样品池中不同区域的超声空化的初步检测，并分析了现有实验的不足，为未来的工作提出了新的目标。关键词：空化检测空化气泡单光子探测光散射时间相关的单光子计数技术AbstractAbstractTheultrasoniccavitationisakindofdynami