Устройство для определения характеристических величин оптической анизотропии
1. УСТРОЙСТВО. ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН ОПТИЧЕСКОЙ АНИЗОТРОПИИ, содержащее источник линейно-поляризованного света, модулятор, установленный перед держателем исследуемой модели и соедииенньй с блоком опорного .сигнала, фотоприемники, соединенные с анализатором, и измерительный блок, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности измерения, блок опорного сигнала состоит из датчиков, размещенных на диске, приемника и формирователя опорных сигналов прямоугольной формы, соединенного с измерителем временных интервалов, причем датчики блока опорного сигнала выполнены в виде постоянных стержневых магнитов , размещенных через угол F/4 по внешней окружности диска так, что один из магнитов жестко закреплен и ориентирован к внешней окружности диска противоположньм полюсом по отношению к остальным одинаково ориентированным магнитам, которые установлены с возможностью смещения по внешней окружности диска на угол ±
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (19) (11) 4у11 G 01 J 4/04
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР по делдм изОБРетений и ОтнРытий
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ
К ABTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3351080/24-25 (22) 29, 10. 81 (46) 23.05.85.8юл. N 19 (72) P.À.Åëèñòðàòîâ и А.П.Гузеев (53) 535.411(088.8) (56) 1. Lagarde А. et аl. Determi
nation 4е ia bire pouvoir rotatoire equivalents an au milieu epais. Appl!cation a la photoelasticimeric. "Cr. Аса4. Sci" 1976, 11 - 5, с.282. 2. Авторское свидетельство СССР У 817491 кл. G Оl.х 4/00, 1981 (прототип). (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО.ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН ОПТИЧЕСКОЙ АНИЗОТРОПИИ, содержащее источник линейно-поляризованного света, модулятор, установленный перед держателем исследуемой модели и соединенный с блоком опорного .сигнала, фотоприемники, соединенные с анализатором, и измерительный блок, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, блок опорного сигнала состоит из датчиков, размещенных на диске, приемника и формирователя опорных сигналов прямоугольной формы, соединенного с измерителем временных интервалов, причем датчики блока опорного сигнала выполнены в виде постоянных стержневых магнитов, размещенных через угол «/4 по внешней окружности диска так, что один из магнитов жестко закреплен и ориентирован к внешней окружности диска противоположным полюсом по отношению к остальным одинаково ориентированным магнитам, которые установлены с возможностью смещения по внешней окружности диска на угол +(1-2 ), .при этом диск выполнен иэ немагнитного материала с отверстием в центре, в котором размещен модулятор, а приемник блока опорного сигнала выполнен в виде катушки с заземленной средней точкой на ферритовом сердечнике, расположенной вблизи внешней окружности диска так, что плоскости витков катушки перпендикулярны плоскости диска, а ось катушки проходит через центр диска. 11 2 .. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что формирователь опорного сигнала прямоугольной формы содержит две пороговые схемы, входы которых соединены с выходами приемника, а выходы соединены с входами двух дифференцирующих цепей и первыми входами двухвходовых элементов И, вторые входы которых соединены перекрестно с выходами дифференцирующих цепей, а выходы элементов И соединены с входами счетчика, выходы триггеров которого подключены к входам дешифратора, 5736б причем прямые выходы триггеров младших разрядов счетчика являются выходами блока опорного сигнала, а выход триггера старшего разряда и выходы дешифратора соединены с измерителем временных интервалов, при этом вход "Установка 1" счетчика соединен с выходом элемента И, формирующего импульс от жестко закрепленного магнита, а счетный вход счетчика соединен с выходом элемента И, формирующего импульсы от остальных магнитов, а счетчик выполнен по схеме вычитания. Изобретение относится к технической физике и может быть использовано для исследования напряженного состояния моделей в рассеянном свете. Известны устройства для исследования оптической анизотропии веществ, содержащие источник света, вращающийся поляризатор, пластинку с разностью хода в 1/4 длины волны, фотоприемники и анализатор 1.1J. Однако данное устройство не позволяет получить одновременную информацию о характеристических величинах, так как при вращении поляризатора осуществляется только амплитудная модуляция ортогональных составляющих электрического вектора световой волны. Известно устройство для определения характеристических величин оптической анизотропии, содержащее источ"20 ник линейно поляризованного света, модулятор, выполненный в виде фазо» задерживающей пластинки с наведенной разностью фаз не кратной, установленной перед держателем исследуемой модели с возможностью вращения в плоскости, перпендикулярной проходящим лучам, блок опорного сигнала, .соединенный с модулятором, фотоприем" ники с анализатором,и измерительный 30 блок (2 ). Недостатком известного устройства является низкая точность определения характеристических величин, так как для измерения фаз отдельных гармоник сигналов, полученных с фотоприемников 2 применяется фазовый детектор, который не различает знака фазы и выходное напряжение которого зависит от амплитуд входных напряжений. Цель изобретения - повышение точности измерения характеристических величин путем более точного измерения фаз отдельных гармоник. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для определения характеристических величин оптической аниэотропии, содержащем источник линейно-поляризованного света, модулятор, установленный перед держателем исследуемой модели и соединенный с блоком опорного сигнала, фотоприемники, соединенные с анализатором, и измерительный блок, блок опорного сигнала выполнен из датчиков, размещенных на диске, приемника и формирователя опорных сигналов прямоугольной формы, соединенного с измерителем временных интервалов, причем датчики блока опорного сигнала выполнены в виде постоянных стержневых магнитов, размещенных через угол Р/4 по внешней окружности диска так, что один из магнитов жестко закреплен и ориентирован к внешней окружности диска противоположным полюсом по отношению к остальным одинаково ориентированным магнитам, которые установлены с возможностью смещения б по внешней окружности диска под угол +(1-2 ), при этом диск выполнен 1157 из,немагнитного материала с отверстием в центре, в котором размещен модулятор, а приемник блока опорного сигнала выполнен в виде катушки с заземленной средней точкой на 5 ферритовом сердечнике, расположенной вблизи внешней окружности диска так, что плоскости витков катушки перпендикулярны плоскости диска, а ось катушки проходит через центр 10 диска. При этом формирователь опорного сигнала прямоугольной формы содержит две пороговые схемы, входы которых соединены с выходами прием- 15 ника, а выходы соединены с входами двух дифференцирующих цепей и первыми входами двухвходовых элементов И, вторые входы которых соединены перекрестка с выходами диффе- 20 ренцирующих цепей, а выходы элементов И соединены с входами счет чика, выходы триггеров которого подключены к входам дешифратора, причем прямые выходы триггеров 25 младших разрядов счетчика являются выходами блока опорного сигнала, а выход триггера старшего разряда и выходы дешифратора соединены с измерителем временных интервалов, при этом вход "Установка 1" счетчика соединен с выходам элемента И, формирующего импульс от жестко закрепленного магнита, а счетный вход счетчика соединен с выходом 35 элемента И, формирующего импульсы от остальных магнитов, причем счетчик выполнен по схеме вычитания. На фиг.1 представлена блок-схема устройства для определения характеристических величин оптической анизотропии: на фиг.2 — диск с датчиками и приемник опорного сигнапа; на фиг 3 — блок-схема формирователя опорных сигналов; на фиг.4 — временные диаграммы работы формирователя опорных сигналов прямоугольной формы. Устройство содержит источник линейно-поляризованного света 1 модулятор 2, фотоприемники 3 и 4, ана- 50 лизатор 5, измерительный блок, состоящий из вольтметра 6 и фаэометра 7, исследуемую модель 8 и блок 9 опорного сигнала, состоящий из жестко закрепленного датчика 10 и подвижных 55 датчиков 11-17, размещенных по внешней окружности диска 18, в центральном отверстии 19 которого размещен 366 модулятор 2, приемника 20, представляющего собой катушку с заземленной средней точкой на ферритавом сердечнике, соединенного с пороговыми схемами 21 и 22, выходы которых соединены с входами дифференцирующих цепей 23 и 24 и первыми входами двухвходовых элементов И 25 и 26, вторые входы которых соединены перекрестка с .выходами дифференцирующих цепей 23 и 24 ° Выходы элементов И 25 и 26 соединены со счетным . и установочным входами счетчика 27, выходы которого соединены с входами дешифратора 28, выходы последнего вместе с прямым выходом триггера старшего разряда счетчика 27 подключены к измерителю 29 временных интервалов. Прямые выходы триггеров младших разрядрв счетчика 27 являются выходом блока 9 опорного сигнала. Устройство работает следующим образом. Линейно-поляризованный свет от источника 1 пропускают сквозь модулятор 2, вращающийся совместно с диском 18 с постоянной угловой скоростью и>. Модулированный свет просвечивает модель 8 и фотоприемники 3 и 4 регистрируют интенсивность рассеянного моделью света.. Электрические сигналы с приемников 3 и 4 имеют вид соответственно V =Ч +Я 5ihl2 4+ii 1+А sin (4ю1+ 9 I А 0А 2А (2A) ФА (4А / ЧВ=Vo Я В1П(2 а ге}+ адье (4ы +44в) где V — постоянные составляющие сиги а1 Azэ А Ф вЂ” плитУды втоРой и четвертой гармоник;, М4 фазавые сдвиги второй и четвертой гармоник относительно соответствующих опорных сигналов; ы - угловая частота вращения диска 18; время, С выхода анализатора 5, состоящего из узкополосных фильтров второй и четвертой гармоник, получаем электрические сигналы вида V K А Ып(2и 1+ 22А+ 2} 2А 2 2А Ч =K А 51>(4+ + 4 +8 } 4А 4 4А М = К A sin(zu)4+ V +cL } 2В 2 2В 2В Ч = К4А з (4ы1+М +а ), где K, K+ - коэффициенты усиления; 1157366 6 ги тельно датчика ll, датчик 13 отночет- сительно датчика 12 и т.д. После юстировки подвижных датчиков 11-17 импульсы (фиг.4м, у) становятся равными Т/8, а с выхода блока а 5 9 опорного сигнала снимаются прямоугольные колебания в виде меандра д (фиг.4и, к ), которые используются в качестве опорных для измерения фаз сигналов с узкополосных фильтров анализатора 5 при помощи стандартного фазометра 7. Ферритовый сердечник приемника 20 служит для увеличения амплитуды 15 импульсов (фиг.4а, б) и способствув ет более четкому срабатыванию пороговых устройств 21 и 22. Из показаний вольтметра 6 получаются амплитуды сигналов с фотоприемников 20 3 и 4 Вольтметр 6 измеряет действующие значения сигналов анализатор в виде Ч, „= КР,А/)2, V„= К4A,,„ 28 г 28 Одновременно при вращении дис 18 с закрепленными на нем датчик 10-17 приемник 20 генерирует двух лярные остроконечные импульсы (фиг„4а, б ), которые преобразуют пороговыми устройствами 21 и 22 однополярные прямоугольные импул сы (фиг.4 в, г), совпадающие по времени с положительными импульс ми с приемника 20. Дифференцирую щие цепи 23 и 24 выделяют передние фронты импульсов с пороговых устройств 21 и 22 в виде коротких положительных импульсов (фиг.4 д, е), Элемент И 25 выделяет импульсы (фиг. 4 з ), наведенные датчиками 11-17, которые подаются на счетный вход, счетчика 27, Элемент И 26 выделяет импульсы (фиг.4 ж ), наведенные датчиком 10, которые подаются ЗО на вход "Установка 1" счетчика 27. Триггеры счетчика 27, который выполнен по схеме вычитания, импульсами фиг.4 ж ставятся в единичное состояние, а импульсами фиг.4 з последовательно переключаются. В результате на прямых выходах триггеров младших разрядов счетчика 27 образуются прямоугольные колебания с частотой 2м и 4ы (фиг.4 к, и ). Сигналы со счетчика 27 подаются на дешифратор 28, с выходов которого снимается восемь последовательностей импульсов (фиг.4 м, у ), служащих для юстировки блока 9 опорного сигнала. Юстировка осуществляется посредством измерителя 29 временных интервалов. Для этого первоначально измеряется период вращения дис2 ка 18 Т:.— (фиг. 4л ), затем V„ r2 Чгд Гг А А гд К 4А М, в W2 28 К 1 46 К4 У+в 2 5 с г, 4 - вносимые фазовые сдви узкополосных фильтров второй и вертой гармоник анализатора 5. Из показаний фазометра 7 получаются значения фаэ 2А 2А 2 4А 4Я м =ч - v =г 28 ф 2 48 48 4 где 92А, 28, У4» /48 — показания фазометра 7. Зная Агд ° А4д А, А4» 2дф ад ф YZ8 У48 определяем характеристические величины оптической аниэотропии по формулам 4Д 48 48 о4Д А = <И.ССОЗ A в а. . arcing юо Ы4А Ьгв а48 1о 2А 0 о 1 с 48 д 4А Ь с о4- о+ о 48 А «>8 где и — характеристическая разность фаз; 1. — характеристическое направление на входе в модель; - угол ротации (угол между первичным и вторичным характеристическими направлениями ). измеряется длительность импульса, сформированного жестко закрепленным датчиком 10 и датчиком ll (фиг.4м ), и смещением датчика 11 в пределах .+(1-2 ) выставляется длительность импульса равная Т/8. Далее смещают датчик 12 относи-2д 2А 2А 4А 4А 4д ) =А ging SS 4Д 44A coS 28 A28 сое 428 и 48 44881п 48, Ь48= А48 сов 48, здесь d - разность фаз, наведенная фазозадерживающей пластинкой (модулятором ). 1157366 Выполнение в предлагаемом устройстве блока опорного сигнала, формирующего прямоугольные колебания, позволяет повысить точность определния характеристических величин путем бо" лее точного измерения фаз отдельных гармоник посредством стандартного фазометра, который реагирует на знак фазы и имеет высокую стабиль10 ность показаний в зависимости от соотношения -амплитуд входного и опорного сигналов. Фиг. 2 1157366 Составитель Л. Гойхман Редактор А.Шандор Техред И.Асталош Корректор р.Áèëàê Заказ 3328/38 Тираж 897 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, .Ж-35, Раушская наб., д.4/5 Филиал ППП."Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная,4
