Способ определения деформаций объекта и устройство для его осуществления (его варианты)

 

Изобретение относится к области экспериментальных методов исследования деформаций в деталях машин и элементах конструкций. Оно позволяет повысить точность и расширить пределы определения деформац.ий. Для этого в способе одновременно с первым пучком сканируют совмещенную спекл-фотографию вторым, параллельным первому , узким пучком когерентного света, плоскость поляризации которого перпендикулярна плоскости поляризации первого пучка, оба пучка совмещают, регистрируют муаровую картину, по которой определяют деформацию объекта . Способ реализуется двумя устройствами . В первом толстые плоскопараллельные пластины выполнены каждая в виде сосуда с плоскими стенками, первая из которых полупрозрачна, а вторая имеет зеркальную отражающую внутреннюю поверхность, и в котором помещена прозрачная жидкость, имеющая показатель преломления, равный по величине показателю преломления материала первой полупрозрачной стенки . Во втором устройстве толстые плоскопараллельные пластины установлены с возможностью синхронного вращения вокруг общей оси, каждая из них выполнена в виде двух соединенных клиньев, каждьй из которых изготовлен из одноосного кристалла. 3 с.п.ф-лы, 2 ил.. с е (Л ю iib Од 4ib QD

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (58 4 С 01 В 11 16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А ВТОРСКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 3596885/25-28 (22) 24.05.83 (46) 30.07.86. Бюл. № 28 (71) Куйбышевский государственный университет (72) M.Н.Осипов, Г.И.Быковцев, А.Г.Левин и Л.А.Осипова (53) 772.92:620.17(088.8) (56) Журнал технической физики. т.37, 1967, с. 360.

Материалы IX Всесоюзной школы по голографии. Л., 1977, с. 248-249.

Ландсберг Г.С., Оптика, М., 1976, с. 133. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ

ОБЪЕКТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (ЕГО ВАРИАНТЫ) (57) Изобретение относится к области экспериментальных методов исследования деформаций в деталях машин и элементах конструкций. Оно позволяет повысить точность и расширить преде- лы определения деформаций. Для этого в способе одновременно с первым пучком сканируют совмещенную спекл-фо„„Я0„„1247649 А 1 тографию вторым, параллельным первому, узким пучком когерентного света, плоскость поляризации которого перпендикулярна плоскости поляризации первого пучка, оба пучка совмещают, регистрируют муаровую картину, по которой определяют деформацию объекта. Способ реализуется двумя устройствами. В первом толстые плоскопараллельные пластины выполнены каждая в виде сосуда с плоскими стенками, первая из которых полупрозрачна, а вторая имеет зеркальную отражающую внутреннюю поверхность, и в котором помещена прозрачная жидкость, имеющая показатель преломления, равный по величине показателю преломления материала первой полупрозрачной стенки. Во втором устройстве толстые плоскопараллельные пластины установлены с возможностью синхронного вращения вокруг общей оси, каждая из них выполнена в виде двух соединенных клиньев, каждый из которых изготовлен из одноосного кристалла.

3 с.п.ф-лы, 2 ил.

1247649

Изобретение относится к экспериментальным методам исследования деформаций в деталях машин и элементах конструкций.

Цель изобретения — повьппение точности и расширение пределов определения деформации за счет увеличения ширины полосы муаровой картины, повьппения -контрастности полос, введения подвижной:.бузы измерения.

На .фиг. 1 и 2 приведены схемы устройств для реалИэации способа (варианты).

Устройство по первому варианту (фиг. 1) содержит источник 1 когерентного излучения — лазер, две тол.стые плоскопараллельные пластины, выполненные в виде сосудов 2 и 3 с первыми полупрозрачными стенками 4 и 5 и заполненные прозрачной жидкостью 6 с показателем преломления, равным по величине показателю преломления первых полупрозрачных стенок 4 и 5, вторые юстировочные зеркальные стенки 7 и 8, расположенные внутри сосудов 2 и 3, параллельно первым полупрозрачным граням 4 и 5, регулировочные микровинты 9 и 10, поляризационное приспособление 11, поворачивающее плоскость поляриза-. ции в пучке света на 90 относительно второго пучка, компенсатор 12 разности оптических путей, выравнивающий оптические пути между двумя пучками (расположенными на расстоянии q друг от друга), фотопластинку

13 с зарегистрированной совмещенной спекл-фотографией и экран 14 наблюдения и считывания информации.

Оптический способ определения деформации объекта реализуют на первой оптической схеме (фиг.1) следующим образом, Объект освещают когерентным светом, регистрируют спекл-фотографию объекта до и после его деформирования на одну фотопластинку 13, сканируют полученную совмещенную спеклфотографию первым узким пучком когерентного света, который образуется после падения пучка света из источника 1 когерентного излучения под углом 45 на полупрозрачную стенку

4. При этом часть излучения отражается, образуя первый пучок света, кюторый сканирует фотопластинку 13 с совмещенной спекл-фотографией.

Другая часть излучения преломляется на стенке 4 и отражается от юстировочной зеркальной. стенки 7. После вторичного преломления на выходе из стенки 4 одновременно с первым образуется второй пучок, параллельный первому пучку и расположенный на расстоянии а от-первого. Этот пучок после прохождения через поляризаци" онное приспособление 11, которое поворачивает плоскость поляризации

10 в этом пучке на 90 относительно плоскости поляризации в первом пучке, сканирует одновременно с первым пучком фотопластинку 13 с совмещенной спекл-фотографией. Регулируя с помощью микровинта 9 расстояние между светоделительной стенкой 4 и зеркальной 7, получают различное расстояние а между пучками. Плоскопарал15

20 лельная пластина выполнена в виде сосуда 2, заполненного жидкостью 6 с показателем преломления, равным показателю преломления полупрозрачной стенки 5 цля того, чтобы избавиться от вторичных отражений на ее поверхностях. Каждый пучок после сканирования фотопластинки 13,. дифрагируя на зарегистрированной на ней совмещенной спекл-фотографии, направляется

30 на плоскопараллельную пластину 3, вы полнеиную в виде сосуда, где с помощью полупрозрачной стенки 5 и юстируемой микровинтом 10 зеркальной стенки 8 совмещают оба пучка. Кроме того, один из пучков света после фотопластинки 13 проходит компенсатор

12, необходимый для выравнивания оптических путей от фотопластинки до экрана 14. Совмещенные пучки направ35 ляются на экран 14 наблюдения и считывания информации. Так как плоскости поляризации в пучках взаимно ортогональны, то суммарная интенсивность равна сумме интенсивностей каждого

45 пучка, т, е. возникает муаровая картина полос, но без интерференции между пучками, при исключении которой муаровые полосы имеют меньшую зернистость, а следовательно, более высо55

50 кую контрастность. Муаровую картину регистрируют и по ней определяют деформации. Период муаровых по— лос определяется соотношени— ем

1247649 где Г„и P с периоды полос первого и второго пучков соответственно, угол между полосами

Инга.

5 муаровых полос относиэ двух систем полос ие которых образует ну, определяется соотУгол наклона У тельно одной и

Юнга, совмещен муаровую карти ношением

PI sing (2) К

\ р

I (3) nf -=(К

z a p (4) sin 4 Р sin +(Р соЫ-P )

Связь между смещением и. периодом полос Юнга имеет вид

Ел где К =—

М

Л вЂ” длина волны излучения при восстановлении спекл-фотографии, смещение в исследуемой i-точI ке, J

L — - расстояние от спекл-фотографии до экрана, М вЂ” увеличение при регистрации спекл-фотографии;

P — период полос Юнга для иссле-! дуемой 1.-точки.

Используя выражения (1) и (3) для разности смещений в двух соседних точках получим .выражение

Проекция разности смещений на направление между двумя исследуемыми точками (Ы„„ ) и ортогонально (, ) к нему будут иметь вид

dI„,=6Х cosA; aI, =ьХ sinO, (5) где †.угол наклона муаровых полос относительно направления между двумя исследуемыми точками.

Следовательно, измеряя расстояние между пучками, период полос муара и их угол наклона относительно направления между двумя исследуемыми точками определяют величину компоненты деформации вдоль этого направления и величину угла сдвига относительно этого же направления.

Изменяя направление базы на ортогональное, аналогично определяют компоненты деформаций вдоль этого направления. Объединение этих результа- .

I тов дает все компоненты тенэора деформаций для плоской задачи. . Рассмотренное первое устройство не позволяет производить измерения деформаций при базах меньших диаметра пучка.

Устройство по второму варианту (фиг.2) содержит источник 1 излучения, две толстые плбскопараллельные пластины 15 и 16, каждая из которых выполнена в виде двух попарно-соединенных клиньев 17 — 20, каждый иэ кото-» рых изготовлен иэ одноосного кристалла (например, кальций или нитрат натрия), вырезанных под углом 45 к оптической оси, с параллельными главными сечениями, к входному клину 17 приклеен поляризатор 21 с плос20 костью пропускания 45 к главному сечению плоскопараллельной пластины, две оправы 22 и 23, имеющие воэможность синхронного вращения вокруг оси, совпадающей с одним из двух обд разовавшихся лучей, регулировочный микровинт 24 и смещающий узел 25, с помощью которых синхронно меняется толщина обеих плоскопараллельных пластин, фотопластинку 26 и экран 27.

30 .Способ определения деформации объекта, реализованный на втором устройстве, осуществляется следующим образом.

Объект освещают когерентным све35 том, регистрируют спекл-фотографию объекта до и после его деформирования на одну фотопластинку 26, сканируют полученную совмещенную спеклфотографию первым узким пучком коге40 рентного света, который образуется

Юсле падения пучка све га из источника 1когерентного излучения нормально на поверхность поляризатора 21 .и далее на плоскопараллельную пласти45 ну 15 и распадения там за счет двулучепреломления линейно поляризованного излучения на два пучка с взаимно ортогональными плоскостями поляризации, которые распространя50 ются под углом друг к другу. После выхода из пластины 15 первый пучок сканирует фотопластинку 26. Второй пучок после выхода из пластины 15 также сканирует фотопластинку 26 на

55 расстоянии а от первого пучка. Расстояние а, зависящее как от толщины плоскопараллельной пластины, так и угла расхождения между пучками в

12476 двулучепреломляющей пластине 15, регулируется микровинтом 24 и смещающим узлом 25 за счет сдвига оптичес. ких клиньев 17-20 относительно друг друга вдоль смежных граней. Оба пучка, проходя фотопластинку 26 со спекл-фотографией, дифрагируют на зарегистрированной совмещенной спеклструктуре. Затем их совмещают с помощью плоскопараллельной пластины 16 и направляют на экран 27. Муаровую картину регистрируют и по ней определяют деформацию между исследуемыми точкамИ объекта, зарегистрированного на спекл-фотографии, как описано в первом варианте.

При необходимости выбрать другое направление расхождения между пучками на спекл-фотографии относительно одного.из пучков плоскопараллельные пластины 15 и 16 могут быть синхронно повернуты в оправах 22 и 23 вокруг оси, совпадающей с этим пучком. В этом случае второй пучок опишет окружность определенного радиуса вокруг первого пучка при полном обороте оправ 22 и 23. Так как поляриза.тор 21 приклеен к оптическому клину

17, то при вращении относительная ориентация плоскости пропускания поляризатора 21 и пластины 15 не изменяется.

Использование данного способа и устройств для его осуществления позволяет значительно повысить точность

35 за счет увеличения ширины полосы, образовавшейся муаровой картины, повышения контрастности полос, так как наложение двух картин полос Юнга происходит по интенсивности, а не по амплитуде, и автоматического исключения смещения объекта как .целого, увеличить пределы измерения, так как уже неразрешимые полосы Юнга, сравнимые с размером спекла, образуют . муаровую картину с разрешимой шириной полосы.

Пределы измерений увеличиваются также за счет введения изменяемого расстояния между пучками при измере50 нии деформаций.

Формула изобретения

1. Способ определения деформаций

55 объекта, заключающийся в том, что объект освещают когерентным светом, регистрируют спекл-фотографию объек49 б та до и после его деформирования на одну фотопластину, сканируют полученную совмещенную спекл-фотографию узким пучком когерентного света и по полученному иэображению опредепяют деформацию, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения пределов определения, одновременно с первым пучком сканируют совмещенную спекл-фотографию вторым, параллельным первому, -узким пучком когерентного света, плоскость поляризации которого перпендикулярна плоскости поляризации первого пучка, оба пучка совмещают, регистрируют муаровую картину, по которой определяют деформацию объекта, 2. Устройство для определения деформаций объекта, содержащее оптически связанные источник когерентного излучения, две толстые плоскопараллельные пластины, установленные параллельно, помещенный между ними компенсатор оптической разности хода и экран наблюдения, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения точности определения деформаций, толстые плоскопараллельные пластины выполнены каждая в виде сосуда с плоскими стенками, первая из которых полупрозрачна, а вторая имеет зеркальную отражающую внутреннюю поверхность, и в котором помещена прозрачная жидкость, имеющая показатель преломления, равный по величине показателю преломления материала первой полупрозрачной стенки, а устройство снабжено поляриэационным приспособлением, установленным между пластинами.

3. Устройство для определения деформаций объекта, содержащее оптически связанные источник когерентного излучения, две толстые плоскопараллельные пластины, установленные параллельно, и экран наблюдения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности определения деформаций, толстые плоскопараллельные пластины установлены с возM0EH0cTblo синхронного вращения вокруг общей оси, каждая из них выполнена в виде двух соединенных клиньев, каждый из которых изготовлен из одноосного кристалла,,а устройство снабжено поляризатором, закрепленным на входной поверхности пластины со стороны источника излучения.

1247649

Составитель Б.Евстратов

Редактор А.Долинич ТехредЛ.Олейник Корректор О.Луговая !

Заказ 4110/38 Тираж 670 : Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, R-35, Раушская наб, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4