Лазерный интерферометр для измерения динамических деформаций

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) SUQD 1 2 (511 4 С 01 В 11/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 958851 (21) 3699123/25 — 28 (22) 08.02.84, (46) 15. 11. 86. Бюл. К- 42 (71) Ковровский филиал Владимирского политехнического института (72) А.Н.Кравец и В.И.Пономаренко (53) 531.781.2 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 958851, кл. G 01 В 11/16, 1980. (54) ЛАЗЕРНЫЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЙ (57) Изобретение относится к исследованию деформаций оптическими методами и является усовершенствованием изобретения по авт.св. Ф 958851. Его цель — повышение точности измерений и расширение функциональных возможностей эа счет унеличения оптической разности хода эталонного и рабочего лучей интерферометра.. Интерферометр

- содержит четыре зеркала 12, 13, 14 и 15, закрепленных на основании 1, два из которых 12 и 13 расположены на равных расстояниях от зеркал 7 и

8, закрепленных на торце каждого измерительного штока 5 и 6. Два других зеркала 14 и 15 закреплены на основании 1 по ходу светового пучка напротив зеркал 9 и 10. Измеряемый объект 20 помещают между измерительными штоками 5 и 6. Устройство работает следующим образом. Часть светового . пучка от источника света идет в .рабочее, а другая — в эталонное плечи интерферометра. В рабочем плече интерферометра излучение падает на зеркало 7, закрепленное на измерительном штоке 5, и после многократного отражения от зеркала 12 с помощью зеркал

14, 9, 10 и 15 направляется на зеркало 8, закрепленное на торце другого измерительного штока 6, и мно-.

1270555 гократно отражается от него и зерка- ми 7 и 8, что вызывает изменение ин- ла 13. При деформациях объекта 20 терферационной картины, регистрируизменяется расстояние между зеркала- емой фотоприемником 18. 1 ил.

1 Изобретение относится к исследованию деформаций оптическими методами и является усовершенствованием изобретения по авт ° св. ¹ 958851.

Целью изобретения является повышение точности измерений и рас1ш рение функциональных возможностей за счет увеличения оптической разности хода эталонного и рабочего лучей интерферометра. 10

На чертеже показана схема лазерно-,го интерферометра для измерения дина1 мических деформаций.

Лазерный интерферометр для измерения динамических деформаций содержит 15 основание 1, установленный на нем источник 2 монохроматического излучения и расположенный по ходу светового пучка светоделитель 3, зеркало

4, образующее эталонное плечо интер- 20 ферометра, два измерительных штока 5 и 6, подпружиненных в осевом направлении, два зеркала 7 и 8, закреплен— ных на торцах измерительных штоков

5 и 6, три зеркала 9-11, закрепленных на основании по ходу светового пучка в рабочем плече интерферометра, четыре зеркала 12 — 15, закрепленных на основании 1, два из которых (12 и 13) расположены на расстоянии ЗО

d/2sin каждое or соответствуюшего зеркала (7 и 8), закренленного на торце каждого измерительного штока

5 и 6 параллельно этому зеркалу (7 и 8), а два других (14 и 15) закрен- З5 лены на основании 1 по ходу светового пучка напротив зеркал 9 и 10, закрепленных на основании 1, коллиматор 16, диафрагму 17, фотоприемник 18 и подключенную к нему электронную схему. о

19 обработки. Измеряемый объект 20 . помещен между измерительными штоками

5 и 6. д- диаметр лазерного пучка,,г — угол падения пучка на зеркало, закрепленное на торце измерительного.

Йтока., 3

Устройство работает следующим образом.

Световой пучок монохроматического излучения от источника 2 направляет вЂ, ( ся на светоделитель 3, где разделяется на две части. Часть излучения направляется на неподвижное зеркало 4, закрепленное на основании 1, которое образует эталонное плечо интерферометра, отражается от него и через коллиматор 16, диафрагму 17 падает на фотоприемник 18, где взаимодействует с другой частью излучения, которая проходит через светоделитель 3, падает на зеркало 7,, закрепленное на одном измерительном штоке 5, отражается от него„ падает на зеркало 12, закрепленное неподвижно на основании

1 напротив зеркала 7, параллельно ему и после многократного отражения от зеркал 7 и 12 с помощью зеркал

14, 9, 10 и 15 направляется на зеркало 8, закрепленное на торце другого измерительного штока 6, отражается бт него; падает на зеркало 13, закрепленное неподвижно на основании 1 напротив зеркала 8, параллельно ему, и после многократного отражения от зеркал 8 и 13 падает на зеркало 11, неподвижно закрепленное на основании и, отражаясь от него, проходит цо тому же оптическому пути обратно до светоделителя 3, отражается от него и через коллиматор 16 и диафрагму

17 попадает на фотоприемник 18, где взаимодействует с пучком эталонного излучения и образуег интерференционную картину. При динамических дефор-.

1 мациях объекта 20 изменяется расстояние между зеркалами 7 и 8, закрепленными на торцах измерительных штоков 5 и 6, что вызывает движение интерференционной картины на фотоприемнике 18, который регистрирует эти изменения с помощью электронной измерительной схемы 19. Движение неде1270555 формированного объекта не вызывает изменения интерференционной картины,l так фак зеркала 7 и 8 смещаются одновременно и компенсируют смещения друг друга. Зеркала 14, 9, lO и 15 5 формируют рабочее плечо интерферометра в соответствии с размерами и формой измеряемого объекта 20 так, чтобы световой пучок огибал его.

В интерферометре рабочий луч многократно отражается от параллельно расположенных зеркал 7 и 12, 8 и 13, поэтому изменение оптической разности хода эталонного и рабочего лучей л х, обусловленное деформацией C, определяется по формуле

4лХ лх=---- (п — 81п2a )

cos< где n — число отражений луча от зеркала 7, равное числу отражений его от зеркала 8; угол падения на них луча.

Из формулы следует, чтол х примерно в и раз больше, чем в известном изобретении при одинаковой величине деформации объекта hJ.. Зто позволяет посысить точность измерений на порядок, так как значение п=.10 может быть легко достигнуто, следовательно, смена максимума на минимум интерференции произойдет в 10 раз чаще., Для реализации предлагаемого устройства необходимо, чтобы п оставалось неизменным в процессе измерения

35 деформации объекта 7, для этого расстояние d между зеркалами 7 и 12, 8 и 13 должно быть значительно больше Й и амплитуды вибрацйи объекта

2О. Расстояние а,между зеркалами 7 и 12, 8 и 13 выбирают равным d/2sing

В этом случае расстояние лН между двумя соседними точками, в которых отражаются лучи на зеркалах 7 и 8, можно считать неизменным, равным и Н=

=2а tgd,-а число отражений п=Н/ Н-1, где Н вЂ” высота зеркала. Принимая аН равным диаметру луча d можно найти .; из соотношения tg5=d/?а. Высота зеркал 12 и 13 при малых d должна 50 быть равна Ь=Н-24.

ВНИИПИ Заказ 6229/40

Произв.-полигр. пр-тие, г.

Устройство испытывали с применением He-Ne лазера ЛГ-38 (3=632,8 нм).

Объектом измерения служила тонкостен-ная стальная трубка, в которой резко меняли напор воды. Амплитуды деформаций и вибраций трубки не превышали О, 1 мм, поэтому расстояние между зеркалами

7 и 12, 8 и 13 устанавливали равным

a=10 мм, а высоту зеркал 7 и 8 Н=

=20 мм. Диаметр луча лазера А =2 мм, поэтому высота зеркал !2 и 13 составляла 16 мм, tgd=d/2a=0,1; Ф=6 . Число отражений луча от каждого из зеркал 8 и 9 составляло Ь=Н/4-1=9. По формуле найдем ах=35, 8 А . Смена максимума на минимум интерференции происхо-. дит прилх=1/2, т.е. А=Д/71,6=8,8нм, что и определяет точность устройства.

Интерферометр монтировался на массивной плите голографического стола.

Зталоннььй и рабочий лучи имели одинаковую интенсивность и поляризацию, а их оптические пути до начала измерений устанавливали одинаковыми с точностью до i мм. Сигналы фотоприемника (ФЭУ-62) регистрировали запоминающим осциллографом. При временном р:.зрешении регистрирующей аппаратуры =-1 нс можно измерить скорость деформаций до V=hl/ =8,8 м/с. формула изобретения

Лазерньп ичтерферометр для измерения динамических деформаций по авт. св. N- 958851, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повьш ения точности и расширения эксплуатационных воэможностей. он снабжен четырьмя зеркалами, закрепленными на основании, два из которых расположены на расстоянии d/?sins, каждое от соответствующего зеркала, закрепленного на торце каждого измерительного штока, параллельно этому зеркалу, а два других закреплечы на основании по ходу светового пучка напротив зеркал, закрепленных на основании, где d. — диаметр пучка, о - угол падения пучка на зеркало, закрепленное на торце измерительного штока.

TH аж 670 Подписное

Ужгород, ул. Проектная, 4