Способ определения температурных деформаций образца и устройство для его осуществления

 

СОЮЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

G 01 В 11/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4075880/25-28 (22) 24.03.86 (46) 30.04.88. Бюл. М 16 (71) Северо-Западный заочный политехнический институт (72) В.E.Ìàõîâ и А.И.Потапов (53) 531.781.2(088.8) (56) Методы и приборы для точных дилатометрических исследований материалов в широком диапазоне температур. Л., 1984, с. 48 49.

Там же, с, 65-66, ÄÄSUÄÄ )392 4 А1 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРН11Х

ДЕФОРМАЦИЙ ОБРАЗЦА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерению деформаций образцов и деталей оптическими методами. Цель изобретения — повышение точности и расширение области использования определения температурных деформаций посредством обеспечения формирования меток на образце оптическим методом. Дпя этого образец 4 выполнен двухступенчатым, метки формируют двумя сфокуси1 1 ванными гомоцентрическими пучкасвета. Эти пучки направлены под глом к поверхности соответствующей

1 тупени образца 4. Изображения меток модулируют перемещением штриховой решетки перпендикулярно направлениям отраженных пучков..Перемещение штриховой решетки осуществляется посредством вращения цилиндрического растра 20, приводимого в движение

392354 электроприводом 2!. Деформация поверхностей ступеней образца 4 вызывает изменение положения реперных меток на.поверхностях ступеней относительно измерительной базы оптической системы 16, Это приводит к изменению фаз модулированных световых потоков за растром, по изменению которых и определяют деформации образца. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

Иэ о бр ет ение от но сит ся к из мер е. нию деформаций образцов деталей оп, тическими методами.

Цель изобретения — повышение точ5 ности и расширение области исполь, зования способа определения температурных деформаций образца посредством обеспечения формирования меток на образце оптическим методом. 10

На фиг. 1 изображена схема устройства для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 - схема оптической системы, формирующей два гомоцентрических пучка света; на фиг. 3 - схема модуляции светового пучка.

Устройство для осуществления предлагаемого способа содержит источник

1 света и расположенные вдоль хода пучка света приспособление 2 с оптическими иллюминаторами 3 для закрепления и нагрева образца 4, два параллельно расположенных измеритель- 25 ных канала, каждый из которых содержит последовательно расположенные объективы 5 и 6, линзы 7 и 8, фотоприемники 9 и 10, блок обработки и регистрации, содержащий усилителиограничители 11 и 12, фазовый детектор 13, входы-которого соединены с выходами усилителей-ограничителей

11 и 12, масштабный преобразователь

14, вход которого соединен с выходом фазового детектора 13, и регистра- 35 тор 15, вход которого соединен с вы" ходом масштабного преобразователя

14, оптическую систему 16, формирующую два гомоцентрических пучка света, расположенной между источником

i света и приспособлением 2 для закрепления и нагрева образца 4, три юстировочных зеркала 17"19, расположенных между объективами 5 и 6 и линзами 7 и 8, оптический цилиндрический растр 20, вращаемый электроприводом 21, штрихи которого параллельны оси цилиндра, установленный с возможностью вращения между юстировочными зеркалами 17-19 и линзами 7 и 8 цилиндрический объектив 22, расположенный между юстировочными зеркалами

17-19 и цилиндрическим растром 20, и два зеркала 23 и 24, каждое из которых расположено между цилиндрическим растром 20 и линзами 7 и 8. Между фотоприемниками 9 и 10 и линзами 7 и 8 расположены светофильтры 25 и 26.

Способ осуществляют следующим образом.

Образец 4 выполнен двухступенчатым. Из луча L, источника 1 света (лазера) (фиг. 1)"оптическая система 16 формирует два сходящихся (гомо1 центрических) пучка лучей L< и 1. сфокусированные на две параллельные ступени исследуемого образца 4 под углом оС визирования к их нормалям, при этом конструктивными параметрами оптической системы 16 в зависимости от конструктивных параметров приспособления 2 для закрепления и нагрева образца 4 выбирается геометрия пучка лучей, чтобы обеспечить минимальный поперечный размер реперных меток М, и М, равный d. (фиг. 2), на базовых поверхностях, во всем диапазоне изменения положения базовых поверхностей по высоте, Объективы

5 и 6, оптические оси которых лежат

1 392354

I, (t ) =F (2 f ñ - cp, );

I (3) =F(27f„— q ), (1) (2) где f =f n,.

В течение времени при температурНоМ нагружении образца происходит смещение образца как целое, изменение базового расстояния Н,, а также деформация поверхностей ступеней.

Это вызывает изменение положения реперных меток на поверхностях ступеней относительно измерительной базы оптической системы 16:

45

Ь (а)

) М, (0«у< Ь z tg (3) Z +Ä 2 ) « о (4

М< (0«уа «z

21+ 4Е ), )М (О,yz-b z tg<« а C<) 50 (4) где Н(д )=к -z, - базовая длина;

ЬН=дк-д z, — изменение базовой длины.

Это приводит к смещению изображе ($ п ний реперных меток М, и М на поверхности растра в координатах OQ: в плоскости осевых лучей L," и I,", нормалей N, и N и образуют угол Ы с соответствующими нормалями, с IIQ мощью зеркал 17-19 формируют сфокусированные изображения этих реперных меток на поверхности цилиндрического оптического растра 20, имеющего равномерно расположенные штрихи на своей поверхности, ориентированные пер- 1ð пендикулярно плоскости осевых лучей, формирующих изображение реперных меток, приводимого в равномерное вращение электроприводом 21. Линеариэация смещения изображений реперных меток на поверхности растра относительно его штрихов в зависимости от их смещения на поверхностях ступеней образца 4 осуществляется цилиндрическим объективом 22, помещенным перед поверхностью растра, который обеспечивает нормальное падение осевых лучей на поверхность растра. КоордиЦ 1( наты изображения меток M и М, равные q, и q на цилиндрической по- 25 верхности растра (фиг. 3) определяют фазы модуляции соответствующих световых потоков, равные соответственно I u I, а частота модуляции определяется частотой f вращения 30 растра и числом и штрихов на его поверхности: (6) U; (2 )=1<; F(2«Г„, -Р; ); (Р; =Ч;-h(e;; (7) Выходные периодические сигналы

U,(Р) и U () с выходов фотоприемников 9 и 10 в каждом из каналов усиливаются неселективными усилителямиограничителями 11 и 12 с ограниче-нием амплитуды соответственно и подаются на входы фазового детектора

13, измеряющего разность фаэ усиленных и ограниченных периодических сигналов, которая будет связана с изменением базовой длины Н,+д Н образца следующей зависимостью: о

ДН (8) где /3, — увеличение объективов 5 и 6 и цилиндрического объектива 22.

Выходной аналоговый сигнал с фазового детектора 13 масштабно преобразуется в преобразователе 14 с коэффициентом, равным

k

2Т P, s з.п оС (9) после чего он регистрируется в регистраторе 15 в координатах удлинение - время.

Фо р мула из о б р е т е ни я

1. Способ определения температурных деформаций образца, заключающийся в том, что формируют две реперные метки на поверхности образца, иодулируют и регистрируют изображения меpq. =2g(q)p. p z, sin, i=1,2, (5) где, — увеличение объективов;

g(q) — функция преобразования цилиндрического объектива

Это вызывает изменение фаз соответствующих модулированных световых потоков за растром, которые разделяются зеркалами 23 и 24 в два фотоизмерительных канала. При этом они коллимируются линзами 7 и 8, выделяются оптическими фильтрами 25 и 26 от фонового светового потока и регистрируются фотоприемниками 9 и 10 соответственно в первом и одиннадцатом каналах:

1392354 ток, по изменению изображений кото ых определяют деформации, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения области использования, образец выпол5 нен двухступенчатым, метки формируют двумя сфокусированными гомоцентрическими пучками света, направленными под углом к поверхности соответствую- 1О .щей ступени образца, а изображение меток модулируют перемещением штрихо:вой решетки перпендикулярно направле1

,ниям отраженных пучков.

2. Устройство для осуществления ,,способа определения температурных деформаций образца, содержащее ис,;точник света и расположенные вдоль

: хода пучка света приспособление для закрепления и нагрева образца, два ,параллельно расположенных измеритель-! ных канала, каждый из которых содер, жит последовательно расположенные объектив, линзу, фотоприемник и блок обработки и регистрации, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения области использования, оно снабжено оптической системой, формирующей два— гомоцентрических пучка света, расположенной между источником света и приспособлением для закрепления и нагрева образца, тремя юстировочными ,зеркалами, расположенными между объ-! ективами и линзами, оптическим цилиндрическим растром, штрихи которого параллельны оси цилиндра, установленным с возможностью вращения между юстировочными зеркалами и линзами, цилиндрическим объективом, расположенным между юстировочными зеркалами и цилиндрическим растром, и двумя зеркалами, каждое из которых расположено между цилиндрическим растром и линзой.

1392354

Я + dB

Составитель Б.Евстратов

Редактор А.Ревин- Техред М.Дидык Корректор В. Бутяга

Заказ 1881/43 Тираж 680 Подписное

В11ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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