Способ измерений деформаций объекта с повышенной чувствительностью и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для изучения газовых потоков жидкой плотности,интерференционнодисперсионной спектроскопии разреженных атомных сред .контроля качества точных оптических элементов.Целью изобретения является повышение быстродействия . Это достигается тем, что при измерении деформаций объекта с повышенной чувствительностью реконструируют первую голограмму, выделяют пару объектных комплексно-сопряженных волн, используют их для реконструкции второй .голограммы. За второй голограммой выделяют пару объектных волн с максимальными фазами и используют их для записи третьей голограммы . Эти операции повторяют до достижения требуемого уровня повьппения чувствительности. 2 с.п.ф-лы, 1 ил. о (О

СООЗ СОВЕТСКИХ социАлистичЕских

РЕСПУБЛИК (19) (11) (д1) 4 G 01 В 9/021, G 03 Н 1/04

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ. (21) 3904445/31-25 (22) 03.06.85 (46) 15.05.88. Бюл. В 18 (71) Гродненский государственный университет (72) В.В.Сигов, И.С.Зейликович

Н.М.Спорник и В.В.Яничкин (53) 772 ° 99 (088. 8) 56) Зейликович И.С. и др. Увеличение чувствительности измерений при обработке внутрирезонаторных спектрограмм. - Оптика и спектроскопия, 1984, т.56, вып.1, с.123-127.

Авторское свидетельство СССР

В 1330603, кл. G 01 В 9/021, 1983. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЙ ДЕФОРМАЦИЙ

ОБЪЕКТА С ПОВЫШЕННОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬЮ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для изучения газовых потоков жидкой плотности, интерференционнодисперсионной спектроскопии разреженных атомных сред, контроля качества точных оптических элементов. Целью изобретения явля е тс я лов ышенне быс т роде йс тВия. Это достигается тем, что при измерении деформаций объекта с повышенной чувствительностью реконструируют первую голограмму, вьделяют пару объектных комплексно-сопряженных волн, используют их для реконструкции второй голограммй. За второй голограммой вьделяют пару объектных волн с максимальными фазами и используют их для записи третьей голограммы.. Эти операции повторяют до достижения требуемого уровня повьппения чувствительности. 2 с.п.ф-лы, 1 ил.

l 395943

Изобретение относится к измерительной технике.и может быть использовано для изучения газовых потоков . низкой плотности интерференционно-1

5 дисперсионной спектроскопии разреженных атомных сред, контроле качества точных оптических элементов и т.II, Целью изобретения является повышение быстродействия.

f0

Способ осуществляют следующим образом.

Берут исходную голограмму объекта, полученную по обычной схеме с внеосевым опорным пучком. Пропускание 15 такой голограммы с точностью до постоянного коэффициента определяется выражением

Т, / ехр.iq(x,у)+ехр хоь х/

20 ю 2+ехр i q (х,у)ехр-Ых + ехр—

- icy(x,у) ехр iocx, (1) где Ч (х,у) - фаза объектной волны, зарегистрированной на голограмме; х,у — координаты волны на голограмме;

2Т

oc = — -- sin8

% се

2W> где — — — волновое число

Ф

8, — угол падения опорного 35 пучка при регистрации голограммы.

Эту голограмму рекоструируют двумя пучками когерентного света, падающими на голограмму под равными по вели- 40 чине, но противоположными по знаку углами 6 и-8 . Представим эти вол ны в виде ехр if< х и ехр — ip

2Т где — — — sin 8 — регулируемая

Я величина, определяемая углом падения восстанавливающих опорных пучков на голограмму. 50 . Световое поле за первой голограм-< мой при ее реконструкции определяется выражением

55 (ехр iP,õ + ехр — iP,х)Т, =

2(ехр i(,х + ехр-iP, х) +

+ ехрф. exp-i(oc-,)х + ехр-icI exp

i(oL +, )х + ехр iq ехр-i(Ы+ Р, )х + (3) + ехр-i q exp i (о — P,) х

Как следует из выражения (3), световое поле за первой голограммой содержит пару объектных комплексно-сопряженных волн, определяемых вторым и пятым членами выражения. Эти волны распространяются по направлениям, определяемым значениями оа и Р,, причем 3, является регулируемой величиной. Таким образом, варьируя М, -P,, можно в процессе реконструкции задавать различные направления распространения волн. Для сохранения несу-< щей пространственной частоты голограммы после ее перезаписи положим

P, = 0,5 . Выделим эти волны и сведем их -на втором регистраторе. После экспонирования и обработки пропуска-. ние полученной голограммы определяется выражением

Т /ехр iq exp — iO,5 cõ +

Г

+ ехр — icl ехр i0,5ocx/ 2 + (4) + ехр i2(g ехр †ioc,x+exp-i 2 qexp iamb (ехр iclexp igx+ ехр - iqexp— — iP x)Т 2(ехрi(p ехрiфс +

+ехр-i q exp-i P х) ехр д3 с ехр—

-i(oc -/Ъ )х + ехр-i expi(oL +P ) x +

Как следует из выражения 4, на второй голограмме зафиксирована вол- : на, фаза которой 2 ср т.е. увеличе" ние в два раза по сравнению с фазой исходной голограммы.

Рассмотренные операции повторяют операции известного способа. Отличие состоит в повторной реконструкции исходной первой голограммы двумя опорными пусками и выделении пары объектных комплексно-сопряженных волн.

Эти волны используют для реконструкции второй голограммы.

Распределение светового поля за второй голограммой определяется выражением

+ехр iq exp-i (о + P ) х+ ехр—

-дЗ(ехр i(()L-p )х.

1395943

18@(x,ó),54(р (х,у), 162(р (x,у), 486(1)(х,y), 1458(1)(х,у)..., (5) определяемого иэ закономерности вида (7) можно рассматривать как один цикл перезаписи. Другой вариант осуществления способа состоит в повторении циклов, накопления фазы объектной волны. В этом случае устанавливают требуемое число голограмм цикла перезаписи и накопление фазы осуществляют повторением циклов перезаписи.

Этот вариант осуществления способа рассмотрен ниже в описании работы устройства для реализации описываемо-, го способа.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства, реализующего способ.

Устройство содержит осветитель, включающий лазер 1, телескопическую систему 2 3 светоделитель и зеркала

4 — 7, формирующие два восстанавливающих опорных пучка, откидное зеркало

8, первую голограмму 9, оптическую систему пространственного разделения пучков, содержащую линзу 10,зеркало с диафрагмами 11, вторую линзу

12, причем эта система обеспечивает оптическое сопряжение исходной голограммы 9 с регистратором 13, второе откидное зеркало 14, второй осветитель 15-21, вторую оптическую систему 22-24, второй регистратор 25, третье откидное зеркало 26 и третий осветитель 27-33, третью оптическую систему 34-36, подобную первым двум.

Устройство работает следующим образом.

В позицию 9 устанавливают исходную первую голограмму объектной волны с фазой cp(x,ó).Вводят откидное

- зеркало 8 и реконструируют голограмму 9 двумя пучками когерентного света, сформированного лазером 1, расширяющей телескопической системой 2,3, светоделителем 4 и зеркалами 5-7. Иэ

25 (6) 30

Как следует из выражения (6) на третьей голограмме зафиксирована объектная волна с фазой бсср.

Затем вновь повторяют указанные операции способа, а именно: вновь реконструируют первую голограмму, вьщеляют за ней волны с фазами

+q(x,ó) и -tf(x,ó), эти волны используют для реконструкции второй 40 голограммы, вьщеляют за второй голо-, граммой волны с максимальными фазами +ЗЧ(х,у) и -3 (x,у) и используют их для реконструкции третьей голограммы, выделяют эа третьей голо- 4я граммой волны с максимальными фазами +9@(x.у) и -9q)(x,у) и используют их для записи следующей голограммы, на которой зафиксирована волна с Г фазой 18 (х.у) и повторяют указанный 50 процесс перезаписи голограмм с накоплением фазы объектной волны.

В результате получают-последовательность голограмм, у которых фазы объектной волны соответствуют ряду

P,(х,у),ц),(х,у), у (х,у),..., Как видно из выражения (51, световое поле за второй голограммой cb держит две пары объективных комплексно-сопряженных волн, определяемых соответственно 2,5 и 3,4 членами выражения которые отличаются значением фа) зы.

Вьщеляют пару объектных комплексно-сопряженных волн, определяемых

2 и 5 членами выражения, обладающих максимальными фазами, и используют их для записи третьей голограммы, При этом варьируя значением P, устанавливается требуемый угол голографи" рования ° Пропускание полученной голограммы определяется выражением

Т !ехр i3(p ехр-i0,5î х +

+ ехр - Зц ехр i0,5ocx/ = 2 + ехр i6y ехр-iûõ +

+ ехр — 16у ехр i, х.

q„ (x,ó) у (x,ó), 2 q (х.у), 6(р(х,у), с „(х,y) = 2Гср,(х,y)+qr (хьy) +

+q (х.у)+...+g (х,у)), где n = 1,2,... — порядковый номер голограммы.

Рассмотренный случай непрерывного накопления фазы объектной волны

1395943 совокупности волн, распространяющихся за голограммой 9 с помощью оптической системы 10-12, вьделяют пару комплексно-сопряженных волн с фаза5 ми +q(x,ó) и -q(x,ó) и сводят на регистраторе 13. Откидное зеркало 14 в этот момент убрано. В результате

:получают вторую голограмму, на которой зафиксирована объектная волна с фазой 2 (x,ó). Эту голограмму реконструируют, используя две комплексносопряженные волны +cg(x у) и -q(õ,ó)> восстановленные с первой голограммы.

Из совокупности волн, восстановленных с второй голограммы, выделяют . пару комплексно-сопряженных волн с аксимальными фазами +3 (х,у) и

-3 (х,у), и сводят на втором регистраторе 25 с помощью оптической сйстемы 2р

22-24. Откидное зеркало 26 в этот омент убрано. В результате на втоом регистраторе регистрируют третью олограмму, на которой зафиксирована бъектная волна с фазой 6Ч(х,y). 25 атем вводят второе откидное зеркало

14 и реконструируют вторую голограмму

13 двумя пучками когерентного света, формированными в оспетителе 15-21. а голограммой вьделяют пару комплекс ð о-сопряженных волн с фазами +2cp(x,ó)

-2(p(x,ó) и,используя их в качесте восстанавливающих, направляют их а третью голограмму 25. Это осуфествляется с помощью оптической сис35 емы пространственного разведения и ведения пучков 22-24. За третьей голограммой с помощью оптической систеМы 34-36, 25 выделяют пару комплексно-сопряженных волн с максимальными . 4р фазами +8(p(x,у) и -8ср(х,у) и сводят на регистраторе, установленном взамен голограммы 9. Желательно исполь Зование реверсивных сред, например термопласт, тогда первая голограмма 45

9 стирается и записывается четвертая голограмма,,на которой зафиксирована волна с фазой 16. После записи четвертой голограммы вводят откидное зеркало 26 и реконструируют третью голограмму двумя когерентными опорнымй пучками, сформированными осветителем 27 — 33. С помощью оптической системы 34-36 вьделяют с тертьей. голо-.

Граммы пару объектных комплексно-сопряженных волн с максимальными фаза55 ми + 6(р(х,y) и -6(p(x,у) и, используя их в качестве восстанавливающих, сводят на четвертой. Вьделяют из совокупности волн пару комплексно-сопряженных волн с максимальными фазами

+22(p(x,у) и -22 (x,y) и сводят на новом регистраторе или предварительно стирают вторую голограмму 13. На новом регистраторе (в позиции 13) записывают пятую голограмму, на которой зафиксирована объектная волна с фазой 44(p(x,ó). Затем вводят откидное зеркало 8 и повторяют указанные циклы для получения голограммы с тре буемой степенью накопления фазы объектной волны.

Для компенсации аберраций оптической системы регистрации исходной голограммы, несущей информацию о дефор.мации объекта и аберраций оптической системы перезаписи голограмм, дополнительно получают голограмму волны сравнения, определяющей аберрации оптической системы регистрации исходной голограммы, и таким же образом подвергают перезаписи с накоплением фазы волны сравнения. Полученные после накопления чувствительности фазы (в одинаковое число раз) голограммы сравнения и,рабочей волны, отличающейся от волны сравнения фазовыми сдвигами, вносимыми исследуемыми деформациями объекта, используют для получения оптической информации, например интерференционных картин, путем совмещения голограмм, и по виду интерференционной картины определяют деформации объекта.

Использование изобретения позволяет увеличить скорость накопления фазы объектной волны за счет уменьшения числа перезаписи голограмм и снизить уровень "когерентного шума", обусловленного оптической системой перезаписи.

Формула изобретения

1.Способ измерений деформаций объекта с повышенной чувствительностью, состоящий в реконструкции первой голограммы двумя опорными пучками, вьделении пары объектных комплексно-сопряженных волн для записи второй голограммы с накоплением фазы объектной волны, регистрируемой на голограмме, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью увеличения быстродействия, повторно реконструируют первую голограмму двумя опорны— ми волнами, вьделяют пару объектных

7 1395943 8 комплексно-сопряженных волн, з затем ло р г амм и регистратор, оптически тлисопряженный с голограммои, о используют эти волны для реконструк. целью ч а ю щ е е с я тем, что, с ции второй голограммы, выделяют за увеличения быстродействия, в него второй голограммой.пару объектных введены система поворотных эер кал с комплексно р

-соп яженных волн с макт их диа рагм ф ами расположенных перпендисимальными фазами и использую кулярно биссектрисам углов правильдля записи третьей голограммы, заного п-угольника, и- допол — 1 нительных тем повторяют указанную последова-2 егист аторов, коосветителей и п- регистр тельность операций для получения 1О торые расположены посл последовательно по следующих голограмм до достижения что голопериметру и-угольника так, что требуемого уровня повьппения чувстграмма и регистраторы посл следовательвительности. но оптически сопряжены, образуя кольв систему перезаписи, и введены

2. устройство для измерений дефор- 1> цевую cz чувстви- зеркала с возможностью поворота ма ий объекта с повьппеннои чу

Ц т тель перед голограммой и каждым регисттельностью, содержащее осветитель, глом состоящ ий из источника света и о т— пти- ратором, ориентированные под угло я в к оптической оси системы перезаписи, ческой системы фбрмирования двух по ных каналов, и оптически связывающие соответствуювосстанавливающих опорных кан г аммой или реголограм- щие осветители с голограммо приемную часть, включающую му, опт ическую систему перезаписи го-. гистратором.