Способ регистрации перемещений оптическими датчиками

Способ регистрации перемещений оптическими датчиками

Реферат

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к способам регистрации перемещений поверхностей объектов испытаний (или объектов контроля) оптическими датчиками, основанными на применении интерференционных методов.

Известны способы регистрации перемещений оптическими датчиками, основанными на применении интерференционных методов, например, предложенный в работе Попова А.В. Оценка опасности дефектов конструкций по данным бесконтактного акустико-эмиссионного неразрушающего контроля. // Автометрия. 2001. № 1. С.84-87, заключающиеся в том, что интерференционную картину (интерферограмму), полученную при совмещении в датчике опорного и объектного лучей, и представляющую собой совокупность колец различной интенсивности, проецируют на экран, в плоскости экрана в заданных областях интерферограммы, например, в кольцах одинаковой интенсивности размещают фотоприемные устройства (например, фотодиоды), при помощи которых измеряют интенсивность оптического поля в отмеченных областях интерферограммы, а перемещение поверхности объекта испытаний определяют по изменению интенсивности оптического поля.

Существенным недостатком данного способа является низкое качество измерения перемещений. Под качеством измерений, согласно работе Сергеева А.Г., Латышева М.В., Терегери В.В. Метрология, стандартизация, сертификация: Учебное пособие. - М.: Логос, 2003. - 536 с.: ил., понимают совокупность свойств, обуславливающих получение результатов с требуемыми точностными характеристиками, в необходимом виде и в установленные сроки, при этом качество измерений характеризуется такими показателями, как точность, правильность и достоверность. Отмеченный недостаток обусловлен тем, что на результаты измерения интенсивности, а соответственно и перемещения, при проведении измерений оказывает влияние комплекс внешних факторов, возникающих от изменения параметров окружающей среды, нарушения режимов электропитания и т.д., учесть которые в полном объеме путем оценки влияния каждого из них и внесения соответствующих поправок в результат измерения практически невозможно, особенно при высокоточных измерениях в процессе проведения экспериментальных исследований акустико-эмиссионных процессов, при высокоскоростном нагружении объектов испытаний и т.п.

По совокупности признаков наиболее близким аналогом предлагаемого способа является способ регистрации перемещений оптическим датчиком, описанный в работе Паринова И.А., Попова А.В., Рожкова Е.В., Прыгунова А.Г. Калибровка акустических преобразователей методом голографической интерферометрии. // Дефектоскопия. 2000. № 1. С.66-71, заключающийся в том, что интерферограмму, полученную при совмещении в датчике опорного и объектного лучей, и представляющую собой совокупность колец различной интенсивности, проецируют на экран, в плоскости экрана в кольце одинаковой интенсивности (одного порядка) интерферограммы симметрично относительно ее центра размещают фотоприемные устройства, при помощи которых измеряют интенсивность оптического поля в отмеченных областях интерферограммы, а перемещение поверхности объекта определяют по среднему значению изменения интенсивности фотоприемников, связанному с этим перемещением.

Недостатком данного способа является низкое качество измерения перемещений, обусловленное тем, что на результаты измерения интенсивности при проведении измерений воздействует комплекс внешних влияющих факторов, возникающих от изменения параметров окружающей среды, нарушения режимов электропитания и т.д., учесть которые в полном объеме путем оценки влияния каждого из них и внесения поправок на воздействие каждого из них практически невозможно, особенно при высокоточных измерениях в процессе проведения экспериментальных исследований акустико-эмиссионных процессов, при высокоскоростном нагружении объектов испытаний и т.п.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение качества измерений перемещений оптическими датчиками, основанными на применении интерференционных методов.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что фотоприемники размещают в плоскости экрана по площади проекции интерферограммы, перемещение определяют как результат косвенного измерения по значениям интенсивности, полученным прямым измерением в заданных областях интерферограммы с использованием выделенных групп фотоприемников, одновременно с этим регистрируют суммарную интенсивность оптического поля по площади интерферограммы, которую контролируют в процессе измерения перемещений непрерывно, и по величине которой определяют поправку в результаты измерения интенсивности выделенными группами фотоприемников.

Суммарная интенсивность оптического поля в плоскости экрана по площади проекции интерферограммы не зависит от разности фаз опорного и объектного лучей, что подтверждается результатами исследований, предложенными, например, в работе Борна М., Вольфа Э. Основы оптики. - М.: Наука, 1979. - 719 с., т.е. не зависит от величины (значения) измеряемого перемещения поверхности объекта, а ее изменение может быть обусловлено только влиянием различного рода внешних факторов, перечисленных выше. Таким образом, регистрация суммарной интенсивности оптического поля по площади интерферограммы и контроль постоянства ее величины (или изменения в заданных допустимых пределах) в процессе измерения перемещений обеспечивают контроль влияния комплекса внешних факторов, вносящих погрешность в результат измерения, чем достигается решение поставленной задачи - повышения качества измерений перемещений оптическими датчиками, основанными на применении интерференционных методов.

Техническим результатом предлагаемого способа является повышение качества измерений перемещений оптическими датчиками, основанными на применении интерференционных методов, путем обеспечения контроля комплекса внешних факторов, вносящих погрешность в результаты измерений интенсивности оптического поля, и, соответственно влияющих на результаты измерения перемещений.

Проведенный сравнительный анализ выявил, что в отличие от способов-аналогов и способа-прототипа предлагаемый способ характеризуется новыми действиями над материальными объектами, позволяющими достигнуть технического результата - повысить качество измерения перемещений оптическими датчиками, основанными на применении интерференционных методов.

Схема одного из возможных вариантов устройства, реализующего предлагаемый способ, представлена на чертеже.

Данное устройство содержит экран 1, на который проецируют интерферограмму 2, полученную при совмещении в оптическом датчике опорного и объектного лучей (не показаны), и представляющую собой совокупность колец 3 различной интенсивности, фотоприемники 4, размещенные в плоскости экрана 1 по всей площади проекции интерферограммы 2, выделенные группы 5 из фотоприемников 4, системы 6 и 7 для регистрации соответственно значений интенсивности с выделенных групп 5 из фотоприемников 4 и величины суммарной интенсивности оптического поля по площади интерферограммы 2 с фотоприемников 4, а также систему 8 управления процессом измерений, регистрации, корректировки и обработки результатов измерений.

Данное устройство работает следующим образом.

Перед началом измерений регистрируется суммарная интенсивность оптического поля по площади интерферограммы 2 при помощи фотоприемников 4, размещенных в плоскости экрана 1 по всей площади проекции интерферограммы 2.

В процессе проведения измерений одновременно с регистрацией значений интенсивности с выделенных групп 5 из фотоприемников 4, являющейся в дальнейшем информацией для косвенного измерения перемещения поверхности объекта испытаний, регистрируют суммарную интенсивность оптического поля по площади интерферограммы 2 при помощи всех фотоприемников 4.

Результаты измерений интенсивности оптического поля с выделенных групп 5 фотоприемников 4 и со всех фотоприемников 4 поступают соответственно в системы 6 и 7, а затем в систему 8 управления процессом измерений, регистрации, корректировки и обработки результатов измерений.

При неизменности суммарной интенсивности оптического поля по площади интерферограммы 2 или ее отклонении в допустимых пределах система 8 регистрирует результаты измерений, проводя обработку результатов измерений интенсивности с выделенных групп 5. При существенных отклонениях суммарной интенсивности оптического поля по площади интерферограммы 2 (превышающих допустимые) система 8 либо производит корректировку результатов измерений интенсивности с выделенных групп 5, либо в случае наиболее существенных отклонений - выдает команду о невозможности проведения дальнейших измерений и завершении процесса измерений.

Заявляемый способ, сохраняя положительные качества приведенных в описании аналогов, отличается по сравнению с ними повышенным качеством измерения перемещений оптическими датчиками, основанными на применении интерференционных методов, и может быть применен в процессе высокоточных измерений перемещений поверхностей объектов испытаний (или объектов контроля) при проведении экспериментальных исследований акустико-эмиссионных процессов, при высокоскоростном нагружении объектов испытаний, диагностике и оценке их технического состояния, исследовании волновых процессов в сложных слоистых конструкциях и конструкциях, выполненных из анизотропных композиционных материалов в машиностроении, судостроении, авиастроении и т.д.

Способ регистрации перемещений, заключающийся в том, что размещают фотоприемники в плоскости экрана по площади проекции интерферограммы, перемещение поверхности объекта определяют как результат косвенного измерения по значениям интенсивности оптического поля, полученным прямым измерением в заданных областях интерферограммы с использованием выделенных групп фотоприемников, одновременно с этим регистрируют суммарную интенсивность оптического поля по площади интерферограммы, которую контролируют в процессе измерения перемещений непрерывно, при неизменности суммарной интенсивности оптического поля по площади интерферограммы или ее отклонении в допустимых пределах регистрируют результаты измерений, проводя обработку результатов измерений интенсивности с выделенных групп фотоприемников, при отклонениях суммарной интенсивности оптического поля по площади интерферограммы, превышающих допустимые, завершают процесс измерений.