Устройство интерференционного измерения проекции вектора перемещения поверхности диффузно-отражающего обьекта

Устройство интерференционного измерения проекции вектора перемещения поверхности диффузно-отражающего обьекта

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

OAИСАееКЕ

ЙЗОЬРЕТЕН ИЯ (61) Дополнительное и авт. ев»»д-ву (22) Заявлено ОЗ.03.75(21) 2109644/25 е присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано05.07.76,6»оллетень ph 25

РЦ М,.Кл.

& 01 В 9/021

Гвсудврствввввй вемитет

Совета е»ивветрвв СССР ве делам веееретеиий и вткрмтий (5З) УД 772.eg (088.8) (4О) Д в/ g, опдблцковвни я опии;,,н1»я т 5 (72) Авторы изобретения

Н. Г, Власов и A, E. Штанько (54) УСТРОЙСТВО Д.}1Я ИгП ЕРФРРЕН)1И,")Н}-1ОГО ИЗМЕРЕНИЯ ПРОЕКЦИИ

ВЕКТОРЛ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ПОБЕРХНССТИ 1"(1}ФФУЗНО, -,ОТРАЖАВШЕГО

ОВ" ЕК1 Р

1 2

Изобретение относится к устройствам для интерференционных измерений на основе голографической интенсивности (в зарубежной терминоло}-1» "5раеке ftpvfemmfq»3" ) и предназначе»»о дпя исследовапия переме»пений поверхности д}»физио-Отражающих объектов или изделий, возникаюсцпх под действием деформируюшей нагрузки.

Известны голографические интерферомет,ры для измерения перемен»ения объектов. ! Недостатком этих приборов является невоз,можность выделения отдельных проекций ве};-» ! TGpB перемещения }»»IpG»fÿccÐ за»lиси голОграч"-. .мы, что усложняет методику эксперимента и математические расчеты, поэтому в настоя-1В

»цее время }-олографпчес»о»е иптерферометры применяются в Основном для получения качественных данны х (), ) .

Известно так)ке устро)яство для иптерфеP9}»}IH0HHo} о»f:»f}ePe}»ff H пР 39»»ff»f1f вектоРа О перемицения поверхности пп1" ф;.знО-Отражах; щего объекта, содержашее пот >чппк когерентного излучения„двуххаяа }ьну f : cf,ñòeìó»кве»пения объекта и a qffe«a)fa;f»If@I;) спстс". »у аписи информации, сос»ояшую пз дпафраг — Я мы фокуспрую1цегО элемента и прием»п1ка

»)ЗЛ,-ЧЕ}П»11 f 2 ) .

Зто ус" ойство псзволяет проводить из» меренпя с мецыцей точностью, чем голографические иптерферометры, из-за ошибок в про»}ессе эксперимента и при обработке зкспер1)ментальных данных, вследствие того что контраст интерференционных полос никогда не дост}1» ает ед}»нины из-за независимости .контраста ннтерференцпонпых полос от коэффициента контрастности фотозмульсии. Последпее Объяспяется отсутствием несущей прострапс твепнои частоты в голограммах интен»" сив":.Ост}», полученных на данном устройстве, и т,;)уд}»остью выделения при восстановлен}п» отдельных порядков диафрагированных волновых 1}О»}е»1, распространяющихся по одному папоав,:»е f»1» fo

Ввиду низкого контраста пнтерференцнон)füfK полос возрастает погрешность в опре дс»пс.ппп пх координат, Кроме того, при ис» с f ::т»О}»апп)» методом двзй» э экспозиц}н» для повьпае}»111} контраста иптерферепц»»онпых

ПО Ос. ПС1)B. IO и ВТОРУЮ ЗКСПОЧПЦЛЮ ЭКСПО»»И» р у ю 1 на разя i I G (!) Отоплас тяпки, дела»ОТ с

52ОИО7 одной иэ них позитив и механически совмещают с другим негативом, что приводит к погрешностям из эа неточ..ого совмещения, Ближайшим техническим решением к предложенному является устройство интерфереиционного измерения проекции вектора перемещения поверхности диффузнсотражанзщего объекта, содержащее источник когерент ного излучения, одноканальную систему освещения объекта и двухканальную систему записи информации, каждый канал которой содержит диафрагму, фокус руюший элемент и приемник излучения jf. Введение двух«анальной системы записи информации позволяет получать голограммы интенсивности с несущей пространственной частотой и разделять при восстановлении отдельные порядки дифрагированных волновых полей. В результате этого исчезает зависимость контраста интерференционной картины на восстановленном изображ :нии от коэффициента контрастности фотоэмульсии, что увеличивает точность измерения. Недостатком описанного устройства является невь сокая чувствителы5ость.

Бель изобретения - повышение чувствительности устройства.

Поставленная цель достигается благодаря тому, что в один из каналов освещения объекта введен оптический элемент, обеспечивающий вращение плоско ти поляризации освещающего излучения, в каждый канал системы записи информации введен анализатор, и в один из каналов системы записи информации введен оптический элемент, обес- печивающий вращение плоскости поляризации отраженного излучения.

На чертеже показана принципиальная оптическая схема предложенного устройства.

Источник когерентного излучения и двух-, канальная система освещения исследуемого объекта 1 по направлениям 2 и 3 не показаны, Система записи информации состоит иэ двух каналов, расположенных. в направле- ниях 4 и 5. Каждый канал !содержит диаф-, рагму- отверстия 6 и 7 в непрозрачномэкране 8, фокусируюший элемент 9 представляюший собою оптическую систему (объектив или линзу) и приемник излучения 10, являющийся квадратичным детектором, например фотопластинку. В один из каналов освещения введен оптический лемент 11, обеспечивающий вращение плоскости поляриза цииосвешаюшегоизлучения (например, полу-

Ф волновая плас Гинка) . В каждый канал сис темы записи информации введен анализатор

12 и 13, и в один из этих каналов введен оптический элемент 1 4, обеопечиваюший вра щение плоскости поляризации отраженного излучения, В процессе работы двухканальная система освещения исследуем oro объекта обеспечивает коллимированное освещение по направлениям

2 и 3, Так как оба обеспечивающих пучка образованы излучением от одного и тогоже когерентного источника, они поляризованы в одной и той же плоскост55, что показано на фиг, 1 стрелками, пересекающими направления 2 и 3 „

После прохождения освещающего излучения через оптический элемент 1 1 плоскость поляризации освещающего излучения в одном из каналов изменяется на ортогональную; которая показана на чертеже точкой. Ввиду диффузного рассеяния освещающего излучения в каждом из направлений 4 и 5 распространяются одновременно по два пучка со взаимно ортогональными поляризациями. Анализаторы 12 и 13 пропускают излучение одного направления поляризации, так что в каждом из каналов распррстраняется только по одному пучку, йоляризации этих пучков взаимно ортогональны.

Оптический элемент 1 4 обеспечивает вращение плоскости поляризации одного иэ пучков так, что она становится ортогональной по отношению к своему первоначальному положению и параллельной Во отноЗО шению к пучку в другом канале, в резульате чего пучки в различных каналах станоятся когерентными и по поляризации и образуют интерференцнонную картину в плоскосI

35 тирегистратора. Используя метод двух экспозиций и прикладывая K объекту деформирую-:

1 р ую нагрузку, на восстановленном изобра1кении получеют интерференционную картину, представляюшую собой изолинии проекции век1 тора перемещения поверхности диффузно-от- ражающего объекта на направление, перпенди55улярно биссектрисе угла между направлениями 2 и 3

Сравним предложенное устройство с аналогом и прототипом по чувствительнос» ти и точностным характеристикам. В ана логе используется двухканальное освещение исследуемого объекта и одноканальная система записи информации, распол женная симетрично. оптической оси, отсутствуют также элементы 11-14. Интерферограм ма на восстановленном изображении опись5- вается уравнением nriÄ Zs(nЯ -- N„A (Ц бб гдебГ, - проекция вектора перемещения на направление, перпендикулярное оптичес кой оси„

-угол между оптической осью и направлениями освещения объекта N@ -55o

52() 507

1 рядковый номер интерференционной полосы, 3, -r..mHa волны. При чувствительности, определяемой усло

;вием образования одной интерференционной полосы, можно замерить /Шsin JJ

При освещении по касательной к поверхности (макисмальная теоретическая чувствительность): Ьщ ф = 1, Д ;, = ф2, В голографической интерферометрии при освещении нормально к поверхности и наблюдении по касательной к ней (максималь. ная теоретическая чувствительность 6 < = 7 . Таким образом, чувствител ность аналога превышае г чувствительность голографического интерферометра, но точность измерения неудовлетворительна.

В прототипе используют одноканальную систему освещения объекта и двухканальную систему записи информации (один из освещающих пучков и элементы 11-14 от сутствуют), Интерферограмма на восстановленном изображении описывается уравнением:

4 х 2 ы с=к Я, (g) где е(-угол между оптической осью и направлениями 4 и 5. Действующий диаметр оптической системы 1ограничивает угол а следовательно, и чувствительность устройства. Известно, что качественные объективы имеют отношение диаметра к фокусу не более 1:1,5, что при фотографировании в масштабе lil дает

З(,п.(= < и пр N =1,hl"х =>3.

Таким образом, хотя точность прототипа выше, но чувствительность хуже, чем у аналога и голографического интерферометра.

Отметим, что механическое объединение в одно устройство двухканальной системы освещения объекта и двухканалы oR систе мы записи информации не приводит к повы .шению чувствительности. Действительно, если бы объект освещался по двум каналам излучением, когерантным также и -по поляризации (элементы 11-14 тогда бы отсутствовали), то в результате диффузного рассеяния на поверхности объекта освещающих пучков по каждому иэ каналов 4 и 5 распространялись бы по два пучка. В

1процессе,записи голограмма интенсивноо;ти была бы образована интерференцией четырех пучков. При записи методом двойной экспозиции с приложением к исследуемому ,объекту между экспозицией деформируюшей нагрузки. s иэображении, вос :тановленном .:

B нулевых порядках дифракции, суммарная интерференционная картина была бы обра ована интерференцией четырех пар пучков. Как показывает подробный расчет такой интер ференции, в итоге на сильном мешающем фоне наблюдалась бы малоконтрастная интерференционная картина, описываемая уравнением (3).

Введением оптических элементов 11-14 из четырех отраженных пучков выделяют два, прошедших по каналам 2-4 и 3-5 (или по каналам 2-5 и 3-4, если поменять местами анализаторы 12 и 13), что обеспечивает высокий контраст интерференционных полос на восстановленном изображении, Интерферограмма описывается выражением:

hrx(ЫПАй SitlP)- (й,(йь) (4) где знак + или - соответствуют интерференционной картине, образованной пучками, раг,пространявшимися по каналам 2-4 и 3-5 или 2-5 и 3-4. Максимальная ч вствитель» ность в этом случае (при Sit1A-=ф МИ 3=-1 ) соответствует /7 на интерференционную

25 полосу, что превосходит чувствителы ость голографических интерферометров, аналога

1 и прототипа.

Возможны два варианта устройства, приводящие к достижению поставленной цели, 30 о обладающие некоторыми недостатками по равнению с описанным.

В первом варианте два канала, используемых для записи информации, получают деле35 нием не по волновому фронту, как в описан ном устройстве, а делением по амплитуде с помощью дифракционной решетки, помещенной в плоскость изображения объекта, предварительно построенного по одному ка налу вспомогательной оптической системой .

Интерферограмма на восстановленном иэоб раженин описывается уравнением (1). По сравнению с предложенным устройством, в этом варианте интенсивность света, падаю45 щего на квадратичный детектор, уменьшит-, ся в 1/Д раз, где Д»дифракционная эффективность решетки;; кроме того, как видно иэ сравнения уравнений (1) и (4), несколько уменьшается чувствительность.

«О Во втором варианте устройства как для освещения, так для построения записи ис пользуют два канала, оптические элементы

11-14 отсутствуют, вместо этого время каждой из экспозиций раэбивакхт на два рав

65 ных интервала, между которыми соответст вуюшими оптическими элементами фазу од» ного из освещающих пучков меня,ат наг3Г, а одного иэ пучков, используемых для эапи си, на-й . Голограмма интенсивности mii эывается записанной с добавлением постоан

520507

Составитель Е. Халатова

Редактор Т. Орловская Техред H. Андрей ук! Корректор Н..Бабка,: .

Заказ 4229/203 Тираж и63 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комната Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Фклиал ППП Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ного фона, что приводит к снижению ее днфракционной эффективности и саответсшенно яркости восстановленного иэображения.

Формула изобретении

Устройство для интерференционного измерения проекции вектора перемещения поверхности диффузно-отражающего обтюкта, содержащее источник когерентного излучения, двухканальную систему освещения объекта, а также двухканальную систему записи информации, каждый канал которой содержит диафрагму, фокусирующий элемент и приемник излучения, о т л и ч а ю щ ее с и, тем, что, сцельюцавыше иячувсчми.-I тельности, в один иэ каналов освещения объекта введен оптический элемент для вращения плоскости поляризации освещающего

3 излучения, В KEDKgbN KGHBJ1 системы записи

5 информации введен анализатор н в один иэ каналов системы записи информации введен оптический элемент для вращения плоскости поляризации отраженного излучения.

Источники информации, принятие во вниЮ,мание при экспертизе:

1. Р. Кольер и др. Оптическая гологра фия. М., Мир, 1973, 2. Le® < e t, . g.p,, y, y рЬуз.Е (бс

)иэЬщя) 1970, 3, 214-218).

3. Иласоь Н. Г., Смирнова С. H,„Прес ,няков Ю. П., Ж. Т. Ф, 1973 ¹5 11041106 (прототип).