Одностронний поляриметр

Одностронний поляриметр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1И16 82800

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Допо".ínòåëünîñ и авт. свил-гу

Государственный комитет (22) Заявлено 20 06 77 (21) 2499679 ЕЯ- 5 (51) М Кл 2

G 0IN 21/40 с при соединением заявки №> (23) Приоритет

Опубликовано 30.08.79. Бюллетень М 32 (53) УДК 535.511 (088.8) ло делам изобретений открытий

Дата опубликования описания 30.08.79 (72) Авторы изобретения

Н. М. Дричко и М. В. Лейкин (71) Заявитель (54) ОДНОСТОРОННИЙ ПОЛЯРИМЕТР

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а более конкретно — к оптическим приборам для определения напряжений и деформаций в натурных объектах и сооружениях путем измерения параметров двулучепреломления в отражательных покрытиях и датчиках.

Известны односторонние пол яриметры, предназначенные для измерения разности хода и направлений главных напряжений в фотоупругих покрытиях и датчиках в отраженном свете. Такие поляриметры содержат осветительную ветвь с поляризатором и регистрирующую ветвь с компенсатором и анализатором.

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому поляриметру является односторонний поляриметр. Он содержит источник света, поляризатор, полупрозрачное зеркало, анализатор, компенсатор и регистрирующее устройство. При этом источник света и поляризатор расположены с одной, а остальные элементы — с другой стороны зеркала. От источника света луч проходит поляризатор, отражается от полупрозрачного зеркала и падает на фотоупругое покрытие, соединенное с исследуемым объектом. Отразившись от поверхности объекта, луч снова проходит зеркало, а затем поступает в компенсатор, анализатор и регистрирующее устройство.

Серьезным недостатком такой схемы является необходимость вращения всего при5 бора вокруг его продольной оси, нормальной к покрытию. Для определения направлений главных напряжений (параметра изоклины) в выбранной для измерения точке покрытия весь прибор необходимо по10 вернуть до получения на выходе минимальной освещенности. В этом положении фиксируется отсчет, характеризующий параметр изоклины. Затем для измерения в этой же точке покрытия разности хода весь при15 бор разворачивается на 45 .

Вращение является измерительной операцией и производится при определении разности хода и параметра изоклины в каждой точке покрытия. Вращение всего поля20 риметра, особенно, если учесть несимметричность прибора относительно оси вращения, значительно усложняет конструкцию и повышает требования к узлам прибора.

Кроме того, это вносит в измерения допол2. нительные погрешности: увод визирной оси при вращении вносит погрешность в координату измерительной точки; разность хода и изоклина измеряются не строго в одной и той же точке; эксцентриситет, котоpbrA появляется при длительной эксплуатации, вносит погрешность в измерения и параметры изоклины и разности хода.

Целью изобретения является упрощение конструкции поляриметра и повышение точности измерений.

Для достижения этой цели за полупрозрачным зеркалом дополнительно установлен ахроматический вращатель с переменным углом поворота плоскости поляризации. Ахроматический вращатель может быть выполнен в виде двух компонентов из оптически активных кристаллов с разной дисперсией вращения плоскости поляризации, каждый из которых содержит плоскопараллельную пластину, подвижный и неподвижный клинья, при этом подвижные клинья связаны с общим механизмом перемещения, а отношение тангенсов их углов равно отношению дисперсий вращения плоскости поляризации.

Введение такого вращателя позволяет производить необходимые для измерения повороты плоскости поляризации светового колебания, падающего на покрытие, при неподвижном корпусе прибора. В приведенном ниже описании конструкции вращателя измерение угла поворота плоскости поляризации осуществляется за счет перемещения двойного клина.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема предлагаемого поляриметра; на фиг.2— одна из возможных схем ахроматического вращателя с переменным углом вращения плоскости поляризации.

Поляриметр содержит источник света 1, поляризатор 2, полупрозрачное зеркало 3, переменный ахроматический вращатель 4, компенсатор 5, анализатор 6, плоскость поляризации которого скрещена с плоскостью поляризации поляризатора, и регистрирующее устройство 7, представляющее собой окулярную насадку при визуальных наблюдениях или фотоэлектрический фоторегистратор. Продольная ось поляриметра нормальна к оптически чувствительному покрытию 8, соединенному с исследуемым объектом.

Вращатель содержит два компонента 1 и

II, выполненных из оптически активных кристаллов, обладающих разной дисперсией вращения плоскости поляризации. Каждый компонент содержит плоскопараллельную пластину соответственно 9 и 10, неподвижный 11 и 12 и подвижный 13 и 14 клинья.

Углы подвижного и неподвижного клиньев каждого компонента равны, так что они образуют плоскопараллельную пластину переменной толщины. Отношение тангснсов углов клиньев компонентов равно отношению дисперсий вращения поляризации использованных кристаллов. Все элементы вращателя вырезаны перпендикулярно оптической оси (ее направление показано на фиг. 2 двойной стрелкой). В каждом компоненте плоскопараллельная пластина и клинья изготавливаются из энантиоморфных модификаций кристалла, поэтому результирующий угол поворота плоскости поляризации определяется разностью толщины пластины и клиньев (эффективная — îëщина компонента) . Ooa подвижных клина связаны с общим механизмом перемещения 15.

Поляриметр работает следующим образом.

Свет от источника 1 проходит через поляризатор 2, плоскость пропускания которого перпендикулярна плоскости падения и плоскости пропускания анализатора 6. Отразившись от полупрозрачного зеркала 3, свет проходит вращатель 4 и затем оптически чувствительное покрытие 8. После отражения от задней поверхности покрытия, свет вторично проходит покрытие, вращатель и полупрозрачное зеркало. Если вращатель находится в исходном нулевом положении, когда он не поворачивает плоскость поляризации, и напряжения в объекте отсутствуют, прошедшее полупрозрачное зеркало световое колебание остается линейно поляризованным и сохраняет свое первоначальное положение относитсльно плоскости падения. В этом случае анализатор 6 при исходном (нулевом) положении компенсатора 5 задерживает поступающее световое колебание, так как его плоскость поляризации перпендикулярна плоскости поляризации поляризатора 2. Регистрирующее устройство фиксирует минимальную освещенность на выходе прибора. Пусть в исследуемом участке покрытия возникло напряженное состояние, характеризуемое разностью хода «б» и направлениями главных напряжений, составляющими угол и с плоскостью падения зеркала. Для нахождения параметра изоклины необходимо, чтобы вращатель повернул плоскость поляризации на угол а или 90 — а в зависимости от направления поворота. Это осуществляется перемещением обоих подвижных клиньев на некоторую величину х. При этом плоскость поляризации выходящего из поляриметра светового колебания совпадает с направлением одного из главных напряжений. После повторного прохождения света через вращатель плоскость поляризации поворачивается в обратном направлении на тот же угол и, следовательно, принимает исходное положение и гасится анализатором. Регистрирующее устройство фиксирует минимальную освещенность. Затем клинья смещают на некоторую величину у, соответствующую повороту плоскости поляризации на 45 . В этом случае из вращателя выходит линейно поляризованное колебание под углом 45 к направлению главных напряжений в покрытии. После двойного прохождения покрытия выходящее из него световое колебание в общем случае представляет собой эллипс, главные оси которого составляют 45 с главными напряжениями. Вращатель поворачивает главные оси без изменения эллиптичности до совпа-дения одной из них с плоскостью падения.

Для изготовления ахроматического вращателя могут быть использованы оптически активные кристаллы, например кварц, иодат лития, силлениты.

Пределы угла поворота плоскости поля- о ризации вращателя с запасом можно принять равными 0 —:60, так как одно из направлений главных напряжений всегда находится в пределах +45 от направления плоскости поляризации колебания, отразившегося от полупрозрачного зеркала, и последующий поворот плоскости поляризации, необходимый для измерения разности хода, равен 45 .

В случае использования для изготовления вращателя кристаллов кварца и иодата лития изменение эффективной толщины компонентов, необходимое для обеспечения ср=60, равно 3 и 0,234 мм. При диапазоне перемещения клиньев 15 мм смещение д клиньев на 0,12 мм соответствует повороту плоскости поляризации на 0,5 . Таким образом, погрешность измерения параметра изоклины в 0,5, которая обычно требуется от таких измерений, легко может быть достигнута даже при смещснии клиньев от руки, без специального механизма перемещения.

Введение ахроматич ского вращателя с переменным углом вращения, расположен- -> ного за полупрозрачным зеркалом позволяет производить все необходимые измерения при неподвижном корпусе прибора. Это значительно упрощает конструкцию прибора, облегчает работу и повышает точность измерений. Устраняется причина прецессии визирной оси, которая, например, в опытных образцах прибора ОПП в переводе на линейные размеры исследуемого покрытия составляла от 5 до 10 мм. Смещение клиньев вращателя не смещает изображения исследуемой точки объекта с центра сетки наблюдательной системы, так как при этом параметр изоклины н разность хода измеряются не в разных, а в одной точке, повышается и точность определения координаты и параметров двупреломления.

Формула изобретения

1. Односторонний поляриметр, содержащий источник света, поляризатор, полупрозрачное зеркало, анализатор, компенсатор и регистрирующее устройство, о т л и ч а юшийся тем, ч-.о, с целью повышения точности измерений и упрощения конструкции, за полупрозрачным зеркалом дополнительно установлен ахроматический вращатель с переменным углом плоскости поляризации.

2. Поляриметр по п. 1, отличающийс я тем, что ахроматический вращатель выполнен в виде двух компонентов из оптически активных кристаллов с разной дисперсией вращения плоскости поляризации, каждый из которых содержит плоскопараллельную пластину, подвижный и неподвижный клинья, при э. эм подвижные клинья связань1 с общим механизмом перемещения, а отношение тангенсов их углов равно отношению дисперсий вращения плоскости поляризации.

682800 рие /

Корректор 3. Тарасова

Редактор О. Коляева

Заказ 2020/3 Изд. № 534 Тираж 1090 Подписное

HIIQ «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2

Составитель Е. Карманова

Техред А. Камышникова

1 1

Ри . 2