Поляриметр

Поляриметр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Реслублик(61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 031078 (21) 267129б/18-25

Р1)М. К .

G 01 ) 4/04 с присоединением заявки ¹â€”

Государственный комитет

СССР оо делам изобретений н открытий (23) Приоритет

Опубликовано 230980, Бюллетень ¹ 35

Дата опубликования описания 2 0980 (53) УДК 535. 5 (088.8) А. И. Пеньковский, P. Т. Афанасенко, Д. Д. Хамелин, Н. А. Петрановский, В. В. Шапошникова и М. В. Лейкин (72) Авторы изобретения

Изобретение относится к оптическому приборостроению и предназначено для исследования двойного лучепреломления, точнее для одновременных и не- 5 прерывных измерений направлений главных осей (изоклины), величины и знака разности хода поляризованных лучей, прошедших механически нагруженную модель (объект) при исследованиях меха-1О нических напряжений методом фотоупругости.

Известны приборы для поэтапных измерений иэоклины и разности хода в заранее выбранных точках напряженной модели и устройства, предназначенные для одновременных измерений изоклины и разности хода j1).

Наиболее близким к изобретению техническим решением является поляри-2О метр, содержащий источник света, проекционную систему, место для установки исследуемого объекта, с одной стороны которого установлены обычный поляриэационный Фильтр и фазовая 25 пластинка, создающая сдвиг фазы для лучей рабочей длины, а с другой стороны — составной поляризационный фильтр, связанный синхронно с фазовой пластийкой так, что плоскость пропус-щ кания его центральной части постоянно совпадает с одной нз осей фазовой пластинки и плоскость пропускания его периферитной части постоянно составляет углы g45о с осями фазовой пластинки, за которыми установлены делители света, фотоприемники и светофильтры (21.

Для определения целых порядков интерференции требуется производить поочередное подключение усилителя следящей системы то к одному, то к другому фотоприемнику с раэнымн светофильтрами, воспринимающими свет центральной части пучка, что не удобно и приводит к некоторым погрешностям измерений разности хода эа счет люфтов следящей системы. кроме того, поляриметр усложнен наличием дифферЕнциала, модулятора. Фарадея и специальных датчиков угловых перемещений, а также наличием двух следящих систем.

Целью изобретения является повышение точности и упрощение конструкции.

Это достигается тем, что в известном поляриметре совместно с обычным поляризационным фильтром со стороны фаэовой пластинки укреплена дополни765671 тельная фаэовая пластинка в виде кольца с наружным диаметром не менее диаметра рабочего пучка света и внутренним отверстием по диаметру центральной части составного поляризационного фильтра, создающая сдвиг фазфЯ для лучей с длиной волны Х, не совпадающей с .рабочей длиной волны А,и оси которой составляют углы +45 с йлоскостью пропускания закрепленного совместно с ней поляриэационного фильтра.

На чертеже показана структурная схема предлагаемого поляриметра.

Источник, например, белого света

1 и конденсатор 2 составляют осветитель, который направляет свет на диафрагму 3, находящуюся в фокусе линзы 4. Эа линзой 4 установлена отбрасывающая линза 5. Система линз 4 и 5 рассчитана так, что иэображение диафрагмы 3 переносится в плоскость объекта 6 для которого предусмотрено специальное место, например, в виде координатного столика. За объектом 6 установлены такие же линзы 7 и 8. Линзы 5 и 7 выполнены иэ иэотропного материала без внутренних натяжений. Перед объектом б в параллельных лучах . между линзами 4 и 5 установлены обычный поляриэационный фильтр 9, связанный с синхронным двигателем 10 через понижающую передачу 2:1, и фаэовая пластинка 11, создакщая сдвиг фаэ для лучей рабочей длины волны %, а по другую сторону объекта б в параллельных лучах между линзами 7 и 8 установлен составной поляриэационный фильтр, состоящий иэ центральной части 12 и периферитной части в виде кольца 13. Составной поляризационный фильтр с частями 12 и 13 связан синхронной связью 14 с фазовой пластинкой 11 так, что плоскость пропускания ето центральной части 12 постоянно совпадает с одной иэ осей фаэовой пластинки 1, а плоскость пропускания его периферитной части 13 постоянно составляет угол 45 с осями фаэовой пластинки 11.

Совместно с обычным поляриэационным фильтром 9 со стороны фазовой пластинки 11 укреплена дополнительная фазовая пластинка 15 в виде кольца с наружным диаметром не менее диаметра рабочего пучка света и с внутренним отверстием по диаметру центральной части 12 составного поляризационного филътра, фаэовая пластинка 15 создает сдвиг фаз ф .для лучей с длиной волны К, ие совпадакщей с рабочей длиной волны 31, например, на величину b3.ô 20 им, а ее Ься составляют угол +45е с плоскостъю пропускания закрейленного совместно с ней поляризационного фильтра 9. Для получения информация о мгновенном положения вращаиизяхся совместно пюляряэацяоиио» го фильтра 9 я фаэовой пластинки 15 относительно корпуса поляриметра осей координат установлен датчик 16, например электромагнитный, а относительно фаэовой пластинки 11 — два датчика 17 и 18, укрепленных на оправе фазовой пластинки 11 под углом 45 относительно друг друга; После последнего поляризационного фильтра между лин вами 7 и 8 установлен делитель света

19 в виде склеенных двух призм,на гипотенузную грань одной из которых нанесено зеркальное покрытие с овальным отверстием в центре по диаметру центральной части пучка света, а также фотоприемник 20. 3а линзой 8 установлены наклонное зеркало 21 с прозрачной точкой, играющей роль диафрагм, 15 делитель света 22, два фотоприемника

23 и 24, перед которыми установлены два интерференциальных фильтра 25 и

2б фильтр 25 имеет максимум пропускания, совпадакщий по спектру с рабочей 9 длиной волны Хц, а максимум пропускания фильтра 26 совпадает с другой ,длиной волны, отличающейся от Хо на не большую величину 3А 4 40 нм.

Фильтр 26 установлен с воэможностью

25 наклона, в процессе которого максимум пропускания фильтра 26 по спектру смещается в область более коротких длин волн и может совпадать с Ао

Фаэовая пластинка 11 механически связана с реверсивным двигателем 27.

Обмотка управления двигателя 27 подключена к усилителю 28, вход которого подключен к фотоприемнику 20. Обмотка возбуждения двигателя 27 подключена к усилителю 29,,вход которого через

35 контактные кольца подсоединен к дат чику 18.

Поляриметр снабжен тремя цифровыми фаэометрами 30, 31 и 32, устройством сравнения 33 и печатающим устрой40 ством 34. Фаэометр 30 подключен к датчикам 16 и 18 и служит для измерения параметра иэоклины Р . Фаэометр 31 подключен и датчику 17 и к фотоприемнику 23 и служит для измерения раэнос45 ти фаэ др, т.е. дробной части порядков интерференции q . Фазометр 32 подключен к фотоприемникам 23, 24 и служит для измерения знака разности хода Г и целого числа порядков интеро

50 Ференции и °

Поляриметр снабжен также визуальным каналом 35 для наблюдения освещаемого участка объекта 6.

Поляриметр работает следующим образом.

Свет от источника 1 конденсатором

2 направляется на диафрагму 3, расходящийся пучок света линзой 4 коллимяруется, направляется на элементы оптики 9, 15 и 11, а затем, при введенЯ ной линзе 5 фокусируется на объекте

6 таким образом, что изображение диафрагмы 3 системой линз 4 и 5 переносится в плоскость объекта 6. За объ . ектом 6 свет снова коллимируется лин у эой 7, проходит составной поляриза-.

765671 ционный фильтр 12, 13 и направляется на делитель 19. Причем, периферийная часть коллимированного пучка света после линзы 4 проходит вращающиеся совместно с частотойы/Q поляризационный фильтр 9 и фазовую пластинку 15, затем фазовую пластинку 11, исследуемую точку объекта 6, поляризационный фильтр 13 и,отразившись от зеркала

19, воспринимается фотоприемником 20.

Центральная часть коллимированного пучка света после линзы 4 проходит только вращающийся поляриэационный фильтр 9, затем проходит через фазовую пластинку 11, исследуемую точку объекта б, поляриэационный фильтр 12, через отверстие в зеркальном слое де- 15 лителя 19 и направляется на наклонное .зеркало 21 с прозрачной точкой, в плоскости которой линзами 7 и 8 строится изображение освещенного участка исследуемого объекта б. 20

Если линза 5 выведена иэ пучка света, то освещается значительный участок объекта б, который можно наблюдать с помощью визуального канала 35 эа исключением точки объекта б, лучи от которой попали в отверстие в зеркале 21. При введенной линзе 5 размер освещаемого участка объекта б пропорционален размеру диафрагмы 3 и. увеличению линз 4 и 5, который также может наблюдаться с помощью визуального канала 35 и для фотоэлектрического ана- лиза дополнительно ограничивается отверстием зеркала 21. Свет, прошедший отверстие в зеркале 21, разделяется делителем 22 на два пучка, один иэ которых направляется на светофильтр

55

25 и фотоприемник 23, а второй — на светофильтр 26 и фотоприемник 24.

Если объект б в исследуемой точке изотропен, то фотоприемники 23 и 24 будут воспринимать световые потоки, периодически изменякщиеся по синусоидальному закону с частотой ld, фазы изменения которых совпадают с фазой сигнала датчика 17. При этом цифровые фазометры 31 и 32 фиксируют нулевые значения измеряемых разностей фаз d<> для рабочей длины волны hg и d для вспомогательной длины волны Х

Если объект в исследуемой точке испытывает нагрузку, т.е. обладает двойным лучепреломлением и его оси. находятся в "диагональном" положении, то каждое мгновенное состояние поляризации света, падакщего на объект

6, изменяется.

Цифровой фаэометр 31 измеряет, а печатающее устройство 34 фиксирует разность фаз между сигналами фотоприемника 23 и датчика 17, пропорциональную разности фаз д . поляризован-, ных лучей рабочей длины волны цифровой фазометр 32 измеряет величину и знак разности фаз между сигналами фотоприемников 23.и 24, которая характеризует знак измеряемой раэнос45

65 ти хода лучей Г, и равная разнице в измерениях разности хода д для рабочей длины волны А и разности хода б, для вспомогательной длины волны

Значение разницы cF - д",, например, в цифровой форме подается в устройство сравнения 33, где производится сравнение во сколько раз

Измеренная величина (д -д „ ) больше заранее известной величины (д, †.dl)lan=1, приходящейся на один порядок интерференции лучей рабочей длины волны измеренной в процессе предварительной тарировки материала объекта с произвольной дисперсией двойного лучепреломления. Целое число результата сравнения (старший разряд), равное целому числу порядков интерференции и, поступает в печатающее устройство 34. Измеренные таким образом разность фаз Оо, пропорциональная дробной части порядков интерференции qö, целое число порядков п и знак разности хода Ги дают полную информацию о измеряемой разности хода согласно выражению

Го = и о + Чо о ,Циапаэон измерения разности хода Гд практически может быть любым и ограничивается лишь степенью монохроматичности рабочих пучков света длин волн Л.о и Х, . Поскольку для получения верных результатов измерений разности хода I o фазометр 32 должен работать в пределах измерений от 0 до рад, то с ростом измеряемой величины Г оператор имеет возможность, соответственно увеличивать наклон интерференционного фильтра 26 для уменьшения разницы между длинами

Волн 1р и Х, и тем самым расширить диапазон измерений Г„ .

Предлагаемый поляриметр имеет высокую точность измерений (+0,1 по параметру 9 и +0,5 нм по параметру

Гц ) и прост в конструктивном исполнении.

Формула изобретения

Поляриметр, содержащий источник света,, проекционную систему, место для установки исследуемого объекта, с одной стороны которого установлены . обычный поляризационный фильтр, связанный с синхронным двигателем, и фа" эовая пластинка, создающая сдвиг фазы +. для лучей рабочей длины волны

2.

Ц,, а с другой стороны — составной поляриэационный фильтр, связанный синхронно с фаэовой пластинкой так, что плоскость пропускания его центральяой части постоянно совпадает с одной .юз осей фазовой пластинки и плоскость пропускания его периферитной части: постоянно составляет угол +45О с осями фазовой пластинки, за которыми vcСоставитель Н. Бастанова

Редактор Е. Гончар Техред И. Граб <оРРектор М. немчик

Заказ 6494/39

Тираж 713

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 тановлены делители света, фотоприемники и светофильтры, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения конструкции, совместно с обычным поляризационным фильтром со стороны фазовой пластинки укреплена дополнительная фазовая пластинка в виде кольца с наружным диаметром не менее диаметра рабочего пучка света и внутренним отверстием по диа метру центральной части составного по ляризационного фильтра, создающая сдвиг фаз для лучей с длиной волны

9L, не совпадамцей с рабочей длиной волны Лр, и оси которой составляют угол +45 с плоскостью пропускания закрепленного совместно с ней поляриэационного фильтра.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Александров A. Я. и Ахметдянов M. Х. Поляризационно оптические методы механики деформируемого тела.. о М.f "Наука", 1973, с. 128 †1.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2487911, кл. 6 01 Ю 4/04, 19.05.77 (прот >тип).