Поляриметр

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЙТИЛЬСТВУ Союз СоветсваСоциалистическихРеспублик и 708171(5 б 01 1 4/О с присоединен аявки-сударственнын комитетСССРо делам нзооретеннйн открытий 23) Приорит Опубликовано 05.01.80. БюллетеньДата опубликования описания 15,01.80 53)(54) ПОЛЯРИМЕ одно- глав- ъекта устранение ии направлен зомляющего непрерывных и разности поляриметре етвертьволнозм аз. Эт полярная пласПредлагаемыи поляриметр относится коптическому приборостроению и предназначен для одновременных и непрерывных измерений направлений осей (изоклины) и разности фаз в двулучепреломляющих объектах, например, при исследованиях механических напряжений в конструкциях и сооружениях поляризационно-оптическим методом,Известны поляриметрические установки 11 для исследования механических напряжений в конструкциях методом фотоупругости, которые основаны на исследованиипрозрачных моделей, изготовленных из материалов, в которых возникают явления двойного лучепреломления уже при небольшихвнутренних напряжениях,Недостатком таких поляриметров является раздельное измерение направления осей(изоклин) и разности фаз двулучепреломления обьекта.Наиболее близким техническим решениемявляется поляриметр 2 для одновременных измерений как направления осей, таки разности фаз двулучепреломляющих объектов. Он содержит осветитель, фокусирующую систему, место для закрепления объекта, с одной стороны которого установлены поляризационный фильтр, четвертьволновая пластинка и находящийся между ними модулятор Фарадея, а по другую сторону второй модулятор Фарадея и второй поляризованный фильтр, плоскость пропускания которого с помощью синхронной связи постоянно составляет прямой угол с быстрой осью четвертьвол новой пластинки, а также фотоприемную часть с делителем света и двумя фотоприемниками, покрытыми разными светофильтрами,Одним из серьезных недостатков этого поляриметра является то, что при одновременных и непрерывных измерениях направления осей и разности фаз имеет место неоднозначность в определении направления осей объекта. Цель изобретения - значности в определен ных осей двулучепре при одновременных и ниях направления осей достигается тем, что в зационные фильтры и чтпнка выполнены по диаметру, меньшими диа метра рабочего пучка света, разделяя его по состоянию поляризаций на централь-. ную и периферийную части, и укреплены на прозрачных изотопных пластинках, поляРизационный фильтр, синхронно связанный с четвертьволновой пластинкой, дополнен периферийной частью в виде кольца, плоскость пропускания которой составляет угол .45 С с плоскостью пропускания его центральной части, непосредственно между модуЛятором Фарадея и находящимся рядом полнризационным фильтром установлен дополнительный поляризационный фильтр диаметРом, не менее диаметра рабочего пучка и с отверстием в центре по диаметру центральной части пучка, плоскость пропускания которого постоянно составляет угол 90 с периферийной частью составного поляризационного фильтра, а перед делителем света фотоприемной части установлено зеркало с овальным отверстием по диаметру центральной части пучка, и дополнительный фото- приемник, который через усилитель связан с реверсивным двигателем привода четверть- волновой пластинки.На чертеже показана структурная схема предлагаемого поляриметра.Источник белого света 1 и конденсор 2 составляют осветитель, который направляет свет на диафрагму 3, находящуюся в фокусе линзы 4. За линзой 4 установлена линза 5. Система линз 4 и 5 рассчитана так, что изображение диафрагмы 3 переносится в плоскость объекта 6, для которого предусмотрено специальное место в виде столика. За объектом 6 установлена линза 7. Линзы 5 и 7 выполнены из изотропного материала без внутренних натяжений. С одной стороны объекта 6, перед ним, установлены поляризационный фильтр 8, четверть- волновая пластинка 9 и находящийся между ними модулятор Фарадея 10, возбуждаемый переменным током, частоты сети а, а по другую сторону - другой поляризационный фильтр 11, плоскость пропускания которого с помощью синхронной связи 12 постоянно составляет прямой угол с быстрой осью четвертьволновой пластинки 9. Поляризационные фильтры 8, 11 и четвертьволновая пластинка 9 выполнены по диаметру несколько меньшими диаметра коллимированного рабочего пучка света, разделяя его по состоянию поляризации на центральную и периферийную части, и укреплены на прозрачнь 1 х изотропных пластинах 13.Поляризационный фильтр 11 дополнен периферийной частью в виде кольца из поляризационного фильтра 14, плоскость пропускания которого составляет угол .+45 с плоскостью пропускания центральной части 11. Между модулятором Фарадея 10 и находящимися рядом поляризационным фильтром 8 установлен дополнительный поляризационный фильтр 15 с наружным диаметром не менее диаметра рабочего пучка, в центре которого имеется отверстие диаметром, равным диаметру центральной части пучка света.Поляризационный фильтр 15 с помощьюсинхронной связи 16 связан с четвертьволновой пластинкой 9 так, что его плоскость пропускания постоянно составляет угол 90 с периферийной частью 14 составного поляризационного фильтра 11, 14, также синхронно связанного с четвертьволновой пластинкой 9.За поляризационными фильтрами 11,14 установлена фотоприемная часть, состоящая из наклонного зеркала 17 с овальным отверстием в центре под диаметр центральной части пучка света, делителя света 18, 20двух фотоприемников 19, 20, покрытых различными по спектру пропускания фильтрами 21, 22 и дополнительного фотоприемника 23. Фильтр 21 имеет максимум пропускания, совпадающий с рабочей длиной волны излучения Л 1, а максимум пропускания фильт 2 ф ра 22 совпадает с другой длиной волны Х 2отличающейся от Л 1, на малую величину ЬЛ.Фотоприемник 23, избирательный усилитель 24 и реверсивный двигатель 25, механически связанный с элементами 15, 9, 14, 30 11 и через дифференциал 26 и 8, входят вследящую систему поиска направления главных осей р объекта 6.Фотоприемники 19, 20 подключены к таким же избирательным усилителям 27, 28.35Усилитель 27 подсоединен к реверсивному двигателю 29, который является приводом дифференциала 26. Фотоприемник 19, усилитель 27 и двигатель 29 составляют следящую систему компенсатора Сенармона (элее 0 менты 8 и 9) для компенсации оптическойразности фаз ) объекта 6. К выходу усили-, теля 28 подсоединен фазовый детектор 30,.опорным напряжением которого служит переменное напряжение возбуждения модулятора Фарадея 10 (напряжение сети). Выход фазового детектора 30 соединен с индикатором 31. Двигатели 25 и 29 связаны с датчиками угловых перемещений 32 и 33, которые являются указателями измерительных величин направления осей Ф и оп тической разности фаз 6.Предлагаемый поляриметр работает следующим образом.Свет от источника 1 конденсатором 2направляется на диафрагму 3, расходящийся пучок света линзой 4 коллимируется, на-правляется на элементы оптики 8, 15, 10, 9, 13, а затем линзой 5 фокусируется на объекте 6 таким образом, что изображение диафрагмы 3 системой линз 4, 5 переносится20 35 5в плоскость объекта 6. За объектом 6 свет снова коллимируется линзой 7, проходит поляризационные фильтры 11, 4 и направляется на фотоприемную часть. Причем, периферийная часть коллимированного пучка света Фг, после линзы 4 проходит поляризационный фильтр 15, модулятор Фарадея 10, исследуемую точку объекта б,поляризационный фильтр 14 и, отразившись от зеркала 17, воспринимается фотоприемником 23.Величина светового потока Ф 1, воспринимаемого фотоприемником 23, зависит как от направления осей Р, так и от величины оптической разности фаз 8 объекта 6 следующим образом Ф,: 1 71 Фп 51 п-ф-) 51 п 2 р - А 51 п 4 у%пью) . где Г- пропускание элементов оптики периферийной части;А - амплитуда возбуждения модулятора 10;о - частота возбуждения модулятора 10.Однако фаза переменной составляющей потока Ф 1 (второй член выражения для Ф 1) не зависит ни от величины, ни от знака измеряемой оптической разности фаз о, а зависит от направления осей объекта 6. Поэтому усиленный усилителем 24 сигнал первой гармоники частотыфотоприемника 23 заставляет вращаться двигатель 25 однозначно в нужном направлении до момента совмещения осей объекта 6 с направлениями пропускания синхронно связанных и постоянно скрещенных поляризационных фильтров 15 и 14, то есть, до момента р = О, когда в спектре сигнала фотоприемника 23 исчезнет первая гармоника частоты о . Любое дальнейшее изменецие ориентации осей объекта 6 приводит к немедленному соответствующему одн;значному отрабатыванию следягцей системы. Измеренная ориентация осейобьекта 6 индицируется . - г.1 овых перемещений 32.Цен 1 ра,пгцая часть коллимированного пучка свет Фц после линзы 4 проходит поляри ациониыи фильтр 8, модулятор Фарадея 10, четвертьволновую пластину 9, исследуемую точку объекта 6, поляризационный фильтр 11, проходит через отверстие зеркала 17, разделяется делителем 18 на два пучка и, пройдя фильтры 21, 22, воспринимается соответственно фотоприемниками 19 и 20. При отслеживании следящей системы с двигателем 25 за изменением направления осей объекта 6, четвертьволновая пластинка 9, поляризационный фильтр 11 и (с помощью дифференциала 26) поляризационный фильтр 8, будучи синхронно связанными с поляризационными фильтрами 15, 14,всегда однозначно будут находиться в ди. гональном положении по отношению к осям объекта 6 и, тем самым, вслгда готовы дая компенсации оптической разности фаз о.Световой поток Фа, воспринимаемый фотоприемником 19, после совмещения осей объекта 6 с направлениями пропускания поляризаццонных фильтров 15 и 14 зависит только от оптической разности фаз о и угла поворота 8 поляризационного фил ьтра 8 относительно четвертьволновой пластинки 9. то естьФа - - 1- Ь К 451 п ( . - е ) - 2 М 1 п(б - 2 Е) ЫпАгде 1 а - пропускание элементов оптики центральной части;Кр, коэффициент отражения делите."я18 на длине волнь Л;.Сигнал первой гар,:оники частоты я фотоприемника 19, пропорцн,цальный второму члену выражения,-. - я фа, ус. ливаегся избирательным усилц гелем 27 и подав гс на обмотку управления дв отеля 29, кото рый через дифференциал 26 врашает поля ризационный фильтр 8 на угол 2 е до момен. та компенсации оптической разности фаа б = 28. В процессе работы поляриметра лк 1 бые изменения оптической разности фаз объекта 6 с помощью следягцей системы немедленно компенсируются поворотом поляризационного фильтра 8 относительно четверть- волновой пластинки 9. Значение величины измеренной оптической разности фаз фиксируется датчиком линейных перемецгений 33.Световой поток Ф воспринимаемый фот приемником 20, после совмешения осей обьекта 6 с направлениями пропускания поляризационных фильтров 15, 14 одной следягцей системой и после компенсации оптической разнос"и фаз полярнзационным фильтром 8 другой следягцей системой, изменяется по закону Фз -- :Г К Ф ц Я и( ф"-) - 2 А и (-фф - " )- р," ахл51 пв 1 ,где К - коэффициент пропускания делителя 18 на длине волны Ла максимума пропускания фильтра 22.Фаза переменной составляющей потока Ф (второй член выражения для Фз) характеризует знак оптической разности хода 3 в пределах О -ф" - (К, где -ф -, С 1.л;Сигнал первой гармоники частоты о фотоприемника 20, пропорциональный второму члену выражения для Ф усиливается избирательным усилителем 28 и подается на фазовый детектор 30, где сравнивается по фазе с сигналои возбуждения модулятора 1 О, т. е. с сигналом сети. Знак оптической разности фаз,5 индицируется индикатором 31.Поляриметр, содержащий осветитель, фокусирующую систему, место для закрепления исследуемого объекта, с одной стороны которого установлены поляризационный фильтр, четвертьволновая пластинка и находящийся между ними модулятор Фарадея, а по другую сторону - другой поляризационный фильтр, плоскость пропускания которого с помощью синхронной связи постоянно составляет прямой угол с быстрой осью те четвертьволновой пластинки, а также фотоприемную часть с делителем света и двумя фотоприемниками, покрытыми разными светофильтрами, отличающийся тем, что, с целью устранения неоднозначности в определении направления главных осей при одновременных измерениях направления осей и разности фаз двулучепреломляющих объектов, поляризационные фмльтры и четвертьволновая пластинка выполнены по диаметру мень 26 шими диаметра рабочего пучка света, разделяя его по состоянию поляризаций на центральную и периферийную части, и укреплены на прозрачных изотропных пластинках, поляризацнонный фильтр, синхронно связанный с четвертьволновои пластинкой, допол нен периферийной частью в виде кольца. плоскость пропускания которой составляет угол.ь 45 с плоскостью пропускания его центральной части, между модулятором Фарадея и поляризационным фильтром установлен дополнительный по . -,.,зационный фильтр диаметром, равным д,:.ч етру рабочего пу .ка и с отверстием в центре по диаметру центральной части пучка, плоскость пропускания которого постоянно составляет угол 90 с периферийной частью составного поляризационного фильтра, а перед делителем света фотоприемной части установлено зеркало с овальным отверстием по диаметру центральной части пучка, и дополнительный фотоприемник, который через усилитель связан с реверсивным двигателем привода четвертьволновой пластинки. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Шмиловский А. А., Прикладная физическая оптика, М., 1961, с. 807.2. Сб, статей, Поляризационно-оптический метод и его приложения к исследованию тепловых напряжений и деформаций, Киев, Наукова думка. 1976, с. 163 (прототип) .Составитель Л. Савче Текред К, Шуфриц Тираж 713 Трацевски едакт 35 ака та рыт наб НИИПИ Государственного комите по делам изобретений и отк 035, Москва, Ж - 35, Раушская ал ППП Патент, г. Ужгород, ул