Поляриметр

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик .(51)М. Кл, С 01 ) 4/04 с присоединением заявки Но -Государственный комитет СССР оо делам изобретений н открытий(72) Авторы изобретения Изобретение относится к оптическому приборостроению и предназначено для исследования двойного лучепреломления, точнее для одновременных и не прерывных измерений направлений главных осей (изоклины), величины и знака разности хода поляризованных лучей, прошедших механически нагруженную модель (объект) при исследованиях мехаО 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 изоклиныи разности хода (.13 .Наиболее близким к изобретению техническим решением является поляриО 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 Т 45 о 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 дополнительная 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 фазф 2 для лучей с длиной волны Х, не совпадающей с .рабочей длиной волны А ,и оси которой составляют углы +45 фс 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. За линзой 4 установлена отбрасывающая линза 5. Система линз 4 и 5 рассчитана так, что иэображение диафрагмы 3 переносится в плоскость объекта б 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 обычныйполяриэационный фильтр 9, связанный с синхронным двигателем 10 через понижающую передачу 2:1, и фаэова 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 поляризационный фильтр, состоящий из 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 е с осями фаэовой пластинки 11.Совместно с обычным поляризационным 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 фаэ ф для лучей с длиной волны К , ие совпадакщей с рабочей длиной волны 3 , например, на величину ЬХ 20 им, а ее Ься составляют угол +45 е с плоскостъю пропускания закрейленного совместно с ней поляризационного фильтра 9. Для получения информация о мгновенном положениявращаизцяхся совместно поляряэацяоиио 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 линвами 7 и 8 установлен делитель света19 в виде склеенных двух призм,на ги"потенузную грань одной из которых нанесено зеркальное покрытие с овальнымотверстием в центре по диаметру цент"ральной части пучка света, а такжефотоприемник 20. За линзой 8 установлены наклонное зеркало 21 с прозрачной точкой, играющей роль диафрагм,15 делитель света 22, два фотоприемника23 и 24, перед которыми установленыдва интерференциальных фильтра 25 и261 фильтр 25 имеет максимум пропускания, совпадакщий по спектру с рабочей20 длиной волны Хо, а максимум пропускания фильтра 26 совпадает с другой,длиной волны % , отличающейся от Хона не большую величину ЬЯь 40 нм,Фильтр 26 установлен с воэможностью25 наклона, в процессе которого максимумпропускания фильтра 26 по спектру смещается в область более коротких длинволн и может совпадать с оФазовая пластинка 11 механическисвязана с реверсивным двигателем 27.Обмотка управления двигателя 27 подключена к усилителю 28, вход которогоподключен к фотоприемнику 20. Обмоткавозбуждения двигателя 27 подключенак усилителю 29 вход которого через35 контактные кольца подсоединен к датчику 18.Поляриметр снабжен тремя цифровыми Фаэометрами 30, 31 и 32, устройством сравнения 33 и печатающим устрой 40 ством 34. Фаэометр 30 подключен к датчикам 16 и 18 и служит для измеренияпараметра иэоклины Р . Фаэометр 31подключен и датчику 17 и к фотоприемнику 23 и служит для измерения разности Фаз до , т.е. дробной части порядков интерференции ц . Фазометр 32 подключен к фотоприемникам 23, 24 и служит для измерения знака разности хода Г и целого числа порядков интеро0 Ференции иПоляриметр снабжен также визуальным каналом 35 для наблюдения освещаемого участка объекта 6.Поляриметр работает следующим образом.Свет от источника 1 конденсатором2 направляется на диафрагму 3, расходящийся пучок света линзой 4 коллямяруется, направляется на элементы оптики 9, 15 и 11, а затем, при введенфо ной линзе 5 Фокусируется на объекте6 таким образом, что изображение диафрагмы 3 системой линз 4 и 5 перено.сится в плоскость объекта б. За объектом б свет снова коллимируется линц эой 7, проходит составной поляриза".ционный Фильтр 12, 13 и направляется на делитель 19. Причем, периферийная часть коллимированного пучка света после линзы 4 проходит вращающиеся совместно с частотойы/Я 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 6, поляриэационный Фильтр 12, через отверстие в зеркальном слое де лителя 19 и направляется на наклонное .зеркало 21 с прозрачной точкой, в плоскости которой линзами 7 и 8 строится изображение освещенного участка исследуемого объекта 6. 20Если линза 5 выведена иэ пучка света, то освещается значительный участок объекта 6, который можно наблюдать с помощью визуального канала 35 эа исключением точки объекта 6, лучи от которой попали в отверстие в зеркале 21. При введенной линзе 5 Размеросвещаемого участка объекта 6 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, одиниэ которых направляется на светофильтр 40 55 25 и фотоприемник 23, а второй - насветофильтр 26 и Фотоприемник 24.Если объект 6 в исследуемой точке изотропен, то Фотоприемники 23 и 24будут воспринимать световые потоки,периодически изменяющиеся по синусоидальному закону с частотой И 1, Фазы изменения которых совпадают с Фазой сигнала датчика 17. При этом цифровыефазометры 31 и 32 фиксируют нулевые значения измеряемых разностей фаз О для рабочей длины волны о и д длявспомогательной длины волны ХЕсли объект в исследуемой точке испытывает нагрузку, т.е. обладает двойным лучепреломлением и его оси. находятся в "диагональном" положении, то каждое мгновенное состояние поляризации света, падахщего на объект 6, изменяется.цифровой Фаэометр 31 измеряет, а печатающее устройство 34 фиксирует разность фаэ 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 знакизмеряемой раэнос 45 50 60 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 волныЗначение разницы ф - 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, в .д)о=1, приходящейся на один порядок интерференции лучей рабочей длины волныизмеренной 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 сто , пропорциональная дробной части порядков интерференции Оо, целое число порядков п и знак разности хода Г дают полную информацию о измеряемой разности хода согласно выражениюГо = д. о + Чо оДиапазон измерения разности хода Грпрактически может быть любым и ограничивается лишь степенью монохроматичности рабочих пучков света длинволн Л.о и Х, . Поскольку для получения верных результатов измеренийразности хода Го фазометр 32 долженработать в пределах измерений от 0до й рад, то с ростом измеряемой величины Г оператор имеет возможность,соответственно увеличивать наклонинтерференционного фильтра 26 дляуменьшения разницы между длинамиВолн Чр и Х, и тем самым расширитьдиапазон измерений Г,Предлагаемый поляриметр имеет высокую точность измерений (+0,1 попараметру 9 и +0,5 нм по параметруГц ) и прост в конструктивном исполнении.Формула изобретенияПоляриметр, 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 фазыдля лучей рабочей длины волныйЦ а с другой стороны - составной поляриэационный фильтр, связанный синкронно 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 +450 с осями фазовой пластинки, за которыми усЗаказ 6494/39 Тираж 713 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5филиал ППП фПатентф, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 тановлены делители света, фотоприемники и светофильтры, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности и упрощения конструкции,совместно с обычным поляризационнымфильтром со стороны фазовой пластинкиукреплена дополнительная фазовая пластинка в виде кольца с наружным диаметром не менее диаметра рабочего пучкасвета и внутренним отверстием по диаметру центральной части составного поляризационного фильтра, создающаясдвиг фаздля лучей с длиной волныЪ., не совпадаацей с рабочей длиной волны Лр, и оси которой составляютугол +45 с плоскостью пропусканиязакрепленного совместно с ней поляриэационного фильтра. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Александров А. Я и Ахметдянов М. Х. Полярцзационно оптическиеметоды механики деформируемого тела; .М, фНаука", 1973, с. 128 в 1.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке 9 2487911, кл. 6 01 Ю 4/04,19,05.77 (проттип).