Устройство для определения скоростей перемещения поверхности деформируемого объекта

(19) 11 РЕСПУБЛ 6 01 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУг Ф но лектро.И.ЛеСР 7. льст 1/16 ство 1/16 ССР 197(54) УСТРО СКОРОСТЕтг ДЕФОРМИРУЕ (57) Изобр изглерения тел оптиче ретения СТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЕРЕИЕШЕНИЯ ПОВЕОГО ОБЪЕКТАтение относитсяеформаций дефоркими методами.овьппение точнос ЛЕНИЯ ХНОбласт ируемыхель изоби и расГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Отделение Всесоютехнического институтнина в г. Истре(56) Авторское свидетУ 54856 кл, С 01 ВАвторское свидетелУ 884391., кл. С 01 В ширение диапазона определения скоростей перемещений. Устройство снабжено двумя полупрозрачными зеркалами,двумя расширителями пучков света,тремя ослабителями света, расположенными между двумя источниками монохроматического света, расположенными за расширителями, длины волнисточников света различны и лежа 1в сине-фиолетовой, зеленой и краснойобластях спектра, визуализирующаядиафрагма выполнена в виде трехгрупп прозрачных штрихов в виде концентрических окружностей на непро-.зрачной пластине, каждый штрих группы расположен между штрихами двухдругих групп, а радиус каждого иззтих трех штрихов обратно пропорционален длине волны соответствующегоисточника света, 2 ил;Изобретение относится к областиизмерения деформаций деформируемыхтел оптическими методами.Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона определения скоростей перемещения поверхности деформируемого объекта путемо,цновременного освещения объекта тремя монохроматическими источникамисвета при фотографировании в трехцветах.На фиг.показана схема предлагаемого устройства, ка фиг. 2 - схема расположения штрихов на визуалиэирующей диафрагме.Устройство содержит расположенные вдоль оптической оси источникмонохроматического света (фиг 1),расширитель 2 пучка света, полупрозрачное зеркало 3, коллиматор 4интерферометр 5 Фабри-Перо, собирающий объектив 6, визуалиэирующую диафрагму 7, установленную в фокальнойплоскости собирающего объектива 6,и скоростную фотокамеру 8, два полупрозрачных зеркала 9 и 10, размещенные последовательно за первым полупрозрачным зеркалом 3 с той же стороны от коллиматора 4, два расширителя 11 и 12, три ослабителя 13-15света, расположенные между расшири -телями 11 и 12 и полупрозрачными зеркалами 9 и 10, а также два источника 16 и 17 монохроматического света,расположенные эа расширителями 11 и12 пучков света. Длины волн источников 1, 16 и 17 света различны илежат в сине-фиолетовой, зеленой икрасной областях спектра,Визуалиэирующая диафрагма 7 выполнена в виде трех групп прозрачныхштрихов (фиг,2) в виде концентрических окружностей на непрозрачной пластине, каждый штрих группы расположен между штрихами двух других групп,а радиус каждого из этих трех штрихов обратно пропорционален длине волны соответствующего источника светаИсследуемый объект 18 установленза полупрозрачным зеркалом 10,Устройство работает следующим образом.Сформированные с помощью расширителей 2, 1 и 12 и полупрозрачныхзеркал 3, 9 и 1 О световые пучки отмонохроматических источников 1, 16и 17 света освещают исследуемый объект 8 с. диффуэно отражающей поверх 10 5 20 25 30 35 40 45 50 55 костью после коллиматора, и отраженное излучение направляется в интерферометр 5 Фабри-Перо, где разлагается в спектр. В фокальной плоскостисобирающего объектива 6 образуется иктерференционная картина в видетрех систем концентрических колецразличного цвета. В месте локализации интерференционной картины устанавливают визуализирующую диафрагму,выполненную в виде трех групп прозрачных штрихов в виде концентрических окружностей на непрозрачнойоснове, имеющих ширину интерференционкых колец и расположенных такимобразом что положение штрихов, соответствующих излучению со среднейдлинсй волны, совпадает с положением аналогичных интерференционных колец, а штрихи, соответствующие коротковолновому и длинноволновому излучениям, соответственно сдвинуты понаправлению к периферии и центру интерференционной картины на величину,равную их собственной ширине. Поскольку в начальный момент, когдаобъект 18 неподвижен, через виэуализирующую диафрагму 7 проходит только свет со средней длиной волны,иэображение объекта имеет зеленыйцвет. Помере увеличения скоростиучастки объекта, удаляющиеся от интерферометра, приобрета 1 от окраску, изменяющуюся от зеленого цвета до красного, а участки, приближающиеся к1интерферометру, - от зеленого до сине-фиолетового. Неподвижные участки сохраняют зеленую окраску, С помощью расширителей 2, 11 и 12 можнопопарно подобрать интенсивности мокохроматических пучков света (с учетом цветовой чувствительности пленки) таким образом, чтобы суммарнаяяркость изображения при перемещенииколец по штрихам диаграммы сохранялась, а изменялась лишь окраскаизображения. В этом случае меройскорости является степень изменения окраски. Так продолжается дотех пор, пока зеленые интерферекционные кольца не уйдут за пределы соответствующих прозрачных штрихов.В этот момент удаляющиеся участкиобъекта окрашиваются в цвет толькодлинноволнового излучения, а приближающиеся - только в цвет коротковолнового излучения. С этого момента дальнейшее увеличение скорос 1231 4 О 14 К1+ в взди о/2 Макс то для выполнения условия пропор 35 циональности ширины 3 интерференционного кольца длине волны излучения необходимо, чтобы коэффициент . отражения К был определенным для различных длин волн. В частности, если для длины волны Ф 5145 А В. вы-бран равным 0,90, то для Ъ 4416 А он должен быть равным 0,915, для 6328 А 0,88.. 45Если при этих условиях ширина прозрачных штрихов равна ширине интерференционного кольца для каждой длины волны, то независимо от вели" чины скорости 7, в каждой из трех 50 систем штрихов относительное изменение светового потока будет приблизительно одинаковым, что дает воэможность по изменению цветовой окраски поверхности на ее иэображении судить 55 о скорости перемещения объекта.Радиус интерференционного кольца описывается выражением: ти перемещения будет приводить к уменьшению монохроматической яркости изображеия, которую можно также использовть в качестве меры скорости. Это позволяет наряду с обеспечением возможности измеВения знака скорости вдвое увеличить диапазон измерения скорости каждого направления по сравнению с прототипом.Для осуществления предлагаемого 1 О технического решения необходимы обеспечение пропорциональности ширины интерференционного кольца длине волны излучения и выбор трех длин волн источников цвета в разных об ластях спектра и толщины распорного кольца таким образом, чтобы исключить переналожение интерференционных картин различного цвета.Обеспечение пропорциональности 20 ширины интерференционного кольца длине волны излучения выполняется путем специального подбора спектральных характеристик отражающего покрытия зеркал интерферометра. Поскольку в од ночастотном режиме работы лазера форма линии излучения практически не зависит от длины волны, а полностью определяется аппаратнойфункцией интерферометра30(2) г. =Г еда,с условием для углов интерференции 2 созе. =1 с.5 1 с; =гО 1 с; =1 с - 1 1 к з Ъ з,с, =к -2(3) 1 с. =1 с - и+1,а ф , 3 (1-В.) 0 =2 агсзиа 21 К,(4) Положение штрихов для излучения зеленого цвета точно совпадает с положением зеленых интерференционных колец, а координаты внутренней и внешней кромок находят иэ соотношений (2) и (3) для длин волн где ,1 - индексы длины волны и интерференционного кольца,принимающие значения 1,2,3и 1,2и;и - число используемых колец;Г - фокусное расстояние собирающего объектива 6;1 с. - порядок интерференционного1кольца с минимальным значением радиуса для длины вол.НЫ Э 1Для расчета положения колец получается система 3 уравнений со свободным параметром С, который может изменять как абсолютные значения г, так и взаимное положение колец, Если , %, считать также независимыми переменными и потребовать отсутствия наложения различных колец друг на друга, то число уравнений оказывается большим числа переменных, поэтому даже при ограниченном значении и может иметь место переналожение отдельных колец различных систем. Однако практически всегда можно из наличия имеющихся колец выбрать несколько групп, удовлетворяющих необходимым требованиям (фиг,2),В частном случае, когда свободными параметрами являются й и одна из трех длин волн %;, задача допускает точное решение для одной из групп колец.Для расчета геометрических параметров штрихов необходимо знать ширину интерференционного кольца, значение которой определяется выражением (1), В соответствии с ним полная ширина кольца на уровне 0,1(б) 120,1внеыноВМ 0,1го а2 внутр во 8 л(5)га 22 внесен оо 1Для коротковолнового излучения положение внутренних кромок прозрачных штрихов совпадает с внешней гра" ницей интерференционных колец сине- фиолетового цвета а положение внешних находят также изсоотношений (2) и (3) для значениядлины волны Аналогичным образом находят положение прозрачных штрихов для излуче,ния красного цвета для граничных. значений длин волн 2 0)во3 внутр 30 л.И(8)3 ЯНВМН воОпределение поля скоростей по цветовой картине осуществляется с помощью эталонной цветовой кинограммы, полученной предварительно с помощью сканирования интерференционной картины по визуализирующей диафрагме за счет изменения давления в интерферометре, создающего интерференционный эффект, эквивалентный допплеровскому смещению интерференционных колец. Устройство для определения скоростей перемещения поверхности деформи 5 руемого объекта, содержащее расположенные вдоль оптической оси источникмонохроматического света, расширитель пучка света, полупрозрачное зеркало, коллиматор, интерферометр. Фаб 10 ри-Перо, собирающий объектив визуализирующую диафрагму, установленную в фокальной плоскости собирающего объектива, и скоростную фотокамеру, о т л и ч а ю щ е е с я тем,15 что, с цель 1 о повышения точности ирасширения диапазона определения, оноснабжено двумя полупрозрачными зеркалами, размещенными последовательноза первым полупрозрачным зеркалом с20тои же стороны от коллиматора, двумя расширителями пучков света, тремя ослабителями света, расположенными между расширителями пучков све 25та и полупрозрачными зеркалами дву 9мя источниками монохроматическогосвета расположенными за расширителями пучков света, длины волн источников света различны и лежат в синефиолетовой, зеленой и красной облас 30 тях спектра, а визуализирующая диафрагма вьи 1 олнена в виде трех групппрозрачных штрихов в виде концентрических окружностей на непрозрачнойпластине, каждый штрих группы распо 35 ложен между штрихами двух других,групп, а радиус каждого из этих трехштрихов обратно пропорционален длине волны соответствующего источникасвета,23401 оставитель Б,Евстехред И.Попович рректор В. Синицкая едактор А з 2556/ Тираж 6 о комит и откр кая на оизводственно-полиграфическое предприятие, г. Уж Проектная,ВНИИПИ Государственн по делам изобретен13035, Москва, Ж, Ра