Способ определения деформаций объекта и устройство для его осуществления (его варианты)

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) (11) 04 С 01 В 11 ОПИСАНИ К АВТОРСКОМУ ОБ ИДЕТЕЛЬСТВУ В 28сударстве ый т 76,ДЕФОРМАЦИЙ ЕГО ОСПЕСТГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ(57) Изобретение относится к областиэкспериментальных методов исследования деформаций в деталях машин и элементах конструкций, Оно позволяет повысить точность и расширить преде-лы определения деформаций. Для этогов способе одновременно с первым пучком сканируют совмещенную спекл-фотографию вторым, параллельным первому, узким пучком когерентного света,плоскость поляризации которого перпендикулярна плоскости поляризациипервого пучка, оба пучка совмещают,регистрируют муаровую картину, покоторой определяют деформацию объекта. Способ реализуется двумя устройствами. В первом толстые плоскопараллельные пластины выполнены каждаяв виде сосуда с плоскими стенками,первая из которых полупрозрачна, авторая имеет зеркальную отражающуювнутреннюю поверхность, и в которомпомещена прозрачная жидкость, имеющая показатель преломления, равный Япо величине показателю преломленияматериала первой полупрозрачной стенки. Во втором устройстве толстые Саплоскопараллельные пластины установлены с возможностью синхронного вра- рщения вокруг общей оси, каждая иэних выполнена в виде двух соединенных клиньев, каждый из которых изготовлен из одноосного кристалла. вЬ3 с.п.ф-лы, 2 ил, ф 44 В1247649 1 О 15 20 30 35 40 45 55 Изобретение относится к экспери- фментальным методам исследования деформаций в деталях машин и элементахконструкций.11 ель изобретения - повьппение точности и расширение пределов определения деформации за счет увеличенияширины полосы муаровой картины, повьппения контрастности полос, введения подвижной.:бузы измерения.На .фиг. 1 и 2 приведены схемыустройств для реализации способа(варианты).Устройство по первому варианту(фиг, 1) содержит источник 1 когерентного излучения - лазер, две тол.стые плоскопараллельные пластины,выполненные в виде сосудов 2 и 3 спервыми полупрозрачными стенками 4и 5 и заполненные прозрачной жидкостью 6 с показателем преломления,равным по величине показателю преломления первых полупрозрачных стенок 4 и 5, вторые юстировочные зеркальные стенки 7 и 8, расположенныевнутри сосудов 2 и 3, параллельнопервым полупрозрачным граням 4 и 5,регулировочные микровинты 9 и 10,поляризационное приспособление 11,поворачивающее плоскость поляриза-.ции в пучке света на 90 относительно второго пучка, компенсатор 12разности оптических путей, выравнивающий оптические пути между двумяпучками (расположенными на расстоянии о друг от друга), Фотопластинку13 с зарегистрированной совмещеннойспекл-фотографией и экран 14 наблюдения и считывания информации,Оптический способ определения деформации объекта реализуют на первой оптической схеме (фиг.1) следующим образом,Объект освещают когерентным светом, регистрируют спекл-фотографиюобъекта до и после его деформирования на одну фотопластинку 13, сканируют полученную совмещенную спеклФотографию первым узким пучком когерентного света, который образуется после падения пучка света из источника 1 когерентного излучения подуглом 45 на полупрозрачную стенку4. При этом часть излучения отражается, образуя первый пучок света,кюторый сканирует фотопластинку 13с совмещенной спекл-фотографией.Другая часть излучения преломляется на стенке 4 и отражается от юстировочной зеркальной. стенки 7. Послевторичного преломления на выходе из стенки 4 одновременно с первым образуется второй пучок, параллельныйпервому пучку и расположенный нарасстоянии а от первого. Этот пучок после прохождения через поляризаци"онное приспособление 11, котороеповорачивает плоскость поляризации в этом пучке на 90 относительно плоскости поляризации в первом пучке, сканирует одновременно с первым пучком фотопластинку 13 с совмещенной спекл-фотографией. Регулируя с помощью микровинта 9 расстояние между светоделительной стенкой 4 и зеркальной 7, получают различное расстояние а между пучками. Плоскопараллельная пластина выполнена в виде сосуда 2, заполненного жидкостью 6 споказателем преломления, равным показателю преломления полупрозрачнойстенки 5 цля того, чтобы избавитьсяот вторичных отражений на ее поверхностях. Каждый пучок после сканирования фотопластинки 13,. дифрагируя назарегистрированной на ней совмещенной спекл-фотографии, направляется на плоскопараллельную пластину 3, выполнеиную в виде сосуда, где с помощью полупрозрачной стенки 5 и юстируемой микровинтом 10 зеркальнойстенки 8 совмещают оба пучка. Кроме того, один из пучков света после фотопластинки 13 проходит компенсатор12, необходимый для выравнивания оптических путей от фотопластинки доэкрана 14. Совмещенные пучки направляются на экран 14 наблюдения и считывания информации. Так как плоскости поляризации в пучках взаимно ортогональны, то суммарная интенсивностьравна сумме интенсивностей каждого пучка, т,е. возникает муаровая картина полос, но без интерференции междупучками, при исключении которой муаровые полосы имеют меньшую зернистость, а следовательно, более рысо 50 кую контрастность. Муаровую картинурегистрируют и по ней определяют деФормации. Период муаровых по -лос определяется соотношени -емпериоды полос первого и второго пучков соответственно;угол между полосами Инга.5 муаровых полос относиэ двух систем полос ие которых образует ну, определяется соотУгол наклона У тельно одной и Юнга, совмещен муаровую карти ношением Р з 1 п()) Связь между смещением 1 и. периодомполос Юнга имеет вид 1 лгде К = -Г 1Л - длина волны излучения привосстановлении спекл-фотографии;смещение в исследуемой 1.-точ)ке,ЭЬ - расстояние от спекл-фотограФии до экрана,Г 1 - увеличение при регистрацииспекл-фотографии;Р - период полос Юнга для исследуемой 1-точки,Используя выражения (1) и (3) для разности смещений в двух соседних точках получим .выражение Проекция разности смещений на направление между двумя исследуемыми точками ( й 0 ) и ортогонально ( д, ) к нему будут иметь вид 61,=61 созй; ь 1, =ь 1 81 пО, (5) где О в .угол наклона муаровых полос относительно направления между двумя исследуемыми точками.Следовательно, измеряя расстояние между пучками, период полос муара и их угол наклона относительно направления между двумя исследуемыми точками определяют величину компонен" ты деформации вдоль этого направления и величину угла сдвига относительно этого же направления.Изменяя направление базы на ортогональное, аналогично определяют компоненты деформаций вдоль этого направления. Объединение этих результатов дает все компоненты тенэора деформаций для плоской задачи.Рассмотренное первое устройствоне позволяет производить измерениядеформаций при базах меньших диаметра пучка.Устройство по второму варианту(фиг.2) содержит источник 1 иэлуче 10 ния, две толстые плоскопараллельныепластины 15 и 16, каждая из которыхвыполнена в виде двух попарно-соединенных клиньев 17-20, каждый иэ кото-,рых изготовлен иэ одноосного кристалла (например, кальций или нитратнатрия), вырезанных под углом 45к оптической оси, с параллельнымиглавными сечениями, к входному клину 17 приклеен поляризатор 21 с плос 20 костью пропускания 45 к главному сечению плоскопараллельной пластины,две оправы 22 и 23, имеющие воэможность синхронного вращения вокругоси, совпадающей с одним из двух обд разовавшихся лучей, регулировочныймикровинт 24 и смещающий узел 25, спомощью которых синхронно меняетсятолщина обеих плоскопараллельныхпластин, фотопластинку 26 и экран 27.30Способ определения деформации объекта, реализованный на втором устройстве, осуществляется следующим образом,Объект освещают когерентным све 35 том, регистрируют спекл-фотографиюобъекта до и после его деформирования на одну фотопластинку 26, сканируют полученную совмещенную спеклфотографию первым узким пучком коге 40 рентного света, который образуетсяйсле падения пучка све га из источника 1 когерентного излучения нормально на поверхность поляризатора 21,и далее на плоскопараллельную пласти 45 ну 15 и распадения там за счетдвулучепреломления линейно поляризованного излучения на два пучка свзаимно ортогональными плоскостямиполяризации, которые распространя 50 ются под углом друг к другу. Послевыхода из пластины 15 первый пучоксканирует фотопластинку 26. Второйпучок после выхода из пластины 15также сканирует фотопластинку 26 на55 расстоянии а от первого пучка. Расстояние а, зависящее как от толщиныплоскопараллельной пластины, так иугла расхождения между пучками в12476 двулучепреломляющей пластине 15, регулируется микровинтом 24 и смещак 1- щим узлом 25 за счет сдвига оптичес. ких клиньев 17-20 относительно друг друга вдоль смежных граней, Оба пучка, проходя фотопластинку 26 со спекл-фотографией, дифрагируют на зарегистрированной совмещенной спеклструктуре. Затем их совмещают с помощью плоскопараллельной пластины 16 и направляют на экран 27. Муаровую картину регистрируют и по ней определяют деформацию между исследуемыми точкамИ объекта, зарегистрированного на спекл-фотографии, как описано в первом варианте.При необходимости выбрать другое направление расхождения между пучками на спекл-фотографии относительно одного из пучков плоскопараллельные пластины 15 и 16 могут быть синхронно повернуты в оправах 22 и 23 вокруг оси, совпадающей с этим пучком. В этом случае второй пучок опишет окружность определенного радиуса во- д 5 круг первого пучка при полном обороте оправ 22 и 23. Так как поляриза,тор 21 приклеен к оптическому клину 17, то при вращении относительная ориентация плоскости пропускания поляризатора 21 и пластины 15 не изменяется.Использование данного способа и устройств для его осуществления позволяет значительно повысить точность35 за счет увеличения ширины полосы, образовавшейся муаровой картины, повышения контрастности полос, так как наложение двух картин полос Юнга происходит по интенсивности, а не по амплитуде, и автоматического исключения смещения объекта как .целого, увеличить пределы измерения, так как уже неразрешимые полосы Юнга, сравнимые с размером спекла, образуют . муаровую картину с разрешимой шириной полосы.Пределы измерений увеличиваются также за счет введения изменяемого расстояния между пучками при измере 50 нии деформаций.Формула изобретения1. Способ определения деформаций55объекта, заключающийся в том, чтообъект освещают когерентным светом,регистрируют спекл-фотографию объек 49бта до и после его деформирования наодну фотопластину, сканируют полученную совмещенную спекл-фотографиюузким пучком когерентного света ипо полученному иэображению определяютдеформацию, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точности и расширения пределов определения,одновременно с первым пучком сканируют совмещенную спекл-фотографиювторым, параллельным первому, узкимпучком когерентного света, плоскостьполяризации которого перпендикулярна плоскости поляризации первого пучка, оба пучка совмещают, регистрируют муаровую картину, по которой определяют деформацию объекта,2. Устройство для определениядеформаций объекта, содержащее оптически связанные источник когерентного излучения, две толстые плоскопараллельные пластины, установленныепараллельно, помещенный между нимикомпенсатор оптической разности ходаи экран наблюдения, о т л и ч а ю -щ е е с я тем, что, с целью повышения точности определения деформаций,толстые плоскопараллельные пластинывыполнены каждая в виде сосуда сплоскими стенками, первая из которыхполупрозрачна, а вторая имеет зеркальную отражающую внутреннюю поверхность, и в котором помещена прозрачная жидкость, имеющая показательпреломления, равный по величине показателю преломления материала первой полупрозрачной стенки, а устройство снабжено поляриэационным приспособлением, установленным междупластинами.3. Устройство для определения деформаций объекта, содержащее оптически связанные источник когерентного излучения, две толстые плоскопараллельные пластины, установленныепараллельно, и экран наблюдения,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности определения деформаций, толстые плоскопараллельные пластины установлены с возможностью синхронного вращения вокруг общей оси, каждая из них выполнена в виде двух соединенных клиньев,каждый из которых изготовлен из одноосного кристаллаа устройство снабжено поляризатором, закрепленным навходной поверхности пластины со стороны источника излучения.Тираж 670 сударственн ам изобрете а, Ж, Рау