Способ измерения пространственного распределения внутренних неоднородностей объекта

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК А ЗШ ;Юг 03 Н 1/16 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и4фф ф ЪъИВ 4 ение прелом,а 1 оЬ 3 есгзОрехр.260-ОЯ ОС просЮ ЮИЯ ф ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ(56) 1, Пресняков Ю.П. Вычислдвумерных Функций показателяления. Оптика и спектроскопият,40, вып. 1, с. 124.2.А,Р. Сщхгго еС а 1. Орехесощрцсеагз Гог гесопзГаг 1 хпоЕгощ гйехг Х-Нау рго 1 есхопзса 1 Епехпеегхпр ч,19 (1980),(прототип),(54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВНУТРЕННИХНЕОДНОРОДНОСТЕЙ ОБЪЕКТА, заключаюЯО 999808 щийся в том, что производят много- ракурсное зондирование измеряемого объекта плоским одномерным пучком проникающего. излучения, для каждого направления зондирования прошедшее излучение равномерно преобразуют в направлении оси, перпенцикулярной оси одномерного пучка, в двумерное, производят поворот излучения вдоль направления зондирования и все преобразованные потоки пространственно совмещают, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью измерения в реальном времени, пространственно совмещенные потоки перемножают регистратором с коэффициентом контрастности1 9998Изобретение относится к голог- фической интерферометрии.Известен способ измерения пространственного распределения внутренних неоднородностей фазового объекта 1 1,5 заключающийся в том, что,производя многоракурсное зондирование объекта лазерным излучением, для каждого направления зондирования записывают интерферограммы объекта и по отклонению интерференционных полос судят об измеряемой величине.Недостатком данного способа является невозможность получения искомого пространственного распределения неоднородностей в реальном времени, так как затрачивается время на ввод в ЭВМ измеренных по отклонению интерференционных полос, данных об изменении оптической длины пути внутри исследуемого объекта, расчета на ЭВМ, вывода и отображение полученного ответа.Наиболее близким к описываемому изобретению по технической сущности является способ измерения пространственного распределения внутренних неоднородностей объекта2 1, заключающийся в том, что производят многоракурсное зондирование измеряемого объЗО екта плоским, одномерным пучком проникающего излучения, для каждого направления зондирования прошедшее излучение равномерно преобразуют в направле. нии оси, перпендикулярной оси одномер. ного пучка, в двумерное, производят 35 поворот излучения вдоль направления зондирования .и все преобразованные потоки пространственно совмещают.Этот .способ используется в рентгенотехнике для измерения распределе 4 О ния коэффициента ослабления рентгеновского излучения в поперечных сечениях медико-биологических объек" тов (поперечная томография). Недостат ком данного способа является то, что45 он не может обеспечить измерение пространственного распределения показателя преломления объекта, так как при исследовании объектов с переменным показателем преломления амплитуда зондирующего излучения не изменяется, а происходит модуляция фазового фронта прошедшего излучения. Целью изобретения является иэмере ние пространственного распределенияпоказателя преломления объектов вреальном времени,08 2Это достигается тем, что при реализации способа измерения пространственного распределения внутреннихнеоднородностей объекта, заключающем-ся в том, что производят многоракурсное зондирование измеряемого объекта плоским одномерным пучком проникающего излучения, для каждого направления зондирования прошедшееизлучение равномерно преобразуют внаправлении оси, перпендикулярнойоси одномерного пучка в двумерное,производят поворот излучения вдольнаправления зондирования и все преобразованные потоки пространственносовмещают, пространственно совмещенныепотоки перемножают регистратором скоэффициентом контрастности у =2 М,где К - число ракурсов зондирования.На фиг.1 изображено искривлениефазового фронта в зависимости отнаправления освещенного световогопотока; на фиг.2,3-схема устройства,реализующего описываемый способ,вид сверху и сбоку,В описываемом способе измеряемыйобъект освещают плоскими одномернымисветовыми пучками ( световыми ножами") одновременно со многих направлений, т.е, осуществляют многоракурсное (М-ракурсное) зондирование объек.та. Все световые ножи" должныраспространяться в одной плоскости,например в плоскости (Х,у), гдесистема координат (х,у, х) привязанак объекту (см.фиг,1 а), Пересечениеплоскостей распространения одномерных световых пучков выделяет то поперечное сечение исследуемого объекта,в котором по данному способу можноизмерить распределение показателяпреломления в реальном времени. Про.свечивая объект сбоку под разлччнымиракурсами можно в реальном времениполучить, например, интерферограммупоперечного сечения объекта, котораябудет одновременно картой линий равных значений показателя преломпенияв данном сечении. Перемещая плоскостьраспространения "световых ножей"вдоль оси 7 , можно измерить трехмерное пространственное распределениенеоднородностей объекта.Рассмотрим последовательностьопераций, выполняемых в одном каналеосвещения, направленном, например,под углом М к оси Х, (см.фиг. 1 а).Плоский одномерный лазерный пучокамплитуды Ао, пройдя через фазовыми999808 Световое излучение от лазера 1, попав на светоделительную пластину 2, разделяется на две части, одна из которых проходит систему Формирования опорного канала (зеркало 13, расширитель 14 пучка) и попадает на регистратор 12, Другая часть проходит систему из 2 цилиндрических линз 3, формирующих плоский одномерный световой пучок, попадает на светоделитель-мультипликатор, создающий нужное число направлений зондирования и с помощью зеркал 5,6 направляется на исследуемый Фазовый объект 9 таким образом, чтобы оси направлений просвечиваиия пересекались в одной точке, в которой расположено начало системы координат (х,у, г). Прошедшие через объект под угляИз выражения (10), следует, что искомая информация о пространственном распределении показателя преломления в поперечном сечении объекта заключена в виде системы интерференцион ных полос, которая одновременно является картой линий равных значений показателя преломления, причем при переходе от Одной линии к другой зна 55 чение показателя преломления изменяется на величину г ы ОтметимЪгРо мчто операцию перемножения (б) Фазо 8-1 5 а с(,= г. с(, определяет угол распропз 1странения волнового поля (6), Видно, что соответствующим подбором о мож. но добиться того, чтобы поле (6) не пе рекрывалось с остальными восстановленными полями.Функция И(Р,с) есть искомая Функция 1 ( Р, с), ),. описывающая пространственное распределение оптических неоднородностей Фазового объекта, несколько искаженная (" размытая" ) опе рацией свертки с Функцией (Рг+),г) т.е. гЕР М 1ЖР М=(РЕ, (8)Рг, г где Сн) - значок двумернойсвертки. Однако для низкочастотных Функций (Н,),которые, как правило, исследуют. 25 ся в интерферометрии при малом числе ракурсов просвечивания, этим сглажи,ванием можно пренебречь. Тогда (6) можно записать в виде23 Р=Не (э 1Для того, чтобы визуализировать полученный фазовый волновой Фронт, ,уже содержащий искомое распределение ( Р,с),), можно, например, сделать 2-ую экспозицию регистратора, но уже без объекта (как в методе 2-х экспозиций голографической интерйерометрии), Тогда в направлении 6= 3,гв к нормали регистратора будет восстанавливаться поле, интенсивность которого равна г оЭ(Р,)=28 1 с 5(Р,с), (1 о) вых волновых фронтов, полученных под различными ракурсами, необходимую для суммирования фазовых набегов ф, можно выполнить также путем многократного прохождения одного и того же волнового Фронта через объект последовательно под различными углами просвечивания. Для коаксиальных Фазовых объектов (т,е. объектов с постоянным вдоль оси 2 показателем преломления типа стекловолокна) можно устранить операцию равномерного растяжения одномерного потока в двумерный в направлении оси 2 и осуществлять зондирование объекта двумерным плоским световым пучком,В настоящее время существуют регистраторы с достаточно большим коэфФициентом контрастности, а также различные типы проявителей, повьшающих у, Заметим, что регистраторы с большими у необходимы для многоракурсных схем с большим количеством световых каналов. Реализовать такие схемы технически трудно. Поэтому на практике обычно ограничиваются трех-,четырех- ракурсными схемами, для которых можно использовать более распространенные регистраторы с у, 6-10.Схема устройства, реализующего описываемый способ, представлена на фиг,2 Для определенности рассмотрим трехракурсную схему.Устройство содержит лазер 1, светоделитель 2, систему из двух цилиндрических линз 3, светоделитель-мульти. пликатор 4, создающий нужное число направлений зондирования зеркал 5,6,7 и 8 объект 9, система цилиндрических линз 10, призма Дове 11, регистратор 12, зеркало 13, расширитель 14 пучка,оставитель В. Артамонов ехред Т,Фанта К Редактор П. Горько ектор Л. Пилипенко Заказ 5514 Тираж 464ВНИИПИ Государственного комитетапо делам изобретений и открытий1 13035, Москва, Ж, Раушская наб одписное 4/5, Ужгород, ул. Патен ктиая, 4 л ми У, Ч,световые потоки еф 11 системой цилийдрических линз 10 равномерно растягивают в направлении оси 7 до размеров 2 Р и поворачивают с поомощью призм Дове 11 вдоль направлений 5 просвечивания на углыС помощью зеркал 7,8 световые потоки направляют под углами 91, 8, 6 кнормали регистратора для их пространственного совмещения и перемножения регистратором 12, имеющим у=-2 М . Первая экспозиция регистратора 12 производится в отсутствие объекта 9. После 2-ой экспозиции в присутствии объекта и последующей фотообработки при восстановлении записанных полей в направлении3к нормали регистратора фор. мируется интерферограмма поперечного сечения (х,у) объекта 9.По сравнению с известными способами описываемый способ позволяет измерять пространственное распределе" ние показателя преломления в реальном времени и может найти применение в аэро- и гидродинамике, для измерения электронной плотности в плазме, для неразрушающего контроля качества изготовления стекловолокна в процессе его вытяжки.