Поляриметрфонд еперш j

ОП И ИЗОБ К АВТОРСКО САНИЕ Союз Соеетских Социалистических РеспубликРЕТЕНИЯ МУ СВИДЕТЕЛЬСТВ ависимое от авт, свидетельства Ъс М, Кл, 6 01 п 2 И 4 0 ( 1422260/26-25 явлено 01, Ч.1 аявки М -присоединением Комитет по деЛам изобретений и открытий при Совсте Ыинистрое ССОРио раритет х ДК 638.614 публиковано 29,Ч.1973, Бюллетень ЪЪ 2 ата опубликования описания 24.1 Х,1973 Авторыизобретештя А. И. Пеньковский, Р. Т. Адагамова, В. С. Смирнов,И. А. Касаткина, Р, И. Кузьмина, В, П, Капралов и С Ф. Родигииа, Пеньковская явител МЕТ 0 связанные между собой кой схемы приводятся во явным двигателем 5, кото ирателыный усилитель 6 частоту возбужден)ия яч пример, 50 гт 1), устацовле о после поляризатора 1. Синхронно б менты оптичес щецие реверс управляет изб строенный на Фарадея 7 (на ЗО непосредственнврарым цаейки вой 1г11 редлагаемый поляриметр относится кцоляризационцым приборам оптического приборостроения и предназначен для непрерывных и одновременных измерений как главного (квазиглавного) цаправления тсцзора диэлектрической проницаемости (цаправленияглавных напряжений), так и абсолютной величины и знака разности фаз (разцость хода) лучей, прошедших через механически нагруженную модель, при исследованиях напряжений поляризациоццо-оптическим методом.Поляриметр может найти применение в качестве метрологичеакого оборудования в химии, например, для исследования полимеров,в кристаллографии и других областях наукии техники, где используется поляризованныйсвет и требуется исследование состояния поляризации света.На фиг, 1 показана принципиальная схема предлагаемого поляриметра; на фиг. 2 --кривые изменения интенсивности монохроматического света разной длины волны 1, прошедшего через скрещенные поляризатор ианализатор и установленную между ними исследуемую модель, в которой плавно меняется разность фаз (кривая 1 при т=578 нм икривая 11 при т=546 ни),Поляризатор 1 (см. фиг. 1) и анализатор2, представляющие собой поляризационныеэлементы, встроены в диски (в виде зубчатых колес). Между поляризатором и анализатором также на диске установЛены компецсатор 3, например, Бобине-Солейля ц модулятор разности фаз 4. Последний выполнен в виде тонкой (мецее 1 ям) пластинки электрического кристалла, например КДР, вырезаццой перпендикулярно оси 2 етого оптической ццдцкатрцссы и вклеенной между двумя защцтцызи стеклами, на котортле пипесено тохо проводящее покрытие.Диски с укрепленными ца цих поляризатором 1, анализатором 2, компенсатором 3 и модулятором разности фаз 4 связаны между собой механически или электромеха",птческц 15 таким образом, что поляризатор ц анализатор постоянно скрещены, крцсталлографцческхе оси Х и т модулятора 4 постоянно совпадают соответственно с плоскостью поляризации поляризатора и ацалцзатора, а оптпчес кие оси компенсатора Л постоянно составляютугол 45 с плоскостью поляризации поляри затора и анализатора.Токопроводящие покрытия модулятораразности фаз 4 контактируют с токопроводящими кольцами, к которым через щетки 8подводится переменное напряжение (например, частотой несколько килогерц) от генератора синусоидального напряжения 9. Модулятор разности фаз 4 практически не потребляетэнергии, поэтому генератор 9 простой и миниатюрный.Большой клин компенсатора 3 перемещается по направляющим микрометрическимвинтом 10, приводимым в движение зубчатымколесом 11.Вращая зубчатое колесо 11 относительнозубчатого колеса, на котором укреплены компенсатор 3 и модулятор 4, и измеряя уголэтого вращения, можно перемещать в ту илииную сторону большой клин компенсатора 3,пе нарушая ориентации его осей, и контролировать степень этого перемещения. Для этогозубчатое колесо П соединено с зубчатым колесом компенсатора 3 и с двигателем 12 черездифференциальную передачу 13, Дифференциальная передача 13 рассчитана так, что принеподвижном двигателе 12 и вращении зубчатого колеса с компе 1 сатором 3 и модулятором 4 синхронно с пим в ту же сторону вращается зубчатое колесо 11, и разность фаз,создаваемая компенсатором 3, остается неизменной.Двигатель 12 управляетсялибо трансформатором И, либо избирательным усилителем15, настроенным на частоту возбуждения модулятора разности фаз 4, через синхронныйдетектор 1 б, фильвр 17, модулятор 18 и усилитель мощности 19. Модулятор 18 представляет собой, например, транзисторный ключ,управляемый напряжением сети (50 гц).Для ограничения исследуемой ооласти модели 20, помещенной между модулятором 4 иячейкой 7, установлена ограничивающая диафрагма 21.Перед поляризатором 1 установлены: источник света 22, формирователь параллельного пучка света, состоящий из конденсора23, неоольшой диафрагмы 24, объектива 25,а также спектральный модулятор, состоящий,из интерферепционного светофильтра 25,плоскопараллельной пластинки 27, непрозрачной для инфракрасных лучей, и привода 28,например кулачка с электромагнитом,За анализатором 2, перед фотоприемником29 установлено, например, отбрасывающеесязеркало 30 для визуального .контроля исследуемой модели 20,Для цифровой индикации и преобразования измеряемых, параметров в код, напримердвоично-десятичный, двигатели 5 и 12 соединены соответственно с преобразователямиугол - код 31 и 32. Для записи измеряемых параметров на бумаге поляриметр содержит неподвижный двухперьевой самописец 33, датчи 1 ками которого слуиат линейные многооборотные потен 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 циометры 34 и 35, механически связанные сдвигателями 5 и 12,Лентопротяжный механизм двухперьевогосамописца 33 может быть связан линейнойзависимостью либо с приводом перемещенияблока анализатора (на фиг. 1 не показан),котда исследуемая модель 20 сканируется лучом, либо с приводом временного меанизма3 б (например, синхронным двигателем с редуктором), когда оптический луч неподвиженотносительно модели и исследуется изменение напряжения в модели,под действием изменяющихся во времени внешних сил или засчет ползучести материала модели,Питание привода 28 спектрального модулятора и вспомогательного реле 37 поступаетчерез ключ 38, который управляется логическим блоком, состоящий из ячеек И 39 и40, нуль-органов 41 и 42, триггера 43 и ячейки НЕ 44.К выходу фильтра 17 через нормально открытые контакты реле 37 подключено поляризованное реле 45, которое в зависимостиот полярности сигнала включает либо реле 4 б,либо реле 47. Нормально закрытые контакты,реле 4 б и 47 последовательно включены вцепь выхода усилителя мощности 19, а нормально открытые контакты реле 4 б и 47 - вцепи вторичных оомоток трансформатора 14и в цепи электромагнитной муфты 48. Электромагнитная муфта 48 механически связанас кулачком 49 и микровыключателем 50.Блок 51 предназначен для автоматического регулирования чувствительности фотоприемника в случае больших засветок. Схемаего выполнена так, что регулирование чувствительности происходит с задержкой, т, е.по достижении заданного уровня.Конструктивно предлагаемый поляриметрсостоит из двух связанных между собой блоков поляризатора и анализатора (см, пунктирные линии на фиг. 1), перемещаемых погоризонтали и вертикали относительно исследуемой модели, электронного блока с пультом управления, устройствами питания и самописцем.Поляриметр имеет разъем, с помощью которого можно подсоединять стандартный перфоратор (типа ПЛ - 20), либо промежуточный блок для стыковки поляриметра со счетно-решающей машиной.Поляриметр работает следующим образом.Нить накала источника света 22 при помощи конденсора 23 через пластинку 27 иинтерференционный светофильтр 2 б проектируется на диафрагму 24, находящуюся в фокусе объектива 25, Пройдя через объектив 25,параллельный монохроматический пучок света попадает на поляризатор 1, Затем плоскополяризованный монохроматический свет проходит через ячейку Фарадея 7 и попадает наисследуемую модель 20. Регулируемая диафрагма 21 позволяет менять площадь просма-.триваемого пятна исследуемой модели, Еслиячейка 7 возбуждается гармоническими коле 385206баниями переменного тока, то азимут плоской волны таяке гармонически изменяется на небольшую величину (це более 5). Тем самым обеспечивается необходимое положение вынужденных колебаний иа измеряемый параметр направления главных напряжений (главного направления тецзора диэлектрической проницаемости).Далее свет проходит через модулятор разности фаз 4, компвнсатор 3, анализатор 2 и попадает либо на фотоприемник 29, когда зеркало 30 занимает нижнее положение, либо в поле зрения окуляра периокопического устройства, когда зеркало 30 поднято.Когда модулятор 4 не возбуждается электрическим полем, то состояние поляризации прошедшего через него поляризованного пучка света не меняется, так как кристалл в направлении оси Л изотропен.Возбуждение кристалла модулятора 4 перемениым электричес 1 ким полем вызывает в нем появление искусственного двойного луче- преломления, т. е, кристалл из одноосного становится двухосным. Этим обеспечивается необходимое наложение вынужденных .колеоаний на измеряемый параметр разности фаз, максимальная амплитуда которых порядка 2,5.10 - ,2 д. При приложенном электрическом поле угол, образованный плоскостью двух оптических осей с кристаллографическими осями Х и Уравен 45 и не зависит от величины поля.Если назвать исходным положением связанных между собой поляризатора 1, анализатора, компенсатора и модулятора такое, при котором плоскости пропускания скрещенных поляризатора 1 и анализатора 2 составляют угол 45 с горизонтом, а нулевым положением зубчатого колеса 11 такое, при котором большой клин компенсатора 3 находится в среднем положении (при котором разность фаз компенсатора равна нулю), то при отсутствии механических нагрузок, действующих на модель 20, т. е. модель находится в изотропном состоянии, оба пера самописца 33 занимают нулевое положение, а на выходе фотоприемника не возникает си,гнала раз,бала.нса как по .параметру направления тензора диэлектрической проницаемости (т, е, параметру изоклииы), так и по параметру разности хода, поскольку при этом будет максимум гашения света,При воздействии механических нагрузок на модель 20, когда начинает проявляться анизотропия, на выходе фотоприемника получают сигнал ,разбаланса в виде переменной составляющей той частоты, с которой накладываются вынужденные колебания на изменившийся параметр. В результате приводятся в движение те элементы, которые связаны с двигателем и избирательным усилителем, настроенным иа эту частоту, до исчезновения сигнала раэбаланса.Предположим, что изменилось направление тензора диэлвктрической проницаемости при неизменной разности фаз (разности хоча). В этом случае ца выходе фотоприемника29 получают сигнал разбаланса в виде переменной составляющей с частотой возбужде ция ячейки Фарадея 7 (например, 50 гч).Избирательный усилитель 6, настроенныйиа эту частоту, усиливает сигнал разбалаиса и воздействует ца управляющую обмотку реверсивного двигателя 5, направление враще ция которого зависит от фазы сигнала разбаланса.Обмотка возбуждения двигателя 5 включена таким образом, что при появлении сиг нала разбаланса двигатель 5 будет вращать 15 поляризатор 1, анализатор 2, компецсатор 3и модулятор разности фаз 4 до тех пор, пока они не займут такое положение, при котором главное направление тензора днэлектрической проницаемости (направление главных 20 напряжений) модели 20 будет составлятьугол 45 со скрещенными поляризатором 1 и анализатором 2.Перо самописца 33, связанное с двигателем 5, и преобразователь 31 код-угол покажут 25 значение угла, соответствующего главномунаправлению тензора диэлектрической проницаемости. (Избирательный усилитель 15 не настроен на эту частоту и не усиливает сигнал разбаланса).З 0 В случае же изменения разности хода принеизменных направлениях осей тензора диэлектрической проницаемости модели 20 на выходе фотоприемника 29 появится сигнал разбаланса тоже в виде переменной составляЗ 5 ющей, но с частотой возбуждения модулятораразности хода 4. Усилитель 6 не настроен на эту частоту и не реагирует на сигнал фото.приемника. Усилитель 15, настроенный ца частоту возбуждения модулятора 4, уснли вает сигнал,разбаланса и подает его на синхронный детектор 16. Полярность сигнала, получаемого после синхронного детектора 16 и фильтра 17, зависит от фазы сигнала разбаланса, что, в свою очередь, зависит от на правления изменения параметра разности фаз,т. е. ее знака. После фильтра 17 сигцал модулируется модулятором 18, например, с частотой сети (50 гц), усиливается усилителем мощности 19 и через нормально закрытые контакты реле 46 и 47, а также через микро- выключатель 50 подается на управляюгцую обмотку реверсивного двигателя 12, направление вращения которого зависит от фазы сигнала раэбалацса.Вращаясь, двигатель 12 перемещает другое перо самописца 33 и подвижную шестеренку дифференциала 13, что приводит к взаимному смещению зубчатого колеса 11 и диска компенсатора 3 и, как следствие, к перемещению большого клина компецсатора 3 по его направляющим и компенсации возниишей в модели разности фаз до ближайшего порядка .полосы.Следует заметить, что длина волны моцохроматическото света неизменна, посколькуключ 38 закрыт, Изменяя длину волны моно- хроматического света, можно получать информацию в целом порядке полосы, т, е, какая произошла компенсация разности фаз: полная (точка А на фиг. 2) или неполная, с разницей на величину, кратную 2 (например, точка В или С на фиг. 2).Практика показывает, что изменение длины волны монохроматического света, т, е, проверка полной компенсации разности фаз, должна происходить в начале работы, когда оператор сомневается в получаемых результатах, и автоматически в процессе работы устройства, когда по каким-либо причинам в изменении параметра разности фаз произошел скачок. Допустим, после плавного изменения произадел скачок разности фаз больше заданной величины. Это приводит к срабаты ванию нуль-органа 42 и триггера 43. Компенсация дробной части порядка, т, е. асогда на выходе фильтра 17 сигнал станет равным или близким к нулю, вызывает срабатывание нуль- органа 41, ячейки И 40 и ключа 38.При этом пластинка 27 со светофнльтром 2 б отклоняется от исходного положения на определенный угол (например, 20) и изменяется длинна,волны монохроматического света.Если при движении большого клина компенсатора 3 была достигнута полная компенсация, т. е, было найдено его такое положение, при котором создаиная в модели 20 разность фаз равна (с обратным значком) разности фаз в .компенсаторе 3 (точка А на фиг. 2), что соответствует нулевому порядку полосы, то на выходе фильтра 17 при изменении длины волны монохроматического света сигнал будет попрежнему равен нулю. В этом случае сработает ячейка И 39, которая переведет трипгер 43 в исходное положение, ключ 38 выключится, реле 37 и светофильтр вернутся в исходное положение.Если компенсация произошла неполная и клин компенсатора 3 (фиг. 2) находится в положении, соответствующем, например, точке 8 или С, то при подаче возбуждения на привод 28 спектрального модулятора (при соответствующем положениями триггера 43 и срабатывании нуль-органа 41) на выходе фильтра 17 появится сигнал, полярность которого зависит от фазы высокочастотной составляющей тока фотоприемника 29.Появление сигнала на выходе фильтра 17 свидетельствует о том, что большой клин компенсатора 3 ггужно принудительно передвинуть на величину, соответствующую примерно одному порядку полосы (разпость фаз - 2 ,), а полярность этого сигнала указывает на направление требуемого движения клина компенсатора для приближения к точке А, т. е. к точке полной компенсации.С фильтра 17 через контакты реле 37 поступает сигнал на поляризованное реле 45, которое включает либо реле 4 б, либо реле 47. Г 1 оследнее отсоединяет обмотку управления двигателя 12 от усилителя мощности 19 и подсоединяют к соответствующей обмоткетрансформатора 14,и подает питание на электромагнитнуюмуфту 48. Вторичная обмоткатрансформатора состоит из двух секций, име 5 юв 1 их среднюю точку, Переключаясь с однойсекции обмотки трансформатора 14 на другую,.можно реверсировать движение двигателя 12.Вращаясь, двигатель 12, кроме вращениязубчатого колеса 11 относительно компенса 1 О тора 3, через включенную муфту 48 будет поворачивать в кулачок 49, что приведет к переключению механически связанного с кулачком 49 микровыключателя 50, блокированиювключенного реле 46 или 47 и электромагпит 15 ной муфты 48,Двигатель 12 продолжает вращаться дотех пор, пока кулачок не сделает полный оборот, вернув в исходное положение микроны.ключатель 50. Как только микровыключатель20 50 оказывается в исходном положении, теряет питание муфта 48 и находящееся поднапряжением реле 4 б или 47, потому чтоключ 38 не включен.На этом заканчивается принудительное25 передвижение клина компенсатора 3 на величину, соответствующую разности фаз, равную примерно 2, и снова начинается поискмаксимального гашения света, при которомсигнал разбаланса равен нулю.Когда полностью компенсируется разностьфаз, нуль-орган 41 повторно сработает ивключит реле 37 .и привод 28 и снова изменится длина волны света.Если при этом окажется, что найденнаяЗ 5 экстремальная точка, кривой 1 (см, фиг. 2)еще не соответствует точке полной компенсации, то принудительное перемещение клинапроизойдет повторно в ту же сторону. Такиеперешативания через точки максимального4 О значения света будут повторяться до тех пор,пока клин не придет в точку А, соответствующую полной компенсации разности фаз компенсатором 3.Если при спектральной модуляции на вы 45 ходе фильтра 17 (или на выходе усилителя19) не будет сигнала, достаточного для срабатывания реле 45 и ячейки НЕ 44, то ячейка И 39,переведет триггер 43 в другое устойчивое состояние и ключ 38 закроется доочередного скачка параметра разности фазили до замыкания кнопки 52.Абсолютное значение разности хода и еезнак можно прочесть на ленте двухперьевогосаиописца 33 и на цифровом табло, связанномс преобразователем уголкод 32.Таким образом, предлатаемый поляриметрпозволяет непрерывно и плавно сканироватьнеподвижную механически нагруженную модель и так же непрерывно получать точнуюинформацию об измеряемых параметрах направлений главных напряжений и,разностифаз в виде записи на бумаге или в видедвоично-десятичного ,кода для световой индикации или для записи результатов измере 65 ний на перфоленту и ввода в ЭВМ.385206 10 с Поляриметр имеет неоольшие гаоариты и вес блока анализатора, содержит просты транзисторные избирательые усилители, которые можно заменить серийно выпускаемыми нашей промышленностью унифицированными усилителями; простой и надежный спектральцый модулятор. Поляриметр обладает повышенным быст.родействием, что позволяет значительно сократить машинное время в случае непосредственной стьвковки вго с ЭВМ. Он удооен и прост в эксплуатации. Предмет изобретения Поляриметр, содержаший оптико-механическую систему со спектральным модулятором, интерференционным светофильтром, поляризатором, анализатором, ячейкой Фарадея, компесатором, двумя избирательными услителями и реверсивными двигателями, двумя датчиками угол-код и двухперьевым 5 самописцем, отличающийся тем, что, с цельюувеличения экспрессности измерения и устраения амплитудной модуляции,при раооте спектрального модулятора, между поляризатором и анализатором установлен модулятор разности фаз, ссоторый выполнен в виде пластинки электрооптического кристалла, например КДР, вырезанной перпендикулярно оцтической оси У кристалла, и связан с системой возбуждения в нем колебаний, при этом 5 спектральный модулятор снабжен плоскопараллельцой пластинкой, поглоша,ошей инфракрасное излучение и связанной с системой изменения ее наклона относительно интерферецциоццого светофильтра.Редактор Т. ОрловскаяЗаказ 500/1564ЦНИИПИ Комите Составитель В. ЗверевТехред А. Камышникова Корректор Л. ЦарьковаИзд.653 Тираж 755 Подписноеделам изобретений и открытий ври Совете Министров СССРМосква, Ж, Раушская наб., д. 4/5Тип. Харьк. фил, пред. Патент