Лазерный интерферометр для измерения динамических деформаций Советский патент 1986 года по МПК G01B11/16 

1270555 гократно отражается от него и зерка- ми 7 и 8, что вызывает 413менение инла 13. При деформациях объекта 20 изменяется расстояние между зеркалатерферационной картины, регистрируемой фотоприемником 18. 1 ил.

t

Изобретение от|1оситсяк исследованию деформаций оптическими методами и является усовершенствованием изобретения по авт.св. № 958851,

Целью изобретения является повышение точности измерений и расширение функциональных возможностей за счет увеличения, оптической разности хода эталонного и рабочего лучей интерферометра.

На чертеже показана схема лазерного интерферометра для измерения динамических деформаций.

Лазерный интерферометр для измерения динамических деформаций содержит основание 1, установленньй на нем источник 2 монохроматического излучения и расположенный по ходу светового пучка светоделитель 3, зеркало 4, образующее эталонное плечо интерферометра, два измерительных штока 5 и 6, подпружиненных в осевом направлении, два зеркала 7 и 8, закрепленных на торцах измерительных штоков 5 и бг три зеркала 9-11, закрепленных на основании по ходу светового пучка в рабочем плече интерферометра четьфе зеркала 12 - 15, закрепленных на основании 1, два из которых (12 и 13) расположены на расстоянии d/2sin о1 каждое от соответствующего зеркала (7 и 8), закрепленного на торце каждого измерительного штока 5 и 6 параллельно этому зеркалу (7 и 8), а два других (14 и 15)., закреплены на основании 1 по ходу световог пучка напротив зеркал 9 и 10, закрепленных на основании 1, коллиматор 16 диафрагму 17, фотоприемник 18 и подключенную к нему злектронную схему. 19 обработки. Измеряемый объект 20 . помещен между измерительными штоками 5 и 6. с(- диаметр лазерного пуч:ка5 о угол падения пучка на зеркало, закре1ъпенное на торце измерит ел ьн9,гл щтока,.

Устройство р-аботает следующим образом.

Световой пучок монохроматического излучения от источника 2 направляет- ся на светоделитель 3, где разделяется надве части. Часть излучения направляется на неподвижное зеркало 4, закрепленное на основании 1, которое образует эталонное плечо интерферометра, отражается от него и через коллиматор 16, диафрагму 17 падает на фотоприемник 18, где взаимодействует с другой частью излучения, которая проходит через светоделитель 3, падает на зеркало 7., закрепленное на одном измерительном штоке 5, отражается от него,, падает на зеркало 12, закрепленное неподвижно на основании 1 напротив зеркала 7, параллельно ему и после многократного отражения от зеркал 7 и 12 с помощью зеркал 14, 9, 10 и 15 направляется на зеркало 8, закрепленное на торце другого измерительного штока 6, отражается от него,- падает на зеркало 13, закрепленное неподвижно на основании 1 напротив, зеркала 8, параллельно ему, и после многократного отражения отзеркал 8 и 13,падает на зеркало 11, неподвижно закрепленное на основании ij и, отражаясь от него, проходит ,цо тому же оптическому пути обратно до светоделителя 3, отражается от него и через коллиматор 16 и диафрагму 17 попадает на фотоприемник 18, где взаимодействует с пучком эталонного излучения и образует интерференционную картину. При динамических деформациях объекта 20 изменяется расстояние между зеркалами 7 и 8, закрепленными на торцах измерительных штоков 5 и 6, что вызывает движение интерференционной картины на фотоприемнике 18, который регистрирует эти изменения с помощью электронной измерительной схемы 19. Движение неде3формированного объекта не вызывает изменения интерференционной картины так ак зеркала 7 и 8 смещаются одновременно и компенсируют смещения друг друга. Зеркала 14, 9, 10 и 15 формируют рабочее плечо интерферометра в соответствии с размерами и формой измеряемого объекта 20 так, чтобы световой пучок огибал его. В интерферометре рабочий луч многократно отражается от параллель но расположенных зеркал 7 и 12, 8 и 13, поэтому изменение оптической разности хода эталонного и рабочего лучей лх, обусловленное деформацией л i, определяется по формуле ,(n - ), где п - число отражений луча от зер кала 7, равное числу отраже ний его от зеркала 8; угол падения на них луча. Из формулы следует, что л х приме но в п раз больше, чем в известном изобретении при одинаковой величине деформации объекта ДЬ. Это позволяе посысить точность измерений на поря док, так как значение может быть легко достигнуто, следовательн смена максимума на минимум интерференции произойдет в 10 раз чаще.. Для реализации предлагаемого устройства необходимо, чтобы п оставалось неизменным в процессе измерения деформации объекта 7,для этого расстояние d между зеркалами 7 и 12, 8 и 13 должно быть значительно больше .л1 и амплитуды вибрации объекта 20. Расстояние а между зеркалами 7 и 12, 8 и 13 выбирают равным d/2sini В этом случае расстоя-ние лН между двумя соседними точками, в которых отражаются лучи на зеркалах 7 и 8, можно считать неизменным, равным дН -2а tgot,-a число отражений п Н/йН-15 где Н - высота зеркала. Принимая лН равным диаметру луча d, можно найти .j;oi из соотношения tgo(d/2a. Высота зеркал 12 и 13 при малых о( долзкна быть равна . 55 Устройство испытывали с применением He-Ne лазера ЛГ-38 (. ,8 нм). Объектом измерения служила тонкостен- пая стальная трубка, в которой резко меняли напор воды. Амплитуды деформаций и вибраций трубки не превьшали 0,1мм, поэтому расстояние между зеркалами 7 и 12, 8 и 13 устанавливали равным . мм, а высоту зеркал 7 и 8 Н 20 мм. Диаметр луча лазера мм, поэтому высота зеркал 12 и 13 составляла 16 мм, tgo(,1; . Число отражений луча от каждого из зеркал 8 и 9 составляло h H/d-1 9. По , формуле найдемДх 35,8 At, Сменамаксимума на минимум интерференции происхот дит при , т.е. Л Д/71,,8нм, что и определяет точность устройства. Интерферометр монтировался на массивной плите голографического стола. Эталонньй и рабочий лучи имели одинаковую интенсивность и поляризацию, а их оптические пути до начала измерений устанавливали одинаковыми с точностью до 1 мм.Сигналы фотоприемника (ФЭУ-62) регистрировали запоминающим осциллографом. При временном разрешении регистрирующей аппаратуры 1 НС можно измерить скорость деформаций до ,8 м/с. Формула изобретения Лазерньш интерферометр для измерения динамических деформаций по авт. св. № 958851, отличающийс я тем, что 5 с целью повьшгения точности и расширения эксплуатационных возможностей, он снабжен четырьмя зеркалами, закрепленными на основании, два из которых расположены на расстоянии d/2sino(, каждое от соответствующего зеркала, закрепленного на торце каждого измерительного штока, параллельно этому зеркалу, а два других закреплены на основании по ходу светового пучка напротив зеркал, закрепленных на основании, где d- диаметр пучка, -а- угол падения пучка на зеркало, закрепленное на торце измерительного штока.