Способ определения температурных деформаций образца и устройство для его осуществления Советский патент 1988 года по МПК G01B11/16 

(21 ) 4075880/25-28

(22) 24.03.86

(46) 30.04.88. Бюл. № 16

(71)Северо-Западный заочный политехнический институт

(72)В.Е.Махов и А.И.Потапов (53) 531.781.2(088.8)

(56) Методы и приборы для точных дилатометрических исследований материалов в широком диапазоне температур. Л., 1984, с. 48-49. Там же, с. 65-66.

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ДЕФОРМАПИЙ ОБРАЗЦА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЖНИЯ

(57) Изобретение относится к измерению деформаций образцов и деталей оптическими методами. Цель изобретения - повышение точности и расширение области использования определения температурных деформаций посредством обеспечения формирования меток на образце оптическим методом. Дпя этого образец 4 выполнен двухступенчатым, метки формируют двумя сфокуси

сл

СА СО

го

со 01

Ф1)

рованными гомоцентрическими пучка- И света. Эти пучки направлены под углом к поверхности соответствующей ступени образца 4. Изображения меток модулируют перемещением штриховой решетки перпендикулярно направлениям отраженных пучков.-Перемещение штриховой решетки осуществляется посредством вращения цилиндрического растра 20, приводимого в движение

:. 1

Изобретение относится к измерению деформаций образцов деталей оптическими методами.

Цель изобретения - повышение точности и расширение области использования способа определения температурных деформаций образца посредством обеспечения формирования меток на образце оптическим методом.

На фиг. 1 изображена схема устройства для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 - схема оптической системы, формирующей два гомоцентрических пучка света; на фиг. 3 - схема модуляции светового пучка.

Устройство для осуществления предлагаемого способа содержит источник

Iсвета и расположенные вдоль хода пучка света приспособление 2 с оптическими иллюминаторами 3 для закрепления и нагрева образца 4, два параллельно расположенных измерительных канала, каждый из которых содержит последовательно расположенные объективы 5 и 6, линзы 7 и 8, фотоприемники 9 и 10, блок обработки и регистрации, содержащий усилители- ограничители И и 12, фаэовый детектор 13, входь которого соединены с выходами усилителей-ограничителей

IIи 12, масштабный преобразователь 14, вход которого соединен с выходом фазового детектора 13, и регистратор 15, вход которого соединен с выходом масштабного преобразователя 14, оптическую систему 16, формирующую два гомоцентрических пучка света, расположенной между источником

392354

электроприводом 21. Деформация поверхностей ступеней образца 4 визы- вает изменение положения реперных меток на.поверхностях ступеней относительно измерительной базы оптической системы 16. Это приводит к изменению фаз модулированных световых , потоков за растром, по изменению которых и определяют деформации образца. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

света и приспособлением 2 для закрепления и нагрева образца 4, три юстировочных зеркала 17-19, расположенных между объективами 5 и 6 и линзами 7 и 8, оптический цилиндрический растр 20, вращаемый электроприводом 21, штрихи которого параллельны оси цилиндра, установленный с возможностью вращения между юстировочны- ми зеркалами 17-19 и линзами 7 и 8 цилиндрический объектив 22, расположенный между юстировочными зеркалами 17-19 и цилиндрическим растром 20, и

с два зеркала 23 и 24, каждое из которых расположено между цилиндрическим растром 20 и линзами 7 и 8. Между фотоприемниками 9 и 10 и линзами 7 и 8 расположены светофильтры 25 и 26.

0 Способ осуществляют следующим образом.

Образец 4 выполнен двухступенчатым. Из луча Lо источника 1 света (лазера) (фиг. 1) оптическая систе5 ма 16 формирует два сходящ 1хся (гомоцентрических) пучка лучей L, и L, сфокусированные на две параллельные ступени исследуемого образца 4 под углом oi визирования к их нормалям, при этом конструктивными параметрами оптической системы 16 в зависимости от конструктивных параметров приспособления 2 для закрепления и нагрева образца 4 выбирается геометрия пучка лучей, чтобы обеспечить мини5 мальный поперечный размер реперных меток М , и М, равный d (фиг. 2), на базовьпс поверхностях, во всем диапазоне изменения положения базовых поверхностей по высоте. Объективы

3 и 6, оптические оси которых лежат

в плоскости осевых лучей L и L , нормалей N, и N и образуют угол oi с соответствующими нормалями, с помощью зеркал 17-19 формируют сфоку- сированные изображения этих реперных меток -на поверхности цилиндрического оптического растра 20, имеющего равномерно расположенные штрихи на своей поверхности, ориентированные пер- пендикулярно плоскости осевых лучей, формирующих изображение реперных меток, приводимого в равномерное вращение электроприводом 21. Линеаризация смещения изображений реперных меток на поверхности растра относительно его штрихов в зависимости от их смещения на поверхностях ступеней образца 4 осуществляется цилиндрическим объективом 22, помещенным перед поверхностью растра, который обеспечивает нормальное падение осевых лучей на поверхность растра. Координаты изображения меток М и Mj, равные q, и на цилиндрической по- верхности растра (фиг. З) определяют фазы модуляции соответствздащих световых потоков, равные соответственно 1 и 1, а частота модуляции определяется частотой f., вращения

растра и числом поверхности:

п штрихов на его

I, (г)Р(.); 1,,(7Г)Р(21Г ;т-Ч г),

где

fn,fo

В течение времени при температурном нагружении образца происходит смещение образца как целое, изменение базового расстояния Н, а также деформация поверхностей ступеней. Это вызывает изменение положения реперных меток на поверхностях ступеней относительно измерительной базы оптической системы 16:

М1 (0,у, ,z, ),(0,у, uz,,

z,+ uz,);(3)

мГ() (OjV -UZjjtgoi, .,), (4)

где H(d b )Z2-z, - базовая длина; , - изменение базовой

длины.

Это приводит к смещению изображе НИИ реперных меток М и М на поверхности растра в координатах OQ:

дд; 2g(q)p;uZ sinai, i I ,2, (5)

где ft; - увеличение объективов; g(q) - функция преобразования цилиндрического объектива. Это вызывает изменение фаз соответствующих модулированных световых потоков за растром, которые разделяются зеркалами 23 и 24 в два фотоизмерительных канала. При этом они кол лимируются линзами 7 и 8, выделяются оптическими фильтрами 25 и 26 от фонового светового потока и регистрируются фотоприемниками 9 и 10 соответственно в первом и одиннадцатом каналах:

U;(&-)k F(2 irf -(p;); 9- q ;-utf; ;

iff, I- uq;. .2.

сюJ52025

30

35

. Выходные периодические сигналы и, (г) и Ujf ) с выходов фотоприемников 9 и 10 в каждом из каналов усиливаются неселективными усилителями- ограничителями 11 и 12 с ограниче-- нием амплитуды соответственно и подаются на входы фазового детектора 13, измеряющего разность фаз усиленных и ограниченных периодических сигналов, которая будет связана с изменением базовой длины Нд+дН образца следующей зависимостью:

ЛН

д(,21Г i2 sin.

(8)

где 00 - увеличение объективов 5 и 6 и цилиндрического объектива 22. ;

Выходной аналоговый сигнал с фазового детектора 13 масштабно преобразуется в преобразователе 14 с коэффициентом, равным

k

2 irpoSinoi,

(9)

после чего он регистрируется в регистраторе 15 в координатах удлинение - время.

Формула изобретения

фиг.З