Способ определения напряжений в объекте из оптически чувствительного материала Советский патент 1988 года по МПК G01B11/16 

Изобретение относится к определению напряжений прозрачных материалах поляриэационно-оптическим методом.

Цель изобретения - увеличение точности определения напряжений за счет модуляции оптической разности Нода просвечивающего пучка. I На фиг. 1 приведена зависимость интенсивности светового, потока от |)птической разности хода в оптичес- :си чувствительном материале} на )иг. 2 - то же, в случае, когда по- пяризатор установлен по направлениям главных напряжений в объекте; на фиг. 3 - оптическая схема для осуществления предлагаемого способа.

Сущность способа заключается в I следующем.

I Для полярископа со скрещенными плоскостями полиризатора и анализатора интенсивность 1 светового потока в зависимости от оптической разности хода 5 имеет вид:

I sin |- sin 2/i, (1)

где 5 - угол между плоскостью пропускания поляризатора и квазиглавным направлением напряжений в объекте. Производная от функции 1 равна

dl

dS

i- sin sin 2p , (2)

т.е. пропорциональна синусу разности jj хода

Переменная часть светового потока, создаваемого модулятором, равна

sin I

7: dl d8

21

где

амплитуда разности хода, создаваемой модулятором. Таким образом, измеряя I при значении fi 45 и заданном значении 5 получим: 21

S « arcsin (4)

Если установить главные направления модулятора под углом 45 к плоскости пропускания поляризатора, то,, синхронно вращая полярископ и модулятор до значения угла |3 О, получим, что . t S

I sin г- (5)

Это следует из формулы (6) для светового потока, выходящего из ана

лизатора скрещенного полярископа, когда свет проходит через объект с азимутом главных направлений (5, и разностью хода S И модулятор с азимутом главных направлений jb, и разностью хода

1 sin sin - sin 2()+ + cos т sin 5 sii 2p + + sin cos r sin 2ft, + r

2p sin 2p, .(6)

При подстановке в (6) Д О и р, 45° получим (5).

Из (5) следует, что разность хода в объекте не оказывает влияния на световой поток, когда поляризатор выставлен по главным направлениям в объекте. В этом случае, как следует из фиг. 2, частота модуляции удваивается, что является высокоинформа- тивньм признаком для поиска азимута главных направлений объекта. Определив азимут главных направлений объекта синхронным поворотом полярископа и модулятора на угол Л 45°,

получим световок поток

. «

. г S «S

cos sin + sin -s cos -f

+ sin& sin5 .

(7)

ItocKOJTbKy выбором S всегда MOJ обеспечить cos 1, ,

ЗГ

ItocKOJTbKy выбором о всегца можно

i

2 - о .« 2

sin S S, то переменная часть светового потока в выражении (7) будет равна

(3)

I - I .sin &,

(8)

откуда и следует (4).

Постоянная часть светового потока IP из выражения (7) равна

I,sin |.

Поскольку фотоприемник воспри нима- ет весь световой поток J 1 +Т, то член 10 определяет рабочую точку на характеристики фотоприемника. При значительных изменениях рабочая точка может выйти из границ линейного участка характеристики фотоприемника, что является основной причиной HeTO4HocfH измерений. Чтобы исклю- чнть это, необходимо независимо от

изменения I f(S) поддерживать постоянную часть светового потока в пределах, обеспечивающих работу фотоприемника на линейном участке его характеристики. Это достигается путем использования дополнительного источника света, добавлякицего или убавляющего световой поток за анализатором в соответствии с обратным законом изменения Ig. Управление яркостью дополнительного источника света осуществляется схемой автоматического регулирования, где в качестве обратной связи используется сигнал на фотоприемнике.

Способ осуществляют с помощью оптической схемы следующим образом.

Луч лазера 1 делится полупрозрачным зеркалом 2 на два луча. Первый луч с помощью кругового поляризатора 3 приобретает круговую поляризацию, после чего проходит через полярископ со скрещенными плоскостями

Объект 6 помещают в полярископ со скрещенньми плоскостями пропускания поляризатора 4 и анализатора 5, 15 просвечивают объект пучком света, устанавливают в полярископ модулятор 7 оптической разности хода так, что главные направления его образуют угол 45 с плоскостью пропускания поляризатора 4, перемещением модулятора 7 относительно пучка света устанавливают амплитуду модуляции, обеспечиваюп ую наблюдение сигнала на ос1ц|ллографе 13,синхронно вращаполяризатора 4 и анализатора 5, в по- 25 ют модулятор 7 и полярископ до полу30

ле которого помещен исследуемый объект 6, и модулятор 7 оптической разности хода. Луч, вышедший из анализатора 5j попадает на фотоприемник 8. Второй луч, пройдя через регулятор 9 интенсивности света, управляемый системой 10 управления с помощью полупрозрачного зеркала 11, также попадает на фотолриемник 8.

Система управления Изменяет свето- пропускание регулятора 9 интенсивное- 35 ти света так, что интенсивность света на фотоприег4нике не выходит за пределы линейного участка его характеристики . Усилитель 12 переменного тока вьзделяет и усиливает переменную часть сигнала, который измеряется цифровьм вольтметром 13 и наблюдается на осциллографе 14. Модулятор 7 представляет собой, например, фотоупругий кристалл, в котором возбуждена генератором 15 с помощью пьезодатчи- ка стоячая продольная волна. Подвижкой кристалла относительно просвечивающего луча можно изменять амплитуду модуляции света, достигая ее максимума, когда луч попадает в пучность возбужденной в модуляторе волны. Модулятор имеет возможность вращения

чения минимума интенсивности светового потока с удвоенной частотой модуляции, по этой величине поворота определяют азимут главных направлений в объекте, устанавливают модулятор 7 и полярископ под углом 45 азимуту главных направлений и измеряют интенсивность потока вольтметром 12, добавляют дополнительный немодулированный световой поток к выходящему из анализатора световому пучку и величину его интенсивности учитьгеают при определении напряжений. Оптическую разность кода

создаваемую

40

напряжениями в объекте, определяют

по формуле (4). При измерениях системы 10 управления с помощью регулятора интенсивности 9 света поддерживают интенсивность светового потока из фотоприемника 8 в пределах, обеспе- чивающих работу фотоприемника В на линейном участке его характеристики.

Формула изобретения

Способ определения напряжений в объекте из оптически чувствительного материала, заключающийся в том, что объект помещают в полярископ со скрещенными плоскостями пропускания поляризатора и анализатора, просвечива50

Способ определения напряжений в объекте из оптически чувствительного материала, заключающийся в том, что объект помещают в полярископ со скре щенными плоскостями пропускания поляризатора и анализатора, просвечивавокруг луча как раздельно, так и синхронно с полярископом для ориенти- 55 ют объект пучком света, регистрируют рования главных направлений модулято- интенсивность выходящего из анализа- ра параллельно главным направлениям тора светового пучка, по которой оп- в исследуемом объек-те 6. Синхрониза- ределяют напряжения, отличаю- ция сигнала осциллографа 14 осущест- щ и и с я тем, что, с целью увели10

92355

вляется генератором 15. Регулятор 9 ннтенсив«ости света представляет собой управляемый фильтр переменной прозрачности (например, модулятор лазерньй МЛ-3) или фотопластинку, степень почернения которой по участкам соответствует закону изменения светового потока в полярископе.

Способ осуществляют следующим образом.

Объект 6 помещают в полярископ со скрещенньми плоскостями пропускания поляризатора 4 и анализатора 5, 15 просвечивают объект пучком света, устанавливают в полярископ модулятор 7 оптической разности хода так, что главные направления его образуют угол 45 с плоскостью пропускания поляризатора 4, перемещением модулятора 7 относительно пучка света устанавливают амплитуду модуляции, обеспечиваюп ую наблюдение сигнала на ос1ц|ллографе 13,синхронно враща20

25 ют модулятор 7 и полярископ до полу0

5

чения минимума интенсивности светового потока с удвоенной частотой модуляции, по этой величине поворота определяют азимут главных направлений в объекте, устанавливают модулятор 7 и полярископ под углом 45 азимуту главных направлений и измеряют интенсивность потока вольтметром 12, добавляют дополнительный немодулированный световой поток к выходящему из анализатора световому пучку и величину его интенсивности учитьгеают при определении напряжений. Оптическую разность кода

создаваемую

35

40

напряжениями в объекте, определяют

по формуле (4). При измерениях системы 10 управления с помощью регулятора интенсивности 9 света поддерживают интенсивность светового потока из фотоприемника 8 в пределах, обеспе- чивающих работу фотоприемника В на линейном участке его характеристики.

Формула изобретения

Способ определения напряжений в объекте из оптически чувствительного материала, заключающийся в том, что объект помещают в полярископ со скрещенными плоскостями пропускания поляризатора и анализатора, просвечива0

5 ют объект пучком света, регистрируют интенсивность выходящего из анализа- тора светового пучка, по которой оп- ределяют напряжения, отличаю- щ и и с я тем, что, с целью увелиJ«Sirt. |.JiA

Изобретение относится к определению напряжений в прозрачных материалах поляризационно-оптическим методом. Цель изобретения - увеличение точности определения напряжений. Для этого исследуемый объект 6 помещают в скрещенный полярископ, просвечивая объект пучком света. На пути пучка устанавливают модулятор 7 оптической разности хода так, что главные направления его образуют угол 45 с плоскостью пропускания поляризатора 4. Синхрон- НЬ1М вращением полярископа и модулятора 7 находят азимут главных напряжений в объекте по минимуму интенсивности света с удвоенной частотой модуляции. Устанавливают полярископ и модулятор 7 под углом 45 к азимуту главных напряжений. Добавляют дополнительный световой поток к выходящему из анализатора пучку света, и величину его интенсивности учитывают при определении напряжений. 3 ил.

-у«/- : У

g 1

/ I

/