Интерферометр Советский патент 1992 года по МПК G01B9/02 

Изобретение относится к измерительной технике, к измерению деформации твердых тел.

Известно устройство для бесконтактного измерения деформации, состоящее из лазера и оптической системы для формирования двух коллимированных световых пучков, освещающих закрепленную на поверхности исследуемого объекта дифракционную решетку, расположенную перпендикулярно биссектрисе угла между освещающими пучками, снабженное оптическим частотным модулятором, фотопри- емным блоком и электронным фазометром.

Недостатком этого устройства является сложность оптической схемы, а также необходимость применения фотоэлектронных преобразователей.

Известен двухлучевой интерферометр, в одно плечо которого помещена отражательная дифракционная решетка, закрепленная на поверхности исследуемого

объекта и деформируемая совместно с ним. Интерференционная картина образуется в результате взаимодействия опорного пучка и одного из ненулевых максимумов дифракционной решетки.

С помощью этого устройства можно измерить деформации в плоскости поверхности объекта, а также поворот поверхности объекта как жесткого целого.

Недостатком такого интерферометра является невозможность раздельного измерения деформации на исследуемой поверхности и говорота объекта как жесткого целого, поскольку оба вида деформирования объекта приводят к качественно одинаковым измеренипм картины интерференционных полос.

Целью изобретения является повышение надежности измерения деформаций за счет исключения изменения интерференционной картины в результате углового смещения объекта.

VI

4 О vl О О

На фиг.1 изображена оптическая схема интерферометра; на фиг.2 - картина интерференционных полос на экране интерферометра; на фиг.З - схема, поясняющая образование интерференционной картины. Интерферометр для бесконтактного измерения деформаций (фиг.1) состоит из лазера 1, коллиматора 2, светоделителя 3, отражательной решетки 4, закрепленной на исследуемом объекте 5, полупрозрачного зеркала б и регистратора интерференционной картины, состоящего из матового экрана 7 и наблюдательного микроскопа 8. Лазер 1, коллиматор 2, светоделитель 3 и дифракционная решетка 4 расположены вдоль оптической оси, перпендикулярной отражательной решетке 4. Регистратор интерференционной картины и полупрозрачное зеркало 6 установлены в направлении одного из ненулевых максимумов отражательной дифракционной решетки 4, причем зеркало 6 установлено в точке пересечения интерферирующих пучков, один из которых - нулевой максимум дифракционной решетки, отраженной от светоделителя 3, а второй - один из ненулевых максимумов. Нормаль к поверхности зеркала 6 совпадает с биссектрисой угла между интерферирующими пучками.

Интерферометр работает следующим образом.

Луч лазера 1 (фиг.1), пройдя через коллиматор 2 и светоделитель 3, попадает на отражательную решетку 4, закрепленную на исследуемом объекте 5. Нулевой максимум дифракционного излучения, отразившись от решетки 4, в обратном направлении, попадает на светоделитель 3 и делится на два пучка, один из которых 9 попадает затем на олупрозрачное зеркало 6. Отразившись от зеркала 6, пучок 9 освещает матовый экран 7.

Первый (или любой ненулевой) дифракционный максимум 10 отраженного от решетки пучка излучения проходит через полупрозрачное зеркало 6 и попадает на матовый экран 7, где в результате интерференции 9 и 10 образуется интерференционная картина, наблюдаемая через микроскоп 8. С помощью светоделителя 3 и полупрозрачного зеркала 6 оптическая схема юстируется таким образом, чтобы угол между пучками 9 и 10 был близок к нулю.

Направление распространения ционных максимумов излучения, отраженного от решетки 4, или углы дифракции (где N 1.2,3...)определяются из условия1

sinf N NA/b.

(1)

где N - номер дифракционного максимума; А длина волны излучения лазера; b - период дифракционной решетки. При интерференции двух коллимиро- ванных световых пучков, направленных под углом друг к другу (пучки 9 и 10, фиг.1) на экране 7 возникает интерференционная картина, представленная на фиг.2. Ширина полос интерференции на экране 6 опреде- ляется выражением

В - А /2 т.

(2)

где В - ширина интерференционной полосы;

2 ш - угол между интерферирующими лучами или угол интерференции (фиг.З).

Формула справедлива для углов GJ, близких к нулю.i

При деформировании объекта 5 совместно с ним деформируется отражательная решетка 4, т.е. изменяется период дифракционной решетки (Ь). Это приводит к изменению углов дифракции ( р) и углов

интерференции (2 ().

Вследствие этого изменяется ширина интерференционных полос на экране 7, Таким образом, через изменение ширины полос интерференции определяется деформация исследуемого объекта.

При повороте объекта как жесткого целого на малый угол 0 нулевой максимум поворачивается на jror же угол, а интерферирующий с ним максимум ненулевого порядка поворачивается на угол ( Д/3), приближенно равный Д/ $/соз м Для малых угол дифракции ( /) 8°), можно считать, что Д/ 0. т е. угол интерференции (2 о)остается практ ически неизменным, и интерференционная картина, наблюдаемая на экране 7, практически не изменяется.

Таким образом, оптическая схема нечувствительна к провороту объекта как жесткого целого, что дает возможность непосредственно измерить деформации в плоскости поверхности объекта.

Оптическая схема отличается простотой

Q и широкими пределами измерений, информация о состоянии исследуемого объекта представляется в виде, удобном для обработки, отсутствие сложных фотоэлектронных схем делает возможным использование

5 предлагаемого устройства при воздействии электромагнитных полей и в условиях непостоянного внешнего светового фона Формул.а изобретения Интерферометр содержащий источник когерентного излучения, погл - овательно

расположенные по ходу излучения коллиматор, светоделитель, отражатель, предназначенный для крепления на объекте нормально к падающему излучению и выполненный в виде дифракционной решетки на эластичной подложке, полупрозрачное зеркало для формирования выходного пучка, размещенное в направлении распространения одного из ненулевых максимумов дифракционной решетки, и регистратор интерференционной картины, отличающи и с я тем, что. с целью повышения надежности измерения деформаций, полупроз0

рачное зеркало установлено в точке пересечения направления распространения нулевого максимума, отраженного от светоделителя, с направлением распространения ненулевого максимума и ориентировано таким образом, что нормаль к его поверхности лежит в плоскости распространения пучков и совпадает с биссектриссой угла между направлениями распространения нулевого максимума, отраженного от светоделителя, и ненулевого максимума дифрагированного излучения.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерению деформаций твердых тел. Цель изобретения - повышение надежности измерения деформаций за счет исключения изменения интер- ференционной картины в результате углового смещения объекта. В направлении одного из ненулевых максимумов диф- ракционной решетки установлено полупрозрачное зеркало для сведе ния интерферирующих пучков и регистратор интерференционной картины, состоящий из матового экрана и наблюдательного микроскопа. Интерференционная картина формируется в результате взаимодействия одного из ненулевых максимумов дифракционной решетки и ее нулевого максимума. Поворот поверхности объекта как жесткого целого приводит к повороту обоих интерферирующих пучков практически на один и тот же угол, поэтому интерферометр реагирует лишь на деформации в плоскости поверхности объекта.3 ил,

Фиэ.1

В

Фиг. 2

Фиг 3