Устройство интерференционного измерения проекции вектора перемещения поверхности диффузно-отражающего обьекта Советский патент 1976 года по МПК G01B9/21 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНТ-ЕРФЕРЕП-ЩИОНМОГО ИЗМЕРЕНИЯ ПРОЕКЦИИ

ВЕКТОРА ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ПОВЕРХН(Х;ТИ ДИФФУЗНО; - рТРАЖАЮЩЕГО

ОБЪЕКТА одной из них пози-гав и механически совмещают с другим негативом, что приводит к погрешностям из-за неточ.ого совмеше1шя. Ближайшим техническим решением к предложенному является устройство интерфе ренционного измерения проекции вектора перемещения поверхности диффузно-отражак щего объекта, содержащее источник когерент кого излучения, одноканальную систему освещения объекта и двухканальную систему записи информации, каждый канал которой содержит диафрагму, фокус рующий элемент 41 приемник излучения {С. Введение двухканальной системы записи информации позволяет получать голограммы интенсивности с несущей пространственной частотой и разделять при восстановлении отдельные порядки дифрагированных волновых полей. В результате этого исчезает зависимость кон рраста интерференционной картины на восстановленном изображении от коэффициента контрастности фотоэмульсии, что увеличивае точность измерения. Недостатком описанного устройства является невысокая чувствительность. Цель изобретения - повышение чувствите льности устройства. Поставленная цель достигается благчада- ря тому, что в один из каналов освещения объекта введен оптический элемент, обеспе- чивающий вращение плоскости поляризации освещающего излучения, в кшккый канал системы записи информации введен ана/шза- тор, и в один из каналов системы записи информации введен оптический элемент, обес печивающий вращение плоскости поляризации отрал енного излучения, На чертеже показана принципиальная оптачейкая схема предложенного устройства. Источник когерентного излучения и двухканальная система освещения исследуемого объекта 1 по направлениям 2 и 3 не показаны. Система записи информации состоит нз двух каналов, расположенных, в направле. аиях 4 и 5. Каждый канал I содержит диафрагму- атверст1ия 6 и 7 в непрозрачном экране 8, фокусирующий элемент 9 представ- Ляющий собою опт}гческую систему (объектив или линзу) и приемник излучения 10, являющийся квадратичным детектором, например фсггопластинку. В один из каналов освещеш1я введен оптический лемент 11, обеспечивающий вращение плоскости полярное 1ииосвеюаюшегоизлучения {например, полу- ; волновая пластинка). В каждь Й кааал системы записи информации введен анализатор 12 и 13, и в один из этих каналов введен шттический элемент 14, обеспечивающий вр ение плоскости поляризации отраженного злучения. В процессе работы деухканальная система свещения исследуем ого объекта обеспечивает оллимированное освешение по нaпpaвлeния t н 3. Так как оба обеспечивающих пучка бразованы излучением от одного и того же когерентного источника, они попяризовшгы в одной и той же плоскости, что показано на фиг. 1 стрелками, пересекающими направления 2 и 3., После прохождения освещающего излучения через оптический элемент 11 плоскость поляризации освещающего излучения в одном из каналов изменяется на ортогональную , которая показана на чертеже точкой. Ввиду диффузного рассеяния освещающего излучения в каждом из направле шй 4 и 5 распростргшяются одновременно по два пучка со взаимно ортогональными поляризациями. Анализаторы 12 и 13 пропускают излучение одного направления поляризации, так что в калсдом из каналов распространяется только по одному пучку, поляризации этих пучков взаимно ортогональны. Оптический элемент 14 обеспечивает вращение плоскости поляризации одного из пучков так, что она становится ортогональной по отношению к своему первоначаль ному положению и параллельной по отношению к пучку в другом канале, в резул тате чего пучки в различных каналах становятся когерентными и по поляризации и образуют интерференционную картину в плоскости регистратора. Используя метод двух эксЬозиций и прикладывая к объекту деформирую- |лую нагрузку, на восстановленном изобраkeHHH получают интерференционную кйртину, {тредставляюшую собой изолинии проекции вектора перемещения поверхности диффузно-отражающего объекта на направление, перпенди{сулярно биссектрисе утла между направлениями 2 и 3 . Сравним предложенное устройство с аналогом и прототипом по чувствительности и точностным характеристикам. В ана- логе используется двухканальное освеще- ние исследуемого объекта и одноканальная система записи информации, распол- женная симетрично оптической оси, отсутствуют также элементы 11-14. Интерферограм- ма на восстановленном изображении описЫвается уравне1шем; Д|г 2sm| - N.Ai (1) - fгдеЛГ - проекция вектора перемещения на направление, перпендикулярное оптической оси:, -угол между оптической осью и ; направлениями освеще1шя объекта N я

|рядковый номер интерфере1щиоиной полосы, ; А -Д:ШНа волны.

|При чувствительности, определяемой уело|вием образования одной интерференционной полосы, можно замерить

Vasinji

4Г,

С2)

при освещении по касательной к поверхности (макисмальная теоретическая чувст вительность) : 5iriji l, 4fx 2-

В голографической интерферометрии при освещении нормально к поверхности и на блюдении по касательной к ней (максимальная теоретическая чувствительность idf . . Таким образом, чувствительность аналога превышает чувствительность 1 олографического интерферометра, но точ ность измерения неудовлетворительна.

В прототипе используют одноканальную систему освещения объекта и двухканальную систему записи информации (один из освещающих пучков и элементы отсутствуют) . Интерферограмма на восстановленном изображении описывается уравнением:

, (3)

где «/. -угол между оптической осью и направлениями 4 и 5. Действующий диаметр оптической системы ограничивает угол е , а следовательно, и чувствительность устройства. Известно, что качественные объек тивы имеют отношение диаметра к фокусу не более 1:1,5, что при фотографировании

в масштабе 1:1 дает

SlncC -|- и при М «1,ЛИх ЗЛ.

Таким образом, хотя точность прототипа выше, но чувствительность хуже, чем у аналога и голографического интерферомет ра.

; Отметим, что механическое объединение одно устройство двухканальной системы {освещения объекта и двухканальной систе- |мы записи информации не приводит к повы- щению чувствительности. Действительно, если бы объект освещался по двум кан&лам излучением, когерантным также и по поляризащш (элементы 11-14 тогда бы отсутствовали), то в результате диффузного рассеяния на поверэшости объекта освещающих пучков по каждому из каналов 4 и S распространялись бы по два пучка. В {Процессе аалиси голограмма интенсивноо;ти была бы образована интерференцией четырех пучков. При записи методом двойной экспозищю с приложением к исследуемому объекту между экспозицией деформирующей нагрузки о изображении, восстановленном

в нулевых порядках .дифрак1ши, суммарная 1интерференцио1шая картина была бы oбpa oвaна интерференцией четырех пар пучков. Как показывает подробный расчет такой интер- ференции, в итоге на сильном мешающем фоне наблюдалась бы малоконтрастная интерференционная картина, описываемая уравнением (3).

Введением оптических элементов 11-14 из четырех отраженных пучков выделяют два, прошедших по каналам 2-4 и 3-5 (или по каналам 2-5 и 3-4, если поменять местами анализаторы 12 ij 13), что обеспечивает высокий контраст интерференционных полос на восстановленном изображении. Интерферограмма описывается выражением;

Arx(sm i:sinj)«(,) (Ц)

где знак + или - соответствуют интерференционной картине, образованной пучками, par пространявшимися по каналам 2-4 и 3-5 или 2-5 и 3-4. Максимальная чувствитель ность в этом сдачае (при 51Пв(1 Sinjb l ) соответствует 7 интерференционную полосу, что превосходит чувствительность Голографических интерферометров, аналога и прототипа.

Возможны два варианта устройства, приводящие к достижению поставленной цели,

но обладающие некоторыми недостатками пО сравнению с описанным.

В первом варианте два канала, используемых для записи информации, получают делением не по волновому фронту, как в описанJHOM устройстве, а делением по амплитуде с помощью дифракционной решетки, помещенной в плоскость изображения объекта, предварительно построенного по одному каналу вспомогательной оптической системой . Интерферограмма на восстановленном изображении описывается уравнением (1). По сравнению с предложенным устройством, в этом варианте интенсивность света, падак щего на квадратичный детектор, уменьшит-, |ся в 1 / Д раз, где Д-дифракционная эффективность решетки кроме тогх), как видно из сравнения уравнений (1) и (4), нескопысо уменьшается чувствительность,

Во втором варианте устройства как дпя освещения, так для построения записи иопользуют два канала, оптические элементы 11-14 отсутствуют, вместо этого время каждой из экспозиций разбивают на два равных интервала, между KOTOpbiNoi соответс-рвующими оптическ1ши элементами фазу одного из освещающих пучков меняют , а одного из пучков, используемых для ., на-Л . Голограмма интенсивности оказывается записашшй с добавлешюм постоянного фона, что приводвт к снижекнк} ее дщф ракционной эффективноста и сеютветсй енно арксюти восязтановпенного изображения.

Формула изобретения

Устройство для интерфйрешшонншх) измерения проекции вектора перемещения по верхности диффузно-сггражающего , содержащее источник когерентного- излучения, двухканальную систе «у освещения объекта, а также двухканальную систему записи информации, каждый канал которой содержит диафрагму, фсжусирующйй эдемешг и приемник излучения, отличают е,« с и, Тем, что, сцелыоповышениячувствй-те л ьн ости, в сдан из каналов освещения объекта введен оптический элемент для вращения плоскости поляризации, сювешшощего излучения, в каждый канал системы .записи информации введен анализатор и в один из каналов системы записи инфор숫шй введен оптический элемент для вращения плоскости поляризации отраженного излучения.

Источники информации, принят:ые во вни,мание при экспертизе:

1. Р. Кольер и др. Оптическая голография. М., Мир, 1973,

2.Leendertt. 3.А., 1. of PHys.E (Scl - nstinim) 1970, 3, 214-218). 3. Власоь Н. Г., Смирнова С, Н„ ПресШ1КОВ Ю, П.,Ж. Т. Ф. 1973, №5. 11О41106 (прототип).