Поляриметр Советский патент 1980 года по МПК G01J4/04 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и предназначено для исследования двойного лучепреломления, точнее для одновременных и не-5 прерывных измерений направлений главных осей (изоклины), величины и знака разности хода поляризованных лучей, прошедших механически нагруженную модель (объект) при исследованиях меха-10 нических напряжений методом фотоупругости.

Известны приборы для поэтапных измерений изоклины и разности хода в заранее выбранных точках напряженной 5 модели и устройства, предназначенные для одновременных измерений изоклины и разности хода 1.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является поляри- 20 метр, содержащий источник света, проекционную систему, место для установки исследуе 1ого объекта, с одной стороны которого установлены обычный поляризационный фильтр и фазовая 25 пластинка, создающая сдвиг фазы для лучей рабочей длины, а с другой стороны - составной поляризационный фильтр, связанный синхронно с фазовой пластинкой так, что плоскость пропус- JQ

кания его центральной части постоянно совпадает с одной из осей фазовой пластинки и плоскость пропускания его периферитной части постоянно составляет углы ±45° с осями фазовой пластинки, за которыми установлены делители света, фотоприемники и светофильтры С21.

Для определения целых порядков интерференции требуется производить поочередное подключение усилителя следящей системы то к одному, то к другому фстоприемнику с разными светофильтрами, воспринимающими свет центральной части пучка, что не удобно и приводит к некоторым погрешностям измерений: разности хода за счет люфтов следящей системы. Кроме того, поляриметр усложнен наличием дифференциала, модулятора Фарадея и специальных датчиков угловых перемещений, а также наличием двух следящих систем.

Целью изобретения является повышение точности и упрощение конструкции.

Это достигается тем, что в известном поляриметре совместно с обычным поляризационнъпм фильтром со стороны фазовой пластинки укреплена дополнительная фазовая пластинка в виде коЛьца с наружным диаметром не менее диаметра рабочего пучка света и внутренним отверстием по диаметру центргшьной части составного поляризационного фильтра, создающая сдвиг фaз1V2 для лучей с длиной волны Л , не совпадающей с рабочей длиной волны А,и оси которой составляют углы плоскостью пропускания закрепленного совместно с ней поляризационного фильтра

На чертеже показана структурная схема предлагаемого поляриметра.

Источник, например, белого света 1 и конденсатор 2 составляют осветитель/который направляет свет на диафрагму 3, находящуюся в фокусе линзы 4. За линзой 4 установлена отбрасывающая линза 5. Система линз 4 и 5 рассчитана так, что изображение диафрагмы 3 переносится в плоскость объекта 6у для которого предусмотрено специальное место, например, в виде координатного столика. За объектом 6 установлены такие же линзы 7 и 8. Линзы 5 и 7 выполнены из изотропного материала без внутренних натяжений. Перед объектом 6 в паргшлельных лучах между линзами 4 и 5 установлены обычный поляризационный фильтр 9, связанный с синхронным двигателем 10 через понижающую передачу 2:1, и фазова и. пластинка 11, создающая сдвиг фаз для лучей рабочей длины волны .о i по другую сторону объекта б в параллельньк лучах между линзами 7 и 8 установлен составной поляризационный фильтр, состоящий из центральной части 12 и периферитной части в виде кольца 13. Составной поляризационный фильтр с частями 12 и 13 связан синхронной связью 14 с фазовой пластинкой 11 так, что плоскость пропускания егго центральной части 12 постоянно совпадает с одной из осей фазовой пластинки 1, а плоскость пропускания его периферитной части 13 постоянно составляет угол 45 с осями фазовой пластинки 11.

Совместно с обычным поляризационным фильтром 9 со стороны фазовой пластинки 11 укреплена дополнительная фазовая пластинка 15 в виде кольца с наружным диаметром не менее диаметра рабочего пучка света и с внутренним отверстием по дигшетру центральной части 12 составного поляризационного фильтра, фазовая пластинка 15 создает сдвиг фаз $ ДЛЯ лучей с длиной волны X. , не совпадающей с рабочей длиной аолиы Л , например, на величину 20 составляют угол 45 с плоскостью пропускания закрепленного совместно с ней поляризационного фильтра 9. Для получения информгшс и о мгновенном положении врацающихся совместно поляриэгщионного фильтра 9 и фазовой пластинки 15 относительно корпуса поляриметра осеЯ

координат установлен датчик 16, например электромагнитный, а относительно фазовой пластинки 11 - два датчика 17 и 18, укрепленных на оправе фаэовой пластинки 11 под углом 45 относительно друг друга. После последнего поляризационного фильтра между лин вами 7 и 8 установлен делитель света 19 в виде склеенных двух призм,на гипотенуз ную грань одной из которых наг несено зеркальное покрытие с овальным отверстием в центре по диаметру цент ргшьной части пучка света, а также фотоприемник 20. За линзой 8 установлены наклонное зеркало 21 с прозрачной точкой, играющей роль диафрагм, делитель света 22, два фотоприемника 23 и 24, перед которыми установлены два интерференциальных фильтра 25 и 26;Фильтр 25 имеет 1яаксимум пропускания, совпадающий по спектру с рабочей длиной волны Л-о , а максимум пропускания фильтра 26 совпадает с другой .длиной волны Л , отличающейся от Я. н не большую величину . 40 нм. Фильтр 26 установлен с возможностью наклона, в процессе которого максимум пропускания фильтра 26 по спектру смещается в область более коротких длин волн и может совпадать с Л-ог .

Фазовая пластинка 11 механически связана с реверсивным двигателем 27. Обмотка управления двигателя 27 подключена к усилителю 28, вход которого подключен к фотоприемнику 20. Обмотка возбуждения двигателя 27 подключена к усилителю 29, .вход которого через контактные кольца подсоединен к датчику 18.

Поляриметр снабжен тремя цифровыми фазометрами 30, 31 и 32, устройством сравнения 33 и печатающим устройством 34. Фазометр 30 подключен к датчикам 16 и 18 и служит для измерения параметра изоклины 9 . Фазометр 31 подключен к датчику 17 и к фотоприемнику 23 и служит,для измерения разности фаз , т.е. дробной части порядков интерференции q. Фазометр 32 подключен к фотоприемникам 23, 24 и служит для измерения знака разности хода Ту и целого числа порядков интерференции п.

Поляриметр снабжен также визуальным каналом 35 для наблкщения освацаемого участка объекта 6.

Поляриметр работает следующим образом .

Свет от источника 1 конденсаторе 2 направляется на диафрагму 3, расходящийся пучок света линзой 4 коллимируется, направляется на элементы оптики 9, 15 и 11, а 9ате14. при введенной линзе 5 фокусируется на объекте 6 таким образом, что изображение диафрагмы 3 системой линз 4 и 5 переносится в плоскость объекта 6. За объектом 6 свет снозп коллимируется лин ЗОЙ 7, проходит составной полярнааг ционный фильтр 12, 13 и направляется на делитель 19. Причем, периферийная часть коллимированного пучка света после линзы 4 проходит вращающиеся совместно с частотойи /2 поляризационный фильтр 9 и фазовую пластинку 15, затем фазовую пластинку 11, исследуемую точку объекта б, поляризационный фильтр 13 и, отразившись от зеркала 19, воспринимается фотоприемником 20 Центральная часть коллимированного пучка света после линзы 4 проходит только вращающийся поляризационный .фильтр 9, затем проходит через фазовую пластинку 11, исследуемую точку объекта 6, поляризационный фильтр 12 через отверстие в зеркальном слое делителя 19 и направляется на наклонное .зеркало 21 с прозрачной точкой, в плоскости которой линзами 7 и 8 стро ится изображение освещенного участка исслед емого объекта 6. Если линза 5 выведена изпучка све та, то освещается значительный участок объекта б, который можно наблюдать с помощью визуального канала 35 за исключением точки объекта б, лучи от которой попали в отверстие в зеркале 21. При введенной линзе 5 размер освещаемого участка объекта б пропорционален размеру диафрагмы 3 и.увеличению линз 4 и 5, который также может наблюдаться с помощью визуального канала 35 и для фотоэлектрического ана лиза дополнительно ограничивается отверстием зеркала 21. Свет, прошедший отверстие в зеркале 21, разделяется делителем 22 на два пучка, один из котоЕЧлх направляется на светофиль 25 и фотоприемник 23, а второй - на светофильтр 26 и фотоприемник 24. Если объект б в исследуемой точке изотропен, то фотоприемники 23 к 24 будут воспринимать световые потоки, периодически изменяющиеся по синусоидальному закону с частотой UJ-, , фазы изменения которых совпадают с фазой сигнала датчика 17. При этом цифровы фазометры 31 и 32 фиксируют нулевые значения измеряемых разностей фаз dj) для рабочей длины волны и с1 для вспомогательной длины волны А,. Если объект в исследуемой точке испытывает нагрузку, т.е. обладает двойным лучепреломлением и его оси . находятся в диагональном положении то каждое мгновенное состояние поляризации света, падающего на объект 6, изменяется. Цифровой фаэ(ометр 31 измеряет, а печатающее устройство 34 фиксирует разность фё13 между сигналами фотопри емника 23 и датчика 17, пропорциоиальную разности фаз сГ поляризованных лучей рабочей длины волны Лд,. Цифровой фазометр 32 измеряет величи ну и знак разности фаз между сигнала ми фотоприемников 23-и- 24, которая характеризует измеряемой разнос ти хода лучей Г и равная разнице в измерениях разности хода d, для рабочей длины волны и разности хода сЯ, для вспомогательной длины волны X., . Значение разницы do - i , например, в цифровой форме подается в устройство сравнения 33, где производится сравнение во сколько раз измеренная величина ( ) больше заранее известной величины ( cfjj- j), приходящейся на один порядок интерференции лучей рабочей длины волны Яо , измеренной в процессе предварительной тарировки материала объекта с произвольной дислерсией двойного лучепреломления. Целое число результата сравнения (старший разряд), равное целому числу порядков интерференции п, поступает в печатающее устройство 34. Измеренные таким образом разность фаз сГо , пропорциональная дробной части порядков интерференции qg, целое число порядков п и знак разности хода Г) дают полную информацию о измеряемой разности хода согласно выражению п- Яс Диапазон измерения разности хода Гсг практически можеаг быть любым и ограничивается лишь степенью монохроматичности рабочих-пучков света длин волн АО и Ti-i . Поскольку для получения верных результатов измерений разности хода Гд фазометр 32 должен работать в пределах измерений от О до It рад, то с ростом измеряемой величины Гц оператор имеет возможностьi соответственно увеличивать наклон интерференционного фильтра 26 для уменьшения разницы между длинами волн Л-о и TL, и тем самым расширить диапазон измерений г,, . . Предлагаемый поляриметр имеет высокую точность измерений (+0,1° по параметру 9 и +0,5 нм по параметру Гд) и прост в конструктивном исполнении. Формула изобретения Поляриметр, содержащий источник света., проекционную систему, место для установки исследуемого объекта, с одной стороны которого установлены . обычный поляризационный фильтр, связанный с синхронным двигателем, и фазовая пластинка, создающая сдвиг фазы для лучей рабочей длины волны Лд , а с другой стороны - составной поляризационный фильтру связанный синкронно с фазовой пластинкой так, что плоскость пропускания его центральчой части постоянно совпадает с одной .13 осей 1)азовой пластинки и плоскость пропускания его периферитной части.: постоянно составляет угол +45° с осяи фазовой пластинки, за которыми установлены делители света, фотоприемники и светофильтры, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения конструкции, совместно с обычным поляризационным фильтром со стороны фазовой пластинки укреплена дополнительная фазовая пластинка в виде кольца с наружным диаметром не менее диаметра рабочего пучка света и внутренним отверстием по диа- метру центральной части составного по ляризационного фильтра, создающая сдвиг фаз - для лучей с длиной волны (. , не совпадающей с рабочей длиной

волны 0 и оси которой составляют угол +45 с плоскостью пропускания закрепленного совместно с ней поляризационного фильтра.

5 Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Александров А. Я., и Ахметдянов М. X. Полярцзационно оптические (методы механики деформируемого тела.

gM.{ Наука, 1973, с. 128-156.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2487911, кл. G 01 J 4/04, 19.05.77 () ,

fЧffШI гг 15 гз