Оптический эстензометр Советский патент 1949 года по МПК G01B11/16 G02B27/14 G02C9/04 

Предметом изобретения является оптический экстензометр.

Известны оптические экстензометры для измерения различного рода деформаций (в частности, удлинений) в процессе механических испытаний материалов с применением микроскопа, снабженного . источником искусственного света и системой отражающей и преломляющей оптики.

Основными недостатками этих приборов следует считать непостоянство подвижных механических контактов и колебания температуры.

В предлагаемом экстензометре эти недостатки устранены тем, что в нем применен способ интерференционного измерения отраженного света с использованием в качестве линейного масштаба длины световой ВОЛНЬТ.

На чертеже показана схема оптического экстензометра.

Схема составлена для случая, когда производится испытание па растяжение.

Свет источника 1 освещает дпафрагму 2. Изображение диафрагмы 2 проектируется при помощи полуирозрачього зеркала 3 через объектив 4, Общее расстояние от

объектива до диафрагмы по лучу равно главному фокусному расстоянию объектива. Поэтому из объектива исходит .почти параллельный пуЧОК света, который направляется на призму 5. В призме пучок поворачивается вниз, выходит из нижней грани призмы 5 и частично проходит в призму 6. Свет, отраженный от нижней грани призмы 5 и верхней грани призмьг 6, интерферирует. Интерференционная картина проектируется через призму 5 обратно в микроскоп 7.

При применении величины зазора между призмами 5 и 6 на /а длины волны применяемого света, интерференционная картина смещается в определенную сторону па целую полосу.

Применяя чистые стеклянные или KBapucBiiie призмы, можно надежно

14 порегистрировать смещения на света лосы, что дает для желтого величину в 0,06 микрона.

Если покрыть верхнюю

грань, призмы 6 и нижнюю грань призмы 5 тонким зеркальным слоем металла с коэфициентом отражения около 0,8, то значительно увеличится резкость и контрастность полос.. В этом случае MOJKHO надежно отсчитывать смещенпя на /as полосы.

271 что составляет для желтого света около 0,01 микрона. При длине образца в 200 мм чувствительность составит 5.10 - м. Небольшие перекосы не мешакЗт выполнять измерения, ибо они производятся в долях полосы. Перекосы можно обнаружить по внешнему .виду интерференционной картины и в случае необходимости их можно устранить, корректируя центрирующее приспособление зажимов пресса. Если необходимо увеличить диапазон измерений, то следует применять монохроматический свет и более тщательно коллимировать (параллелизовать) пучок света Б зазоре между призмами. Шины 5 и 5 со струбцинками изготовляются из различных материалов с такими расчетом, чтобы коэфициенты линейного расширения а, :и 7-3 были один больше, другой меньше коэфициента линейного расширения испытуемого материала Так как призмы 5 и 6 устанавливаются почти Вплотную одна над другой, то: /,/,+/,.(1) Если с изменением температуры будет соблюдаться условие, при ко.тором/,a, /,a2-f-4a3,(2) .то влияние температурных колебаний будет исключено. Из уравнений (1) и (2) следует, что: а,-ос -2(i а,--«. taii Таким образом, чтобы максималь:но исключить влияние температурных колебаний на результат измерения, надо перед опытом выяснить а,, затем, зная а 2 и з, определить /2 и /3 по уравнениям (3) и установить соответствующим образом каретки 10 и И. Компенсация линейногО расширения необходима вследствие чувствительности применяющегося метода. Приведем численный пример. Пусть /1 30 см; и I 7.2 10.10 -;аз 14.10 Если изготовить обе тины из одного материала (пусть коэфициент линейного расщирения этото материала будет а2), то необходимо при заданной точности измерения деформации Д / требовать постоянства те.мпературы с точностью до Д /. При этом; /1 («1-«2) Подставляя в уравнение (4) принятые выше числа, имеем: д 1/60°С (Д/ 0,01 м икрона). Пользуясь описанным выше методом компенсации и допуская ошибку в определении а ;, а 2, о.,, равной а, которая возможна вследствие различной зависимости от температуры а для различных материалов, будем иметь в самом неблагоприятном случае (суммирование погрешностей): (5) Если знать значения а,, у..,, а, с точностью до 1 % (это нетрудно сделать, использовав этот же экстензометр в качестве дилатометра), то А 5°С, что значительно облегчает задачу поддержания постоянства температуры. В СлуЧаях, когда совсем нет возможности поддерживать постоянство температуры, а также и в тех, когда неизвестно точное значение коэфициентов линейного расширения, можно перед наложением нагрузки ОПЫТНЫМ путем подобрать 1-2 и ij так, чтобы достаточно хорошо компенсировать температ}рные погрешности. Для этого только необходИлМО, чтобы: ,а, ИЛИ ,я,.(6) В этом случае, руководствуясь уравнениями (3), можно очень быстро подобрать /г и /з и убедиться непосредственным наблюдением, ЧТО температурные колебания не вызывают заметных изменений интерференционной картины. После

этого можно, не меняя температурлого режима, приступить к механическим испытаниям.

Следует предусмотреть необходимые 1еры для того, чтобы температура образца чрезмерно не изменялась в процессе деформации. В противном случае измерения можно .производить лишь после того, как наступит достаточное выравнивание температуры между образцом и шинами.

Конструкция экстензометра пригодна для различных механических и дилатометрических испытаний, при которых абсолютное изменение длины весьма мало, начиная с 0,01 микрона. В конструкции предусмотрена возможность компенсации колебаний температуры. Особо пригоден этот экстензометр для исследования полз)Чести материалов.

Предмет изобретения

1. Оптический экстензометр, о тличалощийся тем, что, с

аелью измерения .дефор.мади.и образца по способу интерференции световых лучей в процессе механических испытаний материалов, он выполнен в виде снабженного источником искусственного света, диафрагмой, наклонным зеркалом и объективом микроскопа, воспринимающего направленный им на грани закрепленных на испытуемом образце призм пучок световых лучей, смещение интерференционных полос которых в процессе испытаний определяет деформацию испытуемого образца.

2. В экстензометре по п. 1 применение щин со струбцинками и подвижными каретками для крепления призм, отражающих световой пучок.

3.. В экстензометре по п. ц. 1 и 2 применение верхней н нижней щин из материалов с различными коэфициентами линейного расщирения, отличными от коэфициента линейного расширения испытуемого образца, с целью компенсации температурных колебаний

38 Свод. Выпуск 1, Чпсть 11, 18ТЮ г.

273