Поляриметр Советский патент 1981 года по МПК G01J4/04 G01L1/24 

Изобретение относнгся к опгическому приборостроению, а более конкретно - к попяримегрическим приборам для исследования натфяженкй в моделях и прозрачных объектах. Известны поляриметры, 1федназначенные для измерения азимута главных нап решлений и разности хода, состоящие на осветительной част содержащей, источнвк монохроматического излучения и шф- кулярный поляризатор, в регистр|фу1ощей час1гв, содержащей устройство вращения плоскости поляризации, фото(фнемное устрсйство и фазометр. Оптические каналы измерения разности хода и азимута главных направлений совмещены. Электронные каналы разделя ются после фотоприемного устройства. Фа за переменного сигнала. несет информацию об азимуте главных направлений, амплитуда - о разности хода Ц. : Недостатком этого устройства является малый диапазон измерений разности хода. Наиболее близким к изобретению является пол$фиметр, выполненный из осветительной части, содержащей поляризатор и регистрирующей части, включающей устройство вращения плоскости поляризации, блок регистрации разности хода и блок регистрации азимута главных направлений, содержащий фотоприемное устройство и фазометр l2l. Недостатком данного поляриметра является сложность конструкции, обусловленная наличием вращающегося с бопьщой скоростью вала, имеющего значительную длину, и удалевве от оси прибора. Кроме усложнения конструкции кинематическая связь между .осветительной и регистрирующей частями делает практически невозможной установку между нимк нагрузочного устройства, т.е. проведение измерений в процессе загружения объекта. Цель изобретения - упрощение конструкции поляриметра. Указанная цельдостигается тем, что в поляриметре, выполненном из осветительной части, содержащей поляризатор, и регистрирующей части, включающей устройство вращения плоскости пол5физации, блок регистрации разности хода и блок регистрации азимута главных направлений содержащий фотоприемное устройство и фа зометр, поляризатор выполнен ахроматическим циркулярным, а в блоке измерения главных направлений установлены дополнительно светоделитель, фотоприемное , устройство, два светофильтра для разных областей спектра, расположенные между светоделителем и фотоприемными устройствами, удвоители частоты, входы которых связаны с выходами фотоприемных устройств, и сумматор сигналов, входы которого связаны с выходами удвоителей частоты, выход - с входом фазометра. С целью повышения точности измереНИИ, устройство вращения плоскости поляризации выполнено в виде вращающейся ахроматической полуволновой пластины и расположённого за ней неподвижного по- ляризатсра. На чертеже приведена принципиальная схема поляриметра. Осветительная часть поляриметра содержит источник света 1 сплошного или линейчатого спектра и циркулярный ахроматическнй поляризатор 2. Регистрирующая часть прибора, расположе.нная за исследуемым объектом 3, включает четвертьволновую пластину 4f. установленную в центральной части пучка, устройство вращения плоскости полярижции 5, представляющее собой, например, вращаемую двигателем 6 полувопновую ахроматическую пластину (Д/2) и расположенный за ней неподвижный поляризатор, светоделитель 7, блок 8 измерения разности хода и блок измерения азимута гл-авных на правлений, в состав которого входят элементы 9-18. Светоделитель 9 делит пучок на Две части, которые проходят через светофильтры Ю и 11, выделяющие разные участки спектра, и воспринимаются фотоприемными устройствами 12 и 13 состоящими их фотоприемника и усилителя. Выходы фотоприемных устройств связаны с входами удвоителей частоты 14 15, каждый из котфых выполнен, например, в виде перемножителя с объединенны ми входами. Входы удвоителей частоты подключены к входу сумматс а 16 сигна лов. Выход сумматора 16 сигналов i соед нен с одним из входов фазометра 17. На другой вход фазометра 17 подается опер ный сигнал. Напряжение, пропорциональS5.4 ое разности фаз между опорным и рабоим сигналами, передается на исполниельное устройство 18, устанавливающее ластинку 4 главными направлениями под глом 45° к главным направлениям модеи. Поляриметр работает следующим образом. Исследуемый объект 3 освещается крутлополяризованным светом в области спектра, включающей рабочие длины волн A-f и , выделяемые светофильтрами 10 и 11. Состояние поляризации после прохождения исследуемой области объекта для длин волн Д. и Л 5 описывается эллиптическими колебаниями с разной эллиптичностью и одинаковым азимутом полуосей, отличающимся от азимута. главнъгх направлений на 45°. Эти колебания отображаются на сфере Пуанкаре точками, лежащими на общем меридиане. Оптический канал регистрирующей части по- Л5фиметра разделен светоделителем 7 на центральную и периферическую части. Устройство вращения плоскости поляризации 5 моделирует световой поток периферической части так, что переменная составляющая сигнала на въгходе фотоприемников 12 и 13 имеет вид . 2К(5 . ,, A Ksm-Yj- ti(tJt-4), где К- коэффициент пропорциональности; - разность хода исследуемого участка объекта .для f - азимут главных направлений объекта; о) - круговая частота вращения элемента 5. В зависимости от въгбранных значений А. и Л и разности хода объекта фазы сигналов фотоприемников 12 и 13 могут либо совпадать, либо различаться на 180°. В обоих случаях фаза сигнала определяет азимут одного из главных направлений. Совпадение фаз С11гнапов наблюдается, если точки на сфере Пуанкаре, отображающие состояние поляризации для длин водн Х и Л 2. t характеризуются долготой ошюго знака. Если знак их долготы различен, фазы сигналов фогоприемных устройств 12 и 13 различаются на IBO. Для обеспечения определения азимута одного из главных направлений тфи любом значении разности хода сигналы суммируются. Однако предварительно их частоты удваиваются. Удвоители частоты, котсръю в описываемом примере выполнены в виде перемножителей с обьед(шенными входами, преобразуюг сигналы гак что на входе сумматора сигналы всегда совпадают по фазе. Суммарный сигнал подается на один из входов фазометра, измеряемого сдвиг его фазы по отношению к описьюаемому сигналу той же частоты. , Измеренная разность фаз равна азимуту одното из главньк направлений объекта в исследуемой точке.

После определения азимута главных направлений на исполнительное устройство 18 подается сигнал, вызывающий поворот четвертьволновой пластинки 4 до положения, при котором ее главные направления образуют угол 45 с главным направлениями объекта. Световсй поток, прошедший центральную часть оптического канала, попадает в блсж 8 измерения, осу шест вляющий измерение алгебраического значения разности хода. Знак разности хода позволяет определить азимут которого из двух главнъйс направлений измерен фазометром 17.

Выполнение устройства вращения плоскости поляризации в виде ахроматической полуволнсеой пластины, врашвемой двигателем, и расположенного за ней неподвижного линейного поляризатора позволяет стабилизировать положение плоскости поляризации относительно светоделителей и тем самым повысить точность измерений в тех случаях, когда установка светоделителя вносит дополнительные погрешности.

Предлагаемое устройство по сравнению с известными поляриметрами, предназначенными для измерения азимута главнъ1Х направлений, знака разности хода и ее значения, включающего целое число длин волн и дробную часть, имеет более простую конструкцию. Благодаря измерению азимута главных направлений одновременно в двух разньЖ учасГках спектра при освещении объекта круглополяризованным светом исключена кинематическая или электромеханическая связь между осветительной и регистрирующей частями, отпала необходимость во вращающемся с большой скоростью вале имеющем значительную длину и удаление от оси (фибора, {ПИ в сельсинах с редукторами и реверсивными двигателями. Осветительная и регистрирующая части прибора не связаны друг с другом, между ними может быть установлено загрузочное устройство, благодаря чему возможно измерение напряжений не тсяько в срезах замороженных моделей, но и в реальных объектах непосредственно в процессе нагружения. Оптические элементы осветительной и регистрирующей частей не нуждаются не только в синхронизации при вращении, но и не требуют взаимной

ориентации. Помимо упрощения конструкции облегчается эксплуатадия прибора и повышается его надежность.

15 Формула изобретения

1.Поляриметр, выполненный из осветительной части, содержащей поляризатор, и регистрирующей части, включающей усг30 pcriicTBo вращения плоскости поляризации, блок регистрации разности хода и блсж регистрации азимута главнък направлений содержащий фотоприемное устройство и фазометр, отличающийся тем,

25 что, с целью упрощения онй рукций, йЬляризатор выполнен ахроматическим циркулярным, а в блоке измерения .главных направлений установлены допоцнигельно светоделитель, фотоприемное устройство,

Зф два светофильтра для разных областей спектра, расположенные между светоделителем и фотоприемными устройствами, удвоители частоты, входы которых связаны с выходами фотоприемных устрсЛств,

J5 н сумматор сигналов, входы которого связаны с вькодами удвоителей частоты, выход - с входом фазометра.

2.Поляриметр по п. 1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что, с целью повышения

40 точности измерений, устройство вращения плоскости полщ)изации выполнено в виде вращающейся ахроматической попуволиовой пластины и расположенного за ней неподвижного поляризатора.

t, Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Чудаков В. С. Исследование наведеннсяо двупучепреломления при вращающемся поляризационном элементеПриборы и техника эксперимента % 1977,

№ 1, с. 210-212.

2.Бюллетень 5Юб, фирмы, PhototaSt-ie «мс i fxpeHmentat месИ., 1976 с. 221.