Устройство для измерения напряжений Советский патент 1983 года по МПК G01L1/24 G01J4/04 

Изобретение относится к соптическомухприборостроению, а именно к приборам для исследования напряжений в моделях и прозрачных объектах.

Известны поляриметры, предназначенные для измерения азимута главных направлений и разности хода, состоя-, щие из осветительной части, содержащей источник монохроматического излучения и циркулярный поляризатор, и регистрирующей части, содержащей устройство вращения плоскости поляриза-ции, фотоприемное устройство и фазометр 1.

Недостатком такого устройства является малый диапазон измерения разности хода.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является поляриметр, содержащий фотоупругий чувствительный элемент, размещенный между осветительной частью и механизмом вращения плоскости поляризации, блок регистрации разности хода и блок регистрации азимута главных направлений с удвоителями частоты и фотоприёмниками 2.

Вследствие изменения во времени положения плоскости поляризаций, падающего на светоделитель, возникает

погрешность, снижающая точность измерения .

Цель изобретения - повыьиение точности счет стабилизации положения плоскости поляризации.

Указанная цель достигается тем, что в блок регистрации азимута главных направлений введены два заграждающих фильтра, а механизм вращения

10 плоскости поляризации выполнен в виде вращающейся линейной фазовой плас тины и расположенного за ней неподвижного поляризатора, при этом загра кдающие фильтры включены между фр15топриемниками и удвоителями частоты.

На чертеже представлено предлагаемое устройство.

Одветительная часть содержит источник света 1 и циркулярный ахрома20тический поляризатор 2. Регистрирующая часть устройства, расположенная за чувствительным-«элементом 3, включает четвертьволновую пластину 4, установленную в центральной части

25 пучка, устройство вращения плоскости поляризации 5, представляквдее собой вращающуюся линейную фазовую пластину ,и расположенный за ней неподвижный поляризатор, светоделитель б, блок

30 измерения разности хода 7 и блок измерения главных направлений, в соста которого входят элементы 8-19. Свето делитель 8 делит пучок на две части, которые проходят через светофильтры 9 и 10, выделяющие разные участки спек тра, и воспринимаются фотоприемникаьда 11 и 12. Выходы фотоприемников связа ны с входами заграждаюи;их фильтров 13 и 14«на частоту, равную удвоенной частоте вращения линейной фазовой пластины. Выходы заграждающих фильтров соединены с входами удвоителей частоты 15 и 16, выходы которых подключены к сумматору 17. Выход сумматора соединен с одним из входов фазо метра 18, на другой вход которого подается опорное напряжение. Сигнал, пропорциональный разности фаз, передается через усилитель на исполнительное устройство 19, устанавливающее пластину 4 под углом 45 к глав ным направлениям элемента. Устройство работает следующим образом. Чувствительный элемент 3 освещается кругЛополяризованным светом в области спектра, включающей рабочие длины волн и A.g , выделяемые светофильтрами 9 и 10. Вращающаяся линейная фазовая пластина модулирует световой поток так, что переменная составляющая сигнала на выходе фотоnpneivfflHKOB 11 и 12 имеет вид 2./(сА. (1+COSE{)3ipi4U)i-2f) - Stn е UOS г- sin 2u)t где К - коэффициент пропорциональнос ти/ dh,- разность хода чувствительного элемента для Ц - азимут главных направлений; . отступление разности фаз фазовой пластины от JT для Я , UJ- круговая частота вращения главных направлений фазовой пластины. Применение линейной фазовой пластины в устройстве вращения плоскости поляризации вызывает появление в спектре сигнала, формируемого на выходе фотоприемников, составляющей с частотой , амплитуда которого определяется отступлением разности фаз пластины от j7 . В качестве линейной Фазовой пластины может быть применена любая двупреломляющая пластина (например, слюдяная или кварцевая; произвольной толщины. Ограничением на толщину пластины является требование, что бы разность фаз пластины в длинах волн, выделяемых светофильтрами 9 и 10, отличалась от Кн-, где К - целое число. Поскольку значения Л и Ла могут выбираться в широкой области спектра, указанное требование всегда легко выполнимо. Информацию об азимуте главных направлений неоет составляющая сигнала с частотой 4uj. Составляющая с частотой 2 из подавляется заграждающими фильтрами 13 и 14. В зависимости от выбранных .значений Л и 2 разности хода элемента фазы сигналов с частотой 4 ш могут совпадать, либо различаться на JT . - в обоих случаях фаза сигнала определяет азимут одного из главных направлений. Удвоители частоты 15 и 16 преобразуют сигналы так, что на входе сумматора сигналы всегда совпадают по фазе. Суммарный сигнал подается на один 3 входов фазометра, измеряющего фазу, по отношению к опорном сигналу той же частоты. Измеренная разность фаз равна азимуту одного из главных направлений элемента. После определения азимута исполнительное устройство 19 поворачивает пластину 4 до положения, при котором ее главные направления образуют угол 45° с главными направлениями объекта. Блок измерения 7 осуществляет из-, мерение алгебраического значения разности хода, позволяющий определить направление азимута, измеренного фазометром 18. Повыаюние точности измерения достигается за счет стабилизации положения плоскости поляризации относительно светоделителей и может достигать 10%. Упрощение изготовления оптической части достигается заменой ахроматической пластины, содержащей две пластины из разных кристаллических материалов, толщины которых должны быть выдержаны с погрешностью не более 1 мкм, одной пластиной произвольной толщины из Любого двулучепреломляющего материала. Повышение точности измерения подтверждено результатами экспериментальных опробований, при этом случайная погрешность измерения разности хода (при d 300 нм ) и параметра изоклины, (при ) составляет соответственно О ,4 и 1%. Формула изобретения Устройство для измерения напряжений, содержащее фотоупругий чувствительный элемент, размещенный между осветительной частью и механизмом вращения плоскости поляризации, блок регистрации, разности хода и блок регистрации азимута главных направлений с удвоителями частоты и фотоприемниками, отличающееся тем, что, с целью повышения точности

за счет стабилизации положения плоскости поляризации,в блок ре1 истрации азимута главных направлений введены два заграждающих фильтра, а механизм вращения плоскости поляризации выполнен в виде враиакяцейся линейной фазовой пластины и расположенного за ней неподвижного поляризатора, при этом заграждающие фильтры включены между

фотоприемнкками и удвоителями частоты.

Источники инфоЕтации, принятые во внимание при экспертизе

1. Прибора/ и техника эксперимента, 1977, 1, е. 210-212.

2.Авторское свидетельство СССР 813145, кл. G 01 J 4/04, 15.06.79 (прототип),