Способ определения напряжений в объекте из оптически чувствительного материала

 

Изобретение относится к определению напряжений в прозрачных материалах поляризационно-оптическим методом. Цель изобретения - увеличение точности определения напряжений. Для этого исследуемый объект 6 помещают в скрещенный полярископ, просвечивая объект пучком света. На пути пучка устанавливают модулятор 7 оптической разности хода так, что главные направления его образуют угол 45 с плоскостью пропускания поляризатора 4. Синхрон- НЬ1М вращением полярископа и модулятора 7 находят азимут главных напряжений в объекте по минимуму интенсивности света с удвоенной частотой модуляции. Устанавливают полярископ и модулятор 7 под углом 45 к азимуту главных напряжений. Добавляют дополнительный световой поток к выходящему из анализатора пучку света, и величину его интенсивности учитывают при определении напряжений. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕтСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (д!) 4 С О! В 11/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4090177/25-28 (22) 16.07.86 (46) 30.04.88. Бюл. !! 16 (75) Б.Н. Колесов (53) 531.781.2(088.8) (56) Известия АН СССР ОТН. Механика и машиностроение, 1959, У 1.

Александров А.Я. и Ахметзянов М.Х.

Поляризационно оптические методы механики твердого тела. М.: Наука, 1973, с. 145. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ

В ОБЪЕКТЕ ИЗ ОПТИЧЕСКИ ЧУВСТВИТЕЛЬНОГО МАТЕРИАЛА (57) Изобретение относится к определению напряжений в прозрачных материалах поляризационно-оптическим методом.

Цель изобретения — увеличение точности

ÄÄSUÄÄ 1392355 А1 определения напряжений. Для этого исследуемый объект 6 помещают в скрещенный полярископ, просвечивая объект пучком света. На пути пучка устанавливают модулятор 7 оптической разности хода так, что главные направления

О его образуют угол 45 с плоскостью пропускания поляризатора 4. Синхронным вращением полярископа и модулятора 7 находят азимут главных напряжений в объекте но минимуму интенсивности света с удвоенной частотой модуляции. Устанавливают полярископ

D и модулятор 7 под углом 45 к азимуту главных напряжений. Добавляют дополнительный световой поток к выходя- «с щему из анализатора пучку света, и величину его интенсивности учитывают при определении напряжений. 3 ил.

1392355

Изобретение относится к определен «ю напряжений прозрачных материалах оляриэационно-оптическим методом, Цель изобретения — увеличение точности определения напряжений за

Счет модуляции оптической разности хода просвечивающего пучка.

На фиг. 1 приведена зависимость н««тенсивности светового, потока от

Оптической разности хода в оптичеси чувствительном материале на иг. 2 - то же, в случае, когда пояризатор установлен по направлениям лавных напряжений в объекте; на иг. 3 .- оптическая схема для осуществления предлагаемого способа.

Сущность способа заключается в следующем.

Для полярископа со скрещенными ! плоскостями полиризатора и аналиэаlTopa интенсивность I светового пото1 ! ка в зависимости от оптической разности хода О имеет вид:

sin2 — sin 2Р(1)

yroa между плОскОстью прОпускания поляризатора и квазиглавным направлением напря» жений в объекте.

Производная от функции I равна

1 — sin o sin 2А (2) т.е. пропорциональна синусу разности хода.

Переменная часть светового потока, создаваемого модулятором, равна откуда лг

1= 0 й3 40

2I

81п «« = --.— — у (3)

bsin 2

Ф где 3 — амплитуда разности хода, создаваемой модулятором. 45

Таким образом измеряя I при энаа чении P = 45 и заданном значении

7 получим:

2Т

0 arcsin =- ° (4)

В

Если установить главные направлео ния модулятора под углом 45 к плоскости пропускания поляризатора, то,, синхронно вращая полярископ и моду-. лятор до значения угла P О, получим, что р

I 81П

2 (5)

Это следует из формулы (6) для « све ового потока, выходящего из аналиэатора скрещенного полярископа, когда свет проходит через объект с азимутом главных направлений, и разностью хода 3 и модулятор с азимутом главных направлений Р, и разностью хода

2 8 .. ° 2 В ° Ф

I sin - sin — sin 2(p -P,)+

2 2

S . 2 5

+ соз - 81п — 81«l 2p +

2 2 . 2 3 2 Р

+ 81П вЂ” cos - ° sin 2 + — 81п Ь

2 2 2 sing sin 2 sin 2P, . (6)

При подстановке в (6) /3 = О и

P, - 45 получим (5).

Из (5) следует, что. разность хода в объекте не оказывает влияния иа световой поток, когда поляризатор выставлен по главным направлениям в . объекте. В этом случае, как следует из фиг. 2, частота модуляции удваивается, что является высокоииформативным признаком. для поиска азимута главных направлений объекта. Определив азимут главных направлений объекта сцнхронным поворотом полярископа и модулятора на угол 3 45, .получим световок поток

Ф

2 3 ° Ф S ° 2 Р Ф 0

I = cos 2 sin - + sin - соз - +

2 2 2

1 . л

+ - 81П 0 8 1П«« (7) поскольку выб ом S всегпа можно обеспечить cos » 1 sin Q

Ф

s1n S 3 > то переменная часть светового потока в выражении (7) будет равна ч

Х - ° sin 3

2 (8) откуда и следует (4).

Постоянная часть светового потока

I из выражения (7) равна

I sin

Ф 2

Поскольку фотоприемник воспринимает secb световой поток «I = 1 +I, то член 1 определяет рабочую точку на характеристики фотоприемника. При значительных изменениях S рабочая точка может выйти из границ линейного участка:характеристики фотоприемника, что является основной причиной неточкости измерений. Чтобы исключить зто, .необходимо независимо от

13923

3 изменения 1, = r(e) поддерживать постоянную часть светового потока в пределах обеспечивающих работу фотоприемника на линейном участке его характеристики, Это достигается пу5 тем использования дополнительного источника света, добавляющего или убавляющего световой поток за анализатором в соответствии с обратным законом изменения I Управление яркостью дополнительного источника света осуществляется схемой автоматического регулирования, где в качестве обратной связи используется сигнал на фотоприемнике.

Способ осуществляют с: помощью оптической схемы следующим образом.

Луч лазера 1 делится полупрозрачным зеркалом 2 на два луча. Первый луч с помощью кругового поляризатора 3 приобретает круговую поляризацию, после чего проходит через полярископ .со скрещенными плоскостями поляризатора 4 и анализатора 5, в по- 25 ле которого помещен исследуемый объект 6, и модулятор 7 оптической разности хода. Луч, вышедший из анализатора 5, попадает ка фотоприемнкк 8. Второй луч, пройдя через регу- 3О лятор 9 интенсивности света, управляемый системой 10 управления с помощью полупрозрачного зеркала 11, также попадает на фотолриеиник 8 °

Система управления иэиеняет светопропускание регулятора 9 интенсивнос- З5 ти .света .так, что интенсивность света на фотоприемнике не выходит за пределы линейного участка его характеристики. Усилитель 12 переменного тока. выделяет и усиливает переменную 4О часть сигнала, который измеряется цифровым вольтметрои 13 и наблюдается на осциллографе 14. Модулятор 7 представляет собой, например, фотоупру гий кристалл, в котором возбуждена 45 генератором 15 с помощью пьезодатчика стоячая продолькая волна. Подвижкой кристалла относительно просвечивающего луча можно изменять аиплитуду модуляции света, достигая ее мак- 50 симума, когда луч попадает в пучность возбужденной в модуляторе волны.

Модулятор имеет возможность вращения вокруг луча как раздельно, так и синхронно с полярископом для ориенти- 55 рования главных направлений модулятора параллельно главным направлениям в исследуемом объекте .6, Синхронизация сигнала осциллографа 14 осущест55

4 вляется генератором 15 ° Регулятор

9 интенсивности света представляет собой управляемый фильтр переменной прозрачности (например, модулятор лазерный МЛ-3) или фотопластинку, степень почернения которой по участкам соответствует закону изменения светового потока в полярископе.

Способ осуществляют следующим образом.

Объект 6 помещают в полярископ со скрещенными плоскостяии пропускания поляризатора 4 и анализатора 5, просвечивают объект пучком света, устанавливают в полярископ модулятор

7 оптической разности хода так, что главные направления его образуют о угол 45 с плоскостью пропускания поляризатора 4, перемещением модулятора 7 относительно пучка света устанавливают амплитуду модуляции, обеспечивающую наблюдение сигнала на осциллографе 1З,синхронно вращают .модулятор 7 и полярископ до получения минимума интенсивности светового потока с удвоенной частотой модуляции, по этой величине поворота определяют азимут главных направлений в объекте, устанавливают модулятор 7 и полярископ под углом 45 азимуту главных направлений и измеряют интенсивность потока вольтметром 12, добавляют. дополнительный немодулированный световой поток к выходящему .кэ анализатора световому пучку и величину его интенсивности учитывают при определении напряжений. Оптическую разность кода 8, создаваемую . напряжениями s объекте, определяют по формуле (4). При измерениях системы 10 управления с помощью регулятора интенсивности 9 света поддерживают интенсивность светового потока иэ фотоприемника 8 в пределах, обеспечивающих работу фотоприемника 8 на линейном участке его характеристики.

Формула изобретения

Способ определения напряжений в объекте иэ оптически чувствительного материала, заключающийся в тои, что объект помещают в полярископ со скрещенными плоскостяик пропускания поляризатора и анализатора, просвечивают объект пучком света, регистрируют интенсивность выходящего из анализатора светового пучка, по которой определяют напряжения, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью увели355

ere

Составитель Б.Евстратов

Техред А.Кравчук

Корректор И. Муска

Редактор A.Ðåâèn

Тираж 680

ВНИОШ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035., Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Подписное

"!аказ 3227

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 1392 че ия точности, устанавливают s поляри скоп модулятор оптической разности хода так, что главные направления его образуют угол 45 с плоскостью

5 пропускания поляризатора, синхронно вращают модулятор и полярископ до получения минимума интенсивности светового потока с удвоенной частотой модуляции определяют азимут главных 1О нф равлений в объекте, устанавливают

s ! У модулятор и полярископ под углом

45 к азимуту главных направлений, добавляют дополнительный немодулированный световой поток к выходящему из анализатора световому пучку так, чтобы обеспечить работу фотоприемника на линейном участке его характеристики, и по интенсивности светоного цотока, модулирующего световой пучок, определяют напряжения.