Интерферометр

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерению деформаций твердых тел. Цель изобретения - повышение надежности измерения деформаций за счет исключения изменения интерференционной картины в результате углового смещения объекта. В направлении одного из ненулевых максимумов дифракционной решетки установлено полупрозрачное зеркало для сведе ния интерферирующих пучков и регистратор интерференционной картины, состоящий из матового экрана и наблюдательного микроскопа . Интерференционная картина формируется в результате взаимодействия одного из ненулевых максимумов дифракционной решетки и ее нулевого максимума. Поворот поверхности объекта как жесткого целого приводит к повороту обоих интерферирующих пучков практически на один и тот же угол, поэтому интерферометр реагирует лишь на деформации в плоскости поверхности объекта.3 ил,

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4883972/28 (22) 20. 11.90 (46) 23.07.92, Бюл.¹27 (71) Самарский авиационный институт им. акад. С.П,Королева (72) А.B.Ïîïêîâ и В,(О,Гусейнов (56) Патент Великобритании

N 2096349. кл, G 01 В 11/16, 1983, Авторское свидетельство СССР № 1536194, кл. G 01 В 9/02, 1983. (54) ИНТЕРФЕРОМЕТР (57) Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерению деформаций твердых тел. Цель изобретения— повышение надежности измерения деформаций за счет исключения изменения интерференционной картины в результате

Изобретение относится к измерительной технике. к измерению деформации твердых тел.

Известно устройство для бесконтактного измерения деформации, состоящее из лазсра и оптической системы для формирования двух коллимированных световых пучков, освещающих. закрепленную на поверхности исследуемого обьекта дифракционную решетку, расположенную перпендикулярно биссектрисе угла между освещающими пучками. снабженное оптическим частотным модулятором, фотоприемным блоком и электронным фазометром.

Недостатком этого устройства является сложность оптической схемы, а также необходимость применения фотоэлектронных преобразователей.

Известен двухлучевой интерферомвтр, в одно плечо которого помещена отражательная дифракционная решетка. закрепленная на поверхности исследуемого

„„5U„„1749700 А 1 (5г)5 6 01 В 9/02 () Оg углового смещения объекта, В направлении одного из ненулевых максимумов дифракционной решетки установлено полупрозрачное зеркало для сведения интерферирующих пучков и регистратор интерференционной картины, состоящий из матового экрана и наблюдательного микроскопа, Интерференционная картина формируется в резул тате взаимодействия одного из ненулевых максимумов дифракционной решетки и ее нулевого максимума. Поворот поверхности обьекта как жесткого целого приводит к повороту обоих интерферирующих пучков практически на один и тот же угол, поэтому интерферометр реагирует лишь на деформации в плоскости поверхности объекта. 3 ил, объекта и деформируемая совместно с ним, Интерференцис нная картина образуется в Б результате взаимодействия опорного пучка и одного из ненулевых максимумов дифракционной решетки. пюй

С помощью этого устройства можно измерить деформации в плоскости поверхности объекта, а также поворот поверхности объекта как жесткого целого.

Недостатком такого интерферометра является невозможность раздельно- . С)

ro измерения деформации на исследуемой поверхности и r îâîðoòà объекта как жесткого целого, поскслькуоба видадеформирова- Ъ ,ф ния объекта приводят к качественно одинаковым измерениям картины интерферен цион н ых полос.

Целью изобретения является повышение надежности измерения деформаций за счет исключениг изменения интерференционной картины в результате углового смещения объекта.

1749700

На фиг.1 изображена оптическая схема йнтерферометра; на фиг.2 — картина интерференционных полос на экране интерферометра; на фиг.3 — схема, поясняющая образование интерференционной картины.

Интерферометр для бесконтактного измерения деформаций (фиг.1) состоит из лазера 1, коллиматора 2, светоделителя 3, отражательной решетки 4, закрепленной на исследуемом объекте 5, полупрозрачного зеркала 6 и регистратора интерференционной картины, состоящего из матового экрана 7 и наблюдательного микроскопа 8.

Лазер 1, коллиматор 2, светоделитель 3 и дифракционная решетка 4 расположены вдоль оптической оси, перпендикулярной отражательной решетке 4. Регистратор интерференционной картины и полупрозрачное зеркало 6 установлены в направлении одного из ненулевых максимумов отражательной дифракционной решетки 4, причем зеркало 6 установлено в точке пересечения интерферирующих пучков, один иэ которых— нулевой максимум дифракционной решетки, отраженной от светоделителя 3, а второй — один из ненулевых максимумов.

Нормаль к поверхности зеркала 6 совпадает с биссектрисой угла между интерферирующими пучками.

Интерферометр работает следующим образом.

Луч лазера 1 (фиг.1), пройдя через коллиматор 2 и светоделитель 3, попадает на отражательную решетку 4, закрепленную на исследуемом объекте 5. Нулевой максимум дифракционного излучения, отразившись от решетки 4, в обратном направлении, попадает на светоделитель 3 и делится на два пучка, один из которых 9 попадает затем на олупрозрачное зеркало 6. Отразившись от зеркала 6, пучок 9 освещает матовый экран 1.

Первый (или любой ненулевой) дифракционный максимум 10 отраженного от решетки пучка излучения проходит через полупрозрачное зеркало 6 и попадает на матовый экран 7, где в результате интерференции 9 и 10 образуется интерференционная картина, наблюдаемая через микроскоп

8. С помощью светоделителя 3 и полупрозрачного зеркала 6 оптическая схема юстируется таким образом, чтобы угол между пучками 9 и 10 был близок к нулю, Направление распространения дифракционных максимумов излучения, отраженного от решетки 4, или углы дифракции (где

N - 1.2,3,.) оп редел я ются из условия:

sin pN = ЙА/Ь, В ==А /2 о), (2) где  — ширина интерференционной поло15 сы;

2 а — угол между интерферирующими лучами или угол интерференции (фиг.3).

Формула справедлива для углов а,. близких к нулю.

20 При деформировании объекта 5 совместно с ним деформируется отражательная решетка 4, т.е. изменяется период дифракционной решетки (Ь). Это приводит к изменению углов дифракции (pN) и углов интерференции (2 0)).

Вследствие этого изменяется ширина интерференционных полос на экране 7, Таким образом, через изменение ширины полос интерференции определяется деформация исследуемого объекта.

При повороте объекта как жесткого целого на малый угол 0 нулевой максимум поворачивается на згог же угол, а интерферирующий с ним максимум ненулевого порядка поворачивается на угол (AP, приближенно равный Ар =0/cos pN для малых угол дифракции (<р N 8 ), можно считать, что Л/3 = О, т.е. угол интерферен40 ции (2 в) остается практически неизменным, и интерференционная картина, наблюдаемая на экране 7, практически не изменяется.

Таким образом, оптическая схема нечувствительна к провороту объекта как жесткого целого, что дает воэможность непосредственно измерить деформации в плоскости поверхности объекта.

Оптическая схема отличается простотой и широкими пределами измерений, информация о состоянии исследуемого объекта представляется в виде, удобном для обработки, отсутствие сложных фотоэлектронных схем делает возможным использование предлагаемого устройства при воздействии электромагнитных полей и в условиях непостоянного внешнего светового фона

Формула изобретения

Интерферометр, содержащий источник когерентного излучения, посл.,. овательно где N — номер дифракционного максимума.

Я вЂ” длина волны излучения лазера;

Ь вЂ” период дифракционной решетки.

При интерференции двух коллимиро5 ванных световых пучков, направленных под углом друг к другу (пучки 9 и 10, фиг.1) на.. экране 7 возникает интерференционная картина, представленная на фиг.2, Ширина полос интерференции на экране G опреде10 ляется выражением

1749700

Фиг. 7

Составитель В,Климова

Техред М. Мор гентал Корректор Э.Лончакова

Редактор H.Ãóíüêî

Заказ 2587 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент"; г. Ужгород, ул, Гагарина, 101 расположенные по ходу излучения коллимэтор, светоделитель, отражатель, предназначенный для крепления на обьекте нормально к падающему излучению и вы.полненный в виде дифракционной решетки на эластичной подложке, полупрозрачное зеркало для формирования выходного пучка, размещенное в направлении распространения одного из ненулевых максимумов дифракционной решетки, и регистратор интерференционной картины, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения надежности измерения деформаций, полупрозрачное зеркало установлено в точке пересечения направления распространения нулевого максимума, отраженного от светоделителя, с направлением распрост5 ранения ненулевого максимума и ориентировано таким образом, что нормаль v его поверхности лежит в плоскости распространения пучков и совпадает с биссектриссой угла между направлениями распростране10 ния нулевого максимума. отраженного от светоделителя, и ненулевого максимума дифрагированного излучения.