SU1651106A1 - Устройство дл измерени параметров колебаний объекта - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к контрольно- измерительной технике и предназначено дл  измерени  паргметров колебаний диффузно отражающих объектов. и. иго- бретени   вл етс  увеличение информативности за счет определени  относительной амплитуды колебаний и повышение помехозащищенности за счет компенсации смещени  обьекта как целого. Посредством дифракционной решетки 2 и объектива 3 от источника 1 когерентного излучени  формируетс  два параллельных другу пучка, которые , последовательно отража сь от объект 9 и плоскопараллельной пластины 4, попа- на фотоприемник 5, которые преобразует интенсивность в электрический сигизп обрабатываемый в блоке 6. 1 з.п. ф-лы, i ил.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и предназначено дл  измерени  амплитуд и фаз колебаний диффузно-отражающих объектов методами фотоэлектронной спекл-интерферометрии в реальнорл времени.

Целью изобретени   вл етс  повышение информативности за счет измерени  от- носительной амплитуды нормальных колебаний двух точек исследуемой поверхности , наход щихс  на заданном рассто нии одна от другой, и повышение помехозащищенности измерений путем компенсации смещений объекта как целого.

На чертеже схематически изображено устройство дл  измерени  параметров колебаний диффузно-отражающего объекта.

Устройство состоит из источника 1 когерентного излучател  (лазер); дифракционной решетки 2 с углом дифракции а; объектива 3, установленного на рассто нии f - t/2 ctg о. от дифракционной решетки 2, где f - фокусное рассто ние объектива, t - рассто ние между исследуемыми точками обьекта;

плоскопараллельной пластины 4, установленной под углом л /А к оптической оси и толщиной d rt n2 - 05 , где п - показатель преломлени  плоскопараллельной стекл нной пластины; фотоприемника 5 с малой инерционностью и апертурой D, который установлен вдоль оптической оси на рассто нии L d D/A от фокальной плоскости объектива, где d - диаметр освещающего пучка в фокальной плоскосш объектива. блока 6 регистрации, вход которого электрически св зан с выходом фотоприемника 5; компенсационных плоскопараллельных стекл нных пластин 7 и 8. Позицией 9 обозначен контролируемый объект.

Устройство работает следующим образом .

Излучение от источника 1 падает на дифракционную решетку 2, после которой в результате дифракции образуетс  два пучка. Эти пучки попадают на объектив 3, установленный на фокусном рассто нии f от решетки 2. Объектив 3 преобразует пучки так. что их оси станов тс  параллельными и расположенными на рассто нии t 2f гдадруг от друга. Пучки фокусируют в точки на поверхности объекта 9 и, отразившись от нее, попадают на плоскопараллельную пластину 4. Благодар  ориентации пластины под углом 7Г/4 к оси распространени  пучков и выбору ее толщины, равной d туп - 0,5 , отраженные от ее граней совмещаютс  в плоскости регистрации с получением широких интерференционных полос. Распределение ин- тенсивности в плоскости регистрации фиксируетс  фотоприемником 5 с малой инерционностью, установленным на рассто нии L d D/A от фокальной плоскости объектива 3, в которой расположен исследу- емый объект, где d - диаметр пучков в фокальной плоскости объектива 3, D-диаметр апертуры фотоприемника 5, А - длина волны излучени  источника 1.

Дл  регистрации фотоприемником 5 из- менени  интенсивности интерференционной картины, образованной двум  спекл-пол ми волн, отраженных от двух исследуемых точек диффузно рассеивающего объекта, необходимо, чтобы, во-первых, ди- аметр апертуры фотоприемника не превышал ширины одной интерференционной полосы; во-вторых, размеры спекл-структу- ры должны быть сравнимы с размерами апертуры фотоприемника.

Выполнение первого услови  обеспечиваетс  тем, что установка плоскопараллельной пластины заданной толщины под углом л:/4 к оптической оси позвол ет совместить изображение исследуемых точек и получить интерференционные достаточно широкие полосы в пространстве регистрации. Кроме того, с целью получени  интерференционной спекл-картины с достаточно широкими полосами (ширина полос больше диаметра апертуры ФЭУ) на пути интерферирующих волн установлены компенсационные плоскопараллельные стекл нные пластины 7 и 8. Второе условие выполн етс  благодар  тому, что оптическа  система дифракцион- на  решетка - объектив позвол ет существенно (в 40-50 раз) уменьшить диаметр освещающего поверхность пучка и, таким образом, минимальный диаметр спеклов е - существенно возрастает. Кроме то- го, фотоприемник с апертурой D размещаетс  на определенном минимально возможном рассто нии L от объекта вдоль оптической оси устройства. Существенно уменьшить апертуру фотоприемника или увеличить рассто ние L от фотоприемника до объекта не позвол ют ограниченные чувствительность фотоприемника и мощность используемого лазера. Фокусировка пучка

лазерного излучени  на поверхность объекта , кроме того, позвол ет уменьшить область поверхности, по которой происходит усреднение измер емой амплитуды колебаний .

Изменение интенсивности интерференционной картины, образованной волнами, отраженными от двух точек исследуемой поверхности , зарегистрированное фотоприемником 5 малой инерционности, преобразуетс  в электрический сигнал. По временной эволюции электрического сигнала определ етс  относительна  амплитуда а гармонических колебаний двух исследуемых точек дл  случа , когда начальна  разность фаз оптических волн равна ж/2

а  К+(-1 )Karcsin If/i0 ,

где А -длина волны используемого лазера;

И -значение сигнала в точке 2тг лУ2; f - частота;

р- фаза относительных колебаний; io - максимальное значение электрического сигнала;

К 0, 1,2, ... - число минимумов за половину периода на осциллограмме.

Относительна  фаза колебаний двух точек может быть определена следующим образом:

р arccos

а + а§ -1

2ага2

где ai, 32 - амплитуды колебаний двух исследуемых точек, которые определ ютс  предварительно любым из известных способов .

Claims (2)

1. Формула изобретени  1. Устройство дл  измерени  параметров колебаний объекта, содержащее источник когерентного излучени  и расположенные по ходу излучени  объектив , держатель объекта, фотоприемник и блок регистрации, отличающеес  тем, что, с целью повышени  информативности и помехозащищенности, оно снабжено дифракционной решеткой, установленной по ходу излучени  между источником когерентного излучени  и объективом, и плоскопа- раллельной пластиной толщиной d 2ftg - 0,5 . где f - фокусное рассто ние объектива, а - угол дифракционной решетки , п - показатель преломлени  материала пластины, размещенный между объективом и держателем объекта и ориентированной под углом   /4 к направлению потока излучени , держатель объекта установлен в фокальной плоскости объектива, а фотоприемник размещен на рассто нии L по ходу излучени  от фокальной плоскости

   объектива, удовлетвор ющим соотношению L d D/A , где d - диаметр пучка излучени  в фокальной плоскости обьектива , D - диаметр апертуры фотоприемника, А - длина волны когерентного излучени .
2. 2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с   тем, что, с целью измерени  параметров

   колебаний по всей поверхности объема, держатель обьекта установлен с возможностью перемещени  по трем взаимно ортогональным направлением, одно из которых ориентировано вдоль оптической оси объектива.