RU1805285C - Способ определени теплофизических и упругих параметров твердых материалов - Google Patents

Abstract

Использование: определение тепло- физических и упругих параметров твердотельных материалов, Сущность: способ определени  предусматривает применение голографической интерферометрии в реальном времени. Теплофизические и упругие параметры определ ют из эмпирической зависимости, использу  временные изменени  отдельных участков интерференционной картины. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к оптике, а именно к способам регистрации теплофизи- ческих и упругих параметров твердых материалов , и может быть использовано дл  исследовани  пространственного распределени  локальных параметров материалов .

Цель изобретени  - обеспечение возможности регистрации пространственного распределени  локальной термоупругой деформации независимо от рельефа исследуемой поверхности.

Указанна  цель достигаетс  путем сканировани  по поверхности образца модулированным тепловым излучением, преобразовани  вторичного оптического излучени  в электрический сигнал и выделени  из него временной составл ющей термоупругой деформации, по которой суд т о

теплофизических и упругих параметрах ма- териала.

- Новым  вл етс  то, что до воздействи  на образец модулированным тепловым излучением регистрируют голограмму поверхности образца, формируют голо- графическую интерферограмму в реальном времени одновременно с воздействием модулированным тепловым излучением, преобразованием вторичного оптического сигнала в электрический сигнал, компенсируют фоновую засветку, производ т выделение временной составл ющей электрического сигнала с частотой, совпадающей с частотой модулированного теплового излучени .

Указанна  цель достигаетс  тем, что устран етс  вли ние рельефа поверхности на параметры регистрируемого сигнала. Дл  этого до воздействи  модулированным тепловым излучением производитс  запись го00 О СП

го

00

лограммы поверхности образца, что позвол ет запомнить рельеф всей исследуемой поверхности. Затем, подава  одновременно модулированное тепловое, излучение на заданную область поверхности и предмет- ный и опорный пучки света на голограмму, мы получим за голограммой две волны, которые когерентны и интерферируют между собой. По вивша с  термоупруга  деформаци  в области локального нагрева приво- дит к фазовым искажени м отраженного ею предметного пучка света.

Данный процесс приводит к изменению интерференционной картины, наблюдаемой за голограммой. Поскольку эти изменени  св заны непосредственно с процессами, происход щими с поверхностью образца, то, регистриру  изменени  в характере интерференционной картины, можно получить искомую информацию. По условию воздействие теплового излучени  имеет временной характер, поэтому и ин . формаци  заключена во временных изменени х интерференционной картины. Поэтому достаточно проинтегрировать световой поток, прошедший через голограмму, преобразовать его в электрический сигнал и произвести выделение временной составл ющей электрического сигнала, частота которого должна совпадать с частотной модулированного-теп- левого излучени .

В предлагаемом способе при воздействии модулированного теплового излучени  на поверхность образца внутри материала возникает термоупруга  деформаци  в об- ласти локального нагрева. Дл  получени  пространственного распределени  локальных параметров необходимо производить сканирование области локального нагрева образца. Однако теперь на величине регист- рируемой упругой деформации не будет сказыватьс  вли ние рельефа поверхности (шероховатость, многослойность), т.к. произведена компенсаци  этой составл ющей путем предварительного запоминани  рельефа поверхности образца. В нашем случае эту роль выполн ет голограмма,

котора  регистрирует результат интерференции предметного и опорного пучков света. Но так как искажени  волнового фронта предметного пучка св заны с рельефом поверхности образца, то и голограмма зафиксирует рельеф поверхности образца в виде интерференционной картины . Теперь при сканировании области ло- кального нагрева образца происход щие искажени  волнового фронта предметного пучка света будут св заны только с величиной термоупругой деформации и не завис т от расположени  данной области, на которую в данный момент падает тепловое излучение . Сказанное справедливо дл  всей поверхности образца, на которую посто нно подаетс  предметный пучок света. Таким образом обеспечиваетс  регистраци  пространственного распределени  локальной термоупругой деформации независимо от рельефа исследуемой поверхности.

На чертеже представлена схема осуществлени  данного способа, где 1 - источник теплового излучени , 2.- модул тор, 3 - устройство сканировани  теплового излучени , 4 - образец, 5 - регистратор оптического сигнала (одиночный фотодиод), б - селективный усилитель, 7 - регистратор электрических сигналов, 8 - синхрогенера- тор, 9 - лазер, 10 - светоделитель, 11 - фоточувс твительный материал,, 12 - линзы, 13 - коллиматор, 14 - зеркала, 15 - собирающа  линза,

Измерени  данным способом осуществл ютс  следующим образом. С помощью лазера 9, светоделител  10, коллиматора 13, линзы 12 и зеркала 14 производитс  запись голограммы поверхности образца 4 на фоточувствительном материале 11. Затем через полученную и про вленную голограмму пропускают предметный и опорный пучки света. Одновременно с этим процессом происходит подача модулированного теплового излучени  от источника 1 на исследуемую область образца 4. В результате модулированного теплового воздействи  происходит деформаци  локальной области образца. Так как деформаци  имеет временной характер , то предметный луч,.отраженный от поверхности образца и прошедший через голограмму, имеет модул ционную составл ющую . Интегральный поток, собранный линзой 15 и имеющий в своем составе модул ционную составл ющую, преобразуетс  в электрический сигнал на фотоприемнике 5. Из полученного электрического сигнала селективный усилитель 6 выдел ет временную составл ющую заданной частоты. Дл  реги- страции амплитуды и фазы электрического сигнала модул тор 2 синхронизируетс  с регистратором электрических сигналов 7 через синхронизатор 8. Перемеща  область разогрева с помощью устройства 3, мы получаем пространственную картину изменени  локальных теплофизических и упругих характеристик образца.

Дл  экспериментальной проверки способа была использована установка гологра- фического интерферометра реального времени. Источником света служил гелий- неоновый лазер Л Г-207 мощностью 1,5 мВт, работающий в одномодовом режиме. За-° пись голограммы состо ни  поверхности

и

1 40