SU682800A1

SU682800A1 - One-side polarimeter

Info

Publication number: SU682800A1
Application number: SU772499679A
Authority: SU
Inventors: Надежда Мотелевна Дричко; Мендель Велькович Лейкин
Original assignee: Предприятие П/Я Р-6681
Priority date: 1977-06-20
Filing date: 1977-06-20
Publication date: 1979-08-30

Description

1one

Изобретение относитс к области оптического приборостроени , а более конкретно - к оптическим приборам дл определени напр жений и деформаций в натурных объектах и сооружени х путем измерени параметров двулучепреломлени в отражательных покрыти х и датчиках.The invention relates to the field of optical instrumentation, and more specifically to optical devices for determining stresses and strains in field objects and structures by measuring birefringence parameters in reflective coatings and sensors.

Известны односторонние пол риметры, предназначенные дл измерени разности хода и направлений главных напр жений в фотоупругих покрыти х и датчиках в отраженном свете. Такие пол риметры содержат осветительную ветвь с пол ризатором и регистрирующую ветвь с компенсатором и анализатором.One-way polarimeters are known for measuring the difference in travel and directions of principal stresses in photoelastic coatings and sensors in reflected light. Such polarimeters contain an illuminating branch with a polarizer and a recording branch with a compensator and an analyzer.

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому пол риметру вл етс односторонний пол риметр. Он содержит источник света, пол ризатор, полупрозрачное зеркало, анализатор, компенсатор и регистрирующее устройство. При этом источник света и пол ризатор расположены с одной, а остальные элементы - с другой стороны зеркала. От источника света луч проходит пол ризатор, отражаетс от полупрозрачного зеркала и падает на фотоупругое покрытие, соединенное с исследуемым объектом. Отразившись от поверхности объекта, луч снова проходит зеркало, а затем поступает в компенсатор, анализатор и регистрирующее устройство.The closest technical solution to the proposed polarimeter is a one-sided polarimeter. It contains a light source, a polarizer, a translucent mirror, an analyzer, a compensator and a recording device. In this case, the light source and the polarizer are located on one side, and the remaining elements on the other side of the mirror. From the light source, the beam passes a polarizer, is reflected from a translucent mirror and falls on a photoelastic coating connected to the object under study. Reflected from the surface of the object, the beam passes the mirror again, and then enters the compensator, analyzer and recording device.

Серьезным недостатком такой схемы вл етс необходимость вращени всего прибора вокруг его продольной оси, нормальной к покрытию. Дл определени направлений главных напр жений (параметра изоклины) в выбранной дл измерени точке покрыти весь прибор необходимо повернуть до получени на выходе минимальной освещенности. В этом полол ении фиксируетс отсчет, характеризующий параметр изоклины. Затем дл измерени в этой же точке покрыти разности хода весь прибор разворачиваетс на 45°.A serious disadvantage of this design is the need to rotate the entire instrument around its longitudinal axis, normal to the coating. In order to determine the directions of the main stresses (the parameter of the isocline) at the point of coating selected for measurement, the entire device must be rotated to obtain a minimum illumination at the output. In this polarization, a count is recorded that characterizes the parameter of the isocline. Then, for measuring the difference in stroke at the same point, the entire instrument is rotated 45 °.

Вращение вл етс измерительной операцией и производитс при определении разности хода и параметра изоклины в каждой точке покрыти . Вращение всего пол риметра , особенно, если учесть несимметричность прибора относительно оси вращени , значительно усложн ет конструкцию и повышает требовани к узлам прибора. Кроме того, это вносит в измерени дополнительные погрешности: увод визирной оси при вращении вносит погрещность в координату измерительной точки; разность хода и изоклина измер ютс не строго в одной и той же точке; эксцентриситет, который по вл етс при длительной эксплуатации , вносит погрешность в измерени и параметры изоклины и разности хода.Rotation is a measurement operation and is performed when determining the difference in travel and parameter of the isocline at each point of the coating. The rotation of the entire polarimeter, especially if one takes into account the asymmetry of the device relative to the axis of rotation, significantly complicates the design and increases the requirements for the device nodes. In addition, this introduces additional errors into the measurements: withdrawing the sighting axis during rotation introduces an error in the coordinate of the measuring point; the path difference and isocline are not measured strictly at the same point; eccentricity, which occurs during long-term operation, introduces an error in the measurements and parameters of the isocline and the path difference.

Целью изобретени вл етс упрощение конструкции пол риметра и повышение томности измерений.The aim of the invention is to simplify the construction of the polarimeter and increase the measurement languor.

Дл достижени этой цели за полупрозрачным зеркалом дополнительно установлен ахроматический вращатель с переменным углом новорота плоскости пол ризации . Ахроматический вращатель может быть выполнен в виде двух компонентов из оптически активных кристаллов с разной дисперсией вращени плоскости пол ризации , каждый из которых содержит плоскопараллельную пластину, подвижный и неподвижный клинь , при этом подвижные клинь св заны с общим механизмом перемещени , а отнощение тангенсов их углов равно отнощенню дисперсий вращени плоскости пол ризации.To achieve this goal, an achromatic rotator with a variable angle of rotation of the plane of polarization is additionally installed behind the translucent mirror. The achromatic rotator can be made in the form of two components of optically active crystals with different dispersion of rotation of the polarization plane, each of which contains a plane-parallel plate, a moving and stationary wedge, while the moving wedge is associated with a common mechanism of displacement, and the ratio of the tangents of their angles is equal relative dispersion of rotation of the polarization plane.

Введение такого вращател позвол ет производить необходимые дл измерени повороты плоскости пол ризации светового колебани , падающего на покрытие, при неподвижном корпусе прибора. В приведенном ниже описании конструкции вращател измерение угла поворота плоскости пол ризации осуществл етс за счет перемещени двойного клина.The introduction of such a rotator allows the light oscillations incident on the coating to rotate the plane of polarization, while the instrument case is stationary. In the following description of the rotator design, the angle of rotation of the polarization plane is measured by moving a double wedge.

На фиг. 1 приведена принципиальна схема предлагаемого пол риметра; на фиг. 2- одна из возможных схем ахроматического вращател с переменным углом вращени плоскости пол ризации.FIG. 1 shows a schematic diagram of the proposed polarimeter; in fig. 2 is one of the possible schemes for an achromatic rotator with a variable angle of rotation of the polarization plane.

Пол риметр содержит источник света 1, пол ризатор 2, полупрозрачное зеркало 3, переменный ахроматический вращатель 4, компенсатор 5, анализатор 6, плоскость пол ризации которого скрещена с плоскостью пол ризации пол ризатора, и регистрирующее устройство 7, представл юп1ее собой окул рную насадку нри визуальных наблюдени х или фотоэлектрический фоторегистратор . Продольна ось пол риметра нормальна к оптически чувствительному покрытию 8, соединенному с исследуемым объектом.The polarimeter contains a light source 1, a polarizer 2, a translucent mirror 3, a variable achromatic rotator 4, a compensator 5, an analyzer 6, the polarization plane of which is crossed with the polarization plane of the polarizer, and the recording device 7, which represents the ocular attachment visual observations or photoelectric photo recorder. The longitudinal axis of the polarimeter is normal to the optically sensitive coating 8, which is connected to the object under study.

Вращатель содержит два компонента I и II, выполненных из оптически активных кристаллов, обладающих разной дисперсией вращени плоскости пол ризации. Каждый компонент содержит плоскопараллельную пластину соответственно 9 и 10, неподвижный 11 и 12 и подвижный 13 и 14 клинь . Углы подвижного и неподвижного клиньев каждого компонента равны, так что они образуют плоскопараллельную пластину переменной толщины. Отнощение тангенсов углов клиньев компонентов равно отношению дисперсий вращени пол ризации использованных кристаллов. Все элементы вращател вырезаны перпендикул рно оптической оси (ее направление показано на фиг. 2 двойной стрелкой). В каждом комноненте плоскопараллельна пластина И клинь изготавливаютс из энантиоморфных модификаций кристалла, поэтому результирующий угол поворота плоскости пол ризации определ етс разностью толщины пластины и клиньев (эффективна толщина компонента). Оба подвижных клина св заны с общим механизмом перемещени 15.The rotator contains two components I and II made of optically active crystals with different dispersion of rotation of the polarization plane. Each component contains a plane-parallel plate, respectively, 9 and 10, fixed 11 and 12 and movable 13 and 14 wedges. The angles of the movable and fixed wedges of each component are equal, so that they form a plane-parallel plate of variable thickness. The ratio of the tangents of the angles of the wedges of the components is equal to the ratio of the rotational dispersions of the polarization of the crystals used. All elements of the rotator are cut perpendicular to the optical axis (its direction is shown in Fig. 2 with a double arrow). In each room, the plane-parallel plate and the wedge are made of enantiomorphic modifications of the crystal, so the resulting angle of rotation of the polarization plane is determined by the difference between the thickness of the plate and the wedges (effective thickness of the component). Both moving wedges are associated with a common movement mechanism 15.

Пол риметр работает следующим образом .Floor meter works as follows.

Свет от источника 1 проходит через пол ризатор 2, плоскость пропускани которого перпендикул рна плоскости падени и плоскости пропускани анализатора 6. Отразивщнсь от полупрозрачного зеркала 3, свет нроходит вращатель 4 и затем оптически чувствительное покрытие 8. После отражени от задней поверхности покрыти , свет вторично проходит покрытие, вращатель и полупрозрачное зеркало. Если вращатель находитс в исходном нулевом положении , когда он не поворачивает плоскость пол ризации, и напр жени в объекте отсутствуют, прошедн1ее полупрозрачное зеркало световое колебание остаетс линейно пол ризованным и сохран ет свое первоначальное положение относительно плоскости падени . В этом случае анализатор 6 при исходном (нулевом) положении компенсатора 5 задерживает поступающее световое колебание, так как его плоскость пол ризации перпендикул рна плоскости пол ризации пол ризатора 2. Регистрирующее устройство фиксирует минимальную освещенность на выходе прибора. Пусть в исследуемом участке покрыти возникло напр женное состо ние, характеризуемое разностью хода «б и направлени ми главН1 )1х капр жений, составл ющими угол а с плоскостью падени зеркала. Дл нахождени параметра изоклины необходимо, чтобы врап атель повернул плоскость пол ризации на угол а или 90-а в зависимости от направлени поворота. Это осуществл етс перемещением обоих подвижных клиньев на некоторую величину .гс. При этом плоскость пол ризации выход щего из пол риметра светового колебани совпадает с направлением одного из главных напр жений . После повторного прохождени света через вращатель плоскость пол ризации поворачиваетс в обратном направлении на тот же угол и, следовательно, принимает исходное ноложение и гаситс анализатором . Регистрирующее устройство фиксирует минимальную освещенность. Затем клинь смещают на некоторую величину у, соответствующую повороту плоскости пол ризации на 45°. В этом случае из вращател выходит линейно пол ризованное колебание под углом 45° к направлению главных нанр жений в покрытии. После двойного прохождени покрыти выход щее из него световое колебание в общем случае представл ет собой эллипс, главные оси которого составл ют 45° с главными напр жени ми . Вращатель поворачивает главные оси без изменени эллиптичности до совпадени одной из них с плоскостью падени .Light from source 1 passes through polarizer 2, the transmission plane of which is perpendicular to the plane of incidence and the transmission plane of the analyzer 6. Reflected from the translucent mirror 3, the light rotates the rotator 4 and then the optical-sensitive coating 8. After reflection from the back surface of the coating, the light passes for the second time coating, rotator and translucent mirror. If the rotator is in the initial zero position when it does not rotate the polarization plane, and there are no stresses in the object, the last semi-transparent mirror, the light oscillation remains linearly polarized and retains its original position relative to the plane of incidence. In this case, the analyzer 6 with the initial (zero) position of the compensator 5 delays the incoming light oscillation, since its polarization plane is perpendicular to the polarization plane of the polarizer 2. The recording device records the minimum illumination at the device output. Let a stress state appear in the test area of the coating, characterized by a difference in stroke (b) and directions G1) 1x droplets, which form an angle a with the plane of incidence of the mirror. To find the parameter of the isocline, it is necessary that the wrap holder rotates the plane of polarization by an angle a or 90 depending on the direction of rotation. This is accomplished by moving both movable wedges by a certain amount. Gc. In this case, the polarization plane of the light oscillating from the polarimeter coincides with the direction of one of the principal stresses. After the light passes through the rotator again, the polarization plane rotates in the opposite direction to the same angle and, therefore, takes the initial position and is quenched by the analyzer. The recording device records the minimum illumination. Then the wedge is shifted by some value y, corresponding to the rotation of the plane of polarization by 45 °. In this case, a linearly polarized oscillation emerges from the rotator at an angle of 45 ° to the direction of the main forces in the coating. After a double passage of the coating, the light oscillation emanating from it in the general case is an ellipse, the main axes of which are 45 ° with the principal stresses. The rotator rotates the main axes without changing the ellipticity until one of them coincides with the plane of incidence.

Дл изготовлени ахроматического вращател могут быть использованы оптически активные кристаллы, например кварц, иодат лити , силлекиты.Optically active crystals, for example, quartz, lithium iodate, and sillicates, can be used to fabricate an achromatic rotator.

Пределы утла поворота плоскости пол ризации вращател с запасом можно прин ть равными Оч-60°, так как одно из направлений главных напр жений всегда находитс в пределах ±45° от направлени плоскости пол ризации колебани , отразившегос от полупрозрачного зеркала, и последующий поворот плоскости пол ризации, необходимый дл измерени разности хода , равен 45°.The limits of the angle of rotation of the polarization plane of the rotator with a margin can be taken equal to O-60 °, since one of the directions of the main stresses is always within ± 45 ° from the direction of the polarization plane of the oscillation reflected from the translucent mirror, and the subsequent rotation of the floor plane The actualization required to measure the path difference is 45 °.

В случае использовани дл изготовлени вращател кристаллов кварца и иодата лити изменение эффективной толщины компонентов, необходимое дл обеспечени , равно 3 и 0,234 мм. При диапазоне перемещени клиньев 15 мм смещение клиньев на 0,12 мм соответствует повороту плоскости пол ризации на 0,5°. Таким образом , погрещность измерени параметра изоклины в 0,5°, котора обычно требуетс от таких измерений, легко может быть достигнута даже при смещении клиньев от руки, без специального механизма перемещени .In the case of the use of quartz and lithium crystals for the manufacture of a rotator, the change in the effective thickness of the components necessary for ensuring is 3 and 0.234 mm. With a wedge displacement range of 15 mm, the displacement of the wedges by 0.12 mm corresponds to the rotation of the polarization plane by 0.5 °. Thus, the measurement error of the 0.5 ° isocline parameter, which is usually required from such measurements, can easily be achieved even if the wedges are displaced by hand, without a special movement mechanism.

Введение ахроматического вращател с переменным углом вращени , расположенного за полупрозрачным зеркалом позвол ет производить все необходимые измерени при неподвижном корпусе прибора. ЭтоThe introduction of an achromatic rotator with a variable angle of rotation, located behind a semi-transparent mirror, allows all the necessary measurements to be carried out with the instrument case stationary. it

значительно упрощает конструкцию прибора , облегчает работу и повыщает точность измерений. Устран етс причина прецессии визирной оси, котора , например, в опытных образцах прибора ОПП в переводе на линейные размеры исследуемого покрыти составл ла от 5 до 10 мм. Смещение клиньев вращател не смещает изображени исследуемой точки объекта с центра сеткиgreatly simplifies the design of the device, facilitates the work and improves the accuracy of measurements. The cause of the precession of the sighting axis, which, for example, in prototypes of the OPP device in terms of the linear dimensions of the investigated coating, was from 5 to 10 mm, is eliminated. The displacement of the rotator's wedges does not displace the image of the object point under study from the center of the grid.

наблюдательной системы, так как при этом параметр изоклины и разность хода измер ютс не в разных, а в одной точке, повышаетс и точность определени координаты и параметров дзупреломлени .The observational system, since in this case the isocline parameter and the path difference are measured not at different, but at one point, the accuracy of determining the coordinate and parameters of the refraction increases.

Claims

1. One-sided floor meter containing a light source, a polarizer, a translucent mirror, an analyzer, a compensator

A recording device, characterized in that, in order to improve the measurement accuracy and simplify the design, an achromatic rotator is additionally installed behind the translucent mirror

with a variable angle of the plane of polarization.

2. Polimeter according to claim 1, characterized in that the achromatic rotator is made in the form of two components of optically active crystals with different dispersion of rotation of the polarization plane, each of which contains a plane-parallel plate, a subwire and a fixed wedge, with E;

associated with the general mechanism of displacement, and the ratio of the tangents of their angles is equal to the ratio of the disparities of rotation of the polarization plane.

(Puz.1

; /

.g