SU818503A3 - Способ голографической интерферо-МЕТРии - Google Patents

Description

Изобретение относится к голографической интерферометрии и может быть использовано для измерения деформации механических конструкций в голо- j графическом неразрушающем методе контроля .

Известны способы голографической интерферометрии, заключающиеся в регистрации голограммы до и после де- ад Формации методом двойной экспозиции. Важным условием при этом является устойчивость голографической установки. При восстановлении голограммы образуется трехлучное изображение, ._ покрытое интерференционными полосами, по которым судят об изменениях происшедших с объектом [1] .

Наиболее близким к предлагаемому является способ голографической интерферометрии, заключающийся в том, что записывают голограммы, соответствующие разным состояниям объекта, на разные регистрирующие пластины и 'восстанавливают голографическую интер-25 Ферограмму.

Преимущество данного способа за- ключается в том, что даже после разборки экспериментального оборудования могут изучаться различные комбинации нагрузок путем комбинирова ния разных голограмм. Эффект общего перемещения объекта может устранять- . ся и, таким образом можно изучать малые деформации, несмотря на наличие значительных смещений всего объекта, для получения максимума информации можно изменять интерференционную картину, а также можно моделировать различные деформации (вперед и назад)[2], Однако обычная голография является высоко чувствительной к смещениям и вибрации. Одним из решений этой проблемы является уменьшение времени экспозиции до та^ой степени, что смещение за время экспонирования не превышает допустимое (не более 0,25). Для этой цели используются импульсные рубиновые лазеры с продолжительностью импульса 20 нс, и интервалом между импульсами порядка 1 мс, что позволяет воспроизводить даже быстродействующие предметы. Однако при измерении деформации посредством сдвоенных импульсов следствием движения объекта за время между двумя импульсами к интерференционной картине от деформации объекта являются дополнительные. интерференционные полосы, возникающие от смещения объекта. Это может привести к невозможности выпол818503 неия измерений, так как интерференционные полосы от движения исследуемого объекта полностью могут скрыть информацию о деформации объекта. Поэтому желательно, чтобы голографическая инфорюация от экспонирования двойным импульсом фиксировалась на двух разлйчных голографических пластинах. Реализация известного способа требует соблюдения строгих, условий стабильности установки.и строгого соответствия при восстановлении первоначальных условий записи.

Цель изобретения - увеличение чув• ствительности способа и возможности определения направления перемещения объекта.

Поставленная цель достигается тем, что в способе голографической интерферометрии, заключающемся в том, что записывают голограммы, соответствующие разным состояниям объекта,на разные регистрирующие пластины и восстанавливают голографическую интерферограмму, регистрирующие пластины перемещают между экспозициями со скоростью t

у-------t-8s<n ос где я t _ об —

Чтобы не иметь специального пускового импульса для начала движения пластин и чтобы избежать действия больших сил ускорения на голограммные пластины, пластины выполняются постоянно ёращающимися до, во время, и после экспонирования. При этом ось вращения голограммных пластин располагается перпендикулярно поверхности пластинки й так, что часть пластинки всегда находится за прорезью р экране (экран с прорезью устанавливается для ограничения экспонируемых участков на регистрирующей пластине). Пример.

Время экспозиции, t, нс Интервал между импульсами , Т , мс Минимальное расстояние между интерференционными полосами на регистрирующей пластине, d, Максимальный угол между лазерными пучками, освещающими регистрирующую пластину, 2 об, град Расстояние между экспонированными участками на пластине Максимально допустимое перемещение пластины во время экспонирования Максимально допустимая скорость перемещения пластины, λ 2sir»oC длина волны излучения; время экспозиции, .полуугол между предметным и опорным пучками, таким образом, чтобы запись голограмм производилась на различных участках регистрирующих пластин, а при восста- новлении изображения регистрирующие пластины смещают друг относительно друга таким образом, чтобы запись от первого экспонирования совпадала с за-¹ писыо от второго экспонирования и по полученным полосам судят о движении и деформации исследуемого объекта.

Способ осуществляется следующим образом.

Изменением смещения пластин интерференционные линии, возникающие вследствие движения объекта, устраняются так, что остаются только полосы от деформации объекта. Измеряя величину и направление смещения голограмм, вычисляют величину й направление сме-. щения и деформации объекта. С помощью специально расчитанного смещения градиент движения объекта делают соответствующим наклону интерференционных полос, который может считывать-¹ ся с достаточной точностью,' а не производной от плотности полос. Таким образом, например, вычисляют напряжения, возникающие при изгибе объекта, и легко находят участок, подверженный максимальной нагрузке. Кроме того, дополнительным смещением пластин выполняют другие комбинации голограммной записи, когда лазер генерирует более двух импульсов.

0,6328 -10' ⁶ _ч, 1 -_____ ^V~t-8s<not’24 ·1Ο-⁹ 8..Ο,3Θ3’^М ' 8,6 /с

Расстояние от экспонируемого участка на пластине до оси вращения, R, 4

Скорость вращения, , 2054

П ⁼ г_о .----106.//ЛИН t-8s<noc-24· R я· 60

В этом случае, следовательно, максимально возможное число оборотов достигается порядка 2000 об./мин,при этом промежуток между экспонированными участками равен

V.. т

8,6 · 0/5 · 10‘³

Когда промежуток между экспонированными участками на регистрирующей пластине равен 2,23 мм, прорезь в экране также должна быть соответствующей ширины, а два экспонированных участка могут занимать максимальную площадь пластины, не перерывая друг друга.

Когда желательно иметь большую экспонированную площадь, прежде всего, может быть снижено влияние угла 2 06 путем такого направления опорного пучка относительно предметного, при котором полученные интерференционные полосы располагаются в значительной степени параллельно направлению движения пластины, т. е. перпендикулярно радиусу. Это достигается в том⁰случае, если опорный пучок, прорезь, объект и ось вращения пластины лежат в одной t плоскости. При нахождении опорного ³ пучка в этой плоскостной кроме того, при поддержании угла между опорным и предметным пучками малым, угол, дающий появление полос, перпендикулярных направлению вращения пластины, ’* определяется только углом визирования объекта. Практически минимальное значение этого угла может быть sin 2<х,= =0,1 (т. е. объект имеет размеры 0,1х х 0,1 м на расстоянии около 1 м). При 15 sin 2ot= 0,1, вместо 2 ot » 45®, максимальная скорость вращения, равная 7523 об./мин, и минимальная ширина (0), равная.15,77 мм, достигаются.

Когда такая ширина прореви надо- 20 • статочна или. когда желательно иметь более короткий интервал (Т) между импульсами, например, при высокой скорости вращения объекта, прорезь в экране может быть заменена несколькими прорезями, при этом каждая имеет ширину D, и расстояние между ними равно 0. Прорези должны быть взначительной степени параллельны друг другу и насколько возможно перпен- «_ дикулярны движению регистрирующей пластины..;

Изобретение позволяет повысить чувствительность способа и дает возможность определения направления пе- __ ремещения объекта. Преимуществом яв- ³⁵ ляется также возможность измерения перемещения объекта в несколько десятков раз больше, чем в известных способах. Изобретение позволяет голографически воспроизводить быстродействующиеся объекты.

Claims (2)

1. Изобретение относитс  к голограс й ческой интерЛерометрии и может быть использовано дл  измерени  деформации механических конструкций в голографическом неразрушаюсцем методе кон рол . Известны способы голографической иитерлерометрии, заключающиес  в ре гистрации голограммы до и после деформации методом двойной экспозиции Важным условием при этом  вл етс  устойчивость голографической установ ки. При восстановлении голограммы образуетс  трехлучное изображение, покрытое интерференционными полосами , по которым суд т об изменени х происшедших с объектом l Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  способ голографической интерферометрии , заключающийс  в том, что записывают голограммы, соответствующие разным состо ни м объекта, на разные регистрирующие пластины и восстанавлив 1ют голографическую интер ферограмму. Преимущество данного способа заК лючаетс  в том, что даже после раз борки экспериментального оборудовани  могут изучатьс  различные комбинации нагрузок путем комбинировани  разных голограмм. Эффект общего перемещени  объекта может устран ть- , с  и, таким образом можно изучать малые деформации, несмотр  на наличие значительных смещений всего объекта, дл  получени  максимума информации можно измен ть интерференционную картину , а также можно моделировать различные деформации (вперед и назад) (2J, Однако обычна  голографи   вл етс  высоко чувствительной к смещени м и вибрации. Одним из решений этой проблемы  вл етс  уменьшение времени экспозиции до степени, что смещение за врем  экспонировани  не превышает допустимое (не более 0,25). Дл  этой цели используютс  импульсные рубиновые лазеры с продолжительностью импульса 20 не, и интервалом между импульсами пор дка 1 мс, что позвол ет воспроизводить даже быстродействующие предметы. Однако при измерении деформации посредством сдвоенных импульсов следствием движени  объекта за врем  между двум  импульсами к интерференционной картине от деформации объекта  вл ютс  дополнительные , интерференционные полосы, возникающие от смещени  объекта. Это может привести к невозмо/хности выполнеи  измерений, так как интерференционные полосы от движени  исследуемого объекта полностью могут скрыть информацию о деформации объекта. Поэ тому желательно, чтобы голографическа  инфоркгаци  от экспонировани  дво ным импульсом фиксировалась на двух различных голографических пластинах. Реализаци  известного способа требуе соблюдени  строгих, условий стабильно ти установки.и строгого соответстви  при восстановлении первоначальных ус ловий записи. Цель изобретени  - увеличение чув ствительности способа и возможности определени  направлени  перемещени  объекта. . Поставленна  цель достигаетс  тем что в способе голографической интерферометриир заключающемс  в том, что записывают голограммы, соответств.ующие разным состо ни м объекта, на разные регистрирующие пластины и вос станавливают голографическуй интерферограмму регистрирующие пластины перемещают между экспозици ми со ско ростью V t-Ssin Л Где 7. длина волны излучени ; t - врем  экспозиции, об - .полуугол между предметным и опорным пучками, таким , чтобы запись голограмм производилась на различных участках регистрирук цих пластин, а при восста новлении изображени  регистрирующие пластины смещают друг относительно друга таким образом, чтобы запись от первого экспонировани  совпадала с за ивсью от второго экспонировани  и по полученным полосам суд т о движении и деформации исследуемого объекта. Способ осундаствл етс  следующим образом. Изменением смещени  пластин интерференциогные линии, возникающие вслед ствие движени  объекта, устран ютс  так, что остаютс  только полосы от деформации объекта. Измер   величину и направление смещени  голограмм, вычисл ют величину и направление смещени  и деформации объекта. С помощью специально расчитанного смещени  градиент движени  объекта делают соответствующим наклону интерференционных полос, который может счиозаватьс  с достаточной точностью, а не про .изводной от плотности полос. TiaKHM образом, например, вычисл ют напр жени , возникающие при изгибе объекта , и легко наход т участок, подверж нный максимальной нагрузке. Кроме того, дополнительным смещением пластин выполн ют другие комбинации голо граммной записи, лазер генерирует более двух импульсов. . Чтобы не иметь специального пускового импульса дл  начала движени  пластин и чтобы избежать действи  больших сил ускорени  на голограммные пластины, пластины вьтолн ютс  посто нно йращакхцимис  до, во врем , и после экспонировани . При этом ось вращени  голограммных пластин располагаетс  перпендикул рно поверхности пластинки и так, что часть пластинки всегда находитс  за прорезью Э экране (экран с прорезью устанавливаетс  дл  ограничени  экспонируемых участков на регистрирующей пластине). Пример. Врем  экспозиции, t, не 24 Интервал между импульсами , Т, КС0, Минимальное рассто ние между интерференционными полосами на регистрирующей пластине, d, Максимальный угол между лазерными пучками, освещающими регистрирующую пластину, 2 ос, град 45 Рассто ние между экспонированными участками на пластинеО Максимально допустимое перемещение пластины во врем  экспонировани  Максимально допустима  скорость перемещени  пластины. 0,6328-10 V t-85in«,°24-(.-0,383 Рассто ние от экспонируемого участка на пластине до оси вращени , R, 4 Скорость вращени . 10б.//ЛИН t-8s not-24-R В этом случае, следовательно, максимально возможное число оборотов достигаетс  пор дка 2000 об./мин,при этом промежуток между экспонированными участками равен V.. Т 8,6 0/5 10 9,3 мм. Когда промежуток между экспонированными участками на регистрирующей пластине равен 2,23 мм, прорезь в экране также должна быть соответствующей ширины , а два экспонированных участка могут занимать максимальную площадь пластины, не перерыва  друг друга. Когда желательно иметь большую экспонированную площадь , прежде всего, может быть снижено вли ние угла 2 06 путем такого направлени  опорного пучка относительно предметного, при котором полученные интерференционные полосы располагаютс  в значительной ст пени параллельно направлению движени пластины, т. е. перпендикул рно ради усу. Это достигаетс  в то случае, если опорный пучок, прорезь, объект и ось вращени  пластины лежат плоскости. При нахождении опорного пучка в этой плоскости и кроме того, при поддержании угла между опорны и предметным пучками малым, угол, дающий по вление полос, перпендикул рных направлению вращени  пластины, определ етс  только углом визировани объекта. Практически минимальное зна чение этого угла может быть stn2oc 0,1 (т. е. объект имеет ргоьюры 0, X 0,1 м на рассто нии около 1 м). Пр si.t)2ai 0,1, вместо 2 OL 45, максимгшьна  скорость вращени , равна  7523 об./мин, и минимальна  ширина (0), равна .15,77 мм, достигаютс . Когда така  ошрииа npopeiit н цостаточна или когда жвйателькб иметь более КОРОТКИЙ интервал (Т) импульсами, например« при ВЫСОКОЙ скорости вращени  объект, прорезь в экране может OiiTb заменена йесмо ь прорез ми, при этом кажда  имее ширвну &amp;, и рассто ние мвакцу нимк равно &amp;;0рорез  долокны (ь экачк тельной ст«пен  пйра п&amp;№«а друг другу в насколько воэмо сао перпендикул рны движению регйсТ1ЕШ|)|у а1цей пластины..; , ; ,..; ,.; :. ,.;:., Шобретение позвол ет пошюить чувствительность способа и дает soa- можность ощ едепенШ1 перемещени  объекта. Пре1Ш9Ш$ст с 4  в л еФс  также воэможйодть й9ме1 ни  пер&amp;л&amp;а.&amp;п   в (О дес тков -раз больше, чем в иэвёс;тны}с , способах. Изобретение позвол ет роло графически воспроизводить бь стродействующиес  объекты. Формула изобретени  Способ голографической интерЛеро- метрии, заключающийс  в том, что записывают голограммы, соответствующие разным состо ни м объекта, на разные регистрирующие пластины и восстанавливают голографическую интepЛepoгpaм му, отличающийс  тем, что, с целью увеличени  чувствительности способа и возможности определени  направлени  перемещени  объекта, регистрирупаие пластины перемещают между экспозици ми со скоростью V.. (. где Я - длина волны излучени ; t - врем  экспозиции; 0 - полуугол между Предметным и опорным пучками, TaicBM образом, чтобы запись голограмм производилась на различных участках решстр 1фув 1и1Х пластин, а при восстановлении 9эоОражени  регистрирующие пластины сиецм т относительно друга образом, чтобы запись от . первого экспонировани  совпадала с эаписью от торого экспонировани  и по тв ченнсм полосам судЯт о движении   дафоФмации исследуемого объекта. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Хопьер Р. н /Ц. Оптическа  голоПрафНЯ . М., Мир , 1973, с. 473-49з.
2. 2.Abramson Nils Sandwich Hologram Jnterferoraetry: a New Dimension In Holographtc Comparison. - Appiied Optics, 1974, vol. 13,9, p.20192025 (прототип).