Устройство для определения скоростей перемещения поверхности деформируемого объекта

 

Изобретение относится к области измерения деформаций деформируемых тел оптическими методами. Цель изобфетения - повышение точности и расширение диапазона определения скоростей перемещений. Устройство снабжено двумя полупрозрачными зеркалами, двумя расширителями пучков света, тремя ослабителями света, расположенными между двумя источниками монохроматического света, расположенньми за расширителями, длины волн ИСТОЧНИКОВ света различны и лажа в сине-фиолетовой, зеленой и красной областях спектра, визуализирующая диафрагма выполнена в виде трех групп прозрачных штрихов в виде концентрических окружностей на непро-. зрачной пластине, каждый штрих группы расположен между штрихами двух других групп, а радиус каждого из этих трех штрихов обратно пропорционален длине волны соответствующего источника света. 2 ил. i (Л С 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (191 (11) 314 (5и 4 G 01 В 11 16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3689050/25-28 (22) 06.01.84 (46) 15.05.86. Бюл. Р 18 (71) Отделение Всесоюзного электротехнического института им. В.И.Ленина в r. Истре (72) В.А.Деревщиков (53) 531.781.2(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1(- 54856,, кл. G 01 В ll/16, 1977.

Авторское свидетельство СССР

1(- 884391., кл. G 01 В 11/16, 1979, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

СКОРОСТЕЙ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ

ДЕФОРМИРУЕМОГО ОБЪЕКТА (57) Изобретение относится к области изглерения деформаций деформируемых тел оптическими методами. Цель изобретения — повьппение точности и расширение диапазона определения скоростей перемещений. Устройство снабжено двумя полупрозрачными зеркалами, двумя расширителями пучков света, тремя ослабителями света, расположенными между двумя источниками монохроматического света, расположенными за расширителями, длины волн источников света различны и лежа1 в сине-фиолетовой, зеленой и красной областях спектра, визуализирующая диафрагма выполнена в виде трех групп прозрачных штрихов в виде концентрических окружностей на непро-. зрачной пластине, каждый штрих группы расположен между штрихами двух других групп, а радиус каждого из этих трех штрихов обратно пропорционален длине волны соответствующего источника света. 2 ил.

123140) Изобретение относится к области измерения деформаций деформируемых тел оптическими методами.

Цель изобретения — повышение точности и расширение диапазона определения скоростей перемещения поверхности деформируемого объекта путем о,цновременного освещения объекта тре. мя монохроматическими источниками света при фотографировании в трех цветах.

На фиг. показана схема предлагаемого устройства, ка фиг. 2 — схема расположения штрихов на визуалиэирующей диафрагме.

Устройство содержит расположенные вдоль оптической оси источник монохроматического света (фиг„ 1), расширитель 2 пучка света, полупрозрачное зеркало 3, коллиматор 4,, интерферометр 5 Фабри-Перо, собирающий объектив 6, визуалиэирующую диафрагму 7, установленную в фокальной плоскости собирающего объектива 6, и скоростную фотокамеру 8, два полупрозрачных зеркала 9 и 10, размещенные последовательно за первым полупрозрачным зеркалом 3 с той же стороны от коллиматора 4, два расширителя 11 и 12, три ослабителя 13 — 15 света, расположенные между расшири— телями 11 и 12 и полупрозрачными зеркалами 9 и 10, а также два источника 16 и 17 монохроматического света, расположенные эа расширителями Il u

12 пучков света. Длины волн источников 1, 16 и 17 света различны и лежат в сине-фиолетовой, зеленой и красной областях спектра, Визуалиэирующая диафрагма 7 выполнена в виде трех групп прозрачных штрихов (фиг.2) в виде концентрических окружностей на непрозрачной пластине, каждый штрих группы расположен между штрихами двух других групп, а радиус каждого из этих трех штрихов обратно пропорционален длине волны соответствующего источника света.

Исследуемый объект 18 установлен за полупрозрачным зеркалом 10. !

Устройство работает следующим образом.

Сформированные с помощью расширителей 2, !1 и l2 и полупрозрачных зеркал 3, 9 и 10 световые пучки от монохроматических источников 1, 16 и 17 света освещают исследуемый объект !8 с. диффуэно отражающей поверх5

55 костью после коллиматора, и отраженное излучение направляется в интерфе рометр 5 Фабри-Перо, где разлагается в спектр. В фокальной плоскости собирающего объектива 6 образуется иктерференционная картина в виде трех систем концентрических колец различного цвета. В месте локализации интерференционной картины устанавливают визуализирующую диафрагму, выполненную в виде трех групп прозрачных штрихов в виде концентри— ческих окружностей на непрозрачной основе, имеющих ширину интерференционкых колец и расположенных таким образом,, что положение штрихов, соответствующих излучению со средней длинсй волны, совпадает с положением аналогичных интерференционных колец, а штрихи, соответствующие коротковолновому и длинноволновому излучениям, соответственно сдвинуты по направлению к периферии и центру интерференционной картины на величину, равную их собственной ширине. IIoскольку в начальный момент, когда объект 18 неподвижен, через виэуализирующую диафрагму 7 проходит только свет со средней длиной волны, иэображение объекта имеет зеленый цвет. Пс мере увеличения скорости участки объекта, удаляющиеся от интерферометра, приобретают окраску, изменяющуюся от зеленого цвета до красного, а участки, приближающиеся к

1 интерферометру, — от зеленого до сине-фиолетового. Неподвижные участки сохраняют зеленую окраску. С помощью расширителей 2, 11 и 12 можно попарно подобрать интенсивности мокохроматических пучков света (с учетом цветовой чувствительности пленки) таким образом, чтобы суммарная яркость изображения при перемещении колец по штрихам диаграммы сохранялась, а изменялась лишь окраска изображения. В этом случае мерой скорости является степень изменения окраски. Так продолжается до тех пор, пока зеленые интерферекционные кольца не уйдут за пределы соответствующих прозрачных штрихов.

В этот момент удаляющиеся участки объекта окрашиваются в цвет только длинноволнового излучения, а приближающиеся — только в цвет коротковолнового излучения. С этого момента дальнейшее увеличение скорос1231

401

4К

1+ ††-- sin 8/2 (1 R)ã

Макс то для выполнения условия пропор35 циональности ширинЫ 0 интерференционного кольца длине волны излучения необходимо, чтобы коэффициент . отражения К был определенным для различных длин волн. В частности, если для длины волны Ф 5145 А В. вы- 1 бран равным 0,90, то для Ъ 4416 А он должен быть равным 0,915 для

6328 А 0,88.

Ксли при этих условиях ширина прозрачных штрихов равна ширине интерференционного кольца для каждой длины волны, то независимо от вели" чины скорости V, в каждой из трех 50 систем штрихов относительное изменение светового потока будет приблизительно одинаковым, что дает воэможность по изменению цветовой окраски поверхности на ее иэображении судить 55 о скорости перемещения объекта.

Радиус интерференционного-кольца описывается выражением: ти перемещения будет приводить к уменьшению монохроматической яркости изображе ия, которую можно также использов„ть в качестве меры скорости. Это позволяет наряду с обеспечением возможности измевения знака скорости вдвое увеличить диапазон измерения скорости каждого направления по сравнению с прототипом.

Для осуществления предлагаемого 10 технического решения необходимы обеспечение пропорциональности ширины интерференционного кольца длине волны излучения и выбор трех длин волн источников цвета в разных об- 15 ластях спектра и толщины распорного кольца таким образом, чтобы исключить переналожение интерференционных картин различного цвета.

Обеспечение пропорциональности 20 ширины интерференционного кольца длине волны излучения выполняется путем специального подбора спектральных характеристик отражающего покрытия зеркал интерферометра. Поскольку в од- 25 ночастотном режиме работы лазера форма линии излучения практически не зависит от длины волны, а полностью определяется аппаратной функцией интерферометра

30 (2) z =f tgq< с условием для углов интерференции

2t cosy„. =k.. ; ! 5

k; =2t/ h;;

k =k — 1

1 з Ъ з. к. =к -2

1 (3) k. =1с -n+1, n< < . 3 (1-R)

0 =2 arcsin — 2 1К, (4) Положение штрихов для излучения зеленого цвета точно совпадает с положением зеленых интерференционных колец, а координаты внутренней и внешней кромок находят иэ соотношений (2) и (3) для длин волн где i,j — индексы длины волны и интерференционного кольца, принимающие значения 1,2,3 и 1,2,...,n; п — число используемых колец;

f — фокусное расстояние соби1 рающего объектива 6; — порядок интерференционного 1 кольца с минимальным значением радиуса для длины волНЫ

Для расчета положения колец получается система Зп уравнений со свободным параметром t, который может изменять как абсолютные значения г, так и взаимное положение колец, Если t A, считать также независимыми переменными и потребовать отсутствия наложения различных колец друг на друга, то число уравнений оказывается большим числа переменных, поэтому даже при ограниченном значении и может иметь место переналожение отдельных колец различных систем.

Однако практически всегда можно из наличия имеющихся колец выбрать несколько групп, удовлетворяющих необходимым требованиям (фиг.2).В частном случае, когда свободными параметрами являются t и одна из трех длин волн %;, задача допускает точное решение для одной из групп колец.

Для расчета геометрических параметров штрихов необходимо знать ширину интерференционного кольца, значение которой определяется выражением (1} . В соответствии с ним полная ширина кольца на уровне 0,1

1231401 6 рмула изобретения,2 оо»

Ъ =%.

» внутр»о 8») о

) (б) а положение внешних находят также из соотношений (2) и (3) для значения длины волны

2 О» » вне»»н = »о

SII t (7) Аналогичным образом находят положение прозрачных штрихов для излуче,ния красного цвета для граничных. значений длин волн

2 Оп

3О

3 вн)1тр 3о

Il 3О 3 (8)

3 Внв»он =

Определение поля скоростей по цветовой картине осуществляется с помощью эталонной цветовой кинограммы, полученной предварительно с помощью сканирования интерференционной картины по визуализирующей диафрагме за счет изменения давления в интерферометре, создающего интерференционный эффект, эквивалентный допплеровскому смещению интерференционных колец. по,»

20 2

2 ВнНтр 2О (5)

)) 2

Ъ

2о 2

2 SHQI)»I» 20 о)) 1

Для коротковолнового излучения положение внутренних кромок прозрачных штрихов совпадает с внешней гра" ницей интерференционных колец синефиолетового цвета

Устройство для определения скоростей перемещения поверхности деформи5 руемого объекта, содержащее расположенные вдоль оптической оси источник монохроматического света, расширитель пучка света, полупрозрачное зеркало, коллиматор, интерферометр- Фаб10 ри-Перо, собирающий объектив„ визуализирующую диафрагму, установленную в фокальной плоскости собирающего объектива, и скоростную фотокамеру, отличающееся тем, 15 что, с цельЬ повышения точности и расширения диапазона определения, оно снабжено двумя полупрозрачнь»ми зеркалами, размещенными последовательно за первым полупрозрачным зеркалом с

20 тои же стороны от коллиматора, двумя расширителями пучков света, тремя ослабителями света, расположенными между расширителями пучков све25 та и полупрозрачными зеркалами дву9 мя источниками монохроматического света„ расположенными за расширителями пучков света, длины волн источников света различны и лежат в синефиолетовой, зеленой и красной облас30 тях спектра, а визуализирующая диафрагма выполнена в виде трех групп прозрачных штрихов в виде концентрических окружностей на непрозрачной пластине, каждый штрих группы pacnoÇ5 ложен между штрихами двух других ,групп, а радиус каждого из этих трех штрихов обратно пропорционален длине волны соответствующего источника света.

123!401

Л= бъ28, 20.4 A =- S802

9= 574 9, 33 4 Ф=7УФЗЕ

Я=5749, МА

Я=8328, 204

7= 44 79i 6L7A

Составитель Б,Евстратов

Редактор А.Orap Техред И.Попович Корректор В.Синицкая

Заказ 2556/47 Тираж 670 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r Ужгород, ул. Проектная, 4