Спосіб фазомодульованої спекл-інтерферометрії для вимірювання зміни фази об’єктної хвилі

Спосіб фазомодульованої спеклінтерферометрії для вимірювання зміни фази об'єктної хвилі, що включає освітлювання об'єкта когерентним випромінюванням, здійснення просторового суміщення об'єктної спекл-хвилі та опорної хвилі, в площині суміщення реєстрацію інтенсивності сумарної хвилі, який відрізняється тим, що перед реєстрацією здійснюють просторову фільтрацію інтенсивності сумарної хвилі діафрагмою до зникнення регулярних інтерференційних смуг усередині усіх спеклів сумарної хвилі, для початкового та зміненого стану об'єкта реєструють спеклограми при дискретному змінюванні фази опорної хвилі від 0 до 2тт, порівнюють одержані спеклограми та визначають зміни фази кожного спекла об'єктної хвилі для початкового та зміненого стану об'єкта відносно опорної хвилі з визначенням знака зміни фази. Корисна модель відноситься до вимірювальної техніки, голографічної та спекл-інтерферометрії. Відомий спосіб двохекспозиційної голографічної інтерферометри завдяки якому можливо визначати різницю фаз об'єктної хвилі між двома становищами об'єкта. На одну і ту ж голографічну пластинку записують голограму об'єкта у вихідному стані, далі записують голограму об'єкта у змінюваному стані (наприклад, після нагрівання або механічної деформації). Голограму, яку експонували два рази, освітлюють опорною хвилею, при цьому інтерференційна картина дає інформацію про зміни фази об'єктної хвилі [див. М. Миллер. Голография.Ленинград.- "Машиностроение", 1979 г., С. 206]. На відміну від інших способів, позитивною якістю даного способу є можливість аналізувати зміни, які відбуваються з об'єктом складної форми. Недоліком цього способу є необхідність запису голограм, що ускладнює, здорожує та сповільнює проведення вимірювання. Найближчим до заявленого є "Інтерференційний спосіб вимірювання відносних переміщувань дифузно відбиваючих поверхонь та пристрій для його здійснення" [див. А.С. СССР № 1374042, МКИ 4 G01B 9/021, Бюл. № 6, 1988 p.]. Спосіб здійснюють таким чином. Пучок когерентного випромінювання від лазе ра за допомогою подільника та дзеркала спрямовують на дві дифузно відбиваючі поверхні. Випромінювання від відбиваючих поверхонь суміщують у площині фотореєстратора. Спеклхвилі відбиваючого випромінювання суміщують до зникнення регулярних інтерференційних смуг усередині одного із спеклів. За допомогою фотореєстратора визначають інтенсивність світлового потоку, який проходить крізь поперечний перетин цього спекла та по ньому визначають відносне переміщування поверхонь. Даний спосіб є найближчим аналогом, він співпадає з корисною моделлю, що заявляється, в наявності спільних операцій: - освітлювання об'єкта когерентним випромінюванням; - здійснення просторового суміщення двох когерентних світлових хвиль; - реєстрація інтенсивності сумарного світлової хвилі у площині суміщення. Але відомий спосіб має такі недоліки - він дає змогу вимірювати лише абсолютну величину відносного зміщення тільки двох точок на дифузне відбиваючих поверхнях, зображення яких у сумарній хвилі збігається з вибраним спекл ом. В основу корисної моделі поставлено задачу розробити спосіб, завдяки якому можливо CO CO ST 7343 вимірювати зміни що трапляються з усім об'єктом будь-якої форми у реальному часі, такими як деформації та переміщення дзеркально або дифузно відбиваючих поверхонь, зміни показника переломлення та товщини прозорих середовищ. Поставлена задача вирішена у способі фазомодульованої спекл-інтерферометрії для вимірювання зміни фази об'єктної хвилі відносно опорної хвилі, що включає освітлювання об'єкта когерентним випромінюванням, здійснення просторового суміщення об'єктної спекл-хвилі та опорної хвилі, в площині суміщення реєстрацію інтенсивності сумарної хвилі тим, що перед реєстрацією здійснюють просторову фільтрацію інтенсивності сумарної хвилі діафрагмою до зникнення регулярних інтерференційних смуг усередині усіх спеклів сумарної хвилі, для початкового та зміненого стану об'єкта реєструють спеклограми при дискретному змінюванні фази опорної хвилі від 0 до 2тг, порівнюють одержані спеклограми та визначають зміни фази кожного спекла об'єктної хвилі для початкового та зміненого стану об'єкта відносно опорної хвилі з визначенням знаку зміни фази. Новим у заявленої корисної моделі є досягнення зникнення регулярних інтерференційних смуг у кожному спеклі сумарної спекл-хвилі завдяки додаткової просторової фільтрації сумарної спекл-хвилі діафрагмою а також модуляція фази опорної хвилі для визначення знаку зміни фази об'єктної хвилі. При цьому регулярні інтерференційні смуги зникають в усіх спеклах сумарної спекл-хвилі, а не в одному із спеклів, як у прототипі. Використання же модуляції фази опорної хвилі дозволяє однозначно визначати знаки зміни фази спеклів об'єктної хвилі. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю заявляємих ознак та технічним результатом, що досягається, є таким. Додаткова просторова фільтрація сумарної спекл-хвилі завдяки діафрагмі дозволяє досягти зникнення регулярних інтерференційних смуг усередині усіх спеклів сумарної спекл-хвилі. При цьому, у разі зміни фази опорної хвилі, спекли сумарної спекл-хвилі просторово не переміщуються, але інтенсивність світла у них змінюється, досягаючи максимуму, коли фази спеклів опорної та об'єктної хвиль збігаються, та мінімуму, якщо вони зсунути на . Використовуючи метод послідовних фазових кроків, визначають просторовий розподіл різниці фаз об'єктної та опорної хвиль. Для цього реєструють спеклограми при дискретній зміні опорної хвилі від 0 до 2 та, порівнюючи отримані спеклограми визначають фазу кожного спекла. Порівнюючи фази спеклів для початкового та зміненого стану об'єктної хвилі, отримують як абсолютне значення так і знаки зміни фаз спеклів об'єктної хвилі. Завдяки цьому можливо вимірювати зміни усієї поверхні об'єкта будь-якої форми у реальному часі, або зміни показника заломлення та товщини прозорих матеріалів. Спосіб здійснюють таким чином. Випромінювання від лазера крізь лінзу спрямовують на об'єкт та дифузне розсіюючу поверх ню. Відбита від дифузно розсіюючої поверхні опорна хвиля просторово суміщюеться з об'єктною спекл-хвилею, що сформована об'єктом, за допомогою напівпрозорого дзеркала. Діафрагма фільтрує сумарну хвилю, при цьому розмір діафрагми підбирається таким, щоб зникли регулярні інтерференційні смуги усередині усіх спеклів сумарної хвилі. Просторовий розподіл інтенсивностей у спеклограмі реєструють за допомогою телекамери або фотоапарату. Для початкового стану об'єкта реєструють декілька спеклограм при різних значеннях фази опорної хвилі, яка змінюються від 0 до 2 за допомогою фазозсувиого пристрою, наприклад п'єзокерамики. Порівнюючи між собою отримані спеклограми, визначають фазу кожного спекла об'єктної хвилі відносно опорної хвилі. Цю операцію повторюють для зміненого стану об'єкта. Порівнюючи між собою фази кожного із спеклів для початкового та зміненого стану об'єкта, визначають змінювання фази об'єктної хвилі, по котрим визначають деформації та переміщення дзеркально або дифузно відбиваючих поверхонь, зміни показника переломлення та товщини прозорих середовищ. Запропонований спосіб ілюструється пояснювальними кресленнями, де: фіг. 1- здійснення вимірювання за прикладом 1; фіг. 2 - картина різниці фаз, отримана за прикладом 1 (кількість фазових кроків 1 ); фіг. З - картина різниці фаз, отримана за прикладом 1 (кількість фазових кроків 2); фіг. 4 - здійснення вимірювання за прикладом 2; фіг. 5 - здійснення вимірювання за прикладом 3. Приклади конкретного виконання способу. Приклад 1 Промінь від лазера 1 (див. фіг. 1) поширюється лінзою 2 та спрямовується на дифузно розсіюючі поверхню 3 та об'єкт 4. Таким чином формується опорна та об'єктна хвилі. Ці хвилі просторово суміщується за допомогою напівпрозорого дзеркала 5. Сумарна хвиля фільтрується діафрагмою 6, розмір якої підбирається таким, щоб зникли регулярні інтерференційні смуги усередині усіх спеклів сумарної хвилі. Просторовий розподіл інтенсивностей у спеклограмі реєструють за допомогою телекамери або фотоапарата 7. Далі зображення вводять до комп'ютера 8. Завдяки пристрою 9 здійснюють зсув фази опорної хвилі. Для початкового стану об'єкта реєструють декілька спеклограм з різним зсувом фази опорної хвилі. Порівнюючи між собою отримані спеклограми визначають фазу кожного спекла об'єктної хвилі. За цим об'єкт змінюють - деформують або зміщують, та визначають таким же чином фазу кожного спекла об'єктної хвилі для зміненого стану об'єкту. Порівнюючи фази спеклів для початкового та зміненого стану об'єктної хвилі, формують картини різниці фаз цих хвиль, з визначенням як абсолютного значення так і знаку зміни фаз. 7343 На фіг. 2 зображена картина різниці фаз, яка отримана за прикладом 1 (білий колір - різниця фаз 0, чорний колір , кількість фазових кроків 1). На фіг. З зображена картина різниці фаз, яка отримана за прикладом 1 (білий колір - різниця фаз 0, блідо-сірий колір - різниця фаз /2, темносірий колір - різниця фаз , чорний колір - різниця фаз 3 /2, кількість фазових кроків 2). Приклад 2 Спосіб здійснюють аналогічно прикладу 1, але для дослідження переміщень або деформацій дзеркально відбиваючих поверхонь поширений промінь від лазера 1 (див. фіг. 4) додатково проходить крізь дифузний розсіювач 11, за яким формується спекл-хвиля, яка освітлює дзеркальну поверхню об'єкта 10, а далі як у прикладі 1. Приклад З Спосіб здійснюють за прикладом 1, але для дослідження зміни товщини або показника заломлення прозорих об'єктів об'єктна спекл-хвиля (див фіг. 5) утворюється при пропусканні спекл-хвилі, сформованої дифузним розсіювачем 11, крізь прозорий об'єкт 12. Запропонований спосіб дозволяє вимірювати змінення фази усіх спеклів об'єктної спекл-хвилі. Це дає можливість за допомогою комп'ютерної обробки створювати фазові образи досліджуваного об'єкта. Суттєвим є те, що за допомогою цього способу можливо отримати інформацію об напрямку зміни різниці фаз, що дає змогу робити розшифровку отриманих картин однозначною. Фіг. З Фіг. 1 Фіг. 2 Фіг. 4 7343 Фіг. 5 Комп'ютерна верстка М. Клюкін Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 4 2 , 01601