Поляризационные приборы
Скачать реферат: Поляризационные приборы |
|||
|
Оглавление реферата
Введение
1. Приборы для определения внутренних натяжений
1.1. Большая поляризационная установка
2. Фотоэлектрический модуляционный поляриметр
3. Полярископ-поляриметр ПКС-56.
4. Переносный малогабаритный поляриметр ИГ-86
Введение
Поляризационные приборы основаны на явлении поляризации света
и предназначены для получения поляризованного света и изучения тех или
иных процессов, происходящих в поляризованных лучах.
Поляризационные приборы широко применяют в кристаллографии и
петрографии для исследования свойств кристаллов; в оптической
промышленности для определения напряжений в стекле; в машиностроении и
приборостроении для изучения методом фотоупругости напряжений в деталях
машин и сооружений; в медицине; в химической, пищевой, фармацевтической
промышленности для определения концентрации растворов. Поляризационные
приборы получили распространение также для изучения ряда явлений в
электрическом и магнитном поле.
1. Приборы для определения внутренних натяжений
1.1. Большая поляризационная установка
Большая поляризационная установка (рис. 1) предназначена для
исследования напряжений в прозрачных моделях деталей машин и сооружений.
Источник света 1 (кинопроекционная лампа К12 или ртутная лампа
СВДШ-250) размещен в фокальной плоскости конденсора 2 (фокусное
расстояние 180 мм). Параллельный пучок лучей после конденсора проходит
через светофильтр 3, поляризатор 4 (поляроид, вклеенный между защитными
стеклами), слюдяную пластинку 5 в 1/4 волны и падает на исследуемый
образец 6.
Рис. 1. Схема большой поляризационной установки |
После образца образовавшиеся в нем лучи o
и e проходят вторую пластинку 7 в 1/4 волны,
анализатор 8 (аналогичный поляризатору 7) и падают на объектив 9
(фокусное расстояние 400 мм), который изображает источник света в
плоскости апертурной диафрагмы 10 (ирисовая диафрагма фотозатвора;
раскрытие диафрагмы от 2 до 4 мм при ртутной лампе, раскрытие диафрагмы
полное до 20 мм для кинопроекционной лампы). Одновременно объектив 9
проецирует изображение образца на матовое стекло 15 при помощи
откидного зеркала 11 или на фотопластинку 12.
Интерференционную картину наблюдают через защитное стекло 14 и зеркало
16. Ее можно также проецировать с большим увеличением на экране 13.
Поляризатор, анализатор и пластинки в 1/4 волны вращаются в пределах
0?90°; угол поворота отсчитывается по шкале с ценой деления
1°. Пластинки в 1/4 волны можно выводить из оптической схемы.
Конструктивно прибор выполнен в виде отдельных узлов: осветитель, в
котором смонтированы детали 1—5; нагрузочное устройство,
включающее образец 6; фотокамера, содержащая затвор с диафрагмой 10 и
оптические детали 7—9 и 11—16, рассчитанная на
фотопластинки размером 13?18 м.
Значительное усовершенствование процесса поляризационных измерений и
повышение точности достигается при использовании объективных методов
измерения. В качестве примеров приборов такого типа рассмотрим схему
фотоэлектрического поляриметра.
2. Фотоэлектрический модуляционный поляриметр
Фотоэлектрический модуляционный поляриметр (рис. 2) позволяет
измерять в исследуемом объекте разность фаз лучей о
и е, меняющуюся во времени.
Лучистый поток от ртутной лампы 1 сверхвысокого давления проходит через
иитерференционный светофильтр 2 (с максимумом пропускания при l=0,436
мкм и l=0,546 мкм), поляризатор 3 и исследуемый объект 4,
ориентированный так, что направления колебаний в лучах о
и е составляют углы p/4 с направлением колебаний
в луче, вышедшем из поляризатора. Выходящий из объекта 4 эллиптически
поляризованный свет попадает на пластину 5, изготовленную из кристалла
ADP , вырезанную так, что ее плоскости перпендикулярны оптической оси.
Рис. 2. Схема фотоэлектрического модуляционного поляриметра |
Введение пластины 5 позволяет модулировать проходящий через
нее лучистый поток, так как на кристалле ADP очень удобно реализовать
эффект Поккельса. При приложении к пластине 5 переменного
электрического напряжения в направлении, параллельном оси лучистого
потока и оптической оси кристалла, последний становится двухосным.
Новые оптические оси образуют симметричные углы p/4 с прежним
направлением оси. Следовательно, после приложения напряжения к пластине
5 проходящий через нее свет претерпевает двойное лучепреломление.
Возникающая при этом разность фаз пропорциональна напряжению
электрического поля и не зависит от толщины пластины 5. В связи с
возникающей переменной разностью фаз эллиптически поляризованный свет
периодически меняет форму эллипса. Следовательно, на выходе
компенсатора 6 (в схеме используется компенсатор Сенармона) плоскость
линейно поляризованного света колеблется относительно среднего
положения. После анализатора 11 модулированный поток света попадает на
фотоумножитель l0. Из фотоумножителя ток с основной частотой,
соответствующей первой гармонике сигнала, поступает в усилитель 8 и
приводит в действие сервомотор 9, поворачивающий анализатор 1l до тех
пор, пока в сигнале имеется первая гармоника. Остановка соответствует
положению анализатора, при котором на фотоумножитель падает минимальный
поток излучения.
Самописец 7 фиксирует углы поворота анализатора, причем измеряемая
разность фаз равна удвоенному углу поворота анализатора.
Погрешность измерения составляет в среднем приблизительно 20'.0
3. Полярископ-поляриметр ПКС-56
Полярископ-поляриметр ПКС-56 (рис. 3) служит для измерения двойного лучепреломления в стекле. Он состоит из источника света 1 (лампа накаливания), матового стекла 2, поляризатора 3 (поляроид, вклеенный между стеклами), пластинки 5 в 1/4 волны, анализатора 6 (аналогичного поляризатору 3) и светофильтра 7 (на длину волны 0,54 мкм).
Рис. 3. Схема полярископа-поляриметра ПКС-56 |
Порядок измерения на приборе следующий: скрещивают поляризатор
и анализатор (отсчет по лимбу анализатора 0°, поле зрения
темное); устанавливают образец 4 (если он обладает двойным
лучепреломлением, то в поле зрения наблюдается просветление);
поворачивают анализатор до максимального потемнения в середине образца;
по лимбу отсчитывают угол поворота Db анализатора.
Зная Db, можно определить
из соотношения
где l — толщина образца в направлении
просмотра.
При l=10 мм погрешность измерения
составляет ±3?10-7. С увеличением l
погрешность уменьшается.
4. Переносный малогабаритный поляриметр ИГ-86
Переносный малогабаритный поляриметр ИГ-86 (рис. 4)
предназначен для визуального исследования напряженного состояния
изделий с помощью оптически чувствительных покрытий. Он позволяет
наблюдать интерференционную картину в условиях плоской и круговой
поляризации и измерять оптическую разность хода как методом
сопоставления цветов, так и компенсационным методом.
Источник света 1 (лампа СЦ-61) размещен в фокусе объектива 3. Защитные
стекла 2, 7 и 12 предохраняют прибор от попадания в него загрязнений.
Параллельный пучок лучей проходит поляризационный светофильтр
(поляризатор 4), полупрозрачное зеркало 8 и, отразившись от
светоделительного слоя, падает на оптически чувствительное покрытие 6,
нанесенное на исследуемый объект 5. После отражения от покрытия свет
попадает в анализаторный узел прибора, проходит компенсатор 9,
анализатор 10 (аналогичный поляризатору 4) и попадает в зрительную
трубу (сменное увеличение 2 и 10?) со шкалой в совмещенной фокальной
плоскости объектива 11 и окуляра 13. Перед глазной линзой окуляра и
выходным зрачком 15 устанавливается светофильтр 14. Такая оптическая
схема получила наименование Т-образной схемы.
Предел измерения оптической разности хода — от 0 до 5
интерференционных порядков. Погрешность измерения — 0,05
интерференционных порядков.
Габариты прибора 400?400?800 мм; масса около 2 кг.
Рис. 4. Переносный малогабаритный поляриметр ИГ-86 |
- Лабораторные оптические приборы:
- Учебное пособие для приборостроительных и машиностроительных ВУЗов. Г. И. Федотов, Р. С. Ильин, Л. А. Новицкий, В. Е. Зубарев, А. С. Гоменюк.