8.4.2. Описание комбинированной мобильной установки ГНК; система с переменной чувствительностью

Поскольку голография использует явление интерференции, полное изменение длины оптического пути объектного пучка за время экспонирования должно быть не более чем где К — длина волны источника света. Из-за этого жесткого ограничения для успешной регистрации движущегося объекта или частицы наиболее важную роль играет геометрия применяемого оптического устройства. В связи с этим изучим два предельных случая геометрии схемы голографирования с боковым опорным пучком.

Рассмотрим голографическое устройство, схематически представленное на рис. 1. Это устройство оказывается очень подходящим для голографирования стационарного объекта, поскольку при этом большая часть энергии излучения возвращается от объекта к фотопластинке. В этом случае вектор распространения излучения либо параллелен, либо антипараллелен направлению вынужденного движения объекта. Считаем, что если за время экспонирования объект перемещается из положения в новое положение на расстояние то общее изменение длины оптического пути Используя предельное требование к допустимому изменению длины оптического пути в голографическом устройстве, получаем, что откуда Следовательно, для того чтобы записать хорошую голограмму, объект за время экспонирования нельзя перемещать на расстояние, большее чем Эта геометрия допускает перемещение объекта на минимальное расстояние. На рис. 2 показан противоположный случай. Основное

различие в схемах этого и предыдущего устройств заключается в том, что в последней схеме одно из зеркал вращается. Кроме того, в этом случае направление перемещения объекта перпендикулярно направлению вектора распространения света k.

Рис. 1. Голографическая установка, допускающая минимальное перемещение объекта при экспонировании.

Рис. 2. Голографическая установка, допускающая максимальное перемещение объекта при экспонировании.

В результате оказывается, что расстояние может быть каким угодно большим без какого-либо изменения длины оптического пути объектного пучка. Для такой геометрии разность путей

Из предыдущего рассмотрения можно видеть, что чувствительность системы ГНК к перемещению объекта зависит от схемы расположения оптических элементов. Одним из авторов разработана система ГНК с переменной чувствительностью. Она позволяет

исследовать объект в широком диапазоне прикладываемых нагрузок. Это достигается выбором такой геометрии, которая допускает незначительные изменения в оптических элементах с целью управления чувствительностью системы. Ниже мы подробно опишем эту систему, чтобы проиллюстрировать, какие операции обычно выполняются в большинстве систем ГНК.

Рис. 3. (см. скан) Комбинированная мобильная система ГНК.

Обратимся теперь к схеме 1 на рис. 3. Излучение лазера попадает на блок полевого зеркала, который по существу состоит из пространственного фильтра и светоделителя. Этот блок перемещается влево вдоль пути Отраженная часть излучения направляется под прямым углом на объект, перемещаемый микрометром. От объекта это излучение возвращается навстречу самому

себе и проходит к пленочному регистратору. При этом сам пленочный регистратор перемещается вправо вдоль пути

Излучение, прошедшее через блок полевого зеркала, попадает на зеркало которое может перемещаться вправо вдоль пути Зеркалом излучение направляется на пленочный регистратор, где интерферирует с объектным пучком.

Аналогичным образом можно рассмотреть схему 2 на рис. 3, которая отличается от предыдущей лишь тем, что объектный пучок образует некоторый угол с перпендикуляром к объекту.

Эта система является универсальной, поскольку для перехода от одного метода ГНК к другому достаточно лишь незначительных манипуляций тремя элементами (блоком полевого зеркала, зеркалом и пленочным регистратором). При этом не обязательно собирать новую схему, чтобы осуществить различные варианты метода Более того, такая регулировка облегчает применение установки ГНК в качестве полевого прибора, поскольку она позволяет управлять чувствительностью системы и, следовательно, обеспечивает с легкостью испытания различных объектов. Система оказывается мобильной, так как все оптические элементы можно смонтировать на предварительно прокалиброванном жестком столе и разместить в любом месте вдоль пути их перемещения, Благодаря калиброванному изменению угла 8, который объектный пучок образует с нормалью к объекту, система имеет переменную чувствительность (что еще больше усложняет систему).

Полуколичественная теория интерпретации интерференционных полос в методе двойной экспозиции, разработанная Лиу и др. в [39], а также Лиу и Курцем [38], дала хорошее совпадение с экспериментальными результатами. Для небольших в общем случае трехмерных смещений теория предсказывает, что интерференционные полосы, наблюдаемые в начале эксперимента в центре голограммы, являются смещенными относительно центра окружностями, описываемыми выражением

где

целое число, длина волны излучения лазера.

Радиус окружности интерференционных полос можно записать в виде

В частном случае, когда можно видеть, что для сохранения неизменной величины радиуса при постоянных и произведение должно быть постоянной величиной. Иными словами, если 6 увеличивается, то должно увеличиваться настолько, чтобы произведение сохранялось постоянным. Это означает, что при больших углах система менее чувствительна к внеплоскостному смещению объекта.

Например, если то смещения объекта, например, вдоль положительного направления оси z на величину будет достаточно, чтобы вызвать появление еще одной полосы в интерференционной картине. Даже если то для образования еще одной полосы в интерференционной картине новое смещение должно составить Эти два смещения объекта вдоль положительного направления оси z отличаются примерно на половину порядка величины. Этот результат показывает изменение чувствительности системы при внеплоскостном смещении объекта.

На такой комбинированной мобильной установке проводились испытания нескольких образцов слоистой структуры (входящих в устройства ракетной системы «Першинг»), в которых заранее были сделаны щели. Эти испытания проводятся по следующей программе:

Этап 1. Испытуемый образец помещается в держатель, проверяется отсутствие утечек давления; затем держатель устанавливается в соответствующее место голографической системы.

Этап 2. Получают голограмму сравнения испытуемого объекта и аккуратно помещают ее обратно на свое место в голографическую систему таким образом, чтобы мнимое изображение, восстановленное с этой голограммы, совпало с реальным исследуемым объектом.

Этап 3. Наблюдают интерференционную картину от исследуемого объекта, на который действует непрерывно меняющаяся положительная нагрузка давлением.

Этап 4. Регистрируют изменения в картине интерференционных полос, фотографируя мнимое изображение через голограмму.

Эти этапы представляют собой наблюдение и регистрацию интерферограмм в реальном времени (интерферометрия в реальном времени) и метод исследования, необходимый для определения того, адекватны ли изменения в приложенной нагрузке местоположениям трещин и разрывов. Наконец, двухэкспозиционная голограмма получается при постоянной голографической записи наблюдаемых трещин и разрывов.

Рис. 4. Фотография восстановленного изображения диска из тефлона о голограммы, полученной по методу двух экспозиций,

Рис. 5. Фотография комбинированной мобильной ГНК.

На рис. 4 представлена фотография изображения, восстановленного с голограммы, полученной по методу двух экспозиций. Объектом служил тефлоновый диск размерами

обращенный к нам нижней стороной и внедренный в слоистую эпокси-структуру; этот диск входит в одно из устройств ракетной системы «Першинг». Давление нагрузки, используемое при этих испытаниях, составляло При голографических испытаниях вне лаборатории система ГНК с переменной чувствительностью ведет себя также хорошо. Прототип комбинированной мобильной системы ГНК показан на рис. 5.