Касымбаева Г.Н., Султангазинов С.К.

КУПС, г Алматы, Республика Казахстан

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МНОГОЛУЧЕВОГО ПОЛЯРИСКОПА ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОДОЛЬНОЙ СИЛЫ

Данная схема прибора, несовершенна, поскольку не учитывает изменение сигнала в зависимости от старения источника света, температурные изменения коэффициента усиления, и других факторов, поэтому требует дальнейшей доработки. Далее приведем несколько возможных направлений модернизации.

Влияние первого фактора можно устранить, используя двухлучевую схему полярископа. В этом случае первый луч формируется так же, как в предыдущем случае, а второй образуется поворотом анализатора на 90°. Для второго луча оптическая схема представляет собой параллельный полярископ. Интенсивность света на выходе в этом случае Iопределятся выражением [29]:

I=Icos (1)

Из условия

I=Isin (2)

получаем

sin= (3)

В равенство (3) в отличие от (1) и (2) не входит интенсивность света на входе в полярископ, а, значит, погрешность, связанная с нестабильностью источника света, устраняется полностью.

Рисунок 1- Причина появления дополнительного канала измерения

Еще одна причина появления погрешности-отражение света от поверхности датчика (рис.1) Плоскость поляризации этого луча перпендикулярна плоскости пропускания анализатора скрещенного полярископа и параллельна плоскости пропускания анализатора параллель-ного полярископа. При этом на фотоприемник параллельного полярископа попадает дополнительная интенсивность света I₁:

I=Icos (4)

Рисунок 2- Оптическая схема дополнительного канала измерения

Для устранения влияния этого луча можно добавить еще один канал измерения, В этом канале можно использовать оптическую схему, показанную на рис. 2. Здесь луч света после поляризатора и модели, ориентированной под углом к плоскости поляризации, проходит через фазовую пластинку с ОРХ, равной четверти длины волны используемого света (четвертьволновая пластинка). Эта пластинка ориентирована сносно с поляризатором. После четвертьволновой пластинки свет проходит через анализатор и попадает на фотоприемник. Интенсивность света на выходе из анализатора при такой схеме может быть описана уравнением [1]:

I=0,5, (5)

где: А - матрица, описывающая анализатор, М_Ф - матрица Мюллера фазовой пластинки и модели соответственно, Р - вектор, описывающий состояние поляризации света после поляризатора. Матрицы в этом выражении следует перемножать справа налево. Вектор Р записывается в виде вектор анализатора. Матрицы Мюллера для датчика и фазовой пластинки одинаковы:

(6)

где: - угол наклона осей диэлектрического тензора к плоскости пропускания поляризатора. В нашем случае для модели имеем , для фазовой пластинки -, для анализатора.

Перемножая матрицы, получим

I=I()+ (7)

Рисунок 3- Схема деления луча с помощью дифракционной решетки

Рисунок 4-Схема расположения фотоприемников

Из (2), (4) и (7) можно найти ОРХ:

. (8)

Чтобы иметь возможность измерений интенсивностей света, входящих в (8) необходимо выходящий из модели луч разделить на три части, в каждой из которых установлен отдельный анализатор. Для деления луча можно использовать полупрозрачные зеркала или светоделительные призмы. Однако при этом будет происходить деполяризация света, т.е. изменение параметров поляризации света. Это приведет к новым погрешностям определения ОРХ. Чтобы устранить эти погрешности необходимо либо учесть их при обработке результатов измерения, либо найти способ деления луча без деполяризации. Если на пути луча установить дифракционную решетку, то можно проводить фотометрирование интерференционных порядков (рис. 3.). Состояние поляризации света при этом не изменяется. Угол , который определяет положение максимумов интерференции, находится из известного соотношения:

dsin=n, (9)

где: d - период дифракционной решетки, n порядок максимума интерференции. При фотометрировании удобнее использовать малые порядки, поскольку относительные интенсивности света имеют наименьшуюразность. Пусть дифракционная решетка имеет период 10мкм (100 линий/мм), размер фотоприемника 10 мм, длина волны 650 нм. Тогда расстояние между Фотоприемниками h должно быть не менее 10 мм, а от решетки до фотоприемников l- не менее 150 мм (рис. 4).

Литература

1. Абен Х.К. Интегральная фотоупругость. Таллин, Валгус, 1975г, 218с.

2. Омаров А.Д., Султангазинов С.К., Рустамбеков Е.К. Дестабилизирующие факторы элементов рельсовых цепей // Промышленный транспорт Казахстана. – 2007. – № 1 (11). – С. 66–70.

3. Ахметзянов М.Х., Агуленко В.Н. Исследование контактных напряжений в железнодорожных рельсах методом фотоупругих составных моделей//Механика деформируемого тела и расчет транспортных сооружений. Новосибирск, 1982. с. 61-67.