Акустический метод. Суть акустического метода измерения перемещений элементов кон­струкций заключается в том, что местное гидравлическое сопротивле­ние потоку газа существенно

Суть акустического метода измерения перемещений элементов кон­струкций заключается в том, что местное гидравлическое сопротивле­ние потоку газа существенно влияет на амплитуде и фазу как отражен­ной, так и пропущенной системой акустической волны.

В общем виде схема измерений представлена на рис. 1.8. Связан­ный с деформируемым образцом перемещающийся измерительный клапан 5 изменяет сечение проходно­го отверстия между коакси­альными металлическими волноводами 4. Вследствие этого меняется коэффициент \ прохождения через отверстие звуковой волны, возбужден­ной в волноводе 4 излучателем звука 3 и задающим генератором 2, находящимся на противоположном конце волновода. Ампли­туда волны в волноводе и, следовательно, электрический сигнал при­емника звука 1 уменьшаются при перемещении клапана по направлению внутрь волновода 4, когда отверстие уменьшается и наоборот. Сигнал от приемника звука попадает на усилитель 7 и регистрирующий прибор 6.

Регистрируемая амплитуда сигнала приемника будет определяться по следующей зависимости:

где - постоянный для данной системы коэффициент, зависящий от конструкции волноводов и измерительного узла, а также коэффициен­тов преобразования в излучающем и приемном узлах; - амплитуда электрическогонапряжения возбуждения излучателя; - акустичес­кая проводимость отверстия, зависящая от его параметров; β₁ и β₂ - усредненные по длине коэффициенты затухания звука во внешнем и внут­реннем волноводах соответственно; L - длина волновода.

Температурный интервал измерений практически ограничивается лишь жаропрочностью используемых материалов.

Так, например, при измерениях в температурном интервале от 273 до 775К и диапазоне перемещений 0...0,5 мм погрешность составляет 0,5%, при пороге чувствительности 2 мкм. В настоящее время имеется целый рад схем, в которых с учетом компенсации температурных погрешностей акустических датчиков существенно расширен интервал их рабочих температур (до 1273 К) [2].

Несомненными преимуществами акустических датчиков перемещений при высокотемпературных испытаниях являются надежность, термическая стойкость, малые поперечные габариты, дистанционный съем сигналов.

1.5 Голографическая интерферометрия [5]

Использование лазеров для поучения информации о поведении конструкции в процессе испытаний объясняется тем, что испускаемый ими периодический цуг волн когерентного света может быть использован в качестве высокоточной шкалы для прецизионных измерений на больших расстояниях и в трех измерениях. Единицей измерения является длина волны света (имеющая порядок половины микрона); таким образом, чувствительность измерения может быть очень высокой.

Голография определяется как метод регистрации произвольного колебательного процесса, позволяющий зафиксировать как амплитуду, так и фазу колебаний, а затем воспроизвести их в любой удобный момент времени. Поскольку вся информация о форме объекта содержится в сложной световой волне, рассеиваемой объектом при его освещении, голографический процесс позволяет регистрировать эту форму на голограмме в неизменном виде, и в любой последующий момент времени форма объекта может быть воспроизведена и использована в качестве трехмерного шаблона, с которым можно сравнивать произвольные малые изменения формы реального объекта.

В голографии регистрация фазовой информации осуществляется путем регистрации результата интерференции волны, идущей от объекта, с простой плоской или сферической волной, которая играет ту же роль, что и несущая волна в радиосвязи.

На рис. 1.9 изображена схема регистрации голограммы освещенного объекта 5.

Рассеиваемый объектом свет попадает на фотографическую пластинку 4, расположенную на некотором расстоянии от объекта. Сам по себе этот рассеянный свет произвел бы только однородное засвечивание эмульсии, но перед регистрацией он "смешивается" с порцией света, идущей непосредственно от освещающего источника - лазера 1. Две волны 2 и 3, одна из которых имеет сложное распределение фазы и амплитуды, а другая - однородное, интерферируя (увеличивая или уменьшая амплитуду результирующей волны), образует периодическую картину светлых и темных полос, которая регистрируется фотографической эмульсией в виде голограммы.

Изображение восстанавливается голограммой при освещении ее прямым излучением от лазера 1, т.е. только "опорным" пучком 2, как I показано на рис. 1.10. Тонкая структура полос на голограмме действу­ет теперь как сложная дифракционная решетка, и в то время как часть света проходит прямо сквозь нее (так называемая "дифракция нулевогопорядка"), другие части пучка дифрагируют по обе стороны от этого направления(дифрагированные волны "первого порядка"). Одна из этих волн идентичнаволне, исходившей от объекта; таким образом, если наблюдатель 5 смотрит голограмму 3, то ему кажется, что он видит ис­ходный объект 4 на месте, несмотря на то, что объект впоследствии убирается. Эго изображение объекта является мнимым, поскольку из него не исходит действительных световых лучей. Однако в связи с тем, что формируемая волна идентична волне, ранее рассеивавшейся объектом, наблюдатель может видеть в ней полные эффекты перспекти­вы и глубины и путем перемещения головы изменять кажущуюся точку наблюдения в сочетании с эффектом параллакса. Изображение является в полной мере "трехмерным".

Особенности голографического процесса:

- во время экспозиции голограммы должны быть обеспечены ста­бильные условия. Относительное смещение фотографической пластинки 1объекта в течение этого времени, достигающее порядка четверти длины волны, может смазать тонкую структуру интерференционных полос и, таким образом, не будет восстановлено никакого изображения;

- так как интерференция возникает между волнами, которые могут распространяться вдоль существенно различных оптических путей, то необходимо использовать свет с высокой степенью когерентности (т.е. с одинаковой частотой и неизменным сдвигом фаз). Лазер обеспечивает необходимую для этого временную и пространственную когерентность;

- для получения хорошего поля зрения необходимо использовать фотографическую эмульсию с высокой разрешающей способностью.