Топографическая интерферометрия
За последние годы в практику строительства начинает внедряться сочетание голографии с интерферометрией — топографическая интерферометрия.
Классическая интерферометрия возникла давно. Она использовалась в оптике, металлографии, физике. Однако имела ряд существенных ограничений, которые не допускали ее широкого применения в технике. В основном эти ограничения сводились к требованию, чтобы у образца, подлежащего испытанию, была зеркальная тщательно отполированная поверхность и, кроме того, образец должен был иметь правильную геометрическую форму. Окончательные результаты измерений можно было получить только после дополнительных расчетов. Поэтому классические интерференционные методы относились к пассивным лабораторным методам.
Так продолжалось вплоть до 1947 г., т.е. до момента изобрения голографии. Дальнейшее ее развитие и послужило основанием для создания топографической интерферометрии.
Чем же она отличается от классической интерферометрии? Для того чтобы это понять, напомним, что означает термин волновой фронт. Вол-новым фронтом в оптике называется такая поверхность, которая об-разована в пространстве точками, расположенными на одном и том же расстоянии от источника света и на которой фаза постоянна.
Единственной существенной разницей между голографией и обычной интерферометрией является то, что в основе голографии — запись волно-вых фронтов, тогда как интерферометрия используется для их сравнения. Это создает большие преимущества топографической интерферометрии. Техника топографической интерферометрии добавляет к уже известным возможностям обыкновенной интерферометрии дополнительные возможности исследования таких явлений, которые раньше считались недоступными для наблюдения, например, деформаций равномерно движущегося объекта, вибраций, рельефа сложных поверхностей и т.п.
Особенностью топографической интерферометрии является возмож-ность исследования предметов неправильной формы и даже диффузно отражающих предметов, а также исследования процессов, происходящих в закрытом объеме.
Перейдем теперь к принципу интерферометрии и топографической интерферометрии.
Принцип классической интерферометрии заключается в сравнении двух волновых фронтов, из которых один создан исследуемым пред-метом, а другой — эталонным предметом. В результате интерференции получается интерференционная картина, по которой судят об отличии исследуемого волнового фронта от эталонного.
Принцип топографической интерферометрии заключается в ре-гистрации на голограмме амплитуды и фазы световой волны. Известно, что топографическое изображение формируется с помощью когерентного света. Голограмма регистрирует всю информацию, содержащуюся в волновом фронте от объекта, и даже мельчайшие детали его по-верхности. Интерференция между восстановленным волновым фронтом голограммы и волновым фронтом деформированного объекта дает общую картину, как изменялся объект в целом.
Что нового в классическую интерферометрию внесла топографическая интерферометрия? Прежде всего — это интерферометрия пространст-венных предметов, позволяющая установить различие форм сложных трехмерных объектов. Во-вторых, возможность исследования объектов не только с поверхностями оптического качества, но и любыми другими. В-третьих, возможность воспроизвести форму зарегистрированной волновой поверхности в те моменты времени, когда предмет уже может не существовать. Это обычно делается так. Голограмму помещают на то место, где она экспонировалась, а предмет убирают. Сразу же восстановится световая волна, рассеивающая предмет во время экспозиции.
Существует несколько способов топографической интерферометрии. Самый простой – это способ двойной экспозиции. Сначала получают голограмму исследуемого объекта в первоначальном состоянии, т.е. не нагруженного, не нагретого и не деформированного. Затем объект подвергают внешним воздействиям. На фотопластинку записывается голограмма измененного состояния объекта.
При восстановлении изображения объекта с двукратноэкспонированной голограммы наблюдается результат интерференции полей, существо-вавших в разные моменты времени: во-первых, волнового поля, несущего информацию о первоначальном состоянии объекта, во-вторых, волнового поля, несущего информацию об измененном состоянии объекта. В результате на изображение объекта накладывается сеть интер-ференционных полос, по которым определяют происшедшие с ними изменения.
Способ двойной экспозиции применяют для излучения поверхностной деформации непрозрачных тел под влиянием нагрузки, тепла или холода, а также для обнаружения трещин и раковин в этих телах.
Другой практический способ топографической интерферометрии – это способ реального масштаба времени. Он аналогичен способу двойной экспозиции. Разница между ними лишь в том, что при использовании способа реального масштаба времени вместо второй голограммы голографическое изображение непосредственно интерферирует с предметом, с которого получена голограмма. При восстановлении опорный пучок освещает голограмму и предмет, с которого получена голограмма.
Отраженные волны интерферируют между собой. Благодаря этому способу можно сравнивать реальный предмет с “идеальным”, пред-ставляемым, например, голограммой, синтезированной на ЭВМ. Очень часто в строительной технике необходимо испытать сложнейшие гидро-технические сооружения. Нужно, например, выявить внутренние напряжения, которые возникают в процессе эксплуатации плотины. С помощью голографии это можно сделать еще до начала строительства плотины на ее модели. С модели снимают голограмму, которая становится своего рода шаблоном. Затем прилагают к наиболее ответственным участкам модели нагрузку и снова делают голограмму. При сравнении обеих голограмм способом двойной экспозиции выявляют созданные нагрузкой деформации и определяют опасные места. При сооружении плотины эти места усиливают.
Метод топографической интерферометрии для обнаружения воздейст-вия нагрузки и температуры на бетон был применен впервые проф. Ю.М. Баженовым.
Таковы некоторые возможности топографической интерферометрии. За последние годы топографическая интерферометрия начала широко применяться в строительстве и уже в ряде случаев ее результаты превзошли результаты исследования конструкций, которые до сих пор велись методом фотоупругости.
Бетон - Топографическая интерферометрия
Остались вопросы по теме - "Топографическая интерферометрия", задайте их на