способ обработки спеклограмм

Формула изобретения

СПОСОБ ОБРАБОТКИ СПЕКЛОГРАММ, включающий просвет спеклограммы лучом непрерывного лазера, в результате чего на экране получают интерференционные полосы Юнга, сканирование полос по каждой из координат с заданным шагом с помощью фотоэлементов и определение расстояния между полосами и угла их наклона относительно координатных осей, отличающийся тем, что, с целью повышения точности обработки и быстродействия, в качестве фотоэлементов используют щелевые интегрирующие фотоэлементы, которые располагают на оси OY декартовой системы координат OXY на равном расстоянии с разных сторон от начала координат, сканирование осуществляют вдоль оси OX₁ неподвижной декартовой системы координат OX₁Y₁, начало которой совпадает с началом системы координат OXY, так, чтобы центр интерференционной картины двигался по оси OX₁, угол наклона фотоэлементов относительно неподвижной системы координат OX₁Y₁ изменяют после каждого сканирования, регистрируют значения интенсивностей с каждого фотоэлемента J₁ (t) и J₂(t) и отображают зарегистрированные интенсивности в виде фигур Лиссажу на экране осциллографа или самописца, приложив на их входы сигналы, равные J₁(t) и J₂(t) соответственно, и изменяя угол наклона фотоприемников, достигают излома в вершине фигуры Лиссажу, и определяют угол наклона полос Юнга, ставя ему в соответствие угол наклона фотоприемников, а период полос Юнга df определяют между минимумами сигнала J₁(t) или J₂(t).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для считывания информации, зафиксированной на спеклограмме (двухэкспозиционной спекл-фотографии).

В настоящее время техника спекл-фотографии быстро развивается и нашла себе применение при анализе деформаций и структуры поверхностей и при диагностике полей скоростей и плотности в газодинамических течениях [1].

Информация на спеклограмме "записана" в виде двухмерного векторного поля смещений спеклов:

(x,y)=x(x,y)+y(x,y) (1)

Это поле может быть "считано" при просвечивании спеклограммы лучом непрерывного лазера по возникающим на экране за спеклограммой интерференционным полосам Юнга. В каждой точке спеклограммы необходимо измерить два параметра - расстояние между интерференционными полосами df и угол их наклона относительно одной из осей.

Объем получаемой из спеклограммы информации может быть очень велик. Так, например, при сканировании одной спеклограммы площадью 90х120 мм² с шагом в 0,1 мм по каждой из координат необходимо получить значения и df приблизительно в 10⁶ точках. Сбор и обработка таких объемов экспериментальной информации невозможна без построения автоматизированных систем сбора и обработки данных.

Известен способ автоматизированной обработки спеклограмм, принятый за прототип, по которому спеклограмму просвечивают лучом непрерывного лазера, получают на экране за спеклограммой интерференционные полосы Юнга, вводят с помощью телекамеры и интерфейса для управления телекамерой изображение полос Юнга в ЭВМ, по известным алгоритмам определяют угол наклона и период df полос Юнга, которые пересчитывают в компоненты вектора смещения спеклов х(х,y), y(х,y) [2].

Недостатком известного способа является необходимость оцифровки и обработки ТV-изображений, что накладывает ограничение на быстродействие обработки спеклограмм (так, при использовании ЭВМ РDР 11/34 время вычислений, приходящееся на одну точку составляет 45 с, при использовании матричных процессоров, например ЭВМ-типа РDР 11/23⁺ - приблизительно 1 с [2]). Кроме этого, следует отметить высокую стоимость ТV-камер и системы обработки ТV-изображений.

Целью изобретения является повышение быстродействия обработки спеклограмм.

Поставленная цель достигается тем, что в способе обработки спеклограмм, включающем просвечивание лучом непрерывного лазера, получение на экране за спеклограммой интерференционных полос Юнга, полосы Юнга сканируют системой из двух щелевидных интегрирующих фотоэлементов, причем фотоэлементы располагают на оси ОY прямоугольной декартовой системы координат ОХY (связанной с фотоэлементами) на равном расстоянии с разных сторон от начала координат, сканирование проводят вдоль оси ОХ₁ неподвижной декартовой системы координат ОХ₁Y₁, начало которой совпадает с началом системы координат ОХY, причем таким образом, что центр интерференционной картины двигается по оси ОХ₁, угол наклона (фотоэлементов относительно неподвижной системы координат ОХ₁Y₁ изменяют после каждого сканирования с заданным шагом, по характеру электрических сигналов с фотоэлементов l₁(t), l₂(t) определяют значение угла наклона полос Юнга относительно оси ОY и период полос Юнга df, при этом используют совокупность или один из следующих критериев: при = "контраст" и амплитуда сигналов l₁(t), l₂(t) будут максимальны, временной сдвиг между максимумами l₁(t), l₂(t) равен нулю, а фигура Лиссажу, получающаяся при подаче сигнала l₁(t) на Х-вход, а сигнала l₂(t) на Y-вход самописца или осциллографа имеет излом на вершинах лепестков, период полос Юнга df определяют при = либо по расстоянию между минимумами сигнала l₁(t) или l₂(t), либо по основной частоте Фурье - образов сигнала l₁(t) или l₂(t).

На фиг. 1 представлена схема устройства для реализации предлагаемого способа; на фиг.2 и 3 - графики I₁(t), I₂(t) и фигура Лиссажу; на фиг.4 - иллюстрация операции сканирования полос Юнга.

Устройство включает лазер 1, последовательно расположенный на оси излучения лазера, спеклограмму 2, вращаемое зеркальце 3, причем спеклограмма установлена на платформу 4, сканируемую в двух перпендикулярных оси лазера направлениях, а ось вращения зеркальца 3 перпендикулярна оси излучения лазера. На некотором расстоянии от оси излучения лазера расположена система из двух щелевидных интегрирующих фотоэлементов 5 и 6, причем фотоэлементы расположены на оси ОY прямоугольной декартовой системы координат ОХYZ (связанной с фотоэлементами) на равном расстоянии с разных сторон от начала координат. Ось ОZ системы ОХYZ проходит через точку пересечения оси излучения лазера 1 и оси вращения зеркальца 3, система фотоэлементов 5 и 6 имеет вращательную степень свободы относительно оси ОZ. Фотоэлементы 5 и 6 электрически соединены с электронным блоком 7, с выходом которого соединены отображающие устройства 8 (графопостроитель дисплей и т.п.). На фиг.2а,б; 1 - график сигнала l₁(t), 2 - график сигнала l₂(t), - временная задержка между максимумами сигналов l₁(t) и l₂(t), на врезке на фиг.2б изображена вершина фигуры Лиссажу без излома в увеличенном масштабе. На фиг.2б приведен характерный вид фигур Лиссажу, получающихся при одновременной подаче сигнала l₁(t) на Х-вход, а сигнала l₂(t) на Y-вход самописца или осциллографа. На фиг.3 приведена иллюстрация операции сканирования полос Юнга. На фиг.3 1 и 2 - щелевидные интегрирующие фотоэлементы, 3 - полосы Юнга, - угол между прямоугольной декартовой системой координат ОХY, связанной с фотоэлементами и неподвижной декартовой системой координат ОХ₁Y₁, - угол наклона полос Юнга к оси ОY₁, df - период полос Юнга.

Способ осуществляется следующим образом.

Спеклограмму 2 в исследуемой точке просвечивают лучом непрерывного лазера 1, получают в плоскости ОХ₁Y₁ при отражении от вращающегося зеркальца 3 бегущие вдоль оси ОХ₁ и пересекающие фотоэлементы 5 и 6 полосы Юнга 9, после каждого оборота зеркальца 3 угол поворота системы фотоэлементов 5 и 6 относительно неподвижной системы ОХ₁Y₁изменяют с заданным шагом, подают на вход электронного блока 7 электрические сигналы с фотоэлементов 5 и 6 и электрический сигнал, содержащий информацию об угле поворота , входные сигналы, содеpжащие информацию о смещении спеклов, обрабатывают в электронном блоке 7 и выводят в требуемой форме на отображающие устройства 8 (графопостроитель, дисплей и т.п.).

В предлагаемом способе важным является применение протяженных интегрирующих фотоэлементов, а не точечных, что позволяет извлекать информацию из интерференционных полос Юнга низкого контраста за счет усреднения специфических флуктуаций яркости, присущих световому полю за счет суммирования яркости вдоль выделяемого направления. Расположение фотоэлементов по разную сторону от центра сканируемой интерференционной картины и их щелевидная форма позволяет избежать засветки фотоэлементов ярким центральным пятном, а также позволяет с большой точностью определить выделенные направления в распределении интенсивности полос Юнга - т.е. их угол наклона . Определение угла наклона по виду фигур Лиссажу является важным моментом в предлагаемом способе, поскольку, как показали испытания, форма фигур Лиссажу очень чувствительна к изменению угла наклона фотоэлементов относительно сканируемых полос Юнга и является удобным критерием для определения угла (точность определения по этому критерию составляет 0,5^о).

Использование предлагаемого способа обработки спеклограмм позволит по сравнению с прототипом повысить быстродействие обработки спеклограмм и снизит стоимость оборудования, необходимого для реализации способа, при сохранении точности обработки.