ностей в канале, формирующих распределение весовой функции на заданной поверхности.
Электромагнитный метод измерения расхода пульпы позволяет получать текущую информацию о расходе пульпы, кинематической структуре потока и распределении по сечению канала фазового состава. Соответствующие средства измерений могут найти применение на обогатительных фабриках, угольных шахтах, а также при строительстве плотин, дамб и других крупных гидросооружений.
ЛИТЕРАТУРА
I. Асауленко И.Л., Витошкин Ю.К., Карисик В.М.. Криль СИ.. Очеренко В.Ф. Теория и прикладные аспекты гндро-
транснортирования твердых материалов. Киев: Наукова думка, 1981.
2. Кремлевский II.¡1. Расходомеры и счетчики количества. J1.: Машиностроение, 1977.
3. TrachtlcrA. Extensions of elcctromagnctic flow measurement to flow imaging, accurate flowrate measurement and determination of rhcological parameters // IMHKO-XIV World Congress. Finland, 1997. Ybl. VI, №9-12.
4. Велып И.Д.. Михайлова Ю.В. Метод имитационного моделирования электромагнитных расходомеров //11риборы и системы управления. 1997. №11.
Иван Дмитриевич Велып - д-р техн. наук, зав. лаборатория) ГНЦ РФ ПИИТетоприбор S (095) 2J 7-2438
УДК.535.41
ПАНОРАМНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕФОРМАЦИЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ТЕЛ
Е. Л. Краснопевцев
Анализируется панорамный интерферометр с цилиндрической голограммой, исследующий деформированное состояние тел цилиндрической формы. Он измеряет все компоненты вектора перемещения во всех точках поверхности с постоянной чувствительностью, что не удается получить традиционными методами. Пороговая чувствительность составляет (0,3...1,3) мкм/полосу, диапазон измерений (0,15...25) мкм. Разработаны основы томографического метода измерения радиальной деформации элементов стенки цилиндрической оболочки.
ВВЕДЕНИЕ
Совершенствование проектирования и изготовления деталей ответственных конструкций основано на анализе их деформированного состояния. Традиционные оптические методы экспериментальной механики разработаны для исследований, главным образом, плоских объектов [1]. Если исследуемая поверхность существенно криволинейна, то эти методы не позволяют измерить во всех точках все компоненты вектора перемещения с постоянной чувствительностью, поскольку симметрия используемых волновых поверхностей и лучей не согласуется с симметрией объекта, и разные его точки оказываются в разных отношениях к средству измерения. Необходимо разрабатывать специализированные методы и средства измерения для каждого типа формы деталей, широко представленных в технических конструкциях. Панорамные интерферометры [2-5] решают поставленную задачу для объектов цилиндрической формы. При помощи конических зеркал формируются цилиндрические и конические волновые поверхности, осевая симметрия которых соответствует симметрии объекта. Все его точки освещаются под одинаковым углом, а рассеянные волны преобразуются одинаковым образом. В результате кардинально упрощается процесс получе-
ния и количественного анализа интерфермрамм, наблюдается картина деформированного состояния всей поверхности тела диаметром (5... 100) мм с одинаковой чувствительностью во всех точках, обнаруживаются зоны аномальных перемещений, определяются интегральные характеристики поля деформаций, измеряется вектор перемещения с пороговой чувствительностью (0,3... 1.3) мкм на полосу в диапазоне (0,15...50) мкм. Чувствительность измерения разных компонент различна, по для каждой компоненты она одинакова во всех точках изучаемой поверхности.
В настоящей работе представлен панорамный интерферометр с большой угловой апертурой, которая достигается фиксацией первичной оптической информации на цилиндрическую голограмму, расположенную вблизи объекта. Для получения набора панорамных интерфс-рограмм голограмма разворачивается в плоскость. Изучаются изменения, происходящие при этом с изображением объекта и с интерференционной картиной. Излагаются основы количественного анализа ннтерферофамм. Приводя тся результаты исследования деформированного состояния сварного трубопровода. Разработаны основы метода томографического исследования цилиндрических оболочек.
а) б)
Рис. 1. Панорамный ншсрфсромсгр с цилиндрической го.юграмчой (а) и расположение кардинальных нейтрон (б)
ПАНОРАМНЫЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР С ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ГОЛОГРАММОЙ
Интерферометр с цилиндрической голограммой предназначен для измерения вектора перемещения точек поверхности, а также для измерения радиальной деформации элементов объема оптически прозрачной стенки цилиндрической оболочки. Осевое сечение интерферометра представлено на рис. 1, а. Плоская осевая когерентная волна А отражается от стального конического черкала С диаметром (110...300) мм с углом 90° при вершине и становится цилиндрической волной. 13 качестве опорной волны она проходит через фотоэмульсию //, расположенную на цилиндрической подложке, и падает на объект В. Если поверхность В рассеивает падающее излучение, то оно пересекает фотоэмульсию, расположенную вблизи объекта, под разными ушами. Полученная двух экспозиционная голограмма разворачивается в плоскость и освещается вдоль нормали плоской вос-
станавлнвающей волной. Развёрнутое изображение поверхности объекта с системой интерференционных полос регистрируется в коллимнрованных лучах вдоль нормали, а также в осевом н в тангенциальном направлениях. Панорамная интерферограмма, наблюдаемая вдоль нормали, определяется радиальной компонентой вектора перемещения, которая не искажается при разворачивании голограммы. Две другие интерферограммы обусловлены линейной комбинацией трёх компонент вектора перемещения, претерпевающих изменения при разворачивании голограммы. Эти изменения зависят от угла наблюдения и для коллимнрованных лучей одинаковы для всех точек.
Полученные панорамные интерферограммы используются ятя качественного анализа деформированного состояния, для выявления зон аномальных перемещений, характеризующихся резким повышением плотности интерференционных полос. В качестве иллюстрации на рис. 2, а приведена интерферограмма вдоль нормали трубопровода
а)
Сечение С - С:
ж, мкм
X, мм
б)
Рис. 2. Рашёрну таи панорамная ннгерферограмма сварного трубопровода
16_ Бепвогъ & БуЯетБ • №1. 2001
диаметром 50 мм, длиной 250 мм, толщиной стснок 1 мм с осевым сварным швом в области А-А. Трубопровод нагружается внутренним давлением 10 апм. Интерференционные полосы являются изолиниями радиальных перемещении. В сечении С-С наблюдается аномально большой градиент прогибов вблизи области А-А, вызванный нод-крсн.тяющнм действием сварного шва. График прогиба в сечении С-С надставлен на рис. 2, б. При циклических на1рузках возможно разрушение стенки трубопровода в сечении С С вблизи сварного шва. Полученные результаты способствовали совершенствованию техполопш изготовления трубопровода.
ИЗОБРАЖЕНИЕ, СОЗДАННОЕ РАЗВЕРНУТОЙ ГОЛОГРАММОЙ
Для количественного анализа интерферограмм необходимо найти связи между размерами объекта и его тображенпя, созданного развёрнутой голограммой. Голограмма фиксирует при записи микроструктуру интерференционных пучностей, возникающих при наложении опорной и объектной волн. При восстановлении главного голотрафнческого изображения интерференционные пучности рассматриваются как зеркальца, от которых отражается восстанавливающая волна. Разворачивание голограммы изменяет положение зеркалец, их ориентацию и расстояния между ними. Последний фактор усиливает расфокусировку изображения и зашумлённость спекла-ми с ростом ynia наблюдения и толщины фотоэмульсии. В качестве объекта рассматривается точечный рассеива-тель, из множества которых складывается любая диф-фузно рассеивающая поверхность. Решение разложено по степеням (b/R) и ограничено первым порядком, где b - радиальное расстояние между объектом и фотоэмульсией, R - радиус кривизны фотоэмульсин. Расстояние bt от развёрнутой голограммы до изображения, атакжетангенциальный размер изображения v,, определяются соотношениями [2]
¿l=¿>[l+^(U^tg2p)], v = v,(l--£) (1)
где v-тангенциальный размер объема, (5 - угол, отсчитываемый от нормали, под которым излучение идет от объекта, причём (i ¿ 45°, (b, v) « R. Осевой размер
объекта при этом не изменяется. Из (1) следует, что изображение в коллнмнрованных лучах является сфокусированным. Для уменьшения аберраций, возникающих при разворачивании голограммы, следует уменьшать b/R и р. Полученные результаты подтверждены метрологическим экспериментом. Изучалась алюминиевая оболочка, имеющая R - 13 мм, Ь = 2 мм, L = 37 мм, на поверхность которой нанесена ортогональная сетка. На рис. 3 приведены изображения, полученные с развёрнутой голограммы в тангенциальной а и осевой б плоскостях под углом 30°. Осевые линии сеткн расположены на рисунках вертикально.
Количественный анализ интерферограмм основан на соотношениях между исходными и полученными в результате разворачивания голограммы интерференционными картинами, которые определяются исходными (ii,v,w) и «развернутыми» (»,,»',,»! ,) компонентами вектора перемещения. Осевая компонента и при этом не изменяется, тангенциальная компонента v преобразуется согласно (1), радиальная компонента и- не изменяется, если наблюдается в осевой плоскости, и преобразуется так же, как дифференциал величины b в выражении (1) при наблюдении в перпендикулярной к оси плоскости. В результате получаем
^
=". V = V, (1 - —>, И'Л = W.
к
wll=»f[l+^(H-Itg2p1)]. (2)
Для измерения (н , v, п',) развёрнутое изображение и интерференционная картина фотографируются в коллнми-рованных лучах, задаваемых ушами Р, ну, представленными на рис. 1, б. Используется основное уравнение голо|ра-фической интерферометрии l" v| + u,1)=wi (р,, у)А,
|дс í>, и <?в единичные векторы оевещення и наблюдения, т - абсолютный порядок интерференционной полосы, наблюдаемой в направлении (P|f у). Из этого уравнения для направления вблизи нормали у-0, Р, = £ (£«1),
с учётом (2), получаем w= — /н(е,0) . Для осевой плоскости интерферометра при у = 0, р, # 0, находим
и =-
вт Д
>n(ß„0)-l+C°sßt т(е,0)
. Выбирая тан-
генциальную плоскость наблюдения при у = 90®, (3, * 0, получаем
¿¡п/?,
1
Л 1 2
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.