Векторный метод поворотной компенсации для измерения

П.А. ВЕДЕРНИКОВ1, В.В. ИСАЧЕНКО, Ю.В. СВИРИДЕНКО
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
1Опытное конструкторское бюро «ГИДРОПРЕСС», Подольск
ВЕКТОРНЫЙ МЕТОД ПОВОРОТНОЙ КОМПЕНСАЦИИ
ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЬЕЗООПТИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ
Рассматривается усовершенствованный метод измерения сигналов пьезооптических датчиков, которые являются
эффективным средством измерения остаточных напряжений в элементах оборудования ЯЭУ.
В докладе представлены основные положения векторного метода поворотной компенсации для измерения пьезооптических эффектов. Векторный метод разработан с использованием компьютерного моделирования оптической системы полярископа поворотной компенсации.
Математическая модель оптической системы полярископа поворотной компенсации построена на основе
матричного метода Джонса, в котором каждому оптическому элементу соответствует определенная матрица. Получены соотношение для определения значения интенсивности светового пучка при прохождении им
оптической системы полярископа в зависимости от разности хода и направления главных осей компенсатора и фотоупругой модели (фотоупругого покрытия).
Анализ математической модели показал возможность определения полного вектора пьезооптического
эффекта (порядка полосы и параметра изоклины) по результатам измерения двух разных углов компенсации
в исследуемой точке без перенастройки полярископа [1]. Предлагается алгоритм определения вектора пьезооптического эффекта. На первом этапе с помощью полярископа поворотной компенсации измеряются
углы компенсации, они соответствуют минимумам интенсивности в исследуемой точке. При повороте компенсатора от –450 до 1350 существуют два минимума интенсивности, соответствующие различным углам
компенсации (rk1,rk2). Построены калибровочные поверхности показывающие, что различным значениям
вектора пьезооптического эффекта соответствуют различные пары углов компенсации (rk1,rk2). Это дает возможность однозначного определения порядка полосы и параметра изоклины модели. Далее по экспериментально определенным значениям углов (rk1,rk2) строится система уравнений для полного вектора пьезооптического эффекта:
 I (d k , rk 1 , d m , rm )  0
,

 I (d k , rk 2 , d m , rm )  0
где I – интенсивность светового пучка, dk – разность хода в компенсаторе, dm – порядок полосы модели, rm –
параметр изоклины модели.
В результате решения системы однозначно определяется полный вектор пьезооптического эффекта в исследуемой точке. Предложенная методика дает возможность построения автоматизированной системы измерений на базе полярископа поворотной компенсации и унифицированного программного обеспечения для
определения пьезооптических эффектов.
Представлены результаты статистического моделирования погрешностей измерительной системы полярископа поворотной компенсации по методу Монте-Карло. Моделирование проводилось согласно предложенной методике определения пьезооптических эффектов. Погрешности соответствуют нормальному распределению. Показана более высокая точность векторного метода поворотной компенсации по сравнению с
известными методами измерений.
Векторный метод поворотной компенсации дает возможность:
- однозначно определить полный вектор пьезооптического эффекта без перенастройки полярископа;
- построить эффективную автоматизированную информационно-измерительную систему;
- проводить измерения с высокой точностью.
По результатам проведенных исследований предложен проект экспериментальной установки.
Список литературы
1. Ведерников П.А. Измерение остаточных напряжений с использованием пьезооптических датчиков.// Диссертация на соискание
ученой степени кандидата технических наук. – Москва, 2000.