Введение. Цели и задачи курса.
advertisement
Специальные главы физики Физика является теоретической основой всех технических дисциплин и, наряду с математикой, базой инженерного образования “Большая часть видимого нами строения мира кажется очам нашим совсем иначе, как она в самом деле находится. Несмотря на сие, рассматривание видимого разнообразия мира также имеет свою пользу и ведет нас к истине” “Краткое руководство к физике, для употребления в народных училищах Российской Империи, изданного по Высочашему Повелению Царствующей Императрицы Екатерины Второй в Санкт-Петербурге, лета 1787 -го”: «Сон разума порождает чудовищ.» Гойя. Гужов Владимир Иванович доктор технических наук профессор кафедры «ССОД» optic.cs.nstu.ru vig@edu.nstu.ru № АТ-33 № АТ-34 1 Агафонов Владислав Евгеньевич 1 Агафонов Владислав Евгеньевич 2 Анисимов Илья Максимович 2 Анисимов Илья Максимович 3 Баутин Александр Сергеевич 3 Баутин Александр Сергеевич 4 Башкиров Артем Евгеньевич 4 Башкиров Артем Евгеньевич 5 Белешова Быйансура Николаевна 5 Белешова Быйансура Николаевна 6 Болотова Мария Александровна Болотова Мария Александровна 7 Гунина Елизавета Ивановна 6 8 Дикалов Дмитрий Андреевич 7 Гунина Елизавета Ивановна 9 Дронова Влада Сергеевна 8 Дикалов Дмитрий Андреевич 10 Карнаухов Евгений Игоревич 9 Дронова Влада Сергеевна 11 Кромм Николай Юрьевич 12 Маюн Сергей Юрьевич 13 Модогорова Эржена Александровна 14 Орлов Илья Владимирович 10 Карнаухов Евгений Игоревич 11 Кромм Николай Юрьевич 12 Маюн Сергей Юрьевич 13 Модогорова Эржена Александровна 14 Орлов Илья Владимирович Одним из крупнейших достижений XIX века является осуществление ряда уникальных измерений, обогативших науку многими научными результатами в различных областях знаний Это выполненные впервые Юнгом измерения длин волн видимого света (0.42-0.47 мкм) и определение размера молекулы Измерение Майкельсоном диаметра гигантской звезды Бетельгейзе, отстоящей на расстояние примерно 200 световых лет, определение им же нового эталона метра в виде длины световой волны красной линии кадмия. В полученном значении 0.64384691, только через 50 лет было внесено уточнение лишь в восьмой знак И все это благодаря открытию Юнгом интерференции световых волн и созданию на этой основе интерферометров с уникальными возможностями Схемы интерферометров отличаются принципиальной простотой, а в качестве эталона используется физическая константа - длина световой волны Целью интерферометрии является сравнение мало отличающихся друг от друга волновых фронтов - исследуемого и эталонного. В качестве эталонного фронта можно было использовать либо плоскую, либо сферическую волну. А это значит, и исследуемые объекты должны создавать волны с фронтами близкими к эталонным, т.е. исследовать можно лишь оптически совершенные объекты - зеркала, линзы, пластины Поэтому применение интерференционных методов до изобретения лазеров и голографии было весьма ограничено После изобретения лазеров в интерферометрии произошел качественный скачок. Лазерные интерферометры, суть которых осталась классической изменился только источник света - позволяют измерять расстояния до десятков и сотен метров при той же точности Использование голографического принципа записи волновых фронтов, позволило запоминать как угодно сложную световую волну и восстанавливать ее в любой момент времени Методы голографической интерферометрии можно рассматривать как перенос методов классической интерферометрии на широкий класс объектов, которые ранее находились за их пределами Оптические свойства объектов, сложность их формы практически перестали играть роль, а поэтому интерференционные методы оказались теперь пригодными для исследования промышленных деталей и конструкций в заводских условиях Наиболее перспективным является применение этих методов для решения ряда задач экспериментальной механики Это заложено в самой природе голографических методов, позволяющих определять смещения поверхности объектов, а через них деформации, напряжения, дефекты структуры, измерять амплитуды вибраций и исследовать формы колебаний, измерять параметры рельефа сложных поверхностей и производить сравнение объектов с эталонными Интерференционные методы позволили осуществить переход от измерения пространственно распределенных величин в дискретных точках к получению измерительной информации сразу по всему полю исследуемого объекта бесконтактным способом, с высокими точностью и быстродействием. Задача состоит в том, чтобы извлечь эту информацию, расшифровать и представить в соответствующем виде Иногда это сравнительно просто, если решаются так называемые качественные задачи, когда уже сам характер интерференционной картины позволяет делать важные выводы о состоянии, изменениях в объекте Однако в подавляющем числе случаев экспериментатора интересует не только качественная картина, но и количественная информация о процессах, происходящих а объектах Для этого нужны системы в виде измерительно-вычислительных комплексов, в задачу которых входит получение информации, ее преобразование, обработка и расшифровка и представление результатов в соответствующем виде Оптические информационные технологии пережили бум после изобретения лазеров и голографии. Одно время казалось, что электронные системы вот-вот должны уступить им свое место. Однако эйфория оказалась преждевременной, пока в универсальности и в широте применения оптические методы уступают электронным Поэтому в настоящее время наиболее перспективна разработка гибридных систем, сочетающих одновременное использование оптических методов и устройств получения информации и электронных методов и средств ее измерения и обработки В таких системах в качестве первичного системного преобразователя используется интерферометр, преобразующий поле измеряемых величин в поле яркости интерференционной картины, которое, в свою очередь, с помощью электронно-оптических устройств преобразуется в цифровую форму для последующей обработки компьютером Задачей расшифровки является выделение полезной информации по интерференционной картине. Ее можно разбить на три части: - определение распределения поля фазовых разностей интерферирующих волновых фронтов по картине интенсивностей в пределах периода - устранение фазовой неоднозначности, присущей всем фазовым методам - определение характеристик исследуемого объекта по фазовому распределению Прослеживая тенденцию развития когерентно-оптических систем измерения, контроля и диагностики на ближайшее время можно заключить, что они будут состоять на 10% из оптики, 10% из механики, на 20% из электроники и на 60% из алгоритмического и математического обеспечения Поэтому наиболее важное значение приобретает разработка новых алгоритмических подходов, методов расшифровки и математических методов обработки На смену классической приходит компьютерная интерферометрия. Основным ее отличием является использование компьютера не только для обработки, но и для управления процессом получения интерференционной картины
