SPRAWOZDANIE

Zastosowanie interferometrii holograficznej

Dawid Bielecki
nr indeksu: 197513
grupa G – piątek, godzina 13.15

WSTĘP

Jedną z metod dzięki której mamy możliwość badania rzeczywistych obiektów, zarówno ich stanu odkształcenia, jak i wytężenia jest tak zwana metoda interferometrii holograficznej. Umożliwia wykonanie analizy zachowania obiektu poddanego obciążeniom mechanicznym drganiom, bądź obciążeniom termicznym. Zaleta tej metody jest możliwość oceny stanu obiektu bez naruszania jego struktury. Polega ona na dokonaniu pomiaru małych przemieszczeń z zastosowaniem zasady holograficznego zapisu obrazu. [1]

W badaniach przy zastosowaniu interferometrii holograficznej stosuje się jedną z trzech technik rejestracji:

• podwójnej ekspozycji,

• czasu rzeczywistego,

• uśredniania czasowego.

Podczas ćwiczenia laboratoryjnego została wykorzystania technika podwójnej eskpozycji. Polega ona dwukrotnym zarejestrowaniu hologramu przed i po przemieszczeniu powierzchni badanego obiektu (przed i po obciążeniu siłą, ciśnieniem, itp.). W wyniku interferencji tych dwóch obrazów w odtwarzaniu interferogramów, na tle badanego przedmiotu widoczne są prążki przebiegające przez punkty o jednakowej wartości przemieszczenia w kierunku prostopadłym do płaszczyzny rejestracji. Przemieszczenia te odpowiadają przyrostowi przemieszczeń między pierwszą i druga ekspozycją. [1]

W przeprowadzonym ćwiczeniu laboratoryjnym obiekty zostały poddane obciążeniu zewnętrznemu w formie ciśnienia. Pomiar został wykonany na dwóch pokrywach o wymiarach 56x56 [mm]. W wyniku przeprowadzonych badań otrzymaliśmy interferogramy tych obiektów. Powstałe prążki obrazują powstałe wartości przemieszczeń, determinując jednocześnie wynikowe odkształcenie pokrywy. Schemat wykorzystanego układu pomiarowego prezentuje się następująco:

Składowe układu pomiarowego:

1.laser

2.przesłona (likwidowana podczas prowadzonego pomiaru) 3.zwierciadło

4.dzielnik światła 5.soczewka

6.badany obiekt (pokrywa) 7.materiał fotograficzny 8.wiązka przedmiotowa 9.wiązka odniesienia

Rys.1. Schemat układu pomiarowego

W celu dokonania pomiaru została wykorzystana wiązka światła monochromatycznego (długość fali λ= 632,8nm). Otrzymany układ interferogramów przedstawia Rys.2.i Rys.3.

Rys.2. Interferogram holograficzny dla płaskiej pokrywy zaworu.

Rys.3. Interferogram holograficzny dla pokrywy zaworu z wytłoczeniem.

W przypadku metody podwójnej ekspozycji w celu określenia przemieszczenia w funkcji odległości od krawędzi pokrywy należy wykorzystać wzór uwzględniający długość fali oraz rząd prążka interferencyjnego. Przemieszczenie 𝑧𝑖 jest opisane następującym wzorem:

$$z_{1} = \frac{N*\lambda}{2}$$

N- rząd prążka odczytany na podstawie interferogramów holograficznych

λ - długość fali (632,8nm)

Obliczenia dla prążka rzędu 11. Dla pozostałych rzędów prążków analogicznie. Obliczenia przedstawia Tabela 1 oraz Tabela 2.

$$z_{11} = \frac{11*0,6328}{2} = 3,4804\ \text{μm\ \ }$$

Tabela 1. Przemieszczenia dla płaskiej pokrywy.

Obliczenia wartości przemieszczeń dla płaskiej pokrywy zaworu
Odległość od krawędzi pokrywy L [mm]
0
1,2
2,2
3,5
5
6,1
7,3
8,4
9,5
10,8
12
13,3
14,3
15,6
16,8
18
19,2
21,2
23,5
28
32,5
36,8
38,2
39,5
40,3
41,7
42,8
44
45,1
46,5
47,5
48,9
50
51,4
52,3
53,7
54,9
56

Tabela 2. Przemieszczenia dla pokrywy z wytłoczeniem.

Obliczenia wartości przemieszczeń dla pokrywy zaworu z wytłoczeniem
Odległość od krawędzi pokrywy [mm]
0
1,65
8,6
11,2
12,8
14,4
16,1
17,6
19,5
20,2
23,5
28
32,7
35,1
36,8
38,5
40,2
41,8
43,6
45
47,6
54,3

Rys.4. Wykres przemieszczenia (wzdłuż czerwonej linii zaznaczonej na Rys.2) dla pokrywy płaskiej.

Rys.5. Wykres przemieszczenia (wzdłuż czerwonej linii zaznaczonej na Rys.3) dla pokrywy z wytłoczeniem.

Zestawienie obu przypadków w postaci jednego wykresu.

Wnioski

Na podstawie otrzymanych wyników możemy zauważyć znaczne różnice dwóch elementów. Pokrywa wraz z wytłoczeniem wykazuje znacznie mniejszą podatność na odkształcenia, pod wpływem tego samego obciążenia. Widoczny jest niemal dwukrotny wzrost podatności na przemieszczenia w przypadku elementu nie poddawanego dalszym zabiegom zwiększającym wytrzymałość elementu konstrukcyjnego. Dostrzegalny jest również odmienny rozkład powstających prążków obrazujących przemieszczenia. W przypadku pokrywy bez obróbki widać niemalże równomierny rozkład przemieszczeń, w drugim zaś przypadku widać znacznie mniejsze przemieszczenia w miejscach przetłoczenia. Związane jest to z umocnieniem poprzez odkształcenie plastyczne na zimno, zmianą struktury materiału zwiększając tym samym jego wytrzymałość oraz sztywność. Porównując oba wyniki możemy przyjąć że zastosowanie cieńszej blachy w przypadku pokrywy z przetłoczeniem może zapewnić w warunkach takiego samego ciśnienia takie same wartości wydłużenia jak w przypadku pokrywy bez przetłoczeń.