Автоматизированные интерференционные измерительные системы

Интерференционные картины содержат очень большой объем информации, который должен быть обработан и расшифрован для получения количественных оценок. Для анализа результатов в реальном времени необходимы интерференционные информационноизмерительные системы, в задачу которых входят получение информации, ее преобразование, обработка и расшифровка, а также представление результатов в соответствующем виде.

СТРУКТУРА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

Особенностью когерентно-оптических измерительных систем является их гибридный характер. Интерференционные измерительные системы состоят из источника когерентного излучения (лазера), оптической установки (интерферометра), устройства ввода оптических изображений в компьютер и собственно компьютера с набором периферийных устройств. Компьютер в подобных системах выполняет функцию сбора и обработки информации [I — 4]. Процессы преобразования представлены на рис. 6.1 [5].

Рис. 6.1. Преобразование информации в интерференционных измерительных системах.

Здесь U (x, y) — поле перемещений по поверхности объекта; Ф (х, у) — разность фаз отраженного от объекта и эталонного волновых фронтов; 1(х, у) — поле яркости интерферограммы; D (x, у) — поле почернения фотоматериала промежуточного носителя; 1(т, п) — цифровой образ поля яркости интерферограммы; <�р(т, п) — цифровой образ фазовых искажений, полученный при расшифровке интерферограммы; U (w, n) — цифровой образ поля перемещений.

Процесс преобразования оптической информации в когерентно-оптических системах требует реализации операций, имеющих разную физическую природу и сложные взаимосвязи, содержит большой объем информации, причем к отдельным звеньям процесса часто предъявляются взаимоисключающие требования. Поэтому при создании и автоматизации когерентно-оптических систем необходима оптимизация как основных ее элементов, так и всей системы в целом. Сложность этих задач очень высока. Рассмотрим алгоритмы, которые позволяют при сохранении высокой точности и эффективности полностью автоматизировать процесс измерения, используя компьютер и для управления параметрами оптической установки. Процесс преобразования информации, происходящий в этом случае, показан на рис. 6.2.

Основными отличиями этой схемы являются отсутствие промежуточных фотоносителей, а также управление параметрами интерферометра, используемого для преобразования поля измеряемых величин в интерференционную картину. В настоящее время устройства оцифровки и ввода оптической информации в компьютер обладают более низким пространственным разрешением, чем традиционные фотоматериалы, поэтому необходима разработка специальных методов и алгоритмов расшифровки, не применяющих информацию о пространственном распределении фазового поля.

Рис. 6.2. Преобразование информации в автоматизированных интерференционных измерительных системах.

Такие алгоритмы основаны на использовании двух видов управляющих воздействий: изменении фазы в опорном пучке интерферометра и изменении цены полосы интерференционной картины. Для однозначного определения фазовых значений необходимы три или более линейно независимых уравнения. Независимость переменных, входящих в основное интерференционное уравнение, может быть достигнута использованием аттенюатора (линейно зависимого элемента) и фазосдвигающего элемента (линейно независимого) [6]. Рассмотренные в данной работе алгоритмы расшифровки основаны на достижении линейной независимости с помощью управляемого изменения фаз между опорным и объектным пучками.

Для автоматического расширения диапазона измерений можно изменять угол между интерферирующими пучками и коэффициент пропускания жидкости или газа, в который помещают объект. Однако наиболее высокую точность дает способ изменения длины волны источника освещения.

Рассмотрим основные схемы автоматизированных интерференционных измерительных систем.