Мобильный голографический комплекс УГНИ предназначен для неразрушающих исследований натурных конструкций при воздействии различных эксплуатационных нагрузок. В состав комплекса входят передвижной голографический интерферометр с гидроподъемником, система лазерной накачки и стойка управления. Комплекс позволяет регистрировать голограммы и интерферограммы объектов размером до3х3 м как в лабораторных, так и в цеховых условиях. Голограммы регистрируются на фототермопластическую пленку, не требующую “мокрого” проявления, а восстановленное изображение выводится на монитор. В состав комплекса входит система ввода голографической информации в ЭВМ и пакет прикладных программ для обработки результатов измерений.

Комплекс УГНИ (установка голографическая для неразрушающих исследований) предназначен для регистрации голограмм и голографических интерферограмм крупногабаритных объектов в лабораторных и заводских условиях, проведения голографических измерений, испытаний и неразрушающего контроля. Области применения комплекса УГНИ традиционны для голографической интерферометрии с поправкой на отсутствие виброизолированного стола, что затрудняет измерение статических характеристик, однако позволяет проводить исследования в широком диапазоне динамических нагрузок. Выделим следующие области применения научных исследований.

Анализ вибраций. Определение форм колебаний, измерение полей виброперемещений, вибродеформаций, виброскоростей и виброускорений поверхности конструкций.

Анализ деформированного состояния при быстропротекающих воздействиях. Определение параметров взрывных и ударных волн (амплитуд, скоростей, особенностей переотражения на границах) в различных материалах.

Анализ деформированного состояния вращающихся объектов. Определение форм колебаний, полей виброперемещений и вибродеформаций, а также деформаций под действием центробежных сил.

Дефектоскопия. Выявление скрытых дефектов (расслоений, разрывов армирующих элементов) в композитных материалах, резине, элементах сотовых конструкций. Кроме применений научно-исследовательского характера подобные комплексы широко применяются в некоторых отраслях промышленности.

Автомобильная промышленность. Вибрационная и прочностная доводка двигателя, трансмиссиии, силового каркаса, кузова, а также их элементов.

Турбостроение. Анализ вибропрочности дисков и лопаток турбин.

Ракетостроение, авиапромышленность. Анализ деформаций узлов и деталей при вибрационных, ударных, тепловых воздействиях, при нагружении внутренним давлением; выявление дефектов в узлах из композитных материалов.

Производство звуковоспроизводящей техники. Оптимизация амплитудно-частотных характеристик динамических головок, акустических систем, улучшение звучания музыкальных инструментов.

Производство бытовой электроаппаратуры. Снижение уровня вибраций и шума электроприборов (пылесосы, стиральные машины, холодильники, кофемолки, миксеры и т.п.).

Станкостроение. Снижение вибрации и шума станков и агрегатов, повышение прочности инструментов.

Общий вид комплекса УГНИ в рабочем состоянии приведен на рис.1. Следует отметить, что отдельные устройства и блоки не только работают в составе комплекса, но имеют самостоятельное функциональное значение и могут использоваться отдельно.

Регистрация голографических интерферограмм осуществляется следующим образом: сигнал датчика, дающий информацию о процессе, поступает на соответствующий вход системы управления. В режиме настройки осуществляется синхронизация работы блоков устройства, выбирается необходимый режим регистрации, устанавливаются необходимые интервалы между лазерными импульсами или фазы исследуемого процесса, требуемые задержки по каналу выхода внешней синхронизации (например, для инициации взрыва, удара и т.д.) или внутренней синхронизации (когда запуск осуществляется самим процессором, например, таймером, датчиком взрыва, давления и т.п.). Вся информация в режиме настройки поступает только на запоминающий осциллограф, работающий в режиме без запоминания и запускаемый импульсами настройки с частотой 50 Гц. Никаких сигналов по управляющим выходам системы управления (поджига ламп накачки, управления ячейкой Поккельса, управления фототермопластическим регистратором, внешней синхронизации) при этом не формируется для исключения повреждения отдельных блоков или их преждевременного срабатывания. После настройки система управления переключается в режим регистрации, а осциллограф - в режим запоминания. Включаются система охлаждения и зарядные устройства импульсного лазера, заряжаемые до определенных уровней. Энергии зарядов выбираются исходя из требования не перенакачки задающего генератора, что может привести к неодномодовому режиму излучения, а также из условия требуемой энергии на выходе лазерных усилителей, которая зависит от размеров объекта, расстояния до него и коэффициента отражения лазерного излучения от объекта. Энергия в опорном пучке может при этом регулироваться (ослабляться) с помощью системы фильтров, что позволяет оптимизировать соотношение между опорным и объектным лучами на голограмме. После заряда осуществляется регистрация нажатием кнопки “Пуск” на блоке системы управления, либо на выносном пульте дистанционного управления. При этом сначала формируется сигнал включения термопластического регистратора и только после того, как этот регистратор придет в готовность и сформирует соответствующий ответный сигнал, формируются последовательно сигналы в канале поджига ламп накачки, в канале управления ячейкой Поккельса и в канале внешней синхронизации (см. рис.2). Это позволяет осуществлять регистрацию в незатемненном помещении, т.к. за короткий промежуток времени между готовностью термопластического носителя и регистрацией не происходит его засветки некогерентным естественным светом (за исключением случаев прямого попадания солнечных лучей или аналогичной мощной засветки на термопластический носитель).

После регистрации голографическое изображение восстанавливается на месте с помощью вспомогательного гелий-неонового лазера и телевизионной системы. Лазер и видеокамера расположены на мобильном оптическом столе, монитор телевизионной системы - в стойке управления. По желанию пользователя полученная интерференционная картина может быть записана на видеомагнитофон или введена сразу в ПЭВМ с помощью модуля ввода.

Вспомогательный лазер используется для юстировки задающего генератора, усилителей и голографического интерферометра.

На рис.3-5 приведены примеры восстановленных голографических интерферограмм, полученных с помощью комплекса УГНИ во время испытаний в ряде организаций.

Размер регистрируемой области, м х м 3х3

Глубина регистрируемой области, м более 2,0

Наличие затемнения при работе не требуется

Напряжение питания, В 220

Потребляемая мощность, кВт не более 3,0

• оптический стол 820х1660х760/780
• стойка блока питания 600х554х1820/360
• стойка блока управления 600х554х1820/80

Расход водопроводной воды, л/мин не более 10

Длина волны излучения, нм 694,3

Режимы генерации одно- и двухимпульная модуляция; свободная генерация

Длительность модулированного импульса, нс 80

Длительность импульса свободной генерации, мкс 1200

Междуимпульсный интервал, мкс 50-800

Энергия излучения, Дж/имп 1,0

Длина когерентности, м не менее 2,0

Напряжение сигнала датчика, В 0,001-10

Количество синхронизируемых сигналов 3

Количество режимов синхронизации(регистрации) около 20, в т.ч.:

• ручной, с цифровой установкой интервалов
• с синхронизацией с фазой процесса
• с синхронизацией с фазами двух процессов
• с внешним запуском
• с инициацией процесса
• комбинация нескольких режимов

Тип модулятора ячейка Поккельса

с иммерсией

Размер модулятора, мм х мм 40х40

Величина четвертьволнового напряжения

Количество управляющих импульсов 1 или 2

Длительность переднего фронта управляющего импульса, нс не более 80

Рабочий диапазон длин волн, нм не менее 550-1300

Размер кадра голограммы, мм х мм 40х40

Материал подложки стекло

Время проявления, с не более 2

Время готовности, с не более 2,5

Дифракционная эффективность, % не менее 5

Чувствительность видикона, Лк 10

Разрешение видикона в центре, ТВ-линий 400

Размер экрана монитора (диагональ), см 23

Формат изображения 512х512

Количество уровней квантования 64 - 256

Время ввода кадра, мс не более 200

Экспериментальные образцы комплекса УГНИ были поставлены и испытывались в лабораториях ВНИИОФИ (г. Москва), АвтоВАЗе и КамАЗе, Казанском авиационном институте, Лазерном центре АН Казахстана (г. Алма-Ата), институте электроники АН Казахстана (г. Приозерск, Казахстан). Полученный при этом опыт позволяет утверждать, что после проведенных доработок комплекс УГНИ не уступает, а в некоторых случаях и превосходит по параметрам аналогичные установки фирм “Роттенкольбер” (Германия) и “Ньюпорт” (США).

Авторы выражают благодарность директору Вильнюсского завода “Матас” Турченкову А.И., начальнику КБ завода Данилову Р.П., конструкторам Клименко А.И., Голод И.А., начальнику экспериментального цеха Быкову В.А. за разработку технической документации и изготовление экспериментальных образцов комплекса УГНИ, а также ведущему научному сотруднику ВНИИОФИ Антонову Е.А. за научную и техническую помощь при испытаниях комплекса.