А.А.Рассоха

Приводится анализ методов, совмещающих голографическую и спекл-интерферометрию. Описала методика измерения перемещений и деформаций с помощью голограмм двойной экспозиции, полученных по схеме с ортогональным опорным пучком и по схеме Ю.Н.Денисюка с закреплением фоточувствительного сдоя вблизи исследуемой поверхности.

В свете современных знаний мы считаем, что поле реальной объектной волны обладает спекл-структурой, т.е. это поле есть результат интерференции различных угловых составляющих объектной волны, причем спекл-структура реальной объектной волны полностью зависит от микроструктуры, диффузно отражающей когерентное излучение поверхности, которая и формирует стохастическую угловую направленность множества компонент объектной волны.

Восстановленное голограммой поле объектной волны также обладает спекл-структурой, обусловленной микроструктурой поверхности объекта, однако при этом спекл-структура восстановленного поля объектной волны существенно зависит еще и от апертуры самой голограммы. Аналогично, при получении спекл-голограммы (спекл-фотографии) фиксируемая на ней спекл-структура обусловлена микроструктурой поверхности объекта, но еще зависит и от апертуры фокусирующей системы.

В работах /1-2/ исследован процесс образования спекл-структуры на восстановленных голографических изображениях и голограммах двойной экспозиции. В них показано, что спекл-структура, фиксируемая на всех видах голограмм и присутствующая на восстановленных голографических изображениях (в /2/ приведена

- 105 -

фотография спекл-струкгуры восстановленного голографического изображения), обусловлена микроструктурой поверхности объекта и однозначно с ней связана в том смысле, что смещению поверхности между двумя экспозициями однозначно соответствует смещение спекл-структуры на голограмме, спекл-голограмме и восстанавливаемом голографическом изображении. Этот вывод позволил рассмотреть существующее методы расшифровки голограмм двойной экспозиции с единых позиций спекл-интерферометрического подхода /3-6/, согласно которому образование голографических интерферограмм обусловлено интерференцией излучений, формирующих идентичные (соответствующие) спекл-пятна.

Последнее утверждение избавляет нас от необходимости принимать в голографической интерферометрии гипотезу об интерференции излучения от идентичных малых участков (или точек) исследуемой поверхности. Экспериментальным подтверждением этого утверждения может служить, в частности, то, что с восстановленного голограммой двойной экспозиции изображения по схемам, приведенным в /7/ удается однократным экспонированием записать спекл-голограмму двойной экспозиции. Это было бы невозможно, если бы интерферировали между собой излучения, формирующие неидентичные, разные спекл-пятна, так как в этом случае вместо двух спекл-структур, соответствующих двум восстановленным голографическим изображениям, на спекл-голограмме записывалась бы какая-то третья спекл-структура, образованная в результате интерференции излучений, формирующих неидентичные, разные спекл-пятна на двух изображениях.

- 106 -

лазерным лучом наблюдаемая на экране за просвечиваемой голограммой интерференционная картина обусловлена интерференцией излучений, формирующих две идентичные, но смещенные в пространстве спекл-структуры восстанавливаемых голограммой изображений. Заметим, что существовавшее объяснение наблюдаемой в этом методе интерференционной картины предполагает интерференцию излучений, формирующих два слишком протяженных для этого идентичных участка или элемента поверхности объекта. Аналогичная интерференция излучений, формирующих две идентичные спекл-структуры изображений, восстановленных голограммой с наклонным опорным пучком, наблюдается, если в область восстановления действительного изображения поместить непрозрачный экран с небольшим отверстием.

В работе /5/ предложено освещать двухэкспозиционные голограммы сфокусированного изображения со встречным опорным пучком неразведенным лазерным лучом. При отражении луча на экране наблюдается интерференционная картина, по параметрам которой определяют величину и направление перемещения объекта в пространстве. Интерференцию излучений, формирующих две идентичные смещенные в пространстве спекл-структуры, можно наблюдать также, если сфокусировать мнимое изображение, восстановленное голограммой двойной экспозиции с наклонным или встречным опорным пучком, на непрозрачный экран с небольшим отверстием.

В работе /4/ приведено простое соотношение для интенсивностей сигнал-шум в восстановленном голографическом изображении:

(1)

- 107 -

чувствительностью различных схем топографической интерферометрии. В частности, показано, что при

a₁ < l d/2p r (2)

Управляя параметрами спекл-структуры, можно изменять пределы измеряемых -величин и чувствительность схем голографической интерферометрии к различным компонентам перемещений. Например, в одном, а потом в другом направлении, последовательно определить все компоненты перемещения.

Обычно принято считать, что спекл-интерферометрия не позволяет измерять малые перемещения, измеряемые в голографической интерферометрии. Однако количественное рассмотрение соответствующих спекл-структур показывает, что если угловая апертура голограммы в голографической интерферометрии и апертура фокусирующей системы в спекл-интерферометрии совпадает, то совпадают и пределы измеряемых с их помощью перемещений.

Особый интерес при исследовании деформирования твердых тел представляет спекл-голограмма, наложенная на объект во время съемки и жестко соединенная с ним /8/. Такая спекл-голограмма двойной экспозиции при освещении поверхности через нее обладает голографической чувствительностью при расшифровке ее как обычной спекл-фотографий и является голограммой Ю.Н.Денисюка, одновременно. Кроме того, ее можно расшифровать, анализируя

- 108 -

интерференционную картину, возникающую на экране при отражении от нее неразведенного лазерного луча. Эти свойства вместе с устойчивостью схема получения таких спекл-голограмм к вибрациям делают эту схему наиболее часто применимой на практике. В /6/ предложены некоторые модификации этой схемы. В частности, для выравнивания интенсивностей в опорном и объектном пучке при слабо отражающей поверхности объекта можно в качестве опорного лучка использовать объектное излучение, возвращенное на фотопластину, наложенную на объект, например, с помощью зеркала со щелями, через которые освещается исследуемая поверхность.

Для выравнивания чувствительности голографической интерферограммы к перемещениям в плоскости фотопластины и в направлении нормали к ней предложено записывать голограмму двойной экспозиции в ортогональных пучках, т.е. направлять опорный пучок параллельно фотопластине по нормали к объектному пучку.

Таким образом, вместе с изложенными выше модификациями защищенный авторскими свидетельствами способ измерения деформаций /8/, предполагающий получение спекл-голограммы, наложенной на поверхность объекта во время записи и скрепленной с ней, является достаточно эффективным средством исследования деформирования и разрушения материалов и элементов конструкций, в том числе в производственных условиях и в условиях эксплуатации /9-10/.

Полезным представляется создание на основе этого способа голографических датчиков (давления, деформации, температуры и др.), а которых голограмма одной экспозиции чувствительного элемента скреплена с самим чувствительным элементом, а измерения заключаются в анализе интерференционной картины, возникающей, например, в результате интерференции излучения, формирующего восстановленное голографическое изображение чувствительного элемента, и излучения, отраженного от чувствительного элемента. При этом трудоемкой юстировки такого датчика относительно лазера при его установке в рабочее положение можно избежать, если чувствительный элемент хотя бы частично выполнить с зеркальной поверхностью.

- 109 -

Схема записи спекл-голограммы, наложенной на поверхность и прикрепленной к нему, с последующей расшифровкой ее как спекл-фотографий, голограммы Ю.Н.Денисюка или голограммы сфокусированного изображения (т.е. по интерференционной картине, образующейся при отражении от такой голограммы двойной экспозиции неразведенного лазерного луча) достаточно эффективна и при исследовании быстропротекающих процессов деформирования твердых тел с диффузно отражающей поверхностью. Так нами на установке УИГ-1 с импульсным лазером в режиме без оптического квантового усилителя с пьезоэлектрической синхронизацией импульса излучения с моментом прихода ударной волны к исследуемой поверхности металлического объекта получена спекл-голограмма, вплотную наложенная на исследуемую поверхность. Ее дифракционная эффективность как голограммы Ю.Н.Денисюка составляла не менее 30% при расстоянии от фотопластины до объекта не более i мм.

1. В.Е.Гайдачук, А.А.Капустин, А.А.Рассоха. Экспериментальное исследование процесса деформирования образцов из композиционных материалов методом "спекл"-голографии. В кн: Всесоюзн. конф. "Автоматизация исследований несущей способности а длительной прочности летательных аппаратов", Харьков, стр.58-59, 1975.

4. А.А.Капустин, В.О.Каледин, С.О.Мажура, А.Л.Рассоха. О связи методов голографической интерферометрии со спекл-интерферометрией. В кн.: Физические основы голографии. Л., стр.185-194, 1978.

5. А.Л.Рассоха. Исследование деформаций твердых тел с помощью

- 110 -

методов,, совмещающих голографическую и спекл-интерферометрию. В кн.: Физические основы голографии, Л., стр.160-171, 1979.

8. А.А.Капустин, С.О.Мажура, А.А.Рассоха. О голографических методах обнаружения и исследования трещин. В кн.: Новые физические методы неразрушающего контроля качества продукции. М., стр.11-18, 1977.

9. А.А.Рассоха. Определение параметров поверхностных трещин методами, совмещающими голографическую и спекл-интерферометрию. ФХММ, № 4, стр.98-101, 1980.

10. А.А.Рассоха. Применение спекл-голографической интерферометрии для исследования напряженно-деформированного состояния диска ГТД вблизи замкового соединения с лопаткой. Проблемы прочности, № 5, стр.116-118.