Радіофізичні методи діагностики матеріалів і середовищ



Сторінка7/24
Дата конвертації09.03.2016
Розмір5.77 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   ...   24

3.2 Джерела світла


У неруйнівному контролі якості під джерелом світла розуміють випромінювач електромагнітних коливань в оптичній частині спектра: інфрачервоній, видимій та ультрафіолетовій. Для отримання світлових потоків використовують електричні лампи розжарювання, газорозрядні і люмінесцентні, світлодіоди та оптичні квантові генератори [22–23242526]. В оптичному контролі якості найбільшого поширення на сьогодні отримали лампи розжарювання в спеціальному виконанні та оптичні квантові генератори.

1. Лампи розжарювання випускають світло за рахунок нагрівання електричним струмом провідника у вигляді спіралі з тугоплавкого матеріалу, що змонтована в колбі, заповненій інертним газом (криптон, ксенон) або вакуумованій (до  мм рт. ст.). Лампи розжарювання відрізняються різноманітністю конструкцій та областей застосування, електричними параметрами та потужністю, спектральним складом, зручністю у використанні та простотою обслуговування, що визначає велике поширення їх серед джерел світла. Недоліком ламп розжарювання є порівняно невеликий термін служби, що обмежується випаровуванням металу нитки розжарювання, а також малим ККД.

Галогенні лампи володіють великою світловою віддачею у видимому діапазоні світла, мають великий термін служби і застосовуються для створення великих світлових потоків у проекційних апаратах, мікроскопах та ін. Такі лампи для оптичних приладів виготовляють зазвичай на невеликі напруги джерела електроживлення (6–24 В), щоб використовувати нитку розжарювання невеликих розмірів і поліпшити однорідність створюваного світлового потоку.

2. Газорозрядні лампи використовують світловий ефект, що з'являється під час виникнення електричного розряду в газах або паpax. У газорозрядних лампах різної конструкції та потужності використовують різний тиск газу або пари в колбі та різні види розряду: дуговий, тліючий або імпульсний. Ці лампи мають високу світлову віддачу і великий термін служби.

Найбільше поширення для організації загального освітлення виробничих приміщень і лабораторій отримали люмінесцентні лампи. Це газорозрядні лампи низького тиску, в яких ультрафіолетове випромінювання парів ртуті перетворюється люмінофором, нанесеним на внутрішню поверхню циліндричної колби, випромінювання видимого світла, близького до природного денного світла. Спектр випромінювання газорозрядних ламп близький до лінійчатого.

3. Світловипромінювальні діоди є малогабаритними напівпровідниковими джерелами інфрачервоного або видимого світла, зазвичай близького до монохроматичного (червоний, зелений, блакитний та ін.) Вони побудовані на основі напівпровідникових матеріалів, леговані малими кількостями домішок, спеціально підбираються для отримання світла необхідної довжини хвилі. Світловипромінювальні діоди мають такі самі переваги, як й елементи напівпровідникової техніки. Вони створюють потоки невеликої величини і тому використовуються лише в деяких малогабаритних пристроях.

4. Оптичні квантові генератори (лазери) [22] – це джерела світла, що працюють на базі процесу вимушеного (стимульованого, індукованого) випускання фотонів збудженими атомами або молекулами під впливом фотонів випромінювання, що мають ту саму частоту. Оптичні квантові генератори створюються на базі різних активних середовищ: газоподібному, рідкому або твердому. Вони можуть давати випромінювання в досить широкому діапазоні довжин хвиль – від 100 нм (ультрафіолетове світло) до 1,2 мкм (інфрачервоне випромінювання) – і можуть працювати як у безперервному, так і в імпульсному режимі.

Лазер складається із трьох принципово важливих вузлів: випромінювача, системи накачування та джерела живлення, робота яких забезпечується за допомогою спеціальних допоміжних пристроїв.

В оптичному контролі якості лазери можуть застосовуватися як джерела вузького монохроматичного пучка світла під час вирішення контрольно-вимірювальних завдань, для чого потрібна підвищена точність, але головні галузі їх застосування, де вони незамінні, пов'язані з використанням хвильових властивостей світла – інтерференції, дифракції й т. д.

  1. 3.3 Основні оптичні елементи та пристрої


У практиці оптичного контролю якості застосовують різні елементи та пристрої, що утворюють найбільш важливий вузол оптико-електронних приладів і блоків устаткування – оптичну систему [22-25]. Головним призначенням оптичної системи є отримання достатнього потоку світлової енергії корисних сигналів або чіткого зображення досліджуваного об'єкта. Одним із центральних понять для оптичної системи є поняття «оптична вісь» – лінія, на якій розміщуються центри заломлювальних або відбивних поверхонь елементів системи. Якщо центри всіх елементів системи знаходяться на оптичній осі, вона називається головною. Деталі зображення, розміщені близько до оптичної осі, виходять найбільш чіткими.

Оптична система може складатися з різних елементів: лінз, дзеркал, призм, фільтрів тощо за різних поєднань і залежно від конкретного її призначення. Вона характеризується фокусною відстанню, роздільною здатністю, світлосилою, кутом поля зображення (зору) та ін.



Фокусною відстанню системи (переднім або заднім) називають відстань від фокуса до головної точки, тобто точки, де в площині, перпендикулярній до головної оптичної осі, зображення збігається з його натуральною величиною. Якщо середовища об'єктів і зображень мають однакові оптичні властивості, то передня та задня фокусні відстані однакові. Фокуси системи відповідають зображенню нескінченно віддаленої точки.

Роздільною здатністю оптичної системи називають мінімальну відстань між простими розрізнюваними елементами об'єкта, близько розташованими в просторі. В оптиці роздільна здатність зазвичай вимірюється числом ліній, помітних на довжині 1 мм.

1. Лінзою називають деталь, виготовлену із полірованого прозорого для випромінювання, що пропускається, матеріалу, обмеженого криволінійними полірованими поверхнями. Залежно від форми та положення фокуса лінзи бувають збиральні, розсіювальні та спеціальні. Фокусна відстань лінзи визначається її геометрією та матеріалом. При побудові зображення, створюваного лінзою (простого однолінзового об'єктива), використовують властивості проходження світлових променів крізь лінзу: промені, що йдуть паралельно головній оптичній осі, після лінзи проходять через точку фокуса, а промені, що проходять через центр лінзи і не заломлюються, якщо лінза тонка.

В об'єктиві, що складається із декількох лінз, отримання зображення і розрахунки його характерних точок робляться послідовно.

Зображення, що отримують на виході оптичної системи, щодо зображення об'єкта має різні спотворення, які називають абераціями. Аберації можуть бути геометричними і хроматичними, зумовленими неоднаковим проходженням світла різних довжин хвиль.



Геометричні аберації виникають через використання широких або похило падаючих пучків світла (сферична аберація, кома, астигматизм, дисторсія) і призводять до розмиття та спотворення форми зображення об'єкта, зміни відстаней і кутів між елементами зображення.

Сферична аберація полягає в отриманні замість точки зображення у вигляді кільця розсіяння, кома – у вигляді витягнутої та нерівномірно освітленої плями, що нагадує комету.

Астигматизм призводить до отримання еліптичного зображення замість кільця, а дисторсія – до викривлення прямих ліній, унаслідок чого квадрат має подушкоподібну або бочкоподібну форму.

Хроматичні аберації проявляються під час зміни довжини хвилі монохроматичного світла або при використанні світла складного спектрального складу, наприклад білого. Причина хроматичних аберацій – дисперсія світла, тобто залежність оптичних властивостей матеріалу (показника заломлення речовини, загасання й ін.) елементів оптичної системи від довжини хвилі світла. Внаслідок хроматичних аберацій зображення розмивається й у площині зображень утворюються райдужні смужки.

Для зменшення аберацій обмежують поле зору діафрагмами, застосовують лінзи з тонких і якісних матеріалів, а об'єктиви роблять із багатьох елементів (лінз, дзеркал та ін.), що підбираються так, щоб внесені ними спотворення взаємно компенсувалися.

2. Дзеркалом називають оптичний елемент із полірованою поверхнею, що утворює необхідні світлові потоки або зображення шляхом відбиття падаючих на нього променів. Дзеркала виготовляють із металів (срібло, алюміній, золото, хром, нікель та ін.) або шляхом напилювання плівок із цих металів на тверді матеріали (скло, кераміку, сталь і т. д.). Дзеркала можуть виконувати ті самі функції, що й лінзи, зокрема на їх основі можуть створюватися дзеркальні об'єктиви, а в поєднанні з лінзами отримують дзеркально-лінзові об'єктиви. У деяких випадках використовують напівпрозорі дзеркала, що частково відбивають і пропускають світлове випромінювання.

3. Призмою називають оптичний елемент, виконаний з однорідного матеріалу у вигляді фігури, обмеженої кількома пересічними площинами, що має зокрема дві паралельні грані (основи), які є рівними багатокутниками, а інші грані (бічні) – паралелограмами. Призми використовуються для зміни напрямку ходу променів і можуть створювати хроматичні аберації.

4. Фільтри (світлофільтри) – пристрої, призначені для пропускання світла необхідного електромагнітного спектра та затримки заважаючого світлового випромінювання. Особливістю фільтрів у оптичному діапазоні є зменшення розмірів деталей і елементів, що визначають спектральні властивості, відповідно до довжини хвилі.

5. Діафрагми, маски та шаблони застосовують для обмеження прохідного світлового потоку або його спектрального складу в площині, перпендикулярній до головної оптичної осі. Ці пристрої часто виконуються у вигляді пластини з отворами.

6. Волоконно-оптичні світловоди. Волоконний світловід є фактично діелектричним хвилеводом, виконаним з двох оптично прозорих шарів круглого поперечного перерізу – сердечника та оболонки. Елементарним світловодом є тонка нитка діаметром 10–20 мкм, причому зовнішній шар має товщину 1–3 мкм і виготовлений зі скла з меншим показником заломлення, ніж сердечник. Тому промені світла, потрапляючи в центральну частину світловода, відчувають повне внутрішнє відбиття від межі сердечника чи оболонки та передаються вздовж світловода.

Для передачі світлових потоків чи зображень окремі світлопровідні волокна об'єднують у джгути. Великою перевагою волоконно-оптичних джгутів є передача зображення при їх вигині за будь-яким профілем на відстань до декількох метрів і різноманітні можливості з кодування світлової інформації. Якщо виконати вхідний і вихідний торці волоконно-оптичного джгута різної конфігурації або по-різному розташувати в них волокна, то можна виробляти перетворення зображень (розтягувати, стискати, повертати, розщеплювати та виробляти будь-які інші перетворення форми). Ця особливість відкриває великі можливості з обробки оптичної інформації, підвищення точності та достовірності контролю.



1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   ...   24


База даних захищена авторським правом ©refs.in.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка