Теневой оптический метод каустик – метод исследований напряжений и деформаций, страница 12

для сходящегося пучка. Здесь 2\ и г₂— расстояния от источника света до образца и от камеры до плоскости изображения соответственно (рис. 9.28), причем г\ и 2₂ всегда положительны. Поскольку для действительных изображений -г₀<<0, т>\ в случае расходящихся пучков и /п<1 для сходящихся пучков. Следовательно, основное уравнение (9.1) оптического проецирования для непараллельных пучков света необходимо модифицировать следующим образом:

использованием этого модифицированного уравнения проецирования соотношения между размером каустики и соответствую-

Рис. 9.29. Отклонение лучей света при освещении непараллельным пучком. Е — плоскость объекта; Е' — плоскость изображения теневой картины; / — луч света.

щим параметром нагрузки для трех задач, рассмотренных в разд. 9.2 (рис. 9.7), принимают вид

Нетрудно видеть, что в случае устройств с расходящимися и параллельными пучками (т^1) характерный размер О непрерывно возрастает с увеличением расстояния \го\ между образ- цом и плоскостью изображения. Это не так в случае устройств со сходящимися пучками, если используются большие расстояния |г₀ , поскольку масштабный коэффициент т уменьшается с ростом |г₀|. При фиксированном расстоянии |го|+2₂ между образцом и фотокамерой каустика наибольшего размера получается в плоскости регистрации на расстоянии 2₀, определяемом соотношениями:

используются мнимые изображения теневых картин, а не действительные, уравнения (9.47) — (9.49) применимы в том же виде. Однако поскольку для мнимых изображений 2₀>0, масштабные коэффициенты т имеют другие значения: т<.\ для расходящихся пучков и т>1 для сходящихся пучков. Следует соблюдать осторожность при использовании схем с расходящимися пучками, так как размер каустики уменьшается с ростом расстояния _г₀, когда используются большие значения г₀.

Оборудование

На практике в основном используются устройства со сходящимися пучками света, поскольку в этом случае необходима всего одна линза, и поле наблюдения получается наибольшим. Вместо линз в некоторых установках для регистрации теневых оптических картин используются вогнутые зеркала. На рис. 9.30 показана схема оптической установки с вогнутым зеркалом для сравнения со схемой, содержащей линзу. Преимущество вогнутого зеркала перед линзой заключается в том, что зеркало имеет большую апертуру и большее фокусное расстояние. Таким образом достигается более широкое поле наблюдения. Кроме того, может быть создано большое расстояние между источником света и образцом. Вследствие этого улучшается качество освещения, и может изменяться в широком диапазоне расстояние 2₀ между образцом и плоскостью регистрации (см. также предыдущий раздел).

Во всех установках с зеркалами так же, как и в отражательных схемах при использовании непрозрачных образцов, пучок света несколько отклоняется от оптической оси. Следовательно, приходится учитывать влияние астигматизма при отклонении лучей света. Погрешности при обработке результатов будут минимальными, если приняты следующие меры. Необходимо использовать оптические устройства, в которых направление характерного размера каустики перпендикулярно одному

из фокальных направлений. Это фокальное направление и соответствующее фокусное расстояние следует использовать при •обработке результатов.

Чтобы экспериментально определить абсолютный размер каустики на картине, зарегистрированной с помощью фотокамеры, целесообразно фотографировать вместе с каустикой некоторый эталон длины, расположенный в плоскости действительного или мнимого изображения. Диаметр каустики О тогда легко определяется сравнением с эталоном. Эталон можно также установить на образец. Поскольку фотографируется изображение теневой картины, эталон воспроизводится не резко, одна-

Рис. 9.30. Схемы установок для регистрации теневых картин с использованием линзы (а) и вогнутого зеркала (б), / — источник света; 2 — фотокамера; 3 — образец; 4 — линза; 5 — вогнутое зеркало; 6 — плоскость действительного изображения; 7 — плоскость мнимого изображения.