P7: Optické metody
- V klasické optice jsou interferenční a difrakční jevy popisovány prostřednictvím ideálně koherentních, ideálně nekoherentních, později také částečně koherentních světelných svazků - Ideálně koherentním světelným svazkem se rozumí elektromagnetické vlnění o stejné frekvenci, stejném směru kmitání a stejné fázi. - Klasické optické metody, nevyžadující nutně zdroje světla s dobrou koherencí, je možné rozdělit do následujících metod/skupin: Fotoelasticimetrie Optické interferometry Stereometrické a stereofotogrammetické metody Moiré metody Metody koherenční zrnitosti Optické metody založené na změně hustoty média
Optické interferometry - Optické interferometry jsou založeny na fyzikálním jevu zvaném interference.
- Interferencí se rozumí superpozice dvou nebo více vlnění při vzniku vlnění o menší či větší amplitudě. - Aby mohla interference vzniknout, je nutné splnit následující podmínky – interferující vlny musí mít stejný směr, polarizaci a rovněž stejnou frekvenci. Dvousvazkové interferometry
- Michelsonův interefrometr
Optické interferometry - Optické interferometry jsou založeny na fyzikálním jevu zvaném interference.
- Interferencí se rozumí superpozice dvou nebo více vlnění při vzniku vlnění o menší či větší amplitudě. - Aby mohla interference vzniknout, je nutné splnit následující podmínky – interferující vlny musí mít stejný směr, polarizaci a rovněž stejnou frekvenci. Dvousvazkové interferometry
- Mach-Zehnderův interferometr
Optické interferometry - Optické interferometry jsou založeny na fyzikálním jevu zvaném interference.
- Interferencí se rozumí superpozice dvou nebo více vlnění při vzniku vlnění o menší či větší amplitudě. - Aby mohla interference vzniknout, je nutné splnit následující podmínky – interferující vlny musí mít stejný směr, polarizaci a rovněž stejnou frekvenci. Mnohosvazkové interferometry
- Fabryův-Perotův interferometr
Optické interferometry - Optické interferometry jsou založeny na fyzikálním jevu zvaném interference.
- Interferencí se rozumí superpozice dvou nebo více vlnění při vzniku vlnění o menší či větší amplitudě. - Aby mohla interference vzniknout, je nutné splnit následující podmínky – interferující vlny musí mít stejný směr, polarizaci a rovněž stejnou frekvenci. Heterodynní interferometry
- Využití tzv. heterodynní detekce k určení směru pohybu měřícího zrcadla, která je založena na Dopplerově jevu
Stereometrické a stereofotogrammetické metody - Použití v oblasti měření křivosti, deformace a napětí. Princip metody spočívá ve snímání objektu pomocí dvou kamer/fotoaparátů z různých úhlů pohledu.
Moiré metody - Metoda moiré je založena na mechanicko-optickém interferenčním jevu, který vzniká při překrytí dvou mřížek, resp. rastrů v průchozím nebo odraženém světle, kdy vzniká soustava tmavých a světlých moiré pruhů. - Jedna mřížka je pevně spojena s tělesem a shodně se deformuje s měřeným povrchem, zatímco druhá – referenční mřížka je umístěna těsně nad měřící mřížkou. - Nasvícením mřížek a následným zatížením tělesa vznikají tmavé a světlé moiré pruhy.
Metody koherenční zrnitosti - Metody koherenční zrnitosti jsou založeny na principu interferometrie koherentních popřípadě částečně koherentních optických vln. - Jejich původ je v holografických, resp. holograficko-interferometrických metodách. Metoda ESPI (Electronic Spekle Pattern Interferometry) - ESPI metoda patří do skupiny interferometrických metod. Jedná se o metodu analogickou k holografické interferometrii, která využívá tzv. spekl efekt. - Na zkoumaný povrch je nanesen nástřik. Takto upravený povrch je posléze osvětlován dvěma impulsy koherentního světla (laser). - Vlivem interference vznikají tzv. spekl obrazce, které jsou snímány CCD kamerou, umožňující srovnávat obrazce získané referenčním a předmětovým paprskem.
Metody koherenční zrnitosti
Optické metody založené na změně hustoty média Stínová metoda - Stínová metoda patří k nejjednodušším metodám určeným k vizualizaci nehomogenit v transparentních tekutinách. - Její princip spočívá ve změně (zakřivení) trajektorie světelných paprsků v důsledku průchodu transparentním nehomogenním objektem. - Průchozí paprsek poté dopadá na stínítko s různou hustotou což má za následek změnu intenzity stínů a kontur. - Stínová metoda se uplatní zejména v případech s výskytem velkých změn indexu lomu v transparentním prostředí.
Optické metody založené na změně hustoty média Stínová metoda
Optické metody založené na změně hustoty média Šlírová metoda - Šlírová metoda je občas uváděna jako tzv. clonková metoda. - Principem metody je rovněž zakřivování trajektorie světelného paprsku při průchodu nehomogenním transparentním objektem. - Rozdíl je však v přítomné filtraci, která je realizována vložením clony do ohniskové roviny zobrazovací čočky (optický nůž). - Obraz je vytvářen tak, že v místech, kde je první derivace indexu lomu v určitém rozmezí, vznikají souvislé oblasti popřípadě pruhy. - Šlírová metoda je z toho důvodu využívána zejména pro řešení vizualizace přenosu tepla, hybnosti či transportu látek.
Optické metody založené na změně hustoty média Šlírová metoda
Optické metody založené na změně hustoty média Šlírová metoda
Literatura [1] Mandát, D.: Optické bezkontaktní topografické metody, elektronické skriptum dostupné na adrese: https://fyzika.upol.cz/system/files/slo/rcptm/texty/Mandatopticke_bezkontaktni_topograficke_metody.pdf
[2] Vlk, M.; Houfek, L; Hlavoň, P; Krejčí, P; Kotek, V; Klement, J.: Experimentální mechanika, Brno, 2003, elektronické skriptum dostupné na adrese : http://ean2011.fme.vutbr.cz/img/fckeditor/file/opory/Experimentalni_mechanika.pdf
[3] Kočí, R.: Nejistoty interferometrických měření. Brno, 2014. Diplomová práce, Vysoké učení technické v Brně, Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, Ústav automatizace a měřící techniky. [4] Macura, P.: Experimentální metody v pružnosti a plasticitě, Skiptum VŠB-TU Ostrava, 2001, 107 s. [5] Halama, R.; Horňáček, L.; Pečenka, L.; Krejsa, M.; Šmach, J.: 3-D ESPI Measurements Applied to Selected Engineering Problems, Applied Mechanics and Materials, Vol. 827, pp 65-68, 2016 [6] Pavelek, M.; Janotková, E.; Štětina, J.: Vizualizační a optické měřící metody, elektronické skriptum dostupné na adrese: http://ottp.fme.vutbr.cz/~pavelek/optika/
