Dispositif photo élastique
L'invention a pour objet un dispositif photo élastique comprenant une couche photoélastique destinée à être appliquée sur une pièce dont on désire observer les sollicitations mécaniques. Ce dispositif est caractérisé en ce que la couche photoélastique est recouverte, au moins sur la face qui est tournée vers la lumière, par une couche de matière à propriétés polarisantes.
Grâce à elle, un organe mécanique, transmetteur de forces ou couples, donne par son aspect même une indication de l'effort qu'il transmet, en particulier son aspect extérieur se modifie suivant qu'il transmet une force, ou couple, supérieur ou inférieur, à une valeur prédéterminée.
Un tel organe mécanique peut être un outil de serrage, comme une clé, qui permet alors à l'utilisateur de se rendre compte s'il atteint ou non la valeur de limite de serrage qu'on s'est fixée et cela par observation de l'outil lui-même.
Pour un tel outil, la sécurité d'utilisation est totale et, en outre, on peut régler l'intensité d'action par simple observation.
Ce résultat est obtenu sans modifier la constitution générale de l'outil- et sans lui adjoindre d'organe fragile ou délicat, bref en lui conservant ses qualités de robustesse, de simplicité de fabrication et de facilité d'emploi.
De même, par modification d'aspect, une pièce d'un ensemble mécanique révèle qu'elle transmet un effort supérieur à ceux pour lesquels elle a été prévue et construite, donnant ainsi l'assurance qu'un appareil ou dispositif fonctionne dans des conditions de sécurité fixées à l'avance.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution et des utilisations du dispositif faisant l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue d'un outil.
La fig. 2 est une vue à plus grande échelle d'une partie de cet outil, en coupe suivant la ligne 2-2 de la fig. 1.
La fig. 3 est une vue de face d'une partie d'un outil comme représenté sur la fig. 1, mais pour une variante.
La fig. 4 est une vue d'un crochet faisant partie d'un appareil de levage.
La fig. 5 est une vue schématique d'un appareil de levage.
La fig. 6 est une vue d'un anneau dynamométrique.
La fig. 7 est une vue schématique d'un capteur de pression.
La fig. 8 est une vue analogue, mais pour une variante.
La fig. 9 est une vue schématique d'un autre appareil.
La fig. 10 est une vue d'une installation de mesure ou d'enregistrement.
La fig. 11 est une vue schématique d'une installation.
La fig. 12 est une autre forme d'exécution du dispositif.
La fig. 13 est une vue analogue à la fig. 12, mais pour une variante.
On se réfère d'abord aux fig. 1 et 2. La clé des serrages 10, qui comporte un manche 11 et une tête 12, celle-ci découpée intérieurement suivant un sixpans 13, est équipée, en un emplacement judicieusement choisi, ici près du raccord 14 entre le manche 11 et la tête 12, d'un dispositif photoélastique 15. Un tel dispositif comprend, surmontée d'une couche de matière à propriétés polarisantes 17, une couche photoélastique 16, à biréiringence variable suivant les contraintes auxquelles elle est soumise, et qui est collée sur le fond 18 de l'alvéole 19 ménagé dans la clé pour le logement du dispositif. Comme couche photoélastique, on utilise de préférence une plaquette photoélastique ou un vernis photoélastique de grande sensibilité.
On sait qu'une telle plaquette ou un tel vernis laisse apparaître, observées à travers une couche polarisante, des couleurs variables et/ou des franges à dessin variable lorsqu'elle est rendue solidaire d'une pièce mécanique subissant des contraintes. Cette variation peut affecter l'aire couverte par une teinte déterminée, ou bien elle réside dans le remplacement d'une teinte par une autre en un même endroit de l'espace, ou bien l'allure des franges colorées se modifie, ou bien il se produit une variation d'intensité lumineuse en lumière monochromatique.
Dans le cas d'une clé de serrage, les caractéristiques du dispositif photoélastique, notamment l'épaisseur et son emplacement sur la clé, sont de préférence choisis tels qu'il se produit un virage franc de couleur lorsqu'on atteint la limite supérieure qu'on s'est fixée pour l'effort de serrage.
Comme montré sur la fig. 2, l'outil est muni d'un dispositif photoélastique sur l'une et l'autre de ses faces, de manière à fournir à l'ouvrier un renseignement quelle que soit la face de l'outil tournée vers lui.
Dans la forme de réalisation montrée sur la fig. 3, l'alvéole pratiqué dans l'outil pour le logement du dispositif photoélastique n'est occupé qu'à moitié par une plaquette photoélastique 20; celle-ci est hémicirculaire, l'autre moitié du logement contient une plaquette 21 de couleur fixe. Cette couleur et le dispositif photoélastique sont choisis tels que, aussi longtemps que l'outil transmet un effort inférieur à une limite qu'on s'est fixée, la plaquette 20 a une couleur différente de la plaquette 21 et que, lorsque cette limite est atteinte, la plaquette 20 vire de couleur jusqu'à prendre celle qui est précisément celle de la plaquette 21. La couleur de référence peut être obtenue par peinture, par lame cristalline ou par tout autre moyen.
La fig. 4 montre une forme de réalisation d'un crochet de levage. Ce crochet 22 porte sur au moins une face une plaquette ou un vernis photoélastique 23, et une fenêtre 24 est ménagée pour l'observation des phénomènes lumineux provoqués par la biréfrin- gence variable de la plaquette 23 sous l'effet des contraintes qu'elle subit et qui varient suivant l'effort que transmet ledit crochet. La fenêtre 24 est avantageusement prévue à l'endroit où une rupture est susceptible de se produire en cas de charge trop lourde. Le dispositif est choisi de manière qu'il se produise une variation brusque du phénomène lumineux observé lorsque la limite de sécurité est atteinte.
Il suffit donc à un servant de l'appareil de levage d'observer la fenêtre 24 pour se rendre compte si la charge accrochée peut être soulevée et transportée sans risque. Un tel crochet permet non seulement l'usage d'un appareil de levage en toute sécurité, mais également assure pour ledit appareil un rendement maximum en donnant à l'utilisateur la possibilité, lorsque la charge peut être choisie, de lever à chaque fois une charge qui s'approche de la capacité maximum de l'appareil.
Le dispositif peut, bien entendu, entrer dans la constitution d'organes de l'appareil de levage autres que le crochet et dans d'autres appareils qu'un appareil de levage.
Sur la fig. 5, on a montré schématiquement un appareil de levage 25, qu'on a équipé de deux dispositifs photoélastiques, l'un, 26, près de l'assemblage du bras horizontal 27 avec l'ossature verticale 28, l'autre, 29, à la base de ladite ossature, du côté tourné vers le bras. L'observation desdits dispositifs photoélastiques ou l'enregistrement des phénomènes dont ils sont le siège permet d'éviter avec certitude qu'on dépasse les valeurs des efforts subis par le bras et par l'ossature pour lesquelles ils sont construits.
On se réfère maintenant à la fig. 6. L'anneau dynamométrique 30, d'un type en soi connu, interposé entre deux plateaux 31 et 32, sollicités l'un vers l'autre au rapprochement, et qui comprend en son intérieur l'indicateur habituel 33, est équipé sur chacune de ses moitiés d'une plaquette, respectivement 34 et 35, continue ou discontinue, comprenant une matière photoélastique à haute sensibilité surmontée d'un polariseur. Ces deux demi-anneaux présentent les mêmes caractéristiques, de sorte que, aussi longtemps que les efforts tendant au rapprochement des plateaux 31 et 32 s'exercent dans la direction prévue, les demi-anneaux prennent la même couleur ou présentent les mêmes franges.
Si, par contre, les efforts de rapprochement ne s'exercent pas suivant la direction prévue (lorsqu'il existe une flexion ou une torsion parasite, par exemple), les deux demianneaux prennent des aspects différents; on est ainsi averti du déréglage de la machine et que l'indication fournie par l'indicateur 33 n'est plus exacte. L'utilisateur peut donc effectuer un réglage de la machine en vue d'obtenir une indication exacte par l'indicateur.
On prévoit également, dans le cas où l'on désire limiter à un maximum la valeur de l'effort tendant au rapprochement des plateaux 31 et 32, de placer sur un ou sur les deux côtés de l'anneau dynamométrique un dispositif photoélastique comme décrit ci-dessus en référence aux formes de réalisation précédentes, l'indicateur pouvant alors être supprimé.
On peut ainsi équiper non seulement un anneau dynamométrique, mais aussi un dynamomètre à lame fléchie, ou bien un mesureur de couple comme un arbre à section circulaire ou carrée, soumis à la torsion statique ou dynamique, ainsi qu'un cadre, d'un dispositif photoélastique fournissant par son observation la grandeur de l'effort auquel est soumis ledit dynamomètre. Afin d'effectuer des mesures précises de la force ou du couple, le dispositif peut comprendre un polariscope avec un compensateur de Babinet, à pénombre, à cellule photoélectrique ou autre.
Notamment, dans le cas où un dispositif photoélastique est utilisé dans un but de sécurité, on prévoit de lui faire commander automatiquement, par sa variation de teinte ou d'intensité lumineuse, un avertisseur ou des moyens supprimant ou diminuant l'effort subi par l'appareil qu'il équipe.
L'invention est également applicable à des appareils de mesure autres que des anneaux dynamométriques ou des mesureurs de couple. La fig. 7 montre, à titre d'exemple, son application à un capteur de pression. La membrane 40, élastiquement déformable, faisant partie de la paroi 41 d'une enceinte dont on désire mesurer ou enregistrer la pression, porte, collée sur elle, ou autrement rendue solidaire, une plaquette photoélastique 42 recouverte par une couche de matière polarisante qui participe ainsi aux déformations de la membrane; en se déformant, la plaquette devient biréfringente et la mesure du degré plus ou moins grand de biréfringence fournit l'indication de la pression intérieure de l'enceinte.
Dans une variante, la couche photoélastique, en forme de plaquette ou vernis photoélastique, est fixée directement sur la paroi de l'enceinte. Dans ce cas, la plaquette est métallisée sur la face qui n'est pas en contact avec la couche polarisante.
Dans la forme de réalisation suivant la fig. 8, on colle sur la face avant de la plaquette 42 une lame cristalline 43 et sur celle-ci une plaque Polaroïd (marque déposée) 44. Une cellule photoélectrique 45 placée devant le dispositif peut être utilisée.
On peut également effectuer des mesures d'autres genres, telles que, par exemple, la mesure de la vitesse du vent, celle des vibrations de toutes natures, les déplacements, etc. Sur la fig. 9, on a représenté schématiquement, à titre d'exemple, un appareil propre à mesurer la vitesse du vent et les variations de cette vitesse. Cet appareil comporte simplement une lame flexible 60 encastrée à son extrémité 61 et sur laquelle on a collé une plaquette photoélastique 62 recouverte par une couche de matière polarisante.
Sous l'action du vent, la lame fléchit, d'où naît le phénomène de biréfringence dans la plaquette. On peut aussi coller ou poser à la surface de la plaquette une plaque Polaroïd surmontée ou non de lames biréfringentes additionnelles.
On prévoit d'obtenir des capteurs de vibrations en collant des plaquettes sur des éléments étalonnés.
La mesure de la- bîréfringence, pour les diverses formes de réalisation, peut être effectuée à l'aide d'un polariscope à réflexion ou d'un microscope polarisant à réflexion.
Dans l'installation selon la fig. 10, le dispositif photo élastique collé, par exemple, sur la membrane 40 faisant partie de l'enceinte 43 dont la pression est à mesurer ou à enregistrer, reçoit un pinceau de rayons fournis par un objectif 44 recevant la lumière à partir d'une glace semi-réfléchissante 45, inclinée à 45O, dont le pinceau incident 46 est fourni par une source lumineuse 47 après traversée d'une plaque Polaroïd 48, d'une lame quart-d'onde 49 et d'un filtre monochromatique 50. L'observation ou l'enregistrement de la lumière, après réflexion sur la face métallisée 51, nouvelle traversée de l'objectif 44 et de la glace 45, se fait après traversée de la lame quart-d'onde 52 et de l'analyseur 53.
Dans la réalisation, la lumière tombe, après traversée d'un oculaire 54, sur une cellule photoélectrique 55 dont le courant est acheminé par les conducteurs 56 vers un oscillographe d'enregistrement ou un galvanomètre.
Les avantages d'une telle installation de mesure sont les suivants: - l'apparell de mesure proprement dit est séparé
de la membrane ou autre élément capteur; - sa sensibilité est variable par réglage du disposi
tif électronique de la cellule photoélectrique mul
tiplicatrice d'électrons ou autre cellule photo
électrique ; - elle permet l'étalounage statique et dynamique; - elle permet de mesurer à grande distance sans
contact avec la pièce ou le capteur; - on peut choisir l'épaisseur de la plaquette de
manière à avoir une sensibilité fixée à l'avance; - on peut contrôler avec un polariscope si la pres
sion se transmet correctement (symétrie ou uni
formité d'aspect).
Exemple
On désire enregistrer des pressions statiques ou dynamiques pouvant prendre des valeurs comprises entre 0 et 2 kg/cm2. On choisit le matériau et l'épaisseur de la membrane de manière qu'il présente, pour la pression de 2 kg/cm2, une contrainte maximum, qui a, par exemple, une valeur de 12kg/mm2 pour une membrane en acier. En choisissant une plaquette photoélastique de 3 mm, on fera apparaître, pour une contrainte de 12kg/mm2, une frange, soit un retard de la lumière de l'ordre de 0,6. 10-3mm.
Dans ce cas, on pourra soit: a) observer et mesurer avec des compensateurs opti
ques les pressions en remplaçant la source de
lumière par un stroboscope (pressions alternées); b) enregistrer par l'intermédiaire d'une cellule;
celle-ci peut être réglée de manière à enregistrer
des allongements relatifs de 10-s et même de
10-9, c'est-à-dire des contraintes pour l'acier de
l'ordre de 20. 10-5 kg/mm2, d'où des pressions,
et leurs variations, de l'ordre de 3 10-6 kg/cm2.
La fig. 1 1 montre schématiquement le principe général d'une installation dont on vient de décrire une réalisation en référence à la figure précédente.
Dans une telle installation, le dispositif photoélastique 70 porté par une membrane 71 est placé en regard d'un polariscope 72 équipé d'une cellule photoélectrique 73. Le courant fourni par cette cellule à partir de la lumière influencée par le dispositif 70, et qui dépend des déformations de la membrane 71, est recueilli entre les conducteurs 74 et 75; il peut être utilisé dans un appareil de mesure, un appareil de signalisation, un appareil de régulation, etc. L'ensemble constitue un générateur de courant en fonction des efforts auxquels est soumise la membrane.
Sur la fig. 12, la pièce à étudier ou à surveiller est désignée par 201. Le dispositif photoélastique 202 comporte une plaque photo élastique 203, transparente, qui est collée par sa face 204 sur la pièce 201. La plaque 203 est solidarisée par son autre face 205 avec une feuille 206 en matière polarisante. Si la pièce 201 n'est pas réfléchissante, la face 204 est métallisée comme montré en 207. Le dispositif est éclairé par de la lumière incidente schématisée par les rayons 208 et, pour la surveillance ou l'étude, il suffit que l'observateur place son oeil, schématisé en 209, sur le trajet de la lumière, qu'on a schématisée en 210, réfléchie par la pièce brillante ou la face métallisée.
Une plaque composite, c'est-à-dire constituée par une plaque photoélastique recouverte d'une matière polarisante, peut aussi être utilisée pour des essais classiques de photoélasticité tels que les essais sur maquettes. La plaque est alors découpée suivant le contour devant servir de maquette, laquelle comprend ainsi, incorporée suivant une même unité mécanique, la matière photo élastique et les moyens de mesure, à savoir la matière polarisante. La face postérieure de la plaque composite est alors métallisée ou revêtue d'une peinture réfléchissante.
Dans une autre forme de réalisation, la plaque photoélastique est solidarisée non pas avec une feuille en matière polarisante, mais avec deux feuilles en une telle matière, placées de part et d'autre de la plaque photoélastique, de manière à constituer une plaque sandwich. Un tel dispositif est alors utilisable pour une analyse par transparence, notamment pour la détermination des directions des tensions principales par observation des franges isoclines et des valeurs des tensions par l'observation des isochromes. On peut utiliser deux polariseurs linéaires ou circulaires à axes parallèles ou à axes croisés, permettant ainsi l'exécution des différentes analyses classiques en photoélasticité sans qu'aucun appareil de mesure auxiliaire ne soit nécessaire.
La fig. 13 représente un tel dispositif comprenant une plaque photoélastique transparente 211, portant, d'une part, une feuille 212 en matière polarisante et, d'autre part, une seconde feuille 213 également en matière polarisante. L'étude se fait simplement en observant - l'oeil d'observation étant schématisé en 214 - la lumière qui traverse ce dispositif, les rayons lumineux ayant été schématisés en 215.
Elastic photo device
The subject of the invention is a photoelastic device comprising a photoelastic layer intended to be applied to a part whose mechanical stresses are to be observed. This device is characterized in that the photoelastic layer is covered, at least on the face which is turned towards the light, by a layer of material with polarizing properties.
Thanks to it, a mechanical member, transmitter of forces or couples, gives by its very appearance an indication of the force that it transmits, in particular its external appearance changes according to whether it transmits a force, or torque, greater or greater. less than a predetermined value.
Such a mechanical member can be a tightening tool, such as a wrench, which then allows the user to realize whether or not he reaches the tightening limit value that has been set and that by observation of the tool itself.
For such a tool, the safety of use is total and, moreover, the intensity of the action can be adjusted by simple observation.
This result is obtained without modifying the general constitution of the tool and without adding a fragile or delicate component to it, in short by retaining its qualities of robustness, simplicity of manufacture and ease of use.
Likewise, by modification of appearance, a part of a mechanical assembly reveals that it transmits a force greater than those for which it was intended and built, thus giving the assurance that an apparatus or device operates under conditions. security fixed in advance.
The appended drawing represents, by way of example, several embodiments and uses of the device forming the subject of the invention.
Fig. 1 is a view of a tool.
Fig. 2 is a view on a larger scale of part of this tool, in section along line 2-2 of FIG. 1.
Fig. 3 is a front view of part of a tool as shown in FIG. 1, but for a variant.
Fig. 4 is a view of a hook forming part of a lifting device.
Fig. 5 is a schematic view of a lifting device.
Fig. 6 is a view of a dynamometric ring.
Fig. 7 is a schematic view of a pressure sensor.
Fig. 8 is a similar view, but for a variant.
Fig. 9 is a schematic view of another device.
Fig. 10 is a view of a measuring or recording installation.
Fig. 11 is a schematic view of an installation.
Fig. 12 is another embodiment of the device.
Fig. 13 is a view similar to FIG. 12, but for a variant.
Reference is first made to FIGS. 1 and 2. The tightening key 10, which comprises a handle 11 and a head 12, the latter cut internally along a six-point 13, is fitted, in a carefully chosen location, here near the connector 14 between the handle 11 and the head 12, of a photoelastic device 15. Such a device comprises, surmounted by a layer of material with polarizing properties 17, a photoelastic layer 16, with variable bireiringence according to the stresses to which it is subjected, and which is glued to the bottom 18 of the cell 19 formed in the key for housing the device. As the photoelastic layer, a photoelastic wafer or a photoelastic varnish of high sensitivity is preferably used.
It is known that such a wafer or such a varnish lets appear, observed through a polarizing layer, variable colors and / or variable pattern fringes when it is made integral with a mechanical part undergoing stresses. This variation can affect the area covered by a given hue, or it resides in the replacement of one hue by another in the same place of the space, or the appearance of the colored fringes is modified, or it there is a variation in light intensity in monochromatic light.
In the case of a tightening wrench, the characteristics of the photoelastic device, in particular the thickness and its location on the wrench, are preferably chosen such that a sharp color change occurs when the upper limit is reached. 'we set ourselves for the tightening force.
As shown in fig. 2, the tool is provided with a photoelastic device on both of its faces, so as to provide the worker with information regardless of the face of the tool facing him.
In the embodiment shown in fig. 3, the cell made in the tool for housing the photoelastic device is only half occupied by a photoelastic plate 20; this is semicircular, the other half of the housing contains a plate 21 of fixed color. This color and the photoelastic device are chosen such that, as long as the tool transmits a force less than a limit which has been set, the plate 20 has a different color from the plate 21 and that, when this limit is reached, the wafer 20 turns color until it takes that which is precisely that of the wafer 21. The reference color can be obtained by painting, by crystalline blade or by any other means.
Fig. 4 shows an embodiment of a lifting hook. This hook 22 carries on at least one face a wafer or a photoelastic varnish 23, and a window 24 is provided for the observation of the luminous phenomena caused by the variable birefringence of the wafer 23 under the effect of the stresses it contains. undergoes and which vary according to the force transmitted by said hook. The window 24 is advantageously provided at the place where a rupture is likely to occur in the event of too heavy a load. The device is chosen so that there is a sudden variation in the luminous phenomenon observed when the safety limit is reached.
It is therefore sufficient for a worker of the hoist to observe the window 24 to realize whether the attached load can be lifted and transported without risk. Such a hook not only allows the use of a lifting device in complete safety, but also ensures maximum efficiency for said device by giving the user the possibility, when the load can be chosen, of lifting a load each time. load approaching the maximum capacity of the device.
The device can, of course, form part of the lifting device components other than the hook and other devices than a lifting device.
In fig. 5, a lifting device 25 has been shown schematically, which has been fitted with two photoelastic devices, one, 26, near the assembly of the horizontal arm 27 with the vertical frame 28, the other, 29, at the base of said framework, on the side facing the arm. The observation of said photoelastic devices or the recording of the phenomena of which they are the seat makes it possible to avoid with certainty that the values of the forces undergone by the arm and by the framework for which they are built are exceeded.
Reference is now made to FIG. 6. The dynamometric ring 30, of a type known per se, interposed between two plates 31 and 32, urged towards each other when approaching, and which comprises inside the usual indicator 33, is fitted on each of its halves of a wafer, respectively 34 and 35, continuous or discontinuous, comprising a high sensitivity photoelastic material surmounted by a polarizer. These two half-rings have the same characteristics, so that, as long as the forces tending to bring the plates 31 and 32 together are exerted in the direction provided, the half-rings take on the same color or have the same fringes.
If, on the other hand, the approximation forces are not exerted in the intended direction (when there is a parasitic bending or torsion, for example), the two half-rings take on different aspects; one is thus warned that the machine is out of adjustment and that the indication provided by the indicator 33 is no longer exact. The user can therefore adjust the machine in order to obtain an exact indication by the indicator.
Provision is also made, in the case where it is desired to limit to a maximum the value of the force tending to bring the plates 31 and 32 together, to place on one or on both sides of the dynamometric ring a photoelastic device as described. above with reference to the previous embodiments, the indicator can then be deleted.
It is thus possible to equip not only a dynamometric ring, but also a flexed blade dynamometer, or a torque meter such as a shaft with circular or square section, subjected to static or dynamic torsion, as well as a frame, with a photoelastic device providing by its observation the magnitude of the force to which said dynamometer is subjected. In order to make precise measurements of force or torque, the device may include a polariscope with a Babinet, penumbra, photocell or other compensator.
In particular, in the case where a photoelastic device is used for safety purposes, provision is made for it to automatically control, by its variation in color or light intensity, a warning device or means eliminating or reducing the force undergone by the light. device he equips.
The invention is also applicable to measuring devices other than torque rings or torque gauges. Fig. 7 shows, by way of example, its application to a pressure sensor. The membrane 40, elastically deformable, forming part of the wall 41 of an enclosure for which it is desired to measure or record the pressure, carries, glued to it, or otherwise made integral, a photoelastic plate 42 covered by a layer of polarizing material which participates thus to the deformations of the membrane; by deforming, the wafer becomes birefringent and the measurement of the greater or lesser degree of birefringence provides an indication of the interior pressure of the enclosure.
In a variant, the photoelastic layer, in the form of a plate or photoelastic varnish, is fixed directly to the wall of the enclosure. In this case, the wafer is metallized on the face which is not in contact with the polarizing layer.
In the embodiment according to FIG. 8, a crystalline plate 43 is glued on the front face of the plate 42 and on the latter a Polaroid plate (registered trademark) 44. A photoelectric cell 45 placed in front of the device can be used.
It is also possible to carry out measurements of other types, such as, for example, the measurement of wind speed, that of vibrations of all kinds, displacements, etc. In fig. 9, there is schematically shown, by way of example, an apparatus suitable for measuring the wind speed and the variations in this speed. This device simply comprises a flexible blade 60 embedded at its end 61 and on which has been glued a photoelastic plate 62 covered by a layer of polarizing material.
Under the action of the wind, the blade flexes, which gives rise to the phenomenon of birefringence in the wafer. It is also possible to glue or place on the surface of the wafer a Polaroid plate surmounted or not by additional birefringent blades.
It is intended to obtain vibration sensors by gluing plates on calibrated elements.
The measurement of the birefringence, for the various embodiments, can be performed using a reflecting polariscope or a reflecting polarizing microscope.
In the installation according to fig. 10, the photo elastic device bonded, for example, on the membrane 40 forming part of the enclosure 43, the pressure of which is to be measured or recorded, receives a brush of rays supplied by an objective 44 receiving light from a semi-reflecting lens 45, inclined at 45O, whose incident brush 46 is provided by a light source 47 after passing through a Polaroid plate 48, a quarter-wave plate 49 and a monochromatic filter 50. L observation or recording of the light, after reflection on the metallized face 51, new crossing of the objective 44 and of the glass 45, is done after passing through the quarter-wave plate 52 and the analyzer 53 .
In the embodiment, the light falls, after passing through an eyepiece 54, on a photoelectric cell 55, the current of which is conveyed by the conductors 56 to a recording oscillograph or a galvanometer.
The advantages of such a measuring installation are as follows: - the actual measuring apparatus is separate
membrane or other sensing element; - its sensitivity is variable by adjusting the device
mul photocell electronic tif
electron multiplier or other photo cell
electric; - it allows static and dynamic calibration; - it allows to measure at great distance without
contact with the part or the sensor; - you can choose the thickness of the wafer
so as to have a sensitivity fixed in advance; - you can check with a polariscope if the pres
tion is transmitted correctly (symmetry or
aspect form).
Example
We want to record static or dynamic pressures that can take values between 0 and 2 kg / cm2. The material and the thickness of the membrane are chosen so that it presents, for the pressure of 2 kg / cm2, a maximum stress, which has, for example, a value of 12 kg / mm2 for a steel membrane. By choosing a photoelastic wafer of 3 mm, a fringe will appear, for a stress of 12 kg / mm2, ie a light delay of the order of 0.6. 10-3mm.
In this case, we can either: a) observe and measure with opti
that the pressures by replacing the source of
light through a strobe (alternating pressures); b) record through a cell;
this can be set to save
relative elongations of 10-s and even of
10-9, that is to say stresses for steel of
around 20. 10-5 kg / mm2, hence the pressures,
and their variations, of the order of 3 10-6 kg / cm2.
Fig. January 1 schematically shows the general principle of an installation which has just been described as an embodiment with reference to the previous figure.
In such an installation, the photoelastic device 70 carried by a membrane 71 is placed opposite a polariscope 72 equipped with a photoelectric cell 73. The current supplied by this cell from the light influenced by the device 70, and which depends on the deformations of the membrane 71, is collected between the conductors 74 and 75; it can be used in a measuring device, a signaling device, a regulation device, etc. The assembly constitutes a current generator as a function of the forces to which the membrane is subjected.
In fig. 12, the part to be studied or monitored is designated by 201. The photoelastic device 202 comprises a photoelastic plate 203, transparent, which is glued by its face 204 on the part 201. The plate 203 is secured by its other face 205 with a sheet 206 of polarizing material. If the part 201 is not reflective, the face 204 is metallized as shown at 207. The device is illuminated by incident light shown schematically by the rays 208 and, for monitoring or study, it suffices for the observer places his eye, shown schematically in 209, on the path of the light, which has been schematized in 210, reflected by the shiny part or the metallized face.
A composite plate, that is to say constituted by a photoelastic plate covered with a polarizing material, can also be used for conventional photoelasticity tests such as tests on models. The plate is then cut along the contour to serve as a model, which thus comprises, incorporated according to the same mechanical unit, the photoelastic material and the measuring means, namely the polarizing material. The rear face of the composite plate is then metallized or coated with a reflective paint.
In another embodiment, the photoelastic plate is secured not with a sheet of polarizing material, but with two sheets of such a material, placed on either side of the photoelastic plate, so as to constitute a sandwich plate. Such a device can then be used for a transparency analysis, in particular for determining the directions of the main tensions by observing the isoclinic fringes and the values of the tensions by observing the isochromes. It is possible to use two linear or circular polarizers with parallel axes or with crossed axes, thus allowing the execution of the various conventional analyzes in photoelasticity without any auxiliary measuring device being necessary.
Fig. 13 shows such a device comprising a transparent photoelastic plate 211, carrying, on the one hand, a sheet 212 of polarizing material and, on the other hand, a second sheet 213 also of polarizing material. The study is done simply by observing - the observation eye being shown diagrammatically in 214 - the light which passes through this device, the light rays having been diagrammed in 215.