• بازدید : 53 views
  • بدون نظر
این فایل قابل ویرایش می باشد وبه صورت زیر تهیه شده:

عبارتهاي تنش و كرنش غالباً در موقع استفاده با يكديگر اشتباه مي شوند و بنابراين لازم است در اينجا تعريف روشني از اين در كلمه بيان شود.
كرنش نتيجه تنش است و به صورت تغيير نسبي ابعاد يك شي بيان مي شود، بدين معني كه تغير بعد تقسيم بر بعد اصلي مي شود، به گونه اي كه به عنوان مثال، از نظر طولي كرنش تغييرات طول تقسيم بر طول اصلي است. اين كميتي است كه يك عدد خالص بوده و حاصل تقسيم يك طول بر طول ديگر است و بنابراين ديمانسيون فيزيكي ندارد.
كرنش به روشي مشابه تغيير كميت تقسيم بر كميت اصلي را مي توان براي اندازه گيري هاي سطح و يا حجم تعريف كرد به عنوان مثال، كرنش سطح، عبارتست از تغيير سطح تقسيم بر سطح اصلي و كرنش حجم، تغييرات حجم تقسيم بر حجم اصلي است.
لودسلها در سيستمهاي توزين الكترونيكي مورد استفاده قرار مي گيرند. يك لودسل عبارت است از يك ترانسديوسر نيرو كه نيرو يا وزن را به سيگنال الكتريكي تبديل مي كند. اساساً، لودسل از يك مجموعه استرين گيج تشكيل شده است، كه معمولآً چهار عدد هستند و به صورت مدار پل و ستون وصل شده اند. خروجي مدار پل ولتاژي است كه مقدار آن متناسب با نيروي وارده به لودسل است. خروجي ولتاژ مورد نظر يا به طور مستقيم پردازش مي شود و يا اينكه ابتدا ديجيتايز شده سپس آماده پردازش مي شود.

۱-۲- تداخل سنجي
روش ديگري براي اندازه گيري كرنش كه داراي امتيازات قابل توجهي نيز هست و حساسيت مناسبي هم دارد روش تداخل سنجي است. اگرچه وصول اين روش كاملاً قديمي است، اما استفاده علمي از آن تا زماني كه ليزرهاي مناسب و تجهيزات وابسته به آن، به همراه شيوه هاي الكترونيك كاربردي قرائت اندازه گيري رايج نشده بود به عهده تعويق افتاد.
قبل از آنكه بخواهيم استرين گيج از نوع تداخل سنج ليزري را تشريح كنيم، لازم است اصول تداخل موج و مشكلات آن وقتي موجهاي تداخلي از نوع نور هستند را بدانيم.
پديده تداخل در همه انواع امواج روي مي دهد (شكل ۱-۷) وقتي دو بار با يكديگر تلاقي مي گنند و با يكديگر همفاز هستند (پيكهاي هم علامت يكديگر را تقويت مي كنندن)، نتيجه اين تداخل، موجي با دامنه بزرگتر است كه يك موجب تقويت شده است. اين نوع تداخل، تداخل فزاينده دامنه ناميده مي شود. اگر چنانچه دو موجب با فازهاي مخالف هم با يكديگر تداخل كنند، مجموع دو موج يا داراي دامنه صفر خواهد بود يا اينكه دامنه آن كوچه خواهد بود و تداخل آن كاهنده دامنه ناميده مي شود. تغيير تداخل فزاينده دامنه به كاهنده دامنه زماني اتفاق مي افتد كه تعيير فاز يكي از دو موج نسبت به موج ديگر در مدت نيم سيكل صورت پذيرد. اگر امواج از دو منبع منشتر شوند، آنگاه حركت يك منبع با فاصله اي باندازه نصف طول موج براي تغييرنوع تداخل از نوع فزاينده دامنه به نوه كاهنده دامنه و بالعكس كافي خواهد بود. اگر امواجي كه استفاده مي شوند داراي طول موج كوتاه باشند آنگاه فاصله نصف طول موج خيلي كوتاه خواهد بود واين روش اندازه گيري خيلي حساس و دقيقي براي اندازه گيري فاصله خواهد بود.
طول موج نور قرمز حدود nm 700 يا m 7-10 و يا mm 4-10 خواهد بود. به طوري كه با شيفت دادن موج به اندازه نيمي از اين فاصله بين دو منبع نور قرمز مي توان انتظار داشت كه تداخل از حالت كاملاً فزاينده دامنه به حالت كاملاً كاهنده دامنه تبديل شود، در عمل مي توان  تغييرات خيلي كوچكتر از اين مقدار را نيز آشكار كرد. اگر مشكل همدوس بودن امواج نوري وجود نمي داشت اين روش بايستي خيلي زودتر از آنچه بايد مورد استفاده قرار گرفت. تداخل تنها وقتي ممكن است كه امواجي كه با يكديگر تداخل مي كنند در دوره زماني نسبتاً زيادي پيوسته باشند.
هرچند مولدهاي نور معمولي امواج را به صورت پيوسته منتشر نمي كنند. در منبع نوري مانند يك لامپ رشته اي و يا لامپ فلورسنت، هر اتمي كه يك پالس تشعشع نوري را منتشر مي كند، طي مرحله فوق انرژي از دست مي دهد و سپس انتشار نوري را منتشر مي كند، طي مرحله فوق انرژي از دست مي دهد و سپس انتشار انرژي تازماني كه مجدداً به تك تك اتمها است و به صورت يك كميت موج پيوسته نيست اين موضوع باعث مي شود به دست آوردن هر اثر تداخلي بين دو منبع نور معمولي جداگانه غير ممكن باشد و تنها راهي كه تداخل نوري با استفاده از چنين منابع نوري به طور معمولي قابل نمايش است اين است كه نوري كه از روزنه عبور داده شده با يك اختلاف مسير خيلي كوچك، با انعكاس يافته خودش تداخل يابد.
با وجود نور ليزر همه مشكلات فوق رفع مي شود. ليزر شعاعي از نور عرضه مي كند كه درآن همه اتمهاي تشكيل دهنده نور به طور همزمان در حال نوسان هستند. اين نوع شعاع نوري همدوس ناميده مي شود. توسط شعاع نور همدوس مي توان بآساني اثرات تداخلي را نشان داد و امتياز ديگر اين است كه از يك ليزر بآساني مي توان شعاعهاي موازي دقيق را به دست آورد. توسط تداخل سنج همانگونه كه در شكل ۱-۸ نشان داده شده مي توان اين دو خصوصيت را نشان داد.
نور حاصل از يك ليزر كوچك به يك مجموعه صفحات شيشه اي نيمه منعكس كننده تابانده مي شود و مقداري از اين نور به پرده منعكس مي شود. بقيه نور به منعكس كننده برخورد مي كند، به طوري كه شعاع منعكس شده به صفحات شيشه اي بر مي گردد و ضمناً روي پرده منعكس مي شود. كنون تداخل پترني بين نوري كه از شعاع نوري خارجي شونده منعكس شده ونوري كه از شعاع نوري بازگشتي ايجاد شده شكل مي گيرد . اگر منعكس كننده دور بهاندازه يك چهارم طول موج نور حركت كند، مسير شعاع نور رفت و برگشت از منعكس كننده به اندازه نصف طول موج تغيير خواهد كرد وتداخل بين دو نوع فزاينده دامنه و كاهنده دامنه تغيير خواهد كرد. به دليل اينكه اين يك شعاع نوري است كه باعث مي شود روشنايي روي پرده بين حالت روشن و تاريك تغيير كند توسط يك فتوسل مي تواند اين تغيير را اندازه گيري كرد و با اتصال فتوسل به يك شمارنده ديجيتال از طريق يك تقويت كننده ، تعداد ربع طول موجهاي حركت منعكس كننده دور را مي توان به صورت الكترونيكي اندازه گيري كرد.
 

شكل ۱-۸ قوانين تداخل سنجي موج. در قسمت (a)  تنظيم ليزر و صفحات شيشه اي نشان داده شده است . صفحات شيشه اي مقداري زا نور را از خود عبور مي دهند ومقداري از آن را منعكس مي كنند. به گونه اي كه هم كنعكس كننده وهم پرده مقداري نور از شعاع ليزر را دريافت مي نمايند. علاوه بر آن، نور برگشتيي از منعكس كننده هم به پرده برخورد مي كند و باعث ايجاد شكل تداخلي مي شود همانگونه كه در قسمت (b) نمايش داده شده است. با حركت دادن منعكس كننده به اندازه نصف طول موج، شكل به اندازه فاصله بين باندها روي پرده حركت خواهد كرد.

 تداخل سنج اغلب براي بسياري از اهداف به اندازه گافي حساس است. به عنوان مثال، اثر تعييرات دماها بآساني جبران سازي نمي‌شود. اگر چه مي‌تواند با استفاده از مسيرهاي نوري كه دو شعاع تداخل كننده مسيرهاي مساوي طي كرده اند، يكي هم خط با تنش و ديگري در مسير قائم انجام شود. يك امتياز اين روش اين است كه هيچ اتصال فيزييكي بين نقاطي كه فاصله آن اندازه گيري شده اند؛ يعني هيچ سيم و يا نوار نيمه هادي براي اتصال نقاط وجود ندارد؛ بدنه اصلي تداخل سنج در يك مكان است و منعكس كننده در جاي ديگر قرار دارد. فاصله بين قسمت اصلي وسيله و منعكس كننده ثابت نيست، تنها محدوديت اين است كه فاصله نبايستي از فاصله همدوسي ليزر تجاوز كند. اين فاصله متوسطي است كه طي آن فاصله، نور همدوس باقي مي ماند و معمولآً براي يك منبع ليزري لااقل چند متر است.

۱-۳روشهاي فيبر نوري
پيشرفتهاي تكنيكي در رابطه با توليد و استفاده فيبرهاي نوري، باعث شده است كه از اين وسايل بريا اندازه گيري تغييرات فاصله استفاده شود. فيبر نوري (شكا ۱-۹) از لايه هاي شيشه اي تشكيل شده است به طوري كه لايه هاي بيروني داراي ضريب شكست بيشتري نسبت به لايه هاي داخلي است به دليل اثر انعكاسي كلي داخلي، ساختار فوق باعث باعث مي شود كه شعاع نوري، داخل فيبر به دام بيفتد (شكل ۱-۱۰). زماني كه يك شعاع نوري يك مسير مستقيم را داخل فيبر طي مي كند، تعداد انعكاسات داخلي كوچك خواهد بود، اما اگرفيبر خميده شود، آنگاه تعداد انعكاسها به طور قابل توجهي افزايش مي يابد و اين امر باعث مي شود مسير پيموده شده توسط نور افزايش يابد. بنابراين زمان مورد نياز براي عبور مسير پيموده شده تغير يافته و به دنبال آن فاز تغيير مي كند اين تغيير  فاز را مي توان با نوع چيدمان همانند شكل ۱-۱۱ براي آشكارسازي تغييرات كوچك مورد استفاده قرار داد. دو عدد آرواره ، همانطوري كه با هم حركت مي كنند، باعث مي شوند فيبر نوري به شكل زيگزاگ مانند  درآيد كه درآن شعاع نوري  در فيبر چندين بار منعكس خواهد شد.
فاصله اضافي پيموده شده توسط شعاع نوري باعث ايجاد تاخيري مي شود كه با تداخل سنجي، با استفاده از يك شعاع نوري ديگر از يك فيبر بات همان مشخصات ضريب شكست قابل آشكار سازي است. به دليل اينكه ارتباط ساده اي بين مقدار حركت و مقدار تاخير حركت نور وجود ندارد، سنسور را بايستي در كل محدوده كاري مربوط به آن كاليبره و تنظيم كرد.

شكل ۱-۹ ساختمان فيبر نوري، فيبر نوري يك م.اده منفرد نيست بلكه از جنس شيشه يا (با فوايد كمتر) از جنس پلاستيك است. اين مواد داراي خواص متفاوتي هستند و محدود شكست نور در آنها متفاوت است (قابليت شكست) به طوري كه هر شعاع نوري كه از محل اتصال بين مواد فيبر به داخل فيبر نفوذ گند، متوالياً منعكس مي شود و بنابراين داخل فيبر به دام مي افتد.

شكل ۱-۱۰- انعكاس داخلي كلي (a) زماني كه يك شعاع نوري از يك محيط با غلظت بيشتر (با قابليت شكست بالاتر)به يك محيط كه داراي چگالي نروي كمتر است (قابليت شكيت نور درآن كمتر است) وارد مي شود، مسير شعاع نوري از خط عمود بر سطح مشترك دو محيط دور مي شود (b) اگر تغيير زاويه شعاع نوري تابيده شده ادامه يابد شعاع نوري كه به محيط با چگالي كمتر وارد مي شود تقريباً به موازات سطح مشترك دو محيط نزديك مي شود  ( c)  ادامه تغيير زاويه شعاع تابش باقي مي ماند. استفاده از دو نوع شيشه در يك فيبر نوري اين اطمينان را مي دهد كه سطح انعكاس همواره بين دو شيشه با ضريب شكست معين بوده وشيشه بيروني داراي شكست كمتري نسبت به شيشه داخلي است و بنابراين همواره بازتايش كلي رخ مي دهد.

۱-۴ گيجهاي فشار
فشار در يك مايع يا يكي گاز به معني مقدار نيروي وارده از طرف گاز يا مايع بر واحد سطح است. فشار و تنش مكانيكي هر دو واحد اندازه گيري مشابه هستند و در مورد مواد جامد، كميت سطح/ نيرو همواره به جاي اينكه به عنوان فشار معرفي شود تنش ناميده مي شود. در مورد ماده جامد، مقدار تنش يا با دانستن نيرو و سطح مقطع و يا از روي مقدار كرنش قابل محاسبه است. در جاهائي كه تنش بر يك سيم و يا خرپا اعمال مي شود، شايد محاسبه تقسيم تنش ممكن باشد، اما جون مقدار كرنش توسط روشهاي الكترونييك قابل اندازه گيري است، استفاده از رابطه نشانداده شده در جدول ۱-۱ معمولآً آسانتر به نظر مي رسد.

عتیقه زیرخاکی گنج