[其他]光調制自動光測彈性應力的方法和裝置

在審

• 申請號: 101985000000284
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85100284B
• 公開（公告）日: 1985-09-10
• 發明（設計）人: 張遠鵬;王楚;張合義;朱美棟;施來榮;陸燕仲;武潤璽;柴玉明
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 代理公司: 北京大學專利代理事務所
• 代理人: 俞達成

光調制自動光測彈性應力的方法和裝置，屬于光測彈性應力技術領域。采用非單色光源以便于作雙波長測量，達到可測任意條紋級數值的目的。采用電光調制器以利用其電致雙折射特性實現補償消光。在被測模型前后加有一對旋光器以便得到被測模型相對于正交偏振光場的轉動效應。測量過程在微處理機控制下自動進行，測量結果以電信號送微處理機作數據自動處理。本發明提高了光測彈性應力的自動化程度，縮短了測量周期，提高了測量精度。

本發明涉及光測彈性力學方法及其測量裝置。

在實驗應力分析中，光測彈性力學方法被廣泛采用。受力透明模型呈光學各向異性，它在正交偏振光場中產生干涉，從而可得到兩組干涉條紋。一組條紋叫等傾線，它表征模型上測點的主應力的方位;另一組條紋叫等差線，它表征模型上測點的主應力差。由此可按彈性力學方程計算出測點的正應力和剪應力。這是較早的光彈性儀的基本工作原理。這種光彈性儀的優點是全場測量，測量結果由干涉條紋顯示，形象直觀;缺點是手動操作多，條紋粗讀數不精確，手工計算量大。

美國VISHAY公司于七十年代推出了401型自動光彈儀。該光彈儀與傳統的老光彈儀的基本區別是：第一，把全場測量改成逐點測量并把干涉條紋圖象輸出改為電信號驗出。第二，把老光彈儀測量過程中的手工操作自動化，即用一個隨動系統使起偏器和檢偏器以等角速度同步轉動以測量一個主應力（例如δ_１）方向與參考方向的夾角;用另一個隨動系統根據上述測得的角驅動檢偏器前的〈`-;1;4`〉波片轉動，使其快軸與上述主應力方向成45角（即TARDY法排列），這樣可以測出主應力的差。第三，起偏器后與檢偏器前的兩個〈`-;1;4`〉波片是做成環狀的。這樣近軸光不經〈`-;1;4`〉波片而用來測量主應力的方位角，遠軸光經過〈`-;1;4`〉波片用來測量主應力之差。美國401型自動光彈儀雖然使測量過程中的手動操作自動化了，但仍有許多不足之處。首先它的結構復雜體積龐大。第二由于偏光系統在測量過程中不停轉動。調整好的系統光路各元件的相對位置易遭破壞，嚴重影響測量精度。第三不能判別所測角究竟是哪個主應力與參考方向的夾角。該光彈儀尚不能與計算機連接作數據自動處理。

1979年美國專利4171908號給出了一種雙波長自動光彈儀，但其不足處是光路系統仍然有機械轉動部件。

另一項有關的已有技術是北京大學于1981年研制成功的光學雙折射測試儀。圖1就是光學雙折射測試儀的系統框圖。該系統由單色激光光源〔1〕、起偏器〔2〕、檢偏器〔3〕、電光調制器〔4〕、光電轉換器〔5〕、監示裝置〔6〕、電源〔15〕組成，〔7〕是被測模型。

光學雙折射測試儀的缺點是不能確切判斷主應力的方向;其測量范圍僅限于半個波長。此外測量過程中模型相對于偏振光場的轉動仍然靠手工操作。

本發明的目的是要克服上述已有技術的缺點，提供一種方法并根據此方法構成一種新的自動光彈儀。具體目標是：

1.測量過程中模型相對于正交偏振光場的轉動能以非機械運動方式自動進行。

2.光程差測量范圍擴大到多個波長，即被測條紋級數n可以大于一。

3.能測出測點主應力δ_１與δ₂的確切方向。主應力方向設用α來表示，規定，α是最大主應力δ_１與檢偏方向（x軸方向）的夾角。

4.所測量α、n以電信號形式輸出以便于計算機作數據處理。