[發明專利]一種基于光干涉法測玻璃體應力的測量方法

有效

• 申請號: 201410625224.1
• 申請日: 2014-11-07
• 公開（公告）號: CN104374501A
• 公開（公告）日: 2015-02-25
• 發明（設計）人: 郭長立;楊曼;郭朝霞;王守全;楊易
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 羅笛

1.一種基于光干涉法測玻璃體應力的測量方法，其特征在于，采用的測量裝置的結構為：

包括外支撐架部、牛頓環儀部、砝碼托盤部；

外支撐架部包括圓形的上端蓋(5)，上端蓋(5)通過鋁桿a(6)與圓形的下端蓋(7)連接，上端蓋(5)的中心設有與上端蓋(5)同軸的圓形凹槽；

牛頓環儀部包括底蓋(2)，底蓋(2)上表面設置有與底蓋(2)同軸的環形凸臺，底蓋(2)的上方設置有壓蓋(1)，壓蓋(1)的下表面設置有與底蓋(2)的凸臺相匹配的凹槽，壓蓋(1)與底蓋(2)之間設置有平凸透鏡(3)和平板玻璃(10)，平凸透鏡(3)嵌入壓蓋(1)的凹槽內，平板玻璃(10)嵌入底蓋(2)的凸臺上，且平板玻璃(10)與底蓋(2)之間有間隙，底蓋(2)嵌入上端蓋(5)的凹槽內；

砝碼托盤部包括鋁桿b(8)，鋁桿b(8)的一端依次穿過上蓋(5)和壓蓋(1)，鋁桿b(8)通過螺母(4)與壓蓋(1)連接，鋁桿b(8)的另一端連接有底盤(9)；

所述上端蓋(5)的半徑和所述下端蓋(7)的半徑相等；

所述壓蓋(1)的凹槽的半徑不小于所述底蓋(2)的凸臺的外徑；

所述鋁桿a(6)和所述鋁桿b(8)均不少于3根；

所述鋁桿a(6)通過螺紋分別與所述上端蓋(5)、所述下端蓋(7)連接；

所述鋁桿b(8)的半徑小于所述鋁桿b(8)穿過所述壓蓋(1)開孔的半徑；

所述鋁桿b(8)與所述底盤(9)通過螺栓連接；

具體按照以下步驟實施：

步驟1、在壓蓋(1)的軸心上方放置與水平面成45度夾角的反射鏡(12)，反射鏡(12)的上方放置讀數顯微鏡(13)，反射鏡(12)的水平入射方向放置鈉光源(11)；

步驟2、在底盤(9)上放置U型砝碼；

步驟3、利用鈉光源(11)發出鈉黃光，鈉黃光照到反射鏡(12)，光線經過45度反射后，垂直入射到平凸透鏡(3)中，經平凸透鏡(3)的下表面和平板玻璃(10)的上表面反射的光線產生干涉條紋，再通過反射鏡(12)上方設置的讀數顯微鏡(13)得到干涉條紋的暗環對應的半徑，然后通過受力分析和平板理論計算得到平板玻璃(10)受到的應力。

2.根據權利要求1所述的一種基于光干涉法測玻璃體應力的測量方法，其特征在于，所述步驟3中計算平板玻璃(10)受到的應力的具體過程為：

在距平板玻璃(10)中心的距離為r處，平板玻璃(10)的撓度ω為：

ω=σ8πDr2lg(r/a)+C3r2+C4,]]>

其中，D為平板的撓曲剛度，a表示平板玻璃(10)的半徑，σ表示平板玻璃(10)所受的應力；

平板玻璃(10)邊緣簡支時，

C3=-σ16πD·3+μ1+μ,]]>

C4=σ16πD·3+μ1+μ·a2,]]>

代入平板玻璃(10)的撓度ω的計算公式，得：

ω=σ16πD[3+μ1+μ(a2-r2)+2r2lg(r/a)],]]>

其中，μ為泊桑比，

將lg(r/a)展開帶入上式，并略去r⁶之后的項，得到平板玻璃(10)的撓度ω為：

ω≈σ16πD[(3+μ)a21+μ-16+10μ3(1+μ)r2+6ar3+1a2r4+23a3r5],]]>

平板玻璃(10)中心處的撓度最大為：

ωmax=3+μ1+μ·σa216πD,]]>

平板玻璃(10)變形前，距平板玻璃(10)中心的距離為r處，平板玻璃(10)與平凸透鏡(3)之間的空氣縫隙厚度e為：

e=r22R,]]>

其中，R為平凸透鏡(3)的曲率半徑，

平板玻璃(10)變形后，距平板玻璃(10)中心的距離為r處，平板玻璃(10)與平凸透鏡(3)之間的空氣縫隙厚度h為：

h＝e-(ω_max-ω)，

分別將略去r⁶之后的項得到平板玻璃(10)的撓度ω、平板玻璃(10)中心處的撓度ω_max、平板玻璃(10)變形前與與平凸透鏡(3)之間的空氣縫隙厚度e代入上式，并將r⁴和r⁵項略去，得：

h=r22R-σ16πD·16+10μ3(1+μ)r2+p16πD·6ar3,]]>

暗紋公式為：

h=12kλ,]]>

其中，k＝0，1，2，3，......，λ為鈉黃光的波長，

上述兩式相減得：

r22R-σ16πD·16+10μ3(1+μ)r2+p16πD·6ar3-12kλ=0,]]>

分別將r_k和r_k+m代入上式得：

rk22R-σ16πD·16+10μ3(1+μ)rk2+p16πD·6ark3-12kλ=0,]]>

rk+m22R-σ16πD·16+10μ3(1+μ)rk+m2+p16πD·6ark+m3-12(k+m)λ=0,]]>

兩式相減并化簡得到平板玻璃(10)所受的應力σ為：

σ=8πD(rk+m2-rk2-Rmλ)/[(16+10μ)R3(1+μ)(rk+m2-rk2)-6Ra(rk+m3-rk3)],]]>

其中，r_k為通過讀數顯微鏡(13)讀出的干涉條紋的第k級暗環半徑，r_k+m為通過讀數顯微鏡(13)讀出的干涉條紋的第k+m級暗環半徑。

3.根據權利要求2所述的一種基于光干涉法測玻璃體應力的測量方法，其特征在于，所述m取值為8-10。