[發(fā)明專利]一種基于光熱輻射測量的材料內(nèi)部應(yīng)力測量系統(tǒng)與方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710365015.1
• 申請日: 2017-05-22
• 公開（公告）號: CN106989860B
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉俊巖;王飛;宋鵬;冀嘉琦;林裕山;王揚
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00;G01N3/06;G01N3/08
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

本發(fā)明公開了一種基于光熱輻射測量的材料內(nèi)應(yīng)力測量系統(tǒng)及方法，所述測量系統(tǒng)包括光纖、手動拉伸機、檢測樣件、小離軸拋物鏡架、小離軸拋物鏡、準直鏡、聚焦鏡、第一偏振片、大離軸拋物鏡、大離軸拋物鏡架、濾波片、第二偏振片、紅外探測器、第一BNC數(shù)據(jù)線、計算機、NI數(shù)據(jù)線、鎖相放大器、第二BNC數(shù)據(jù)線、激光器電源、激光器電源線、激光器。本發(fā)明利用材料在外加調(diào)制熱載荷作用下，依靠材料內(nèi)部應(yīng)力與熱波信號存在的聯(lián)系進行材料內(nèi)應(yīng)力測量，適用于各類型材料（金屬材料、復(fù)合材料、無機非金屬材料及合成材料）的內(nèi)部應(yīng)力測試。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種材料內(nèi)部應(yīng)力測量系統(tǒng)與方法，尤其涉及一種基于光熱輻射測量的材料內(nèi)部應(yīng)力測量系統(tǒng)與方法。

背景技術(shù)

隨著工業(yè)現(xiàn)代化技術(shù)的不斷發(fā)展，對材料的使用性能與質(zhì)量保證要求愈加嚴格。由于加工工藝不合格或者材料特性影響，造成最終使用的零件或部件存在內(nèi)應(yīng)力，進而嚴重影響整個機器的后續(xù)裝配過程與最終的使用。內(nèi)應(yīng)力是指當(dāng)外部荷載去掉以后，仍殘存在物體內(nèi)部的應(yīng)力。它是由于材料內(nèi)部宏觀或微觀的組織發(fā)生了不均勻的體積變化而產(chǎn)生的。材料內(nèi)應(yīng)力存在對材料的疲勞強度、應(yīng)力腐蝕和形狀精度等性能都具有較大影響。因此對材料內(nèi)部應(yīng)力進行準確測試，可以為后期去除材料殘余應(yīng)力具有重要的指導(dǎo)作用。目前針對材料內(nèi)應(yīng)力檢測方法譬如納米壓痕法、射線衍射法及鉆孔法，存在針對材料尺寸小、檢測效率低、設(shè)備昂貴及檢測精度差等缺陷。光熱輻射測量技術(shù)是一種新興的材料屬性測量技術(shù)，由于其具有非接觸、直觀、高精度、高效率及易于操作的特性，廣泛應(yīng)用于材料的物理參數(shù)、幾何參數(shù)及性能參數(shù)的檢測。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服目前常見材料內(nèi)部應(yīng)力測量方法存在局限性的難題，提供一種基于光熱輻射測量的材料內(nèi)應(yīng)力測量系統(tǒng)與方法。本發(fā)明利用材料在外加調(diào)制熱載荷作用下，依靠材料內(nèi)部應(yīng)力與熱波信號存在的聯(lián)系進行材料內(nèi)應(yīng)力測量，適用于各類型材料（金屬材料、復(fù)合材料、無機非金屬材料及合成材料）的內(nèi)部應(yīng)力測試。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種基于光熱輻射測量的材料內(nèi)應(yīng)力測量系統(tǒng)，包括光纖、手動拉伸機、檢測樣件、小離軸拋物鏡架、小離軸拋物鏡、準直鏡、聚焦鏡、第一偏振片、大離軸拋物鏡、大離軸拋物鏡架、濾波片、第二偏振片、紅外探測器（HCT）、第一BNC數(shù)據(jù)線、計算機、NI數(shù)據(jù)線、鎖相放大器、第二BNC數(shù)據(jù)線、激光器電源、激光器電源線、激光器，其中：小離軸拋物鏡安裝在小離軸拋物鏡架上，檢測樣件裝夾于手動拉伸機上，聚焦鏡與第一偏振片依次位于準直鏡與檢測樣件之間，大離軸拋物鏡安裝在大離軸拋物鏡架上，濾波片及第二偏振片依次放置于大離軸拋物鏡與紅外探測器之間，紅外探測器通過第一BNC數(shù)據(jù)線與鎖相放大器端口一相連接，計算機通過NI數(shù)據(jù)線與鎖相放大器端口三相連接，鎖相放大器端口二通過第二BNC數(shù)據(jù)線與激光器電源相連接，激光器電源通過激光器電源線與激光器相連接，激光器通過光纖與準直鏡相連接。

一種利用上述基于光熱輻射測量的材料內(nèi)應(yīng)力測量系統(tǒng)進行材料內(nèi)應(yīng)力測量的方法，包括如下步驟：

步驟（1）：確定要測量的試驗樣件與其標(biāo)定樣件，其中標(biāo)定樣件與試驗樣件為同種材料，標(biāo)定樣件經(jīng)時效處理（可認為內(nèi)部應(yīng)力為0），同時標(biāo)定樣件加工成易于手動拉伸機裝夾的形狀；

步驟（2）：首先將標(biāo)定樣件作為檢測樣件裝夾到手動拉伸機上，此時手動拉伸機拉力為0；

步驟（3）：開啟基于光熱輻射測量的材料內(nèi)應(yīng)力測量系統(tǒng)，此步驟包括計算機、鎖相放大器及激光器電源等設(shè)備的開啟；

步驟（4）：計算機控制鎖相放大器進而控制激光器出射激光；

步驟（5）：調(diào)整小離軸拋物鏡架，使激光聚焦于標(biāo)定樣件檢測表面；調(diào)整大離軸拋物鏡與小離軸拋物鏡位置，使其平行放置；

步驟（6）：調(diào)整大離軸拋物鏡架，使匯集的光線經(jīng)濾波片及第二偏振片聚焦于紅外探測器探頭上；