[發明專利]一種利用雙能衍射測量應變分布的方法及裝置

有效

• 申請號: 201910807183.0
• 申請日: 2019-08-29
• 公開（公告）號: CN110514681B
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發明（設計）人: 易棲如;張杰;黎剛;王艷萍;姜曉明
• 申請（專利權）人: 中國科學院高能物理研究所;中國科學院北京綜合研究中心
• 主分類號: G01N23/20
• 分類號: G01N23/20;G01N23/20008;G01N23/207
• 代理公司: 北京天達知識產權代理事務所(普通合伙) 11386
• 代理人: 李明里

本發明涉及一種利用雙能衍射測量應變分布的方法及裝置，屬于材料應力測量技術領域，解決了現有技術中測量裝置和數據分析復雜、很難得到大面積應變分布信息、難以直接測量第一類應變分布的問題。該方法包括以下步驟：分別獲得以E1、E2能量X射線照射下產生的第一衍射斑和第二衍射斑；獲得第一衍射斑和第二衍射斑的像素點在不同旋轉角度時的光強及對應像素點在光強最大時對應的旋轉角度差；根據能量E1、能量E2和旋轉角度差確定第一衍射斑中像素點對應的布拉格角；利用布拉格角確定第一衍射斑像素點對應位置的應變，以獲得樣品待測晶面的第一類應變分布。該方法測量簡單、誤差小、可以得到大面積應變分布信息、可直接測量第一類應變分布。

技術領域

本發明涉及材料應力測量技術領域，尤其涉及一種利用雙能衍射測量應變分布的方法和裝置。

背景技術

工程材料在使用過程中的疲勞、缺陷、裂痕等會嚴重影響材料的使用壽命，而應力應變的分布往往與材料的失效過程有重要聯系。因此，工程材料內應力的測量十分重要。

目前有多種利用中子和同步輻射測量工程材料應力應變的方法。但大部分傳統的測量方法只能測試樣品表面的應變分布，且只能逐點取樣測量。基于同步輻射X射線的應力測量中，利用高能單色X射線分析殘余應力可以得到樣品整體的平均應力應變分布信息，但需要借助狹縫或者準直器來實現樣品的定位，并且，現有的基于同步輻射X射線衍射成像測量應力應變的方法主要是利用了搖擺曲線展寬的變化測量第二類應力應變分布，即晶粒間的應力應變分布。通常利用XRD衍射的方法來測量第一類應力應變的分布。目前，還未出現利用同步輻射X射線成像的方法來直接測量第一類應力應變分布。

現有技術存在以下缺點：一是傳統測量方法只能逐點取樣測量樣品表面的應變分布；二是基于同步輻射X射線的應力應變測量，測量裝置和數據分析較復雜，誤差較大，很難大面積測量應變分布信息，并且無法直接測量第一類應變分布。

發明內容

鑒于上述的分析，本發明旨在提供一種利用雙能衍射測量應變分布的方法和裝置，用以解決現有測量方法復雜、難以大面積測量且無法直接測量第一類應變分布的問題。

一方面，本發明提供了一種利用雙能衍射測量應變分布的方法。該方法包括以下步驟：分別獲得以E1、E2能量X射線照射下產生的第一衍射斑和第二衍射斑；獲得第一衍射斑和第二衍射斑的像素點在不同旋轉角度時的光強；獲得第一衍射斑和第二衍射斑中的對應像素點在光強最大時對應的旋轉角度差；根據所述能量E1、能量E2和對應像素點的旋轉角度差確定第一衍射斑中像素點對應的布拉格角；利用所述布拉格角確定第一衍射斑像素點對應位置的應變，從而獲得樣品待測晶面的第一類應變分布。

進一步的，通過下述方式獲得衍射斑像素點在不同旋轉角度時的光強，所述衍射斑包括第一衍射斑和第二衍射斑：

將待測樣品放置于調整臺上，調整樣品待測晶面平行于入射X射線與旋轉軸所在的平面，在旋轉角度為0°時，使樣品待測晶面的法線與入射X射線垂直，所述旋轉軸垂直于所述調整臺平面；

繞旋轉軸旋轉待測樣品，確定旋轉過程中能夠產生衍射斑的角度范圍，在所述角度范圍內以設定步長旋轉待測樣品，并利用探測器記錄旋轉角度和對應的衍射斑信息，所述衍射斑信息包括像素點的光強；

利用光強閾值分割提取衍射斑信息，以獲得衍射斑的像素點在不同旋轉角度時的光強。

進一步的，利用光強閾值分割提取衍射斑信息，是通過設置衍射光強閾值，將光強大于所述設置的衍射光強閾值的像素點信息提取出來，以提取衍射斑信息。

進一步的，通過下述方法將第一衍射斑和第二衍射斑的像素點一一對應：

分別將第一衍射斑、第二衍射斑的像素點在不同旋轉角度時的光強相加得到圖像1、圖像2；

通過對比所述圖像1和圖像2實現像素點一一對應。