[發明專利]用于介電材料中應力的表征方法

有效

• 申請號: 202110996058.6
• 申請日: 2021-08-27
• 公開（公告）號: CN113820052B
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發明（設計）人: 王志勇;康凱;李傳崴;王世斌;李林安
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24
• 代理公司: 北京東方靈盾知識產權代理有限公司 11506
• 代理人: 張叢

用于介電材料中應力的表征方法，包括：經由平行調制、第一前偏振調制、聚焦調制對源太赫茲波進行第一調制并使其穿過試樣的一區域后經由平行調制、第一后偏振調制、聚焦調制后作為第一信號被接收；經由平行調制、第二前偏振調制、聚焦調制對源太赫茲波進行第二調制并使其沿經第一調制后的太赫茲波相同的方向穿過試樣的上述區域后經由平行調制、第二后偏振調制、聚焦調制后作為第二信號被接收；計算第一信號與第二信號的幅值差異，從而獲得在該區域的兩個主光軸的方向和在所述兩個主光軸方向上的折射率差，以表征該區域的主應力差的強度及其方向。

技術領域

本發明屬于材料測試表征技術領域，尤其涉及一種用于介電材料中應力的表征方法。

背景技術

在測量不透光電介質中的應力方面，現有技術局限于單點測量在于其復雜的實驗步驟而難以獲得全場應力，因此難以實現快速全場測量。

在材料加工和使用過程中，材料的內部應力是材料失效和破壞的因素之一，特別是在多層粘接結構中。使用“偏光儀”觀察透明材料，可以直觀地獲得內部應力的大小和方向，這種方法無法用于不透明材料內部應力的獲取。不透明材料的內部應力可以通過小孔法獲得，但是這是有一種有損的方法。

太赫茲波對于大多數的介電材料有良好的透過性，因此可以基于太赫茲波，建立一種測量不透明介電材料內部應力的無損檢測方法。近年來，由于太赫茲系統的小型化和低成本化的趨勢，越來越多的工業、民用產品流水線在配合太赫茲成像系統完成快速無損檢測。太赫茲無損檢測廣泛應用于塑料材料、陶瓷材料和半導體材料等的檢測。塑料材料在承受載荷出現應變的狀態下由各向同性變成各向異性并展現出對光的雙折射的現象，不透明的塑料材料的內部應力可以由太赫茲波測量。陶瓷基復合材料通常用于制造航空發動機葉片表面的熱障涂層。太赫茲波可以透過熱障涂層，并檢測涂層內部各種成分厚度；其內部的應力也可以由太赫茲波測量。半導體中的應力應變可以提高芯片性能，例如應變硅技術物理拉伸或壓縮硅晶體，進而增加載流子遷移率并增強晶體管的性能。半導體中的應力同樣可以由太赫茲波測量。

因此，亟待提出一種能夠快速測量不透光的電解質試樣中各點處的應力的方法，一方面對測量效率提出了很高的要求，計算量不能大，否則難以通過快速逐點掃描的方式獲得全場應力分布；同時，對測量準確性也提出了很高的要求，并且不能對試樣造成破壞。目前尚未見到能夠滿足上述快速、無損、準確等諸多要求的測試或表征方法。

發明內容

為了部分地在一定程度上解決上述技術問題，本發明提出了一種用于介電材料中應力的表征方法，其特征在于，包括：步驟a.經由平行調制、第一前偏振調制、聚焦調制對源太赫茲波進行第一調制并使其穿過試樣的一區域后經由平行調制、第一后偏振調制、聚焦調制后作為第一信號被接收；步驟b.經由平行調制、第二前偏振調制、聚焦調制對源太赫茲波進行第二調制并使其沿經第一調制后的太赫茲波相同的方向穿過試樣的上述區域后經由平行調制、第二后偏振調制、聚焦調制后作為第二信號被接收；步驟c.計算第一信號與第二信號的幅值差異，從而獲得在該區域的兩個主光軸的方向和在所述兩個主光軸方向上的折射率差，以表征該區域的主應力差的強度及其方向；其中，所述第一前偏振調制與第一后偏振調制的調制方向彼此正交，并且所述第二前偏振調制與第二后偏振調制的調制方向也彼此正交。

進一步而言，所述第一前偏振調制與第二前偏振調制的偏振方向不同。

進一步而言，步驟a和步驟b均在暗場環境中進行。

進一步而言，所述源太赫茲波為經由時域太赫茲系統所發射的太赫茲波，其頻率0.2-3THz。

進一步而言，所述區域為直徑不超過3mm-7mm的圓形區域。

進一步而言，試樣的所述區域的主應力差為Δσ＝Δn/C，其中，Δσ為第一主應力方向與第二主應力方向上的主應力差，Δn為兩個主光軸方向上的折射率差，C為在所述太赫茲波的作用下該材料的應力光學系數，其中，兩個主應力的方向與兩個主光軸的方向一致。