CN2072681U - 用于测定主应力方向的锥形图象光载波器 - Google Patents

Abstract

一种用于测定光弹性主应力方向的光学器件- 圆锥体形图象光载波器，其母线与底面夹角在8°～ 12°之间，底面直径在40～100mm。该光载波器结 构简单，使用方便，可用于根据图象光载波-相位移 原理测定光弹性主应力方向的方法，精确测定主应力 方向。

Description

本实用新型是一种用于测定光弹性主应力方向的光学器件。

光弹性主应力方向的精确测定，是长期以来人们普遍关注的一个难题。美国Vishay公司研制的401系列，在逐点测定主应力方向时有漂移现象。北京大学张远鹏等人提出光电调制方法，有较高的灵敏度，但只能用于逐点测试，应用上有局限性。偏光显微镜价格昂贵，使用不便，推广受到限制。本申请的设计人提出了用图象光载波－相位移方法，测定主应力方向，该测量方法具有精确、快速、方便的特点。

本实用新型的目的是为图象光载波－相位移方法测定主应力方向提供一种结构简单、使用方便的图象光载波器。

本实用新型提出的图象光载波器是一个圆锥体形的光学器件，材料可用环氧树脂，或者人造石英。圆锥体的母线与底面的夹角θ大小从原理来说是不限的，但实际使用时为便于精确测定主应力方向，θ角在8°～12°之间较好。圆锥体的底面直径大小与被测物体（模型）大小有关，一般在40～100mm之间较为适用。在圆锥体底部可以有一个与底面直径一致的同样材质的薄形圆柱体，一般该圆柱体高度小于5mm。结构见图1和图2。

本实用新型提出的锥形光载波器可用于逐点法测定主应力方向，也可用于全场法测定主应力方向。在图象光载波一相位移方法中，光弹性条纹经载波后形成可调制条纹，这些条纹随光载波器的转动产生相位变化，在逐点法中表现为同心圆条纹的扩大或缩小。在全场法中，表现为其灰度值的变化，由此可精确、方便地测得主应力方向，具体步骤如下：

1、在逐点法中，将图象光载波器C和被测模型M置于圆偏振场中，如图3所示。其中La为光源，采用激光点光源，P为偏振器，Q为1／4入玻片，Sp为扩束器，L1为聚光镜，L2为成像透镜，A为分析器，R为同心圆载波条纹，其中，实线（Ri）为初始状态时的载波条纹，其邻近的虚线（Ri）表示当载波器C转动一个角度后载波条纹（Ri）新的位置，△r表示载波器C转动前后，载波条纹半径的变化量，它是模型上主应力方向函数，其关系式为：

△r＝a＋b  cos  ψ

式中a和b是与模型M和载体波器C的相位差有关的可测物理量，ψ是模型M上被测点的主应力方向（即主应力σ₁或σ₂方向与载波器C主轴的夹角）。当△r产生极值时，ψ值就唯一被确定。

2、在全场法中，光场如图4所示，光源采用平行白光。其他标号说明同图3，载波后的光强I和模型上点（x，y）的主应力方向ψ有如下函数关系式：

I（x，y）＝sin²（（α＋β）／2）cos²ψ＋sin²（（α－β）／2）sin²ψ， 式中α，β分别为模型M和载波器C在相应点的相位值，是平面上点（x，y）的函数，ψ表示该点的主方向。记载波器C初始状态时I的测量值为I₀，将载波器C饶中心轴逆时针转动45，测得I₄₅，再转动45，测得I₉₀，于是主方向ψ值由下式给出：

ψ＝1／2·tg^－1（（I₀＋I₉₀－2I₄₅）／（I₀－I₉₀））

使用实例：将本实用新型提出的光载波器用于全场法，测量某一光弹性冻结片的一个截面上的主应力方向，在截面上等间距截取6点进行测量，其结果和用偏光显微镜所测结果比较见下表：

测点编号                1      2      3      4      5      6用偏光显微镜测得ψ值          20     19     18     15     11     0用本光载波器后测得ψ值        22.5   17     17.77  14.15  13.3   0

上表说明图象光载波－相位移法采用本实用新型提出的光载波器，测得的主应力方向有相当高的精确度，而且方法简单，使用方便，价格便宜。

图1为图象光载波器的侧面图。

图2为图象光载波器的正面图。

图3为逐点法测量主应力时的光路图。

图4为全场法测量主应力时的光路图。

Claims (2)

1、一种用于确定光弹性主应力方向的图象光载波器，其特征在于该光载波器是一个人造石英(或环氧树脂)圆锥体。

2、根据权利要求1所说的图象光载波器，其特征在于该圆锥体的底面与母线的夹角在8°～12°之间，底面直径在40～100mm之间。

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