[其他]光调制自动光测弹性应力的方法和装置

说明书

光调制自动光测弹性应力的方法和装置，属于光测弹性应力技术领域。采用非单色光源以便于作双波长测量，达到可测任意条纹级数值的目的。采用电光调制器以利用其电致双折射特性实现补偿消光。在被测模型前后加有一对旋光器以便得到被测模型相对于正交偏振光场的转动效应。测量过程在微处理机控制下自动进行，测量结果以电信号送微处理机作数据自动处理。本发明提高了光测弹性应力的自动化程度，缩短了测量周期，提高了测量精度。

本发明涉及光测弹性力学方法及其测量装置。

在实验应力分析中，光测弹性力学方法被广泛采用。受力透明模型呈光学各向异性，它在正交偏振光场中产生干涉，从而可得到两组干涉条纹。一组条纹叫等倾线，它表征模型上测点的主应力的方位;另一组条纹叫等差线，它表征模型上测点的主应力差。由此可按弹性力学方程计算出测点的正应力和剪应力。这是较早的光弹性仪的基本工作原理。这种光弹性仪的优点是全场测量，测量结果由干涉条纹显示，形象直观;缺点是手动操作多，条纹粗读数不精确，手工计算量大。

美国VISHAY公司于七十年代推出了401型自动光弹仪。该光弹仪与传统的老光弹仪的基本区别是：第一，把全场测量改成逐点测量并把干涉条纹图象输出改为电信号验出。第二，把老光弹仪测量过程中的手工操作自动化，即用一个随动系统使起偏器和检偏器以等角速度同步转动以测量一个主应力（例如δ_１）方向与参考方向的夹角;用另一个随动系统根据上述测得的角驱动检偏器前的〈`-;1;4`〉波片转动，使其快轴与上述主应力方向成45角（即TARDY法排列），这样可以测出主应力的差。第三，起偏器后与检偏器前的两个〈`-;1;4`〉波片是做成环状的。这样近轴光不经〈`-;1;4`〉波片而用来测量主应力的方位角，远轴光经过〈`-;1;4`〉波片用来测量主应力之差。美国401型自动光弹仪虽然使测量过程中的手动操作自动化了，但仍有许多不足之处。首先它的结构复杂体积庞大。第二由于偏光系统在测量过程中不停转动。调整好的系统光路各元件的相对位置易遭破坏，严重影响测量精度。第三不能判别所测角究竟是哪个主应力与参考方向的夹角。该光弹仪尚不能与计算机连接作数据自动处理。

1979年美国专利4171908号给出了一种双波长自动光弹仪，但其不足处是光路系统仍然有机械转动部件。

另一项有关的已有技术是北京大学于1981年研制成功的光学双折射测试仪。图1就是光学双折射测试仪的系统框图。该系统由单色激光光源〔1〕、起偏器〔2〕、检偏器〔3〕、电光调制器〔4〕、光电转换器〔5〕、监示装置〔6〕、电源〔15〕组成，〔7〕是被测模型。

光学双折射测试仪的缺点是不能确切判断主应力的方向;其测量范围仅限于半个波长。此外测量过程中模型相对于偏振光场的转动仍然靠手工操作。

本发明的目的是要克服上述已有技术的缺点，提供一种方法并根据此方法构成一种新的自动光弹仪。具体目标是：

1.测量过程中模型相对于正交偏振光场的转动能以非机械运动方式自动进行。

2.光程差测量范围扩大到多个波长，即被测条纹级数n可以大于一。

3.能测出测点主应力δ_１与δ₂的确切方向。主应力方向设用α来表示，规定，α是最大主应力δ_１与检偏方向（x轴方向）的夹角。

4.所测量α、n以电信号形式输出以便于计算机作数据处理。