[发明专利]一种基于三波长照明光源的光弹性应力测量系统与方法

说明书

本发明公开了一种基于三波长照明光源的光弹性应力测量系统与方法，属于光弹性测量的技术领域。所述光弹性应力测量系统包括图像获取模块，用于分别获取波长λ₁、波长λ₂和波长λ₃光源照明下消除背景光的条纹强度分布；主应力差计算模块，用于采集图像获取模块获得的图像条纹信息并求解待测样品的主应力差；主应力方向计算模块，用于采集图像获取模块获得的图像条纹信息并求解待测样品主应力方向。本发明使用方便，测量速度快；极大减小了高级次条纹处理时的误差，拓展了光弹性应力测量的范围；能够对含有误差的曲线段进行处理，准确测得样品的主应力方向和主应力差大小，显著消除了双波长测量方法产生的误差，具有测量精度高的优势。

技术领域

本发明涉及一种基于三波长照明光源的光弹性应力测量系统与方法，属于光弹性测量的技术领域。

背景技术

光弹性测量技术是一种基于透光材料的双折射特性的一种应力测量技术，可以通过条纹图直观地反映出材料内部的应力分布情况。除传统的相移法之外，对光弹性条纹进行级数分析的双波长法，虽为材料内应力大小和方向的定量分析提供了新的思路，但仍存在一定局限性。双波长法的计算过程中忽略了照明光的频率差异导致的误差，在所测量的条纹级数较低时，结果与实际结果的误差较小，但对于一些应力变化较大的样品，随着测量级数的增加，计算误差也会累计增加，因此对于此类样品的测量精度难以达到要求。

图1所示的是一种双波长法的光弹性测量光路(Chen T Y.Digitaldetermination of photoelastic birefringence using two wavelengths[J].Experimental Mechanics,1997,37(3):232-236.)，包括双波长激光光源1、起偏器2、第一四分之一波片3、准直透镜4、待测样品5、成像透镜6、第二四分之一波片7、检偏器8和光电探测器9。Chen提出，在所探测到的条纹图的一个条纹宽度内，设置5×5十字形点用于精确条纹搜索。即分别计算两种波长光照射下，各点的条纹级次误差，通过搜寻最小误差值首先确定中心点的精确条纹级次，再以其作为种子点，通过树搜索来确定其他点的精确条纹级数。由此，通过Nf＝t(σ₁-σ₂)便可确定各点主应力差的值(σ₁-σ₂)，其中，N为精确条纹级数，f为对应波长下的条纹值，t为样品厚度。该方法虽不需要相位去包裹的特殊处理，但它只适用于在一定级次内的条纹级次的判别，当条纹密度较大时会产生较大的误差(韩永胜,张东升,罗淼.用双波长法和相移法确定光弹性参数[J].工程力学,2008,25(002):62-65.)，因此导致其适用范围受到限制。

发明内容

[技术问题]

本发明要解决的问题是：现有的双波长光弹性测量方法只适用于在一定级次内的条纹级次的判别，当条纹密度较大时会产生较大的误差，适用范围有限。

[技术方案]

本发明提供了一种基于三波长照明光源的光弹性应力测量系统与方法，适用于光弹性测量技术领域，本发明比双波长法多引入一个波长的照明光源，对于双波长法测量应力过程中产生的原理性误差有显著地改善，在能够定量测量样品的应力大小和方向的同时，显著提高计算精度，为拓展光弹性应力测量的适用范围提供一种新的测量技术。

所述基于三波长照明光源的光弹性应力测量方法应用基于三波长照明光源的光弹性应力测量系统进行测量，所述基于三波长照明光源的光弹性应力测量系统包括：

图像获取模块，包括三波长面光源，在所述三波长面光源出射光线的传播路径上依次设有起偏器、检偏器、成像透镜和光电探测器，用于分别获取波长λ₁、波长λ₂和波长λ₃光源照明待测样品消除背景光的条纹强度分布；

主应力差计算模块，用于采集图像获取模块获得的图像条纹信息并求解待测样品的主应力差；