[发明专利]一种利用光偏转法测试混凝土表面空化损伤的方法及装置

权利要求书

1.一种利用光偏转法测试混凝土表面空化损伤的方法，其特征在于，该方法具体如下：

将表面光滑的混凝土试块置于水槽内，将水槽内的水位调整至淹没混凝土试块指定高度；

通过YAG激光器发出激光，激光经过衰减片和扩束准透镜，再由聚焦透镜聚焦在水箱中的混凝土试块表面，使混凝土试块表面激光照射处周围液体汽化形成空泡，空泡经演化和溃灭过程，生成高速射流和冲击波，指向混凝土壁面并造成损伤，空泡的演化和溃灭过程通过高速摄像机录制；

空泡对混凝土试块表面空化损伤后，水箱向外排水，将混凝土试块表面暴露于空气中，再通过He-Ne激光器发出激光对混凝土试块表面损伤处进行光偏转观测。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于：将多个YAG激光器组合使用，形成空泡群激发器，通过控制YAG激光器的工作数量即可控制空泡产生的数量，实现由单个空泡到多个空泡激发过程的转换，研究单个空泡及空泡群对混凝土试块表面损伤影响。

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于：调节YAG激光器的角度以改变空泡的形成位置，以研究空泡与混凝土试块表面之间距离变化对混凝土试块表面损伤的影响。

4.根据权利要求1所述方法，其特征在于：通过YAG激光器发出的激光经聚焦透镜聚焦后，激光经过分光镜，将入射光以指定比率分割为两条光束，一束射向混凝土试块表面，另一束通过光电探测器分析激光信号，测量光功率的大小，用来记录激光产生空泡的能量密度，以研究激光能量密度与空泡溃灭损伤的关系。

5.根据权利要求1所述方法，其特征在于：通过He-Ne激光器发出激光对混凝土试块表面损伤观测方法：采用反射式光偏转方法，偏转信号主要源于混凝土试块表层剥落形成的凹槽或坑槽，试块表面的形状发生的改变导致照射到试块表面的光束斜率发生变化，由电脑控制激光束的能量，对激光辐照前后进行对比，根据激光偏转的角度或大小，判断混凝土试块表面的损伤程度。

6.权利要求1至5所述方法所使用的利用光偏转法测试混凝土表面空化损伤的装置，其特征在于：包括空泡激发系统(1)、样品空化损伤检测系统(2)和高速摄影系统(3)，空泡激发系统(1)包括用于向混凝土试块(5)表面处发出激光的YAG激光器(11)，YAG激光器(11)依次连接数字延迟脉冲发生器(12)和数字示波器(13)后连接至上位机(4)，YAG激光器(11)的激光发出端依次设置有衰减片组(14)、扩束准直透镜组(15)和激发聚焦透镜(16)，样品空化损伤检测系统(2)包括水槽(21)、He-Ne激光器(22)和光斑接收屏(23)，混凝土试块(5)置于水槽(21)内，He-Ne激光器(22)用于发出检测激光并经检测聚焦透镜(24)后照射于混凝土试块(5)表面的空化损伤处，光斑接收屏(23)用于接收偏转后的检测激光并连接上位机(4)，高速摄影系统(3)包括与上位机(4)相连的高速摄像机(31)，高速摄像机(31)用于记录测试过程中水槽(21)内混凝土试块(5)表面处空泡的演化和溃灭过程。

7.根据权利要求6所述装置，其特征在于：空泡激发系统(1)还包括有分光镜(17)和光电探测器(18)，分光镜(17)设置于激发聚焦透镜(16)与混凝土试块(5)之间的激光路径上，用于将入射光以指定比率分割为两条光束，一束射向混凝土试块(5)表面，另一束射向光电探测器(18)并通过光电探测器(18)上传至上位机(4)。

8.根据权利要求6所述装置，其特征在于：还包括有激光器支架(6)，激光器支架(6)上分布固定有多个角度可调的激光器连接机构，多个YAG激光器(11)组成空泡激发阵列装置，且所述多个YAG激光器(11)均分别固定于激光器连接机构上。

9.根据权利要求6所述装置，其特征在于：高速摄影机(31)为NACMEMRECAM HX-3高速摄影机，摄影机画幅频率设定为10000帧/秒，即每帧时间间隔为10μs，镜头使用焦距为50mmNikkor定焦镜头、60mmNikkor定焦镜头或者24-85mm Nikkor变焦镜头。

10.根据权利要求6所述装置，其特征在于：样品空化损伤检测系统(2)还包括储水箱(26)，所述水槽(21)内安置有试块安置架(25)，混凝土试块(5)摆放或固定于试块安置架(25)上，水槽(21)为透明石英水槽，水槽(21)上标刻有水位线，储水箱(26)设置于水槽(21)的下侧，水槽(21)下部设置有伸至储水箱(26)内的排水管(27)，排水管(27)上安置有阀门(26)以便打开阀门(26)即可将水槽(21)内的水排入储水箱(26)内，水管(28)一端伸至储水箱(26)底部、另一端伸至水槽(21)内，并在水管(28)上设置水泵(29)。