基于动态光弹性系统的应力测量方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于动态光弹性系统的应力测量方法，在一个实施例中，包括：进行暗场成像，并获得应力测点处的第一光强值；进行明场成像，并获得应力测点处的第二光强值；进行暗场补偿场成像，并获得应力测点处的第三光强值；基于所述第一光强值、第二光强值和第三光强值，获得应力引起的双折射的相位差；基于所述相位差，求得应力测点处的各应力值。本发明专利技术通过激光测振仪验证了该方法测量的结果的准确性，这种测量方法是一种新的旋转偏振器件法，具有光学系统简便、操作简单、结果准确等特点。该方法是一种全新的测量透明固体内部应力的方法，亦可推广到小应力的测量。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及声学
，尤其涉及一种基于动态光弹性系统的应力测量方法。
技术介绍
动态光弹成像系统可用来研究固体中声波的传播与散射问题，且具有直观、准确等特征。比如专利(CN103575381A)：基于动态光弹性法的超声换能器声场的测量方法，详细描述了利用动态光弹性法，直观地显示和测量透明固体中的超声换能器声场的信息，并利用对灰度化瞬态声场图像和灰度化稳态声场图像的处理，快速准确地获得超声换能器声场的信息。但是该方法仅能测量相对应力，并不能对绝对应力进行定量测量。通过动态光弹系统所获得的图像只能体现出相对应力大小分布，而且光强值与应力值并非呈线性比例关系，对于要求精细判定应力的情况根本不适用，还需要通过特别的方法获取应力的绝对值。光弹精确定量始终是人们一直探索的问题。目前普遍采用的拉伸试件补偿法、石英楔块补偿法、检偏镜补偿法和光度计补偿法，但上述方法一般均操作复杂，需要一种设备简单、方便操作的一种全新测量方法。
技术实现思路
本申请的目的是针对内部存在声场的透明固体，提供一种新的旋转偏振器件法，以实现对辐射声场的绝对应力的定量测量，该方法具有光学系统简便，操作简单、结果准确等特点。为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于动态光弹性系统的应力测量方法，该方法包括以下步骤：进行暗场成像，并获得应力测点处的第一光强值；进行明场成像，并获得应力测点处的第二光强值；进行暗场补偿场成像，并获得应力测点处的第三光强值；基于所述第一光强值、第二光强值和第三光强值，获得应力引起的双折射的相位差；基于所述相位差，求得应力测点处的各应力值。优选地，所述进行暗场成像，并获得应力测点处的第一光强值，包括：调整动态光弹系统中起偏器和检偏器的两偏振轴至正交，对样品内部声场进行暗场成像，并获得选定应力测点处的第一光强值。优选地，所述进行明场成像，并获得应力测点处的第二光强值，包括：将所述暗场成像时的检偏器的偏振轴转动90°角，对样品内部声场进行明场成像，并获得选定应力测点处的第二光强值。优选地，所述进行暗场补偿场成像，并获得应力测点处的第三光强值，包括：将所述暗场成像时的起偏器和检测器同时同方向旋转45°角，对样品内部声场进行暗场补偿场成像，并获得应力测点处的第三光强值。优选地，所述基于所述第一光强值、第二光强值和第三光强值，获得应力引起的双折射的相位差，包括:通过公式获得应力引起的双折射的相位差；其中，α为相位差，I1为第一光强值，I2为第二光强值，I3为第三光强值。优选地，所述应力为透明固体内部的应力。进一步优选地，所述应力为透明固体内部的小应力。本专利技术提供了一种全新的测量透明固体内部应力的方法，对样品材料的内部声场分别进行暗场图像、明场成像以及暗场补偿场成像，并分别获得应力测点处的光强值；根据三种条件下获得的光强值求得相位差；通过相位差与应力的关系便可获得绝对应力值。该方法对于小应力均可使用，本专利技术的优点在于可快速获取样品材料内部的超声波绝对应力，且设备简单，方便操作。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简要地介绍。显而易见地，下面附图中反映的仅仅是本专利技术的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得本专利技术的其他实施例。而所有这些实施例或实施方式都在本专利技术的保护范围之内。图1为本专利技术实施例提供的应力测量方法流程图；图2为动态光弹性成像系统；图3为本专利技术实施例提供的暗场成像示意图；图4为本专利技术实施例提供的明场成像示意图；图5为本专利技术实施例提供的暗场补偿场成像示意图；图6为本专利技术实施例提供的超声纵波瞬态声场图像示意图；图7为本专利技术实施例提供的应用激光测振仪测量对应力的验证结果。具体实施方式下面通过附图和具体的实施例，对本专利技术进行进一步的说明，但应当理解为这些实施例仅仅是用于更详细说明之用，而不应理解为用以任何形式限制本专利技术，即并不意于限制本专利技术的保护范围。在一个实施例中，本专利技术的应力测量方法，可快速获得绝对应力值，是利用动态光弹系统，首先对样品的内部声场分别进行暗场图像、明场成像以及暗场补偿场成像，并分别获得应力测点处的光强值；然后根据三种条件下获得的光强值求得相位差；最后通过相位差与应力的关系便可获得绝对应力值。在本实施例中，应力以超声应力为例进行描述。图1为本专利技术提供的应力测量方法流程图，如图所示，该方法包括以下步骤：步骤10，进行暗场成像，并获得应力测点处的第一光强值。图2为动态光弹性成像系统，由图2所示，动态光弹系统的器件可以包括换能器、起偏器、检偏器、样品、延时系统、凸凹透镜以及激光器等。将超声换能器固定在样品上，然后调整动态光弹系统中偏振系统(起偏器和检偏器)的两偏振轴的偏振方向，至两偏振轴正交，对样品内部声场进行光弹成像，此时为暗场成像，此处获得的光弹图像称之为暗场图像，然后获得超声应力测点处的第一光强值。需要说明的是，暗场图像已进行了灰度化处理，获得超声应力测点处的第一光强值，即为利用计算机读取所述暗场图像中的灰度值。还需要指出的是：所选样品为透明材料。步骤20，进行明场成像，并获得应力测点处的第二光强值。将步骤10中的检偏器单独旋转90°角，对样品内部声场进行光弹成像，此时为明场成像，此处获得的光弹图像称之为明场图像，然后获得超声应力测点处的第二光强值。需要说明的是，明场图像已进行了灰度化处理，获得超声应力测点处的第二光强值，即为利用计算机读取所述明场图像中的灰度值。步骤30，进行暗场补偿场成像，并获得应力测点处的第三光强值。首先将步骤20中的检偏器恢复至步骤10中的状态，然后将偏振系统(起偏器和检偏器)同时同方向旋转45°角，对样品内部声场进行光弹成像，此时为暗场补偿场成像，此处获得的光弹图像称之为暗场补偿场图像，然后获得超声应力测点处的第三光强值。需要说明的是，暗场补偿场图像已进行了灰度化处理，获得超声应力测点处的第一光强值，即为利用计算机读取所述暗场补偿场图像中的灰度值。步骤40，基于所述第一光强值、第二光强值和第三光强值，获得应力引起的双折射的相位差。具体的，通过公式获得应力引起的双折射的相位差；其中，α为相位差，I1为第一光强值，I2为第二光强值，I3为第三光强值。步骤50，基于所述相位差，求得应力测点处的各应力值。根据相位差与不同方向应力的关系便可获得应力测点处的不同方向对应的绝对应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于动态光弹性系统的应力测量方法，其特征在于，所述方法包括：进行暗场成像，并获得应力测点处的第一光强值；进行明场成像，并获得应力测点处的第二光强值；进行暗场补偿场成像，并获得应力测点处的第三光强值；基于所述第一光强值、第二光强值和第三光强值，获得应力引起的双折射的相位差；基于所述相位差，求得应力测点处的各应力值。

【技术特征摘要】
1.一种基于动态光弹性系统的应力测量方法，其特征在于，所述方法包括：
进行暗场成像，并获得应力测点处的第一光强值；
进行明场成像，并获得应力测点处的第二光强值；
进行暗场补偿场成像，并获得应力测点处的第三光强值；
基于所述第一光强值、第二光强值和第三光强值，获得应力引起的双折射的相位差；
基于所述相位差，求得应力测点处的各应力值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述进行暗场成像，并获得应力测点处的
第一光强值，包括：
调整动态光弹系统中起偏器和检偏器的两偏振轴至正交，对样品内部声场进行暗场成
像，并获得选定应力测点处的第一光强值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述进行明场成像，并获得应力测点处的
第二光强值，包括：
将所述暗场成像时的检偏器的偏振轴转动90°角，对样品...

【专利技术属性】
技术研发人员：安志武，胡中韬，廉国选，毛捷，王小民，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11