[发明专利]基于散斑干涉原理的应力测试装置及应力集中测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料学、光学和力学交叉领域，具体涉及基于散斑干涉原理的应力测试装置及应力集中测试方法。

背景技术

激光散斑干涉技术，又称为电子散斑干涉技术，是一种基于光学的、全场的、非接触的无损测量与检测技术。当一束相干光照射在平整粗糙的反光表面时，漫反射的光波相互叠加，就会形成明暗相间的斑点状的分布状态，也就是散斑场。散斑场记录着物体表面的几何信息，利用适当的光路和处理技术，可对表面位移、应变、粗糙度、三维形貌等进行测量与检测。

目前常用的应力测量手段是电测法，就是在被测体的表面张贴电阻应变片，在电阻应变仪上读取应变信息，再利用材料力学公式计算出被测点的应力值。这种方法所测量结果的精度受到应变片张贴质量、电阻应变仪输入电压的稳定性、被测环境电磁干扰的强弱等多种因素的影响，只能对有限个被测点进行逐点测量，不能获取全场的应力应变分布信息。而且，由于该方法获得的是应变片敏感栅对应区域的平均应变值，受到敏感栅尺寸的限制，在高梯度应变场的情况下的测量误差较大。

由于激光散斑干涉测量技术是一种全场的测量技术，可对微米级的小位移进行高精度的测量，将这项技术用于应力测量之中并开发出相应的装置，就会解决电测法测量应力应变的问题和困难。但是，现有的激光散斑方法，需要采用分束镜、反光镜等光学镜片搭建空间光路，需要专门的隔震平台来布置所需的光学元件，不仅调节光路的过程繁琐复杂，而且灵活性差，仅能用于实验室测量分析，无法对尺寸庞大、空间形状复杂的实际构件进行现场测量。

发明内容

本发明为了解决现有的激光散斑技术存调节光路的过程繁琐复杂，而且灵活性差，仅能用于实验室测量分析，无法对尺寸庞大、空间形状复杂的实际构件进行现场测量的问题。从而提出了基于散斑干涉原理的应力测试装置及应力集中测试方法。

基于散斑干涉原理的应力测试装置包括数字CCD相机、四个准直扩束镜、单模激光器、光纤耦合器、光纤分束器和计算机，

所述单模激光器发射的激光通过光纤耦合器耦合后，经光纤送至光纤分束器，光纤分束器将一束激光分成四束激光，并将所述四束激光分别经光纤送至四个准直扩束镜，

四个准直扩束镜发射的四束准直平行激光光束照射在被测试件表面形成散斑场，

所述的四个准直扩束镜两两对称分布，四个准直扩束镜分为两组，每组包括两个准直扩束镜，每组中的两个准直扩束镜发射的两束光束分别位于被测表面法线两侧、并且所述两束光束与法线的夹角相同，所述的两束光束互为物光和参考光，每个准直扩束镜的镜头与被测试件表面的距离相等；

其中一组准直扩束镜发出的两束光束与被测试件表面法线共面于xoz平面，另一组准直扩束镜发出的两束光束与被测试件表面法线共面于yoz平面；所述xoz平面与yoz平面相互垂直；

数字CCD相机用于拍摄被测试件表面的散斑场，数字CCD相机的数据输出端与计算机的数据输入端连接。

所述的数字CCD相机采用130万像素的工业相机，且该相机的镜头为显微放大镜头。

单模激光器是单模氦氖激光器。

光纤分束器是一分四保偏分束器。

散斑干涉原理的应力测试方法包括下述步骤：

步骤一、开启一组准直扩束镜发射的两束准直平行激光光束l₁和l₂照射在被测试件表面形成散斑场x1，

步骤二、通过数字CCD相机采集被测试件表面的散斑场x1，并将该散斑场x1发送至计算机，关闭该组准直扩束镜；

步骤三、开启另外一组准直扩束镜发射的两束准直平行激光光束l₃和l₄照射在被测试件表面形成散斑场y1，

步骤四、通过数字CCD相机采集被测试件表面的散斑场y1，并将该散斑场y1发送至计算机，关闭该组准直扩束镜；

步骤五、对被测试件施加一个载荷，使得被测试件表面产生弹性变形，被测试件表面的散斑场发生变化；

步骤六、开启步骤一所述的一组准直扩束镜，该组准直扩束镜发射的两束准直平行激光光束l₁和l₂照射在被测试件表面形成散斑场x2，通过数字CCD相机采集被测试件表面的散斑场x2，并将该散斑场x2发送至计算机，关闭该组准直扩束镜；