[发明专利]一种基于光热辐射测量的材料内部应力测量系统与方法

权利要求书

1.一种基于光热辐射测量的材料内应力测量系统，其特征在于所述测量系统由光纤、手动拉伸机、检测样件、小离轴抛物镜架、小离轴抛物镜、准直镜、聚焦镜、第一偏振片、大离轴抛物镜、大离轴抛物镜架、滤波片、第二偏振片、红外探测器、第一BNC数据线、计算机、NI数据线、锁相放大器、第二BNC数据线、激光器电源、激光器电源线、激光器构成，其中：小离轴抛物镜安装在小离轴抛物镜架上，检测样件装夹于手动拉伸机上，聚焦镜与第一偏振片依次位于准直镜与检测样件之间，大离轴抛物镜安装在大离轴抛物镜架上，滤波片及第二偏振片依次放置于大离轴抛物镜与红外探测器之间，红外探测器通过第一BNC数据线与锁相放大器端口一相连接，计算机通过NI数据线与锁相放大器端口三相连接，锁相放大器端口二通过第二BNC数据线与激光器电源相连接，激光器电源通过激光器电源线与激光器相连接，激光器通过光纤与准直镜相连接。

2.根据权利要求1所述的基于光热辐射测量的材料内应力测量系统，其特征在于所述检测样件为金属材料、复合材料、无机非金属材料或合成材料。

3.根据权利要求1所述的基于光热辐射测量的材料内应力测量系统，其特征在于所述第一偏振片与第二偏振片偏振方向相同。

4.根据权利要求1或3所述的基于光热辐射测量的材料内应力测量系统，其特征在于所述第一偏振片与第二偏振片由二相色性材料制成。

5.根据权利要求1所述的基于光热辐射测量的材料内应力测量系统，其特征在于所述红外探测器的响应范围为2~14μm。

6.根据权利要求1所述的基于光热辐射测量的材料内应力测量系统，其特征在于所述锁相放大器为SR830数字锁相放大器。

7.根据权利要求1所述的基于光热辐射测量的材料内应力测量系统，其特征在于所述激光器电源为808nm激光器电源，峰值功率为120mW。

8.根据权利要求1所述的基于光热辐射测量的材料内应力测量系统，其特征在于所述激光器为808nm激光器。

9.一种利用权利要求1-8任一权利要求所述基于光热辐射测量的材料内应力测量系统进行材料内应力测量的方法，其特征在于所述方法步骤如下：

步骤（1）：确定要测量的试验样件与其标定样件，其中标定样件与试验样件为同种材料，标定样件经时效处理内部应力为0，同时标定样件加工成易于手动拉伸机装夹的形状；

步骤（2）：首先将标定样件作为检测样件装夹到手动拉伸机上，此时手动拉伸机拉力为0；

步骤（3）：开启计算机、锁相放大器及激光器电源；

步骤（4）：计算机控制锁相放大器进而控制激光器出射激光；

步骤（5）：调整小离轴抛物镜架，使激光聚焦于标定样件检测表面；调整大离轴抛物镜与小离轴抛物镜位置，使其平行放置；

步骤（6）：调整大离轴抛物镜架，使汇集的光线经滤波片及第二偏振片聚焦于红外探测器探头上；

步骤（7）：开启红外热探测器，首先对红外探测器进行设备制冷等待10~30分钟；

步骤（8）：计算机控制锁相放大器产生调制信号，进而控制调制变化的激光对标定样件进行主动式调制激励，探测器接收到的信号经锁相放大器放大与检波，最终传输到计算机，通过计算机的特征提取与分析软件对此种应力状态下材料内应力所对应热波信号进行分析；

步骤（9）：手动增加拉伸机拉力，重复步骤（8），直到达到最大应力，记录分析不同应力状态下标定样件对应的热波信号；

步骤（10）：将标定样件从手动拉伸机上取走，将试验样件固定于手动拉伸机上，此时手动拉伸机拉力为0，重复步骤（8），获取此时对应的热波信号；

步骤（11）：将步骤10所对应的热波信号与标定样件所获取的不同应力下的热波信号进行对比，最终获取试验材料的内部应力。