[发明专利]一种高稳定性的动态光弹超声定量测量装置和方法

说明书

本发明涉及一种高稳定性的动态光弹超声定量测量装置，包括：同步延时系统、激光器、毛玻璃、超声发射系统、超声换能器、和相机，还包括线偏振系统；同步延时系统连接激光器和超声发射系统，激光器将光射入毛玻璃，毛玻璃将入射光线折射后，通过线偏振系统，最后光线进入相机。在实际应用中，可显著提高系统超声定量测量的稳定性。

技术领域

本发明涉及超声声场的定量测量，特别涉及一种高稳定性的动态光弹超声定量测量方法和系统。

背景技术

固体中超声声场的定量测量对于研究超声在固体中的传播和散射规律，开发超声无损检测新技术具有重要意义。在文献《超声在固体中的散射》中，介绍了一种动态激光光弹超声成像设备，并论述了定量测量透明固体中超声声场的方法。

大部分超声应力定量测量方法都具有一定局限性，仅能测量表面的声应力，对于固体内部声场定量测量方法目前仅有光弹实验方法。然而，现存的光弹定量测量方法在文献《光弹性原理及测试技术》和《透明固体中声应力的光弹法定量测量》中有描述，以补偿法为主，即人为的制造一个已知相位差，与被测点的未知相位差相抵消，从而获得测点的相位差值，不过该方法存在调节、判读过程不准确，难以精确并稳定地定量测量的问题。

在定量测量实验中需要精确测量出应力引起的相位差，故对检偏器旋转角度的准确定位对于测量结果的准确性具有重要意义。若直接手动旋转镜架，目视读取，将带来非常大的误差。本发明设计了电动旋转镜架，其采用步进电机控制，分辨率为0.01°，绝对定位精度可达0.02°。通过软件控制镜架的旋转和相机的采集，每旋转检偏器一个角度，同时测量该点的光强，旋转180°后，可绘制一个周期的变化曲线。然后根据式出射光强与检偏器旋转角度的表达式，对实验测量值进行拟合，通过拟合后的曲线来判读相位差值，可以获得较高的定量测量精度，并且具有较高的稳定性。

发明内容

本发明的目的是给出一种高稳定性的动态光弹超声定量测量方法和系统，以对固体内部的超声声场进行精准地定量测量。

为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种高稳定性的动态光弹超声定量测量装置，包括：同步延时系统、激光器、毛玻璃、超声发射系统、超声换能器、和相机，还包括线偏振系统；同步延时系统连接激光器和超声发射系统，激光器将光射入毛玻璃，毛玻璃将入射光线折射后，通过线偏振系统，最后光线进入相机。

优选地，线偏振系统，具体包括：准直透镜、起偏器、检偏器和成像透镜。

优选地，通过线偏振系统，具体为：依次通过准直透镜、起偏器、样品、检偏器和成像透镜。

优选地，起偏器和检偏器与电控旋转镜架相连。

优选地，线偏振系统与测量点主应力方向为45°。

另一方面，本发明还提供了一种高稳定性的动态光弹超声定量测量方法，包括以下步骤：步骤一：当偏振轴与测量点主应力方向重合时，该点消光，故可以得到主应力方向；步骤二：放置四分之一波片，调整其光轴与线偏振系统光轴一致，通过旋转四分之一波片，确定光强最大点，即为四分之一波片光轴与线偏振系统光轴一致的点；步骤三：旋转检偏器角度β，得到测点光强为零点处，从而确定待测样品声应力引起的双折射相位差Δ。

优选地，线偏振系统与测量点主应力方向为45°。

本发明有益效果是，在实际应用中，可显著提高系统超声定量测量的稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种高稳定性的动态光弹超声定量测量装置示意图；

图2为超声换能器的辐射声场示意图；

图3为旋转线偏振轴与光强值坐标示意图；

图4为检偏器旋转角度与光强坐标示意图。

具体实施方式