应力双折射仪

型号：ANS500

图1 立式应力双折射仪

图2 卧式应力双折射仪

产品简介：

产品名称：应力双折射仪

型 号：ANS500

应 用：应力双折射仪是一种用于测量透明材料内部应力双折射特性的仪器，在光学制造、材料科学等领域应用广泛。

工作原理：应力双折射仪主要采用偏振光电矢量合成及光学补偿原理。当光学各向同性的透明材料受内应力影响时，会表现出光学各向异性。入射的偏振光在材料中沿两 个正交主应力方向分解为两束振动方向垂直、传播速度不同的偏振光，从而产生光程差，形成应力双折射。通过对光程差的定量测定，可确定样品应力双折射的大小。

主要功能：能够快速、精准地测量双折射相位差及其空间分布和方向，为材料的质量分析与控制提供重要数据。

安赛斯应力双折射仪(ANS500)是一款创新性的产品。

技术优势：

1. 采用像素偏振相机记录图像并实现动态相移。在小量程(相位差小于π/2)的情况下，只需一次拍照，在大量程情况下，通过计算机控制光源颜色的顺序变换，只需三次拍照，即可快速实现试件内部主应力差场和主应力方向场的快速测试。全系统没有可旋转的光学元件，也因此避免了传统光弹法在定量测试时复杂而费时的操作（如六步相移法）；

2.灵敏度比传统光弹仪高一倍；

3. 不受环境光的干扰，即使应力双折射很弱，也能在正常光照环境下得到清晰的结果（在这种情况下传统光弹法得到的光弹条纹对比度很弱，需要避光观察和记录）；

4. 结构简单，可以拆卸，方便应用在工业现场进行在线、实时测试；

5. 可分离三个应力分量（平面状态下）。

主要技术参数：

l  测试面积（即光源尺寸）：70 x 70 mm - 600 x 500mm；

l  应力双折射量程：

n  基本型: 1/4波长（以红光为例：157.5nm）；

n  增强型：采用RGB解包裹法，最多可处理12级条纹，仍以红光为例，量程7500nm;

l  测试分辨率与精度：

n  应力双折射测试分辨率：0.1nm, 精度：1.0 nm；

n  光弹系数测试分辨率：0.1 nm/cm/MPa,， 精度：0.2 nm/cm/MPa。

n  主应力方向：精度优于1度；

仪器组成：

仪器分为4个部分

1）集成偏振光源：

光源一般采用集成多色LED，即R（中心波长625nm）、Y（中心波长590nm）、G (中心波长525nm）和B（中心波长465nm）。但在作高精度测试（例如测量光弹系数）时需采用严格的偏振器件，此时光源尺寸一般不大于50mm。

2）加载架：

能进行压缩加载和四点弯曲加载，最大量程5000N，分辨力0.01N. 加载精度优于满量程的万分之三。测试残余应力时无需加载架，此时系统用作卧式应力双折射仪。

3）光学信息采集装置

这部分一般采用偏振或普通相机 （分辨率500万像素以上），测试光弹系数时一般采用光电传感器（用于接受圆盘中心一个点处的光学信息）以提高精度。

4）信息处理装置（软硬件）

这部分要求软硬件配合，获取试件上关键点处（圆盘的中心或梁的上下边缘）的相位差或应力双折射值，测试光弹系数时将其与加载架的载荷值进行关联。

其它说明：

1. 根据相关标准，测试光弹系数时采用纯弯曲梁（四点弯曲梁）或対径受压圆盘方式进行测量，试件尺寸无需太大，尤其是圆盘尺寸一般不宜大于50mm；

2. 可根据客户要求，定制硬件和软件功能；

若干应用实例：

1.      相位差大量程测试结果

左：某特殊波片（相位差0-6π连续变化）的测试结果；右：某手机膜的残余应力测试

2.      某型玻璃的光弹系数测试（对径压缩试件）

对径压缩圆盘的相位差场分布

通过载荷-中心点相位差数据的线性拟合数据，得到该材料的光弹系数为27.25nm/cm/MPa。

3.      钢结构-钢化玻璃摩擦连接强度实验现场测试

左：现场测试环境（室内明亮，空间局促），右：#1和#4螺栓承担了大部分载荷

新型设备和方法以在线的方式考察了残余应力和机械应力对玻璃强度的影响，快速准确发现了强度弱点，为进一步优化摩擦连接工艺提供了参考数据。

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