激光多普勒測(cè)振儀(Laser doppler vibrometer,LDV)是一種測(cè)量物體表面振動(dòng)的儀器,被廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域。
為得到LDV的測(cè)量值和固體中應(yīng)力值的關(guān)系,中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所超聲技術(shù)中心左煒翌及其導(dǎo)師安志武等人提出一種新型測(cè)量方法,可以直接測(cè)量透明固體中的應(yīng)力場(chǎng)。相比電測(cè)法、光彈法等傳統(tǒng)方法,這種新型測(cè)量方法具有較高的靈敏度和直觀性,可用于透明固體內(nèi)超聲波的觀測(cè)。此外,該方法僅對(duì)動(dòng)應(yīng)力敏感,對(duì)靜應(yīng)力無(wú)響應(yīng),具有不受透明固體殘余應(yīng)力影響的優(yōu)點(diǎn)。
該研究在光路中加入可旋轉(zhuǎn)的線偏振片,將LDV的測(cè)量光束轉(zhuǎn)換為線偏振光,使光的偏振角度成為一個(gè)新的測(cè)量維度,提供更多被測(cè)量物體的信息。偏振光射入透明固體內(nèi)部后,光的頻率、偏振角度和固體內(nèi)部應(yīng)力場(chǎng)的各個(gè)應(yīng)力分量耦合在一起。對(duì)測(cè)量結(jié)果處理后,可得到固體內(nèi)部應(yīng)力場(chǎng)的精確測(cè)量結(jié)果。
該研究用一個(gè)具有帶狀缺陷的K9光學(xué)玻璃塊進(jìn)行測(cè)試。由超聲換能器激發(fā)的縱波從玻璃塊頂端向下傳播,并被帶狀缺陷散射。LDV記錄下了各個(gè)時(shí)刻的彈性波圖像,包括三個(gè)獨(dú)立的應(yīng)力分量。有限元仿真(Finite element analysis,F(xiàn)EA)結(jié)果驗(yàn)證這種新型的測(cè)量方法。
相關(guān)成果發(fā)表在Journal of Sound and Vibration上。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金資助。
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圖1.測(cè)量系統(tǒng)示意圖
圖2.被測(cè)材料是中部有一帶狀缺陷的K9光學(xué)玻璃
圖3.二維近似下,三個(gè)獨(dú)立應(yīng)力分量的LDV和FEA測(cè)量結(jié)果對(duì)比
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