基于激光多普勒測(cè)振儀的透明固體二維動(dòng)態(tài)應(yīng)力場(chǎng)測(cè)量

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)師安志武等提出了一種新型測(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)，因此具有不受透明固體殘余應(yīng)力影響的優(yōu)點(diǎn)。

相關(guān)研究成果2020年3月在線發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Journal of Sound and Vibration。

研究人員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，從而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)果處理后得到了固體內(nèi)部應(yīng)力場(chǎng)的精確測(cè)量結(jié)果。

研究人員用一個(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,FEA)結(jié)果驗(yàn)證了這種新型的測(cè)量方法。