科研人員提出基於雷射都卜勒測振儀的透明固體二維動態應力場測量新方法

2020-07-11 中科院之聲

雷射都卜勒測振儀（Laser doppler vibrometer，LDV）是一種測量物體表面振動的儀器，被廣泛應用於基礎科學領域。

為得到LDV的測量值和固體中應力值的關係，中國科學院聲學研究所超聲技術中心左煒翌及其導師安志武等人提出一種新型測量方法，可以直接測量透明固體中的應力場。相比電測法、光彈法等傳統方法，這種新型測量方法具有較高的靈敏度和直觀性，可用於透明固體內超聲波的觀測。此外，該方法僅對動應力敏感，對靜應力無響應，具有不受透明固體殘餘應力影響的優點。

該研究在光路中加入可旋轉的線偏振片，將LDV的測量光束轉換為線偏振光，使光的偏振角度成為一個新的測量維度，提供更多被測量物體的信息。偏振光射入透明固體內部後，光的頻率、偏振角度和固體內部應力場的各個應力分量耦合在一起。對測量結果處理後，可得到固體內部應力場的精確測量結果。

該研究用一個具有帶狀缺陷的K9光學玻璃塊進行測試。由超聲換能器激發的縱波從玻璃塊頂端向下傳播，並被帶狀缺陷散射。LDV記錄下了各個時刻的彈性波圖像，包括三個獨立的應力分量。有限元仿真（Finite element analysis，FEA）結果驗證這種新型的測量方法。

相關成果發表在Journal of Sound and Vibration上。該研究得到國家自然科學基金資助。

科研人員提出基於雷射都卜勒測振儀的透明固體二維動態應力場測量新方法

圖1.測量系統示意圖

科研人員提出基於雷射都卜勒測振儀的透明固體二維動態應力場測量新方法

圖2.被測材料是中部有一帶狀缺陷的K9光學玻璃

科研人員提出基於雷射都卜勒測振儀的透明固體二維動態應力場測量新方法

圖3.二維近似下，三個獨立應力分量的LDV和FEA測量結果對比

來源：中國科學院聲學研究所

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