一种基于太赫兹时域光谱系统的应力测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及应力测量领域，尤其涉及一种基于太赫兹时域光谱系统的应力测量方 法。
【背景技术】
[0002] 目前对材料应力测量的方法局限于光弹法，是一种非接触的测量方法，W模型的 光学条纹图像显示所研究结构物内的力学物理量的大小和分布规律。用该种方法能了解到 结构物内应力或位移分布的全貌，特别是应力集中区域和H维内部应力问题，直观性强、一 目了然。但是此方法有局限性，即要做实验模型，而且要求材料（例如：环氧树脂）的质地 均匀、透明度好，该在一定程度上限制了探测的范围和该技术的发展。
[0003] 目前太赫兹时域光谱技术发展较快，主要是利用其高信噪比和良好的相干性对试 件进行探测，然后通过太赫兹探测装置获得的光谱信息来分析试件内部的物理属性。但是 传统的太赫兹时域光谱系统并不满足实验应力测量的要求，不能直接进行应力测量，所W 需要根据实验力学的原理对其进行改进和完善。
【发明内容】
[0004] 本发明提供了一种基于太赫兹时域光谱系统的应力测量方法，本发明实现了对透 明材料W及不透明材料的应力测量，满足了实际应用中的需要，详见下文描述：
[0005] -种基于太赫兹时域光谱系统的应力测量方法，所述方法包括W下步骤：
[0006] 选择实验试件；制备小型的加载设备；构建太赫兹光谱系统；
[0007] 将实验试件、加载设备一同放入到构建的太赫兹光谱系统中，利用飞砂激光器发 出太赫兹脉冲，利用太赫兹探测装置进行信号的接收；
[0008] 获取未加载和加载两种工况下的相频曲线，将两者相减得出外加应力引起的太赫 兹波相位差值，利用太赫兹波相位的改变反推出受载实验试件的应力分量；
[0009] 通过目标函数对实验试件的应力分量进行优化，获取最终的应力结果。
[0010] 所述加载设备包括；框架、螺母、上卡盘和下卡盘，
[0011] 所述下卡盘被固定在所述框架上，所述上卡盘和所述下卡盘之间设置有实验试 件，所述上卡盘随着所述螺母上下移动。
[0012] 所述实验试件上设置有应变片。
[0013] 所述太赫兹光谱系统包括；飞砂激光器、分光镜和反光镜，其特征在于，还包括： 发射天线、第一柱面镜、第一线栅偏振片、第二线栅偏振片、第二柱面镜、检测天线和计算 机，
[0014] 所述第一线栅偏振片、所述第二线栅偏振片分别作为起偏镜和检偏镜，具有360° 的可调角度；
[0015] 所述第一线栅偏振片置于所述第一柱面镜和所述实验试件之间，对太赫兹脉冲进 行调制；所述第二线栅偏振片置于所述实验试件与所述第二柱面镜之间，对透射的太赫兹 波进行接收。
[001引所述目标函数为：
[0017]
【主权项】
1. 一种基于太赫兹时域光谱系统的应力测量方法，其特征在于，所述方法包括以下步 骤： 选择实验试件；制备小型的加载设备；构建太赫兹光谱系统； 将实验试件、加载设备一同放入到构建的太赫兹光谱系统中，利用飞秒激光器发出太 赫兹脉冲，利用太赫兹探测装置进行信号的接收； 获取未加载和加载两种工况下的相频曲线，将两者相减得出外加应力引起的太赫兹波 相位差值，利用太赫兹波相位的改变反推出受载实验试件的应力分量； 通过目标函数对实验试件的应力分量进行优化，获取最终的应力结果。
2. 根据权利要求1所述的一种基于太赫兹时域光谱系统的应力测量方法，其特征在 于，所述加载设备包括：框架、螺母、上卡盘和下卡盘， 所述下卡盘被固定在所述框架上，所述上卡盘和所述下卡盘之间设置有实验试件，所 述上卡盘随着所述螺母上下移动。
3. 根据权利要求1所述的一种基于太赫兹时域光谱系统的应力测量方法，其特征在 于，所述实验试件上设置有应变片。
4. 根据权利要求1所述的一种基于太赫兹时域光谱系统的应力测量方法，所述太赫 兹光谱系统包括：飞秒激光器、分光镜和反光镜，其特征在于，还包括：发射天线、第一柱面 镜、第一线栅偏振片、第二线栅偏振片、第二柱面镜、检测天线和计算机， 所述第一线栅偏振片、所述第二线栅偏振片分别作为起偏镜和检偏镜，具有360°的可 调角度； 所述第一线栅偏振片置于所述第一柱面镜和所述实验试件之间，对太赫兹脉冲进行调 制；所述第二线栅偏振片置于所述实验试件与所述第二柱面镜之间，对透射的太赫兹波进 行接收。
5. 根据权利要求1所述的一种基于太赫兹时域光谱系统的应力测量方法，其特征在 于，所述目标函数为：
式中ai(l是频率h对应的由太赫兹光谱系统获得的相位值；a,是三个应力分量的函 数；〇 〇 2分别表示两个主应力值；0是第一主应力和水平方向的夹角；N为频率值个 数。
【专利摘要】本发明公开了一种基于太赫兹时域光谱系统的应力测量方法，所述方法包括以下步骤：将实验试件、加载设备一同放入到构建的太赫兹光谱系统中，利用飞秒激光器发出太赫兹脉冲，利用太赫兹探测装置进行信号的接收；获取未加载和加载两种工况下的相频曲线，将两者相减得出外加应力引起的太赫兹波相位差值，利用太赫兹波相位的改变反推出受载实验试件的应力分量；通过目标函数对实验试件的应力分量进行优化，获取最终的应力结果。本方法不仅能测量透明材料，还可以扩展到不透明材料而且不需要制作实验模型。本方法利用改进后的太赫兹时域光谱系统，通过分析太赫兹波的相位变化得到受载试件的内部应力信息，为探测物体内部应力提供了新的实验手段。
【IPC分类】G01L1-24
【公开号】CN104568249
【申请号】CN201410812178
【发明人】王志勇, 王世斌, 李林安, 宋威, 张旭
【申请人】天津大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月22日