一种透明介质应力应变的多光束偏振检测装置和方法制造方法及图纸

一种透明介质应力应变的多光束偏振检测装置和方法，该装置包括多光束光源、偏振调制器及全偏振二维探测器，多光束光源发射多光束阵列，多光束阵列通过偏振调制器调制，经过受压的透明介质后，由全偏振二维探测器接收并测量偏振光信号；其中，根据多光束阵列经过受压透明介质后的多光斑阵列的位移和变形数据，计算出受压透明介质的形变信息；根据照射光偏振态和出射光偏振态，计算出受压透明介质的穆勒矩阵，利用穆勒矩阵阵元信息确定受压透明介质的内部应力分布情况。本发明专利技术能够实时、在线地测量出水下透明介质的形变信息，同时表征透明介质的内部应力分布情况，保证使用该透明介质作为光学窗口的水下观测仪器的安全性和测量准确性。准确性。准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种透明介质应力应变的多光束偏振检测装置和方法


[0001]本专利技术涉及一种透明介质应力应变的多光束偏振检测装置和方法。

技术介绍

[0002]对水下观测的安全性和准确性要求日益提高。为方便观察海水中的情况，多种海洋观测仪器搭载了透明介质窗口(比如光学窗口)。在海洋观测仪器投放作业的过程中，随着水下深度增加而静水压强持续增大，一方面透明介质窗口的内部应力增加和累积，到某个极限后会导致透明介质破裂，进而使海洋观测仪器损坏；另一方面，透明介质持续受压后的变形，会影响光通过透明介质的路径，大大影响了海洋仪器测量的准确性。为保证海洋观测仪器的安全性和测量的准确性，发展一种能实时、在线地追踪透明介质在承压过程中的形变、检测其内部应力分布的方法具有重要意义。
[0003]海洋观测仪器透明介质窗口承担着测量功能，所以对其在线应力检测有非接触、无损伤等要求。目前，常见应力/应变测量方法为应变片法、超声法、光弹法、散斑干涉法等方式。应变片法需将应变片粘贴在样品的表面进行测量，无法适应光学窗口所要求的非接触条件下的应力应变测量，只能给出待测材料表面的应力应变趋势。超声法需要在待测样品上安装超声探头，也不能进行非接触的测量。光弹法需要对透明介质进行光贴片处理，也不能进行非接触测量。散斑干涉法为了能够产生散斑，需要人为制造粗糙表面，而透明介质表面基本光滑，也不能满足测量需要。因此，非常必要发展一种方法既能实时、在线地监测透明介质窗口(样品)形变和应力状态，又能够非接触、无损伤并且不影响仪器测量效果。
[0004]光学探测方法具有无损、原位、分辨率高等多种优点，传统光学方法主要依赖通过透明介质后的光强信息描述物质属性。
[0005]需要说明的是，在上述
技术介绍
部分公开的信息仅用于对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

[0006]本专利技术的主要目的在于克服上述
技术介绍
的缺陷，提供一种透明介质应力应变的多光束偏振检测装置和方法。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]一种透明介质应力应变的多光束偏振检测装置，包括多光束光源、偏振调制器以及全偏振二维探测器，所述多光束光源发射多光束阵列，所述多光束阵列通过所述偏振调制器调制，经过受压的透明介质后，由所述全偏振二维探测器接收并测量偏振光信号；其中，根据所述多光束阵列经过受压透明介质后的多光斑阵列的位移和变形数据，计算出受压透明介质的形变信息；根据照射光偏振态和出射光偏振态，计算出受压透明介质的穆勒矩阵，利用穆勒矩阵阵元信息确定受压透明介质的内部应力分布情况。
[0009]进一步地：
[0010]还包括设置在所述多光束光源与所述偏振调制器之间用于整形多光束阵列的第
一透镜系统。
[0011]还包括设置在所述偏振调制器与所述全偏振二维探测器之间的第二透镜系统，其用于修正多光束阵列以确保探测器有效接收光学信息。
[0012]所述多光束阵列经过设置，使其通过所述透明介质作用产生位移和变形后不发生光束之间的交叉重合。
[0013]所述多光束阵列经过设置，使单束光在阵列所占据的最小区域至少覆盖单束光光斑的半径与单束光在所述透明介质最大形变条件下的最大位移所叠加的长度作圆而形成的圆形区域。
[0014]所述多光束阵列分布为蜂窝状阵列。
[0015]所述偏振调制器包括固定的偏振片和可转动的四分之一波片，所述全偏振二维探测器包括两个偏振相机以及固定相位延迟的波片。
[0016]一种透明介质应力应变的多光束偏振检测方法，使用所述的多光束偏振检测装置进行透明介质应力应变的检测。
[0017]所述方法包括：对受压透明介质应变引起的光斑平移、收缩或扩散的图像进行分析，反演受压透明介质在应力作用下突起或收缩的角度以及形成的凸面或凹面的曲率，进而计算出透明介质应变的凸起或凹陷程度。
[0018]所述方法包括：基于测出的受压透明介质的穆勒矩阵，得到能够表征受压透明介质应力应变情况的特定偏振参数，其中单束光提供的偏振信息对应每个局部区域的内部应力情况的特定偏振参数，根据各局部区域离散化的内部应力情况，确定受压透明介质在多光束覆盖范围整体的内部应力分布情况。
[0019]本专利技术具有如下有益效果：
[0020]本专利技术提供一种透明介质应力的多光束偏振检测方法和装置，通过测量光束阵列通过透明介质后的位移、形变和偏振信息，来探测透明介质的形变和内部应力分布，如此可进行透明介质力学性质的实时、在线检测，例如，可为水下仪器或航行器中光学窗口的安全性和仪器测量的准确性提供支撑。
[0021]本专利技术的显著优势是可以实时、在线地测量出透明介质的形变信息，同时表征透明介质的内部应力分布情况。将穆勒矩阵测量手段应用于透明介质的应力应变的检测分析之中，能够低成本地获得丰富的透明介质微观结构信息，能够更有效地保证透明介质的安全性和使用该透明介质的仪器的测量准确性。
[0022]本专利技术实施例中的其他有益效果将在下文中进一步述及。
附图说明
[0023]图1为本专利技术一种实施例的偏振多光束应力检测装置光路图。
[0024]图2为本专利技术一种实施例的光束阵列分布图。
[0025]图3为本专利技术一种实施例的多光束应力偏振检测装置光路结构图。
[0026]图4为本专利技术一种实施例的对玻璃板进行加压产生形变的示意图。
[0027]图5为本专利技术一种实施例检测透明介质应变的方法原理图。
[0028]图6为本专利技术一种实施例检测透明介质应力分布的方法原理图。
具体实施方式
[0029]以下对本专利技术的实施方式做详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本专利技术的范围及其应用。
[0030]需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于耦合或连通作用。
[0031]需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0032]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本专利技术实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0033]偏振方法对样品的微观结构信息敏感，能够对样品内部的微观结构、形状、材本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种透明介质应力应变的多光束偏振检测装置，其特征在于，包括多光束光源、偏振调制器及全偏振二维探测器，所述多光束光源发射多光束阵列，所述多光束阵列通过所述偏振调制器调制，经过受压的透明介质后，由所述全偏振二维探测器接收并测量偏振光信号；其中，根据所述多光束阵列经过受压透明介质后的多光斑阵列的位移和变形数据，计算出受压透明介质的形变信息；根据照射光偏振态和出射光偏振态，计算出受压透明介质的穆勒矩阵，利用穆勒矩阵阵元信息确定受压透明介质的内部应力分布情况。2.如权利要求1所述的多光束偏振检测装置，其特征在于，还包括设置在所述多光束光源与所述偏振调制器之间用于整形多光束阵列的第一透镜系统。3.如权利要求1或2所述的多光束偏振检测装置，其特征在于，还包括设置在所述偏振调制器与所述全偏振二维探测器之间的第二透镜系统，其用于修正多光束阵列以确保探测器有效接收光学信息。4.如权利要求1至3任一项所述的多光束偏振检测装置，其特征在于，所述多光束阵列经过设置，使其通过所述透明介质作用产生位移和变形后不发生光束之间的交叉重合。5.如权利要求4所述的多光束偏振检测装置，其特征在于，所述多光束阵列经过设置，使单束光在阵列所占据的最小区域至少覆盖单束光光...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖然，马辉，石明聪，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：发明
国别省市：