本发明专利技术提供了一种数字相移光弹性应力测量装置及方法，测量方法包括以下步骤：S1.用数字相移光弹性法获得六步相移光强图像；S2.计算等倾角相位θ1；S3.计算等倾角相位θ2；S4.计算未解包裹等倾角相位θ3：将等倾角相位θ1和θ2相加并除以2得到修正后的未解包裹等倾角相位θ3；S5.计算解包裹等倾角相位θ4；S6.计算未解包裹等差线相位δ1；S7.计算解包裹等差线相位δ2；S8.进行应力分离，计算应力。本发明专利技术方法仅需六步相移光强图像即可进行求解，而且算法计算过程简单，能有效地解决等差线相位对等倾角相位的影响问题，解决了数字相移光弹性法中等倾角相位不连续的问题。性法中等倾角相位不连续的问题。性法中等倾角相位不连续的问题。
【技术实现步骤摘要】
一种数字相移光弹性应力测量装置及方法
[0001]本专利技术涉及光电无损检测
，特别涉及一种数字相移光弹性应力测量装置及方法。
技术介绍
[0002]光弹性法是一种将光学和力学结合起来进行应力分析的实验技术。它基于双折射效应，根据这种效应在没有应力的情况下光学各向同性的透明材料在受力时表现为各向异性的双折射材料。材料的双折射与主应力差成正比。双折射仅在负载应用期间被保留。光弹性力学提供了全场的二维和三维应力测量方法，已被应用于解决各种工程问题。
[0003]Hecker和Morche首先将相移技术引入到光弹性法中，他们通过旋转光学元件来获得不同的相移图像。常见的光弹性相移技术测量方法包括全场等色线确定的六步相移法、全场等倾线确定的彩色四步相移法和全场第一主应力方向判别法等方法。研究者运用光弹性相移技术试图进行自动的全场光弹性分析。但是光弹性相移技术不同于只需测量一个参数的云纹、全息以及散斑相移技术，它需要测试等倾角相位和等差线相位这两个参数，而这两个参数之间相互影响，会导致等倾角相位出现混乱，导致接下来的计算过程出现错误。此问题严重阻碍了相移光弹性法的发展。
[0004]同时也有许多研究者提出各种方法解决等倾角和等差线相位耦合的问题，但多需要采集多幅图像或进行复杂运算。例如，Morimoto等人(Y.Morimoto,J.Y.Morimoto,T.Hayashi,“Separation of isochromatics and isoclinics using Fourier transform,”Exp.Mech.18,13
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17，1994.)使用傅里叶变换技术拍摄了90幅图像以获得等倾角和等差线相位。Ng(T.W.Ng,“Photoelastic stress analysis using an object step
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loading method,”Exp.Mech.27,137
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141，1997.)采用32步逐级加载的方法拍摄64幅图像，然后利用傅里叶变换技术得到等倾角和等差线相位。也有学者通过采用2个或3个不同波长的光源进行照射，通过比较每个波长下计算的主应力方向，自动确定等倾角相位(T.Kihara,“An arctangent unwrapping technique of photoelasticity using linearly polarized light at three wavelengths,”Strain 39,65
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71，2003./A.D.Nurse,“Full
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field automated photoelasticity by use of a three
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wavelength approach to phase stepping,”Appl.Opt.36,5781
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5786，1997./N.Plouzennec,A.Lagarde,“Two
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wavelength method for full
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field automated photoelasticity,”Exp.Mech.39,274
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277，1999./S.Berezhna,I.Berezhnyy,M.Takahashi,et al,“Full
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field automated photoelasticity by Fourier polarimetry with three wavelengths,”Appl.Opt.40,52
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61，2001.)在这些方法中，不仅需要根据所使用的波长重复计算两到三次，而且还需要采集多幅条纹图像。Pinit和Umezaki(P.Pinit,E.Umezaki,“Digitally whole
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field analysis of isoclinic parameter in photoelasticity by four
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step color phase
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shifting technique,”Opt.Laser Eng.45,795
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807(2007).)提出了一种方法，通过应用逻辑运算来识别等倾角相位可以展开的区域，然而，这种算法的计
[0017]由上述六个光强表达式，可得公式
[0018][0019][0020]由公式(1)计算受等差线相位影响的等倾角相位θ1；
[0021][0022]S3.计算等倾角相位θ2[0023]将公式(1)中的分子和分母同时添加负号，可得公式(4)，用公式(4)计算受等差线相位影响的等倾角相位θ2；
[0024][0025]S4.计算未解包裹等倾角相位θ3[0026]将两种算法计算得到的等倾角相位θ1和θ2相加并除以2得到修正后的未解包裹等倾角相位θ3；
[0027][0028]S5.计算解包裹等倾角相位θ4[0029]对修正后的未解包裹等倾角相位θ3进行解包裹运算，得到解包裹等倾角相位θ4；
[0030]S6.计算未解包裹等差线相位δ1[0031]公式(2)中的θ代入解包裹等倾角相位θ4，可求得未解包裹等差线相位δ1；
[0032]S7.计算解包裹等差线相位δ2[0033]对未解包裹等差线相位δ1再进行解包裹运算得到解包裹等差线相位δ2；
[0034]S8.进行应力分离，计算应力
[0035]利用S5和S7步骤得到的解包裹等倾角相位θ4和解包裹等差线相位δ2进行应力分离运算，计算应力。
[0036]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0037]本专利技术提供的一种数字相移光弹性应力测量装置操作简单，不需要反复旋转调节镜片角度，只需根据镜片上的标识即可进行快速地组合定位，防止因镜片角度调节失误而产生的测量错误，便于快速实现数字相移光弹性应力测量。本专利技术提供的一种数字相移光弹性应力测量方法，仅需获得六幅相移光强图像即可进行求解，而且算法计算过程简单，能有效地解决等差线相位对等倾角相位的影响问题，解决了数字相移光弹性法中等倾角相位不连续的问题，得到正确的等倾角相位，并通过理论值验证了该方法的有效性。
附图说明
[0038]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本
专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据本附图获得其他的附图。
[0039]图1为本专利技术提供的一种数字相移光弹性应力测量装置的俯视图；
[0040]图2为本专利技术提供的一种数字相移光弹性应力测量装置的正视图；
[0041]图3为起偏镜与镜座装配的结构示意图；
[0042]图4为起偏镜、第一1/4波片、第二本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种数字相移光弹性应力测量装置，其特征在于，包括滑杆一(1)、滑杆二(2)、底座(3)、光源(4)、起偏镜(5)、第一1/4波片(6)、试件(7)、第二1/4波片(8)、检偏镜(9)、CCD相机(10)和镜架(11)；所述滑杆一(1)与滑杆二(2)螺纹连接，七个所述底座(3)与所述滑杆一(1)和滑杆二(2)滑动连接，所述底座(3)上依次设置所述光源(4)、起偏镜(5)、第一1/4波片(6)、试件(7)、第二1/4波片(8)、检偏镜(9)和CCD相机(10)，所述起偏镜(5)、第一1/4波片(6)、第二1/4波片(8)和检偏镜(9)均通过所述镜架(11)连接所述底座(3)且其中心在同一条轴线上。2.根据权利要求1所述一种数字相移光弹性应力测量装置，其特征在于，所述镜架(11)包括螺杆(111)、圆弧卡槽(112)和销钉(113)；所述螺杆(111)的两端分别连接所述底座(3)与圆弧卡槽(112)，所述圆弧卡槽(112)用于安装所述起偏镜(5)、第一1/4波片(6)、第二1/4波片(8)和检偏镜(9)并通过其侧面设置的开孔插装所述销钉(113)进行位置固定。3.根据权利要求1所述一种数字相移光弹性应力测量装置，其特征在于，所述起偏镜(5)、第一1/4波片(6)、第二1/4波片(8)和检偏镜(9)均为偏光镜，其上均设有定位孔，并进行标识。4.一种包含权利要求1
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3任一所述一种数字相移光弹性应力测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.用数字相移光弹性法获得六步相移光强图像安装测量装置，打开光源(4...
【专利技术属性】
技术研发人员：尚伟，文彦博，刘京红，张凌博，
申请(专利权)人：天津城建大学，
类型：发明
国别省市：
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