Page 186 - 《应用声学》2023年第2期

374 2023 年 3 月

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图 1 圆偏振光系统光路示意图
Fig. 1 Schematic diagram of optical path of circularly polarized light system

10 mm 10 mm
(a) ጳϠ૝АᄊАुڏϸ (b) ړϠ૝АᄊАुڏϸ

图 2 动态光弹系统出射光图像
Fig. 2 The emergent light image of the dynamic photoelastic system

( √ )
校准圆偏振光系统的光路布置可采用一个带 ( c l ) 2 λ 2I out
σ x = arcsin . (4)
有圆柱孔的 K9 玻璃试块。在未加入 1/4波片时，动 c s 2πcd I 0
态光弹系统的出射光为线偏振光，圆柱孔周边形成 由式 (4) 可知，若要实现声应力场分布的测量
带有 4 个花瓣形状的影像，这是由于圆柱孔在加工
必须确定入射光强值 I 0 和出射光强值 I out 。在测量
过程中留下了残余应力。残余应力均匀分布在圆柱
过程中，利用动态光弹圆偏振光系统连续采集探头
孔周边，但在线偏振光系统中，仅能显示与偏振光的 辐射的每一时刻瞬态声场图像，读取每个像素点在
偏振方向成 45 夹角的应力，无法显示与偏振方向
◦
采集的所有帧序列瞬态光弹图像中最大像素值，给
平行或垂直的应力。当偏振片的主轴竖直布置时，
出每个像素点对应的最大出射光强值 I out ，得到声
′
便在水平和竖直方向形成了 4 个暗斑，如图 2(a) 所
场的最大出射光强值I ′ out 分布。而入射光强值I 0 的
示。当加入 1/4 波片之后，穿过样品的是圆偏振光，
获取需在平面偏振光系统中标记一个被测点，利用
形成的影像与应力的方向无关，如图 2(b) 所示，圆
Senarmont补偿法测量该点的应力相位差 α 。此方
′
柱孔周边的加工残余应力均匀显示。 法也被称为 1/4 波片法 [17] ，即在图 1 中去掉 1/4 波
当入射光以强度 I 0 入射，不计衰减，则通过检
片 A，仅在检偏器之前保留 1/4 波片 B，调节 1/4 波
偏器的出射光I out 的表达式为 [11]
片 B 快慢轴，使其快轴与水平偏振轴平行，慢轴与
( )
I 0 2 α
I out = sin . (3) 垂直偏振轴平行。此时通过调整检偏器的旋转角度
2 2
φ 使光弹图像消光，即被测点的应力双折射相位差
由式 (3) 可发现，若已知光弹图像中任意点的出射
α = 2φ,结合该点的最大出射光强值 I ′ 可以计算
′
光强值 I out 及入射光强值 I 0 ，可计算得到对应点的 out
得到入射光强值I 0 ：
应力双折射相位差 α。结合公式 (1)∼(3)，得出图像
中任意点的声应力绝对值σ x 的表达式为 I 0 = 2I out /sin φ. (5)
2
′