，获得 变化的干涉条纹数量； 进行步骤115,利用公式1和公式2计算计算光程差； 进行步骤120，利用公式3计算计算应力值； 进行步骤125,利用商用软件Comsol Multiphysics数值仿真计算功能，模拟出大致的 应力值，以此判断与分析测量应力值的可靠性； 进行步骤130,利用商用软件Origin绘制应力变化图； 进行步骤135,结束。
[0027]计算得到的应力值通过商用origin软件描绘出应力演变过程的变化曲线（见图 14-16)〇
[0028]测试装置原理为:在光路中加入两个相同的对入射激光高透、对可见光高反的第 一分光镜2、第二分光镜5。为了避免使相机遭到激光损伤，在高速相机8前加干涉滤光片7， 滤掉残余的反射激光，同时衰减到达高速相机8的背光强度，以防高速相机8饱和而不能正 常拍摄损伤形貌。利用高速相机8与固体脉冲激光器11同步触发，从而获得实时的损伤形 貌，为应力应变损伤机理的研究提供实时损伤数据。同时，利用高速相机8和干涉滤光片7， 将目标物4表面的形变转换为干涉条纹的变化，进而将干涉条纹结果换算得到应变值。
【主权项】
1. 一种实时检测激光损伤非透明材料的应力的装置，其特征在于，包括窄线宽半导体 激光器（1)，第一分光镜(2)，参考目标物(3)，第二分光镜巧），第一凸透镜(6)，干设滤光片 (7) ，高速相机(8)，计算机(9)，DG535脉冲触发器（10)，固体脉冲激光器（11)，能量调节系 统（12)，第二凸透镜（13);所述的第一分光镜(2)、第二分光镜巧)相同，均为对45°入射的窄 线宽半导体激光半反半透的分光镜，大功率固体激光器（11)为损伤非透明材料的激光光 源，窄线宽半导体激光器（1)为干设光源，能量调节系统（12)为一对损伤阔值大于500MW/ cm2的格兰激光棱镜，外套一个光垃圾圆筒防止垂直光路方向的激光逃逸危险，其中的第一 个棱镜将激光调制为水平方向线偏振，其中的第二个棱镜偏振轴可在光束横截面内旋转， W便激光强度可连续衰减;DG535脉冲触发器（10)与高速相机(8)连接，DG535脉冲触发器 (10)用于接收大功率固体激光器(11)发出的高能量脉冲激光预发射时间信号，给高速相机 (8) 发出与大功率固体激光器（11)发射激光同步的工作指令，高速相机(8)接收到干设光源 (1)形成的干设信息后转移到计算机(9)进行处理，计算机(9)中存储和运行计算光程差、应 力值的软件程序、描绘应力演变过程的变化曲线的商用origin软件程序； 所述的参考目标物(3)作为反射镜使用，而且，参考目标物(3)和目标物(4)相同，两者 分别用可调式底片固定架装卸，该固定架的一边位置固定，另一边可调，两个目标物前表面 均用限位钉限制位置，方便参考目标物(3)和目标物(4)的装卸，且保证等光程； 所述的窄线宽半导体激光器（1)发出的激光通过第一分光镜(2)分光，其中的第一路光 作为参考臂光，其中的第二路光作为测量臂光，参考臂光反射到参考目标物(3)，再反射到 第二分光镜(5)并再次被反射到第一凸透镜(6); 固体脉冲激光器（11)发出的激光经过能量调节系统（12)和第二凸透镜（13)汇聚，照射 到目标物(4)上，同时，现慢臂光也照射到目标物(4)表面上，并被目标(4)的表面反射，再经 第二分光镜（5)透射，测量臂光和参考臂光同时经第一凸透镜（6)聚集，再经干设滤光片 (7)，干设滤光片(7)滤除固体脉冲激光器（11)发射的激光在此光路上形成的干扰光，在高 速相机(8)位置形成清晰的干设图，最后所有数据汇总到计算机(9)上处理并保存;所述的 高速相机(8)与固体脉冲激光器(11)同步触发。2. 如权利要求1所述的一种实时检测激光损伤非透明材料的应力的装置，其特征在于， 所述的窄线宽半导体激光器(1)的波长为532nm，线宽小于或等于0.7 nm，高速相机8的帖频 等于或大于10000帖/s。3. 如权利要求1所述的一种实时检测激光损伤非透明材料的应力的装置，其特征在于， 使用其检测的方法的步骤和条件如下： a. 制备一对厚度为0.4mm，边长为12mm的样品，分别为目标物(4)和参考目标物(3 )，可 保持实验目标与参考目标有相同的反射率W及光强，要求表面光滑，表面粗糖度不大于0.4 皿，分别安装到可调式底片固定架上； b. 打开计算机(9)和高速相机(8)，设置高速相机(8)的自动采集，在计算机(9)显示屏 上显示其灰度界面； C.开启窄线宽半导体激光器(1)，调节电流值，W便高速相机(8)探测到清晰的干设图； d. 固体脉冲激光器（11)分别采用的脉宽为1ms，能量分别为1J，通过干设条纹的变化可 知不同能量不同脉宽的应力的大小； e. 设置高速相机(8)的触发方式为外触发； f. 打开DG535脉冲触发器（10)，设置固体脉冲激光器（11)预触发时间和高速相机(8)的 触发脉冲延迟时间； g. 打开固体脉冲激光器（11)的福射激光按钮，激光在Is钟后福射，同时，高速相机(8) 接收一个激光脉冲内的干设演变图像； 通过对高速相机(8)上每一帖干设条纹的变化，用计算机(9)处理，对高速相机(8)上每 一帖干设条纹带入公式 及公式计算得出非透明介质的光程差；公式（1)适合于等厚干设条纹在激光损伤材质表面过 程中，未出现大的烙融区时W公式（1)进行计算，公式（1)中N为运条曲线越过的条纹整数， 为运条曲线越过的条纹小数； 公式(2)适合于出现大的烙融区时的等倾干设条纹，公式(2)中为入射角，d为厚度，k为 干设条纹级序，为波长;对中屯、点，为计算简便考虑光程差投影在x，y方向相等的情况，直角 坐标系X、y和Z=方向的应变值为：锭） 利用广义胡克(Hooke)定律，娃晶体是金刚石结构，根据晶体物理学相关知识，利用金 刚石结构的对称关系，当选择S个坐标轴x，y，z方向与晶体的[100]，[010]，[001]方向一致 时，单晶娃任意一点的应力和应变之间满足的本构方程可W写成如下形式，顧 其中、、分别为x、y、z方向上的应力值，为应变，C11、C12、C44为弹性系数，Cll = 165.7G化、C12 = 63.9G化、C44 = 76.9GPa;将应变值、、带入上述公式，计算得到结果； 计算得到的应力值通过商用origin软件描绘出应力演变过程的变化曲线。
【专利摘要】本发明提供一种实时检测激光损伤非透明材料的应力的装置与方法。该装置结构包括马赫-曾德尔干涉仪、高速相机和计算机。马赫-曾德尔干涉仪比迈克尔逊干涉仪用于本装置中更具优势，激光不会沿原光路返回而影响实时测量精度，得到的干涉图样清晰。高速相机具有10000帧/s以上的响应速度，对ms脉冲激光器引起的应变具有切片观察的效果。实时检测并计算激光损伤非透明材料的应力。由于参考目标物和目标物形同，节省了成本，适用于非透明材料的应力检测。采用DG535脉冲触发器控制延时，达到延时的准确性。通过计算机对得到的干涉图样的处理可得到脉冲激光作用时间内目标物的应力变化曲线。
【IPC分类】G01L1/24, G01B11/16, G01B11/24
【公开号】CN105509939
【申请号】CN201510865687
【发明人】谭勇, 金光勇, 蔡红星, 于化东, 李贺, 郭明, 张巍
【申请人】长春理工大学
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年12月1日