產品介紹：

名 稱：光彈儀

型 號：PLP500

應 用：在地質力學、水利和機械工程等學科的研究中，將研究對象以光彈材料做成模型并施加適當的機械載荷，采用光彈儀可以觀察和測量模型內部的應力場和主應力方向場的分布，確定模型內部力的傳遞路徑和強度薄弱點，對工程方案的確定以及安全性的評估提供實驗依據。在基礎力學的教學上，光彈儀可以將抽象的力學概念，如應力集中、圣維南原理等具體化、形象化，提升教學效率和趣味性，起到事半功倍的效果。

工作原理：

光彈材料（如玻璃，樹脂等）受到外載或者內部存在殘余應力時，會出現應力雙折射現象：一束偏振光垂直入射后會分解成兩束線偏振光，偏振方向分別沿著兩個正交的主應力方向，這兩束線偏振光在材料中的折射率不同（即雙折射現象），出射后就會產生光程差。讓這兩束偏振方向正交的光再通過同一個線偏振片，就可以產生光學干涉，通過對干涉圖像的分析，可以測量出它們之間的光程差。這個光程差與試件內部的主應力差線性相關，再通過主應力方向場的測量和一定的解算方法，最終得出光彈材料內部的應力場各分量。

新型光彈技術的優勢：

相比于傳統的光彈技術和設備，我們在光彈信息的獲取和處理方面有了創新性的技術改進：

1. 采用像素偏振相機記錄光彈圖像并實現了動態相移。在小量程(相位差小于π/2)的情況下，只需一次拍照即可完成相位差場和主應力方向場的測試。在大量程情況下，通過計算機控制光源顏色的順序變換，只需三次拍照，1分鐘內即可完成試件內部主應力差場和主應力方向場的測試。全系統沒有可旋轉的光學元件，也因此避免了傳統光彈法在定量測試時復雜而費時的操作（如六步相移法的前處理，以及各種復雜算法的解包裹后處理），測試效率大大提高，小量程情況下甚至可以做到實時且定量測試；

2. 非偏振的環境光對測試結果的干擾因為采集到的圖像之間的相減運算被排除，使得應力測試可以在正常光環境下進行，無需避光（傳統光彈法在這種情況下得到的光彈條紋的對比度很弱，需要避光觀察和記錄）；

3. 測試靈敏度比傳統光彈法高一倍，另外，即使測得的相位差很小，也可以用最高的色彩對比度將結果呈現出來，便于觀察分析。在此技術優勢的支持下，我們的光彈系統可以測試材料的光彈系數，并且達到了很高的精度（見后面的例子）；

4. 結構集成度高，但又可以拆卸，使用靈活，方便應用在工業現場進行在線、實時測試；

軟件功能強勁，具備背景誤差矯正功能，可以將非理想偏振入射，相機鏡頭殘余應力等多種誤差因素排除在外。使用中也可以將帶有初始殘余應力的試件圖像作為背景先行記錄，機械加載后再利用背景矯正功能進行測試，從而得到機械載應力場數據，排除殘余應力的影響，這在某些應用中非常關鍵。測試結果能以多種形式展示, 如任意截面上的信息分布曲線，全場三維分布等。

主要技術參數：

l 測試面積（即光源尺寸）：常規尺寸70 x 70 mm - 600 x 500mm，更大尺寸可以定制；

l 光源顏色：紅、黃、綠、藍 四合一；

l 相位差量程：

n 基本型: π/2;

n 增強型：采用RGB法，最多可處理12級條紋，即相位差24π；

l 測試分辨率與精度：

n 應力測試分辨率（基于鈣鈉玻璃的四點彎曲實驗）：0.05MPa，精度：0.1MPa；

n 主應力方向：精度優于1度；

儀器組成：

儀器分為四個部分

1）集成偏振光源：

光源一般采用集成多色LED，即R（中心波長625nm）、Y（中心波長590nm）、G (中心波長525nm）和B（中心波長465nm）；

2）機械加載架，帶高精度力傳感器，配套拉/壓、三點彎/四點彎夾具；

3）光學信息采集裝置

相機和變倍鏡頭，其中相機兩種選擇：像素偏振相機或普通相機+電動轉臺+偏振片，相機分辨率不低于500萬像素；

4）軟件

軟件部分主要功能是完成相位差場/應力雙折射場，主應力方向場信息的計算顯示和保存，也控制光源的開光和顏色切換等。

儀器組成：

可根據客戶要求，定制硬件和軟件功能；

新型光彈技術用于測試鈣鈉玻璃的光彈系數

圓盤試件（直徑D, 厚度d）受對徑壓縮載荷 F 的作用,，試件中心點的主應力分別是：

 （1）

根據應力-光學定律，應力雙折射材料的主應力差與相位差（?）的關系如下：

 （2）

其中C 為待求的光彈系數，λ 為測試光的波長，這里使用黃光（波長590nm）。

將（1）（2）關聯起來，有：

 （3）

通過光彈實驗確定圓形試件中心點的位相差?，即可得到光彈系數。

實驗中對試件逐級加載，在每一級載荷上采集試件中心點的相位差數據，見圖2。采用增量法，獲得載荷與中心點的相位差的關系如圖3所示：

以y = k x 的直線函數擬合圖中數據，得到直線斜率 k=462.52

對比公式（3）,即有：

經過簡單計算可得：在590nm的波長下，鈣鈉玻璃的光彈系數為27.98 （nm/cm/MPa）。