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定量偏光应力检测仪的测量方法

发布时间:2020-10-19 13:21:05???浏览次数:123

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控制玻璃应力是玻璃生产工艺中极其重要的环节,应用适当热处理来控制应力的方法已为玻璃技术人员所熟知。然而,如何准确测定玻璃应力仍是困挠广大玻璃厂家及技术人员的难题之一,传统的经验性估计已越来越不适应当今社会对玻璃制品质量的要求。本文详细介绍常用的应力测定方法,希望对大家有所帮助和启发。

1. 应力检测的理论基础

1.1偏振光

众所周知,光是一种电磁波,其振动方向与前进方向垂直,在所有与前进方向垂直的振动面上振动。如在光路中引入只允许某一振动方向光线通过的偏振滤片,就可获得偏振光,简称偏光,根据该光学特性制作的光学设备即偏光仪(偏光应力检测仪器)。

1.2双折射

玻璃是各向同性体,各方向的折射率相同。如玻璃中存在应力,各向同性的性质受到破坏,引起折射率变化,两主应力方向的折射率不再相同,即导致双折射。

1.3光程差

当偏光透过厚度为t的有应力玻璃时,光矢会分裂为两个分别在x及y应力方向振动的分量。如vx、vy分别为两光矢分量的速度,则透过玻璃所需的时间分别为t/vx和t/vy,两分量之间不再同步,则是存在光程差δ

2 . 常用的应力测量方法

2.1 定性、半定量应力测量方法

使用正交偏光观察玻璃中残余应力的方法为大家所熟知,此种方法广泛用于定性或半定量判定玻璃中的应力情况。 最简易的应力仪通常由一个白光光源及二片偏光片组成,偏光片的光轴互相垂直,玻璃样品置于两偏光片之间,主应力方向与偏振轴成45度。如果玻璃中存在垂直于光线传播方向的非均匀应力,则可观察到黑、灰、白的干涉带,应力更高时,可见黄、红、蓝等彩色干涉条纹。无应力的玻璃只能观察到均匀的暗场。

对于退火玻璃制品,一般仅出现灰白干涉色,此时为提高分辨率,需增加一块灵敏色片。灵敏色片其实是一种光程差为565nm的人工双折射片,相当于人为将总光程差增加或减少565nm,使视域中出现彩色干涉色,提高肉眼对干涉色的分辩能力


干涉色与光程差对照表

干涉色o:p>无灵敏色片时的光程差 nm灵敏色片时的光程差 nm

0

565

150

415

淡黄

250

315

300

265

桔黄

450

115

500

65

565

0

600


兰绿

650


绿黄

750


850


950


1050


1130


绿

1300


绿黄

1400


粉红

1500


1695


另一种较为精确的颜色对比法是采用一套至少包括6片的标准光程片组,将被测玻璃样品在偏光下与标准片对比干涉色,从而判断应力大小。 标准光程片是一种均匀的双折射片,每片的光程差人为控制在21.8 –23.8 nm之间,直径至少30mm,同组内各片的光程差基本一致。 通过增减标准光程片数目,使玻璃样品的干涉色与标准片组的干涉色相同,根据标准片的片数及各片光程数据,就能计算出玻璃中的应力值。

2.2Senarmont定量应力测定法

此种方法的应力检测仪器是起偏器及检偏器的偏振方向均须与水平线成45度,它们之间必须相互垂直。被测样品主应力之一的方向必须与水平线一致,即主应力方向须与偏振方向成45度,如样品是瓶子等圆柱形制品,则将瓶子水平放置、使瓶子轴线与水平线重合即可。

检偏器是可以旋转的,转动角度由刻度指示。使用时,先将检偏器转至0刻度处;然后放置被测样品,调整样品方向,使被测点主应力的方向与偏振方向成45度;再转动检偏器,直到被测点变得最暗;记下转角读数,每度相当于3.14 nm 光程差。

根据旋转方向可判断出是压应力还是张应力。如顺时针转动检偏器能使被测点变暗,则为张应力,反之为压应力。需要指出,如四分之一波片转动90度安装,则检偏器旋转方向所代表的应力性质正好相反,读数绝对值不变。如果对仪器有疑问,可取25 X 200mm的平板玻璃测其板芯应力,已知板芯应力是张应力,故能用来验证仪器的应力测试方向。

四分之一波片的精度对此方法的测定精度有较大影响,一般要求该波片的光程误差在+/- 2 nm之内。Senarmont法适用于测定己知应力方向的玻璃制品,如平板玻璃、瓶子、玻璃管等。对于应力方向复杂的制品,采用Tardy方法比较方便。

2.3 Tardy定量应力测试方法

与Senarmont法不同:Tardy法增加了-块四分之-波片,两块四分之一波片的光轴均与偏振方向成45度,两块波片均能从光路中移走;玻璃样品中的主应力方向与偏振方向重合。其余部分与Senarmont法类似。

测试时,先将两块四分之一波片撤离光路;然后放入被测样品,此时可从检偏器中看见样品上黑色的应力等倾线,即在此线上,应力方向均相同并与偏振方向一致;再调整样品的放置方向,使等倾线通过被测点;将二块四分之-波片推入光路,等倾线即消失;此时可旋转检偏器,直至被测点光线最弱;后面步骤同Senarmont法。

由于Tardy法要求应力方向与偏振方向一致,故可利用等倾线性质实现方向的相对调整,不必准确确定应力的实际方向。

二块四分之一波片的光轴相互垂直,对光程的作用互为补偿,所以波片的精度要求可低一些,只需控制二块波片之间的相对误差。

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