一種利用光干涉法測量光學平板玻璃剪切模量的方法技術

本發明專利技術公開了一種利用光干涉法測量光學平板玻璃剪切模量的方法，具體按照以下步驟實施：步驟1：通過螺絲施加應力于光學平板玻璃，并通過測量儀器顯示應力傳感器測量的應力，記錄下應力的大??；步驟2：保持步驟1中的應力不變，通過讀數顯微鏡讀取在該應力下牛頓環干涉圖像中心黑斑的直徑Q，然后計算出黑斑的半徑r；步驟3：通過螺絲改變應力的值，重復步驟1和步驟2，得到光學平板玻璃的不同應力及對應不同應力情況下牛頓環干涉圖像中心黑斑的直徑Q及半徑r；步驟4：計算光學平板玻璃的剪切模量G。本發明專利技術測量方法簡單，且測量周期相比傳統縮短，測量應用范圍擴大，沒有大量的材料耗損，測量性重復好，且可用于測量小樣品光學平板玻璃。

Method for measuring shear modulus of optical flat glass by optical interference method

The invention discloses a method using optical interference measurement of optical flat glass the shear modulus of concrete according to the following steps: Step 1: stress on the optical flat glass is applied through screws, and by measuring instrument display stress sensor, record the magnitude of stress; step 2: keep in step 1 the stress in the stress invariant, read Newton ring interference image center spots diameter Q by reading microscope, and then calculate the radius of R spots; step 3: through the screw to change the value of stress, repeat steps 1 and 2, have different optical flat glass and the corresponding force should be different under the condition of stress diameter of Q and radius R Newton ring interference image center spots; step 4: shear modulus G calculation of optical flat glass. The measuring method of the invention is simple, and the measuring period is shorter than the traditional one, and the measuring range is enlarged, and there is not a large amount of material consumption, the measuring repeatability is good, and the utility model can be used for measuring small sample optical flat glass.

【技術實現步驟摘要】
一種利用光干涉法測量光學平板玻璃剪切模量的方法
本專利技術屬于應用光學設備
，涉及一種利用光干涉法測量光學平板玻璃剪切模量的方法。
技術介紹
傳統的光學平板玻璃剪切模量的測量方法通過以下步驟測得：(1)測量試件的幾何尺寸，確定加載的方案；(2)預加載荷到略小于終載，然后卸載，調整扭角儀各部位使其處于良好的狀態；(3)每增加一次荷載記錄千分尺的讀數，直至當次實驗完成；(4)然后重復上述過程3到4次。傳統的方法一般加載復雜，微小加載變化很小，大型加載造成實驗困難度的增加。測量周期很長，并且都是大樣品測量。除此之外，傳統對小樣品光學平板玻璃剪切模量的測量方法很少，造成了測量方面的缺陷。一般在實驗室等地方所用到的光學平板玻璃樣品為小樣品，如需知道它們的剪切模量需得找到光學平板玻璃樣品的出廠廠家，購買原裝大塊材料進行測量，尋找專門的測量機構測量。而用牛頓環光干涉法可以解決以上問題。牛頓環儀一般由一塊曲率半徑很大的待測平凸透鏡和一塊光學平板玻璃構成，采用波長589.3nm的鈉黃光光源進行測量，鈉黃光經反射鏡反射以后垂直入射到牛頓環儀上，可在平凸透鏡的表面產生等厚干涉環條紋(包括明環和暗環)，改變螺絲的松緊，干涉條紋會隨之發生改變。本專利技術在此現象的基礎上深入研究牛頓環干涉圖像與光學平板玻璃剪切模量的變換關系，得出了一種基于光干涉法測量光學平板玻璃剪切模量的方法。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種利用光干涉法測量光學平板玻璃剪切模量的方法，解決了現有測量方法難以測量小尺寸光學平板玻璃的剪切模量，以及測量方法復雜、周期性長的問題。本專利技術所采用的技術方案是，一種利用光干涉法測量光學平板玻璃剪切模量的方法，具體按照以下步驟實施：步驟1：通過螺絲施加應力于光學平板玻璃，并通過測量儀器顯示應力傳感器測量的應力，記錄下應力的大??；步驟2：保持步驟1中的應力不變，利用鈉光源發出鈉光，鈉光經反射鏡反射后垂直入射到平凸透鏡上，通過讀數顯微鏡讀取在該應力下牛頓環干涉圖像中心黑斑的直徑Q，然后計算出黑斑的半徑r；步驟3：通過螺絲改變應力的值，重復步驟1和步驟2，得到光學平板玻璃的不同應力及對應不同應力情況下牛頓環干涉圖像中心黑斑的直徑Q及半徑r；步驟4：利用步驟3測得的數據，得到光學平板玻璃的剪切模量G：其中，σ為光學平板玻璃的中心應力，G為光學平板玻璃的剪切模量，μ為光學平板玻璃的泊松比，a為光學平板玻璃的半徑，r為牛頓環干涉條紋黑斑的半徑，R為平凸透鏡的標準曲率半徑，h為光學平板玻璃的厚度。本專利技術的特點還在于：采用的測量裝置的具體結構包括底座，底座的凹槽中放置有應力傳感器，應力傳感器的探頭高于底座的凹槽上表面，應力傳感器的探頭上放置有平凸透鏡，平凸透鏡上放置有光學平板玻璃，平凸透鏡的凸面與光學平板玻璃接觸，光學平板玻璃的上表面邊緣上放置有上蓋，上蓋通過固定螺絲與底座連接，上蓋與底座之間有空隙；采用的測量裝置的具體結構包括底座，底座的凹槽中放置有應力傳感器，應力傳感器的探頭高于底座的凹槽上表面，應力傳感器的探頭上放置有平凸透鏡，平凸透鏡上放置有光學平板玻璃，平凸透鏡的凸面與光學平板玻璃接觸，光學平板玻璃的上表面邊緣上放置有上蓋，上蓋通過固定螺絲與底座連接，上蓋與底座之間有空隙；應力傳感器、光學平板玻璃、平凸透鏡同軸。本專利技術的有益效果是：本專利技術一種利用光干涉法測量光學平板玻璃剪切模量的方法，與現有的測量光學平板玻璃剪切模量的方法相比，簡單易行，且測量周期相比傳統縮短，測量應用范圍擴大，沒有大量的材料耗損，測量性重復好，且可用于測量小樣品光學平板玻璃。附圖說明圖1是本專利技術測量方法采用的測量裝置的結構示意圖；圖2是本專利技術測量方法采用的測量裝置中測量儀器的工作原理流程圖。圖中，1.鈉光源，2.讀數顯微鏡，3.反射鏡，4.螺絲，5.上蓋，6.底座，7.應力傳感器，8.通孔，9.測量儀器，10.光學平板玻璃，11.平凸透鏡。具體實施方式下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術進行詳細說明。本專利技術一種利用光干涉法測量光學平板玻璃剪切模量的方法，所采用的測量裝置，結構如圖1所示，包括底座6，底座6的凹槽中放置有應力傳感器7，應力傳感器7的探頭高于底座6的凹槽上表面，應力傳感器7的探頭上放置有平凸透鏡11，平凸透鏡11上放置有光學平板玻璃10，平凸透鏡11的凸面與光學平板玻璃10接觸，光學平板玻璃10的上表面邊緣上放置有上蓋5，上蓋5通過固定螺絲4與底座6連接，上蓋5與底座6之間有空隙；應力傳感器7的信號線穿過底座6上的通孔8與測量儀器9連接，測量儀器9用于顯示應力傳感器7采集到的應力。應力傳感器7、光學平板玻璃10、平凸透鏡11同軸。本專利技術測量方法所采用的裝置中將現有的平凸透鏡11與光學平板玻璃10的位置互換。曲率標準值已知的平凸透鏡11與待測光學平板玻璃10組成改進的牛頓環。應力傳感器7與測量儀器9的工作原理如圖2所示，傳感器7受應力作用輸出相應的電壓信號，應力和電壓值的大小成線性關系，傳感器7型號為HT-7303M3，額定供電電源條件下，電壓信號小于10毫伏，為了方便單片機控制模數轉換，首先將傳感器7輸出信號經過變送器將微弱小信號進行適當放大，然后使用單片機(MSP430)控制模數轉換將模擬信號轉換為數字信號，最后通過液晶顯示屏(1602液晶顯示)將轉換結果進行顯示。本專利技術測量剪切模量的方法的原理是，將待測光學平板玻璃組裝到改進牛頓環裝置中，通過螺絲施加應力來改變光學平板玻璃撓度，通過應力傳感器測量應力，通過測量牛頓環干涉圖像測量光學平板玻璃撓度，再根據理論公式計算光學平板玻璃的剪切模量。具體按照以下步驟實施：步驟1：通過螺絲4施加應力于光學平板玻璃10，并通過測量儀器9顯示應力傳感器7測量的應力，記錄下應力的大??；步驟2：保持步驟1中的應力不變，利用鈉光源1發出鈉光，鈉光經反射鏡3反射后垂直入射到平凸透鏡11上，經平凸透鏡11的上下表面產生的兩束反射光是相干光，該兩束反射光干涉形成牛頓環圖像，通過讀數顯微鏡2讀取在該應力下牛頓環干涉圖像中心黑斑的直徑Q，然后計算出黑斑的半徑r；步驟3：通過螺絲改變應力的值，重復步驟1和步驟2，得到光學平板玻璃10的不同應力及對應不同應力情況下的牛頓環干涉圖像中心黑斑的直徑Q及半徑r；步驟4：利用步驟3測得的數據，由光學平板玻璃的小撓度平板理論公式和剪切模量與其它幾個力學量之間的關系可得到光學平板玻璃10的剪切模量G：其中，σ為光學平板玻璃的中心應力，G為光學平板玻璃的剪切模量，μ為光學平板玻璃的泊松比，a為光學平板玻璃的半徑，r為牛頓環干涉條紋黑斑的半徑，R為平凸透鏡的標準曲率半徑，h為光學平板玻璃的厚度。剪切模量G的具體的計算過程為：通過螺絲對光學平板玻璃逐步加應力并記錄不同應力的大小，與此同時通過顯微鏡記錄中心黑斑的直徑并算出黑斑半徑r。由牛頓環測平凸透鏡和光學平板玻璃之間的距離，公式(1)可得到黑斑處所對應光學平板玻璃垂直距離的變換式。其中，R為光學平凸透鏡的標準曲率半徑，r為牛頓環干涉圖像中心黑斑的半徑，d為半徑r處的光學平板玻璃與光學平凸透鏡之間的距離。側向小撓度薄板理論是在彈性力學加上三個假設：第一，變形前位于中面法線上的各點，變形后仍位于彈性曲面的同一法線上，且法線上各點間的距離不變。第二本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種利用光干涉法測量光學平板玻璃剪切模量的方法，其特征在于，具體按照以下步驟實施：步驟1：通過螺絲(4)施加應力于光學平板玻璃(10)，并通過測量儀器(9)顯示應力傳感器(7)測量的應力，記錄下應力的大??；步驟2：保持步驟1中的應力不變，利用鈉光源(1)發出鈉光，鈉光經反射鏡(3)反射后垂直入射到平凸透鏡(11)上，通過讀數顯微鏡(2)讀取在該應力下牛頓環干涉圖像中心黑斑的直徑Q，然后計算出黑斑的半徑r；步驟3：通過螺絲改變應力的值，重復步驟1和步驟2，得到光學平板玻璃(10)的不同應力及對應不同應力情況下牛頓環干涉圖像中心黑斑的直徑Q及半徑r；步驟4：利用步驟3測得的數據，得到光學平板玻璃(10)的剪切模量G：

【技術特征摘要】
1.一種利用光干涉法測量光學平板玻璃剪切模量的方法，其特征在于，具體按照以下步驟實施：步驟1：通過螺絲(4)施加應力于光學平板玻璃(10)，并通過測量儀器(9)顯示應力傳感器(7)測量的應力，記錄下應力的大小；步驟2：保持步驟1中的應力不變，利用鈉光源(1)發出鈉光，鈉光經反射鏡(3)反射后垂直入射到平凸透鏡(11)上，通過讀數顯微鏡(2)讀取在該應力下牛頓環干涉圖像中心黑斑的直徑Q，然后計算出黑斑的半徑r；步驟3：通過螺絲改變應力的值，重復步驟1和步驟2，得到光學平板玻璃(10)的不同應力及對應不同應力情況下牛頓環干涉圖像中心黑斑的直徑Q及半徑r；步驟4：利用步驟3測得的數據，得到光學平板玻璃(10)的剪切模量G：其中，σ為光學平板玻璃的中心應力，G為光學平板玻璃的剪切...

【專利技術屬性】
技術研發人員：郭長立，馮小強，
申請(專利權)人：西安科技大學，
類型：發明
國別省市：陜西,61