应力仪的操作

PS-100-BS 偏光计的用户操作手册

一、引言

Strainoptics公司的PS-100-BS偏光应力仪可以精确的测量玻璃或者是透明塑料材料的残余应力，测量具有精度高，重复性好的优点。该仪器采用当前比较成熟的光弹应力的原理，被广泛用于玻璃与塑料制品的质量控制。

二、分析仪

Strainoptics公司的A-100分析仪是一个精确测量残余应力与双折射的部件，它主要由一个检偏器、一个1/4波片与附件安装支架三部分组成。其中A-100分析仪在出厂时已经完成安装，客户不需要自己安装。

图1 Strainoptics公司的A-100分析仪

A 刻度盘

A-100分析仪上有两个刻度盘，一个刻度盘是小数刻度盘，一个角度刻度盘。

±90o角度刻度盘：顺时针旋转刻度盘，角度值为“+”，逆时针旋转刻度盘，角度读书为“-”。刻度盘上有一个参考方向的指针，它一般用于指示角度值与仪器的参考方向。

小数刻度盘：用于精确测量应力引起的光程差。采用“Senarmont”旋转分析仪的方法进行测量。刻度盘总共分为相等的100格。当测量玻璃材料时，每格代表5.65nm的光程差。当测量的是透明的塑料每小格代表5.7nm的光程差。

B 1/4波片

1/4 波片已经预先安装在A-100分析仪之中，波片的方向已经调整好，用户自己不要拆掉波片。

图2 Strainoptics公司A-100分析仪

C 检偏器

通过旋转检偏器就可以定量的测量样品由于应力引起的光程差。当检偏器的指针指示小数刻度盘的0.0与1.0的位置上时，检偏器的方向与最初设置的方向一致，若旋转检偏器，从角度刻度盘就能读出检偏器旋转的角度，同时可以指示检偏器的方向。

PS-100-BS主要由以下三部分组成：一个带起偏器的偏振光源、一个用于调节分析仪位置的支架与一个分析仪。

图3 PS-100-BS应力仪

PS-100-BS应力仪的光源提供的是线偏振光，使用线偏振光源：

-定性测量：可以观察应力的方向与分布；

-定量测量：可以使用“Senarmont”的旋转检偏器的方法进行应力的测量；

五、采用观察彩色干涉条纹法进行应力的定性评价

当将有应力的玻璃与透明塑料放入PS-100-BS应力仪中时，通过检偏器就可以观察到彩色的应力条纹。通过彩色条纹就可以近似的估计由应力所产生的光程差的大小。表一给出了条纹颜色与光程差的对应表。这个方法主要是用来定性的进行应力的评价，从而可以定位高应力的区域，有利于选取测量点。用其它的两种方法可以实现应力的定量测量。

使用时，须将被测样品放置在光源与A-100分析仪之间。注意：样品的放置位置至关重要。

放置样品时，必须保证样品被测点的应力方向与应力仪的参考方向平行。如果不知道测量点的应力方向，可以旋转样品直到测量点的颜色最暗(黑色)。此时测量点的应力方向与起偏器与检偏器平行或者垂直，与参考方向成±45o。再旋转样品45o，这时测量点变得透明，测量点的应力方向与仪器的参考方向平行。这时样品的位置就调整好了。

在使用这个对照表之前，首先要找到“黑色”条纹。黑色条纹对应得光程差是0nm，如果出现其它的彩色带，这些彩色带一般会按照表一的颜色连续的变化，在根据表一就可以估计测量点对应得的光程差。

如果没有观察到彩色条纹，只观察到黑色与灰色的条纹，说明对应的应力较小，这时可以在光路中增加一个RPLP-100彩色玻片(可选附件)，彩色玻片所引入的光程差是一个波长，相当于在样品原来光程差的基础上人为地增加/减去一个波长的光程差。是增加一个波长的光程差还是减少一个波长的光程差主要取决彩色玻片与被测样品的相对位置。

加入彩色玻片的目的就是增强低应力玻璃产品的彩色条纹观测质量，但是测量结束后应该在测量值的基础上增加或者减去由全玻片引起的光程差。

黑色为观察到彩色条纹的最低级次，它对应得光程差为0，沿着表一向下，条纹的级次越来越高，对应得光程差越来越大。若视场为黑色，当旋转分析仪时，视场还是为黑色，说明被测样品没有应力。

记下彩色条纹所对应的条纹级次，整个颜色区域被分为几个小的区域。如下图：从上到下黑色为0级，红色与蓝色之间为1级，红色与绿色之间为第2级，粉红色与绿色之间为第3级，等等。

图5是PS-100-BS测量有应力的透明样品所获得的典型彩色条纹。

图5 典型的应力条纹图像

六、采用“Senarmont”或者旋转分析仪的方法进行测量

当将被测样品放置到应力仪中，就可以观察到彩色的条纹与黑色的条纹。如果光程差超过了4级，建议使用单色滤波器，这种方法一般用于测量应力较小的样品，使用滤波器的中心波长作为标准来计算光程差与与干涉条纹的级次。

1、将样品放置在起偏器光源与A-100分析仪之间的工作台上。。

2、选择测量点。一般情况下选取感兴趣的点或者是应力最大的点作为测量点。采用旋转样品的方法可以寻找应力最大的点：参考表一的干涉色与光程差的对照表，旋转样品观察出现最亮的区域或者是出现最高的彩色条纹的区域，用笔做个标记。

3、正确放置样品的位置使得被测点的主应力方向与仪器的参考方向平行。如果预先不知道被测点的主应力方向，可以旋转样品，直到测量点变得最暗，此时，测量点的主应力方向平行与起偏器/检偏器的偏振方向，与应力仪的参考方向成45o，再旋转样品45o，此时样品的主应力方向与参考方向平行，测量点变得比较

透明。这就表明样品已经放置到了适当的位置上。

4、鉴别测量点附近的相对较低条纹级次。

参考干涉颜色与光程差的对照表一，判断测量点附近的相对较低条纹级次。也可参考下图：

黑色 = 0 nm =0级条纹 n=0

第一级青紫色 =570 nm =1级条纹 n=1

第二级青紫色 =1140 nm =2级条纹 n=2

第三级紫色 =1700 nm =3级条纹 n=3 若没有出现彩色条纹时，测量点对应相对较低的条纹级次为0级，即n=0；若测量点位于1级与2级之间，则n=1；若测量点位于2级与3级之间，则n=2等等。

5、顺时针旋转分析仪直到测量点附近的条纹覆盖测量点为止。一边旋转偏光计，一边观察附近条纹的移动情况，观察是较高条纹移向测量点还是较低条纹移向测量点。旋转的过程中，条纹的颜色也会发生变化。继续旋转知道条纹的中心覆盖测量点为止。

如果你购买了SWF-100滤波片，当你鉴别出相对较低/高的条纹级次正在移向测量点时，可以在光路中增加SWF-100滤波片，这更有利于确认条文中心的位置，测量更加准确。

6、读取刻度盘上的读数值f。这个读数是个小数。在旋转分析仪的时候，如果较低条纹级次移向测量点，则测量点对应应力条纹的整数部分为n，如果较高条纹级次移向测量点，则测量点对应应力条纹的整数部分为(n+1)。F为测量点对应应力条纹的小数部分。

7、为了计算应力，需要确定测量点对应的总条纹级次N与光程差δ。N与δ的值依赖于在旋转分析仪的过程中，是高级条纹还是低级条纹移向测量点。所以鉴别条纹的移动方向十分重要。

8、鉴别测量点的应力是张应力还是压应力。

顺时针旋转分析仪，如果较低条纹级次移向测量点，说明应力为张应力；如果较高条纹级次移向测量点，说明应力是压应力。

9、计算总的条纹级次N

例如：测量点位于3级条纹与4级条纹之间，顺时针旋转分析仪时，若3级条纹移向了测量点，刻度盘的读数为0.34，说明应力为张应力，则总条纹级次N=3+0.34=3.34。

若4级条纹移向了测量点，刻度盘的读数为0.15，说明应力为压应力，则总条纹级次N=3+1-0.15=3.85。

10

、根据总条纹级次N计算应力大小