專利名稱：用于材料疲勞裂紋試驗的實時在線診斷裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種材料疲勞裂紋試驗裝置，尤其是涉及一種材料疲勞裂紋試驗的實時在線診斷裝置。
研究材料的疲勞裂紋的出現(xiàn)與發(fā)展是材料科學(xué)中的重大課題之一。為了觀察材料在實驗測試過程中疲勞裂紋的出現(xiàn)和發(fā)展，目前公知的方法是采用長工作距顯微鏡對樣品在實驗過程中進行實時在線監(jiān)視。這種方法只能當(dāng)裂紋在表面形成后，才能被觀察到，而無法發(fā)現(xiàn)材料在疲勞臨界狀態(tài)的現(xiàn)象，即裂紋產(chǎn)生的初始狀態(tài)。
本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種材料疲勞裂紋試驗的實時診斷裝置，它不僅能觀察試驗過程中在材料表面產(chǎn)生的滑移和裂紋，而且可以實時在線觀察在材料表面產(chǎn)生裂紋之前材料在疲勞臨界點狀態(tài)下的物理現(xiàn)象。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的本實用新型提供一種材料疲勞裂紋試驗的實時診斷裝置，包括長工作距顯微物鏡的、CCD攝象機，其特征在于還包括激光散斑干涉光學(xué)系統(tǒng)，其由激光器發(fā)出的激光經(jīng)分束鏡被分為兩束，由光束耦合器將一束激光耦合進單模保偏振傳光光纖，在該光纖的另一端裝有光束擴束鏡，它將激光擴束后照明被測樣品。由分束鏡分出的另一束激光由另一光束耦合器耦合進另一根單模保偏振光纖，在其端頭同樣裝有一個光束擴束鏡，激光由它擴束后照明被測樣品的同一部位，即兩束光在被測樣品上重疊并反射；該反射光入射在長工作距顯微物鏡上，長工作距顯微物鏡將被測樣品的被照明部分到CCD攝象機，還包括計算機圖象處理裝置與CCD攝象機相連，計算機圖象處理產(chǎn)生散斑干涉圖象，實時地顯示在監(jiān)視器上，通過圖象處理裝置，對不同時刻，不同力學(xué)狀態(tài)下材料由彈性變形、塑性變形、產(chǎn)生裂紋而到斷裂的干涉圖形進行采集和分析處理，即可觀測目前無法觀測的由塑性形變到微裂紋出現(xiàn)的力學(xué)和物理現(xiàn)象及其產(chǎn)生的條件。當(dāng)裂紋發(fā)展到一定程度，明顯地出現(xiàn)在被測樣品的表面時，就可采用普通的非相干光源進行直接觀察。
其中激光器使用NdYVO4、半導(dǎo)體或其它類型的。
光束耦合器可以采用折射率梯度自聚焦透鏡，也可以采用通常的光學(xué)聚焦透鏡組合。光束擴束鏡可采用普通的凸透鏡或凹透鏡，也可采用折射率梯度準(zhǔn)直或成象柱狀透鏡。
本實用新型的優(yōu)點由于本實用新型采用上述方案，它不僅能觀察試驗過程中，在材料表面產(chǎn)生的滑移和裂紋，而且可以實時在線觀察材料在疲勞臨界點狀態(tài)下的物理現(xiàn)象，如裂紋孕育和產(chǎn)生的過程，為科研單位和工礦企業(yè)提供一種新的實驗裝置。是一種新型的、集激光散斑干涉與長工作距顯微鏡為一體的實時在線觀察材料試驗過程的光學(xué)診斷裝置。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。


圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖圖面說明如下1.材料試驗機與被測樣品2.長工作距顯微物鏡3.CCD攝象機4.激光器5.分束鏡
6.光束耦合器7.單模保偏振傳光光纖8.光束擴束鏡9.光束耦合器10.單模保偏振傳光光纖11.光束擴束鏡12.計算機圖象處理裝置實施例1按圖1的結(jié)構(gòu)制作一臺材料疲勞裂紋試驗實時在線診斷裝置，被測樣品安裝在材料試驗機上，由NdYVO4激光器(4)發(fā)出的激光經(jīng)分束鏡(5)被分為兩束，光束耦合器(6)采用折射率梯度自聚焦透鏡，它將其中一束激光耦合進單模保偏振傳光光纖(7)，在單模保偏振傳光光纖(7)的另一端裝有光束擴束鏡(8)，它將激光擴束后照明被測樣品。由分束鏡(5)分出的另一束激光，經(jīng)過光束耦合器(9)耦合進另一根單模保偏振傳光光纖(10)，(10)的另一端同樣裝有一個光束擴束鏡(11)，激光由它擴束后照明被測樣品同一部位，即兩束光在被測試件上重疊。長工作距顯微物鏡(2)將材料的被照明部分通過CCD攝象機(3)攝入計算機圖象處理裝置(12)，產(chǎn)生散斑干涉圖象，實時地顯示在監(jiān)視器上，通過圖象處理裝置(12)對采集到的散斑干涉圖象進行處理分析。
光束耦合器(6)和(9)采用的是折射率梯度自聚焦透鏡，光束擴束鏡(8)和(11)采用普通的凸透鏡，單模保偏振傳光光纖(7)和(10)為市售的柔性光導(dǎo)纖維。本實用新型所用的軟件是結(jié)合斷裂力學(xué)特征與圖象處理裝置的軟件包。
實施例2在本實施例中，激光器(4)采用的是半導(dǎo)體激光器，光束耦合器采用通常的光學(xué)聚焦透鏡組合。其余均與前述實施例相同。
權(quán)利要求1用于材料疲勞裂紋試驗實時在線診斷裝置，包括長工作距顯微物鏡的、CCD攝象機，其特征在于還包括激光散斑干涉光學(xué)系統(tǒng)，其由激光器發(fā)出的激光經(jīng)分束鏡被分為兩束，由光束耦合器將一束激光耦合進單模保偏振傳光光纖，在該光纖的另一端裝有光束擴束鏡，擴束后的光照倒被測樣品；由分束鏡分出的另一束激光由另一光束耦合器耦合進另一根單模保偏振光纖，在其端頭同樣裝有一個光束擴束鏡，激光由它擴束后照明被測樣品的同一部位，兩束光在被測樣品上重疊并反射；該反射光入射在長工作距顯微物鏡上，長工作距顯微物鏡與CCD攝象機接收部件對準(zhǔn)放置。
2按權(quán)利要求1所述的材料疲勞裂紋試驗實時在線診斷裝置，其特征在于還包括計算機圖象處理裝置，計算機圖象處理裝置與CCD攝象機相連。
專利摘要本實用新型涉及一種材料疲勞裂紋試驗實時在線診斷裝置。由激光器發(fā)出的激光經(jīng)分束鏡被分為兩束,分別經(jīng)光束耦合器、傳光光纖、光束擴束鏡后,照射到被測物品的同一部位,長工作距顯微物鏡將樣品被照明部分通過CCD攝象機攝入計算機圖象處理裝置,產(chǎn)生散斑干涉圖象。對此散斑干涉圖象進行采集和處理分析,就可觀測材料在疲勞過程中蠕變、滑移、裂紋孕育和產(chǎn)生的過程,從而提供了一種新型的試驗技術(shù)和裝置。
文檔編號G01N21/88GK2375961SQ9921353
公開日2000年4月26日 申請日期1999年6月8日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月8日
發(fā)明者束繼祖, 段俐, 康琦 申請人:束繼祖