基于Tardy原理的双折射测试技术研究(3)
1.1 国内外光弹性参数研究发展状况
1.2 测量应力的方法
1.2.1 干涉色法
图1-1是测定玻璃内应力的应力仪的光路图。图中S是光源，起偏器P0和检偏器P1是正交的，G是待测玻璃，W是全波片。眼睛调节于待测玻璃的表面，毛玻璃的作用在于它被照明后就成为一个漫射光源，以便使眼睛能同时看到整个表面上的干涉图样。
如果内应力不均匀，就可以看到干涉图样。干涉色与光程差之间有着完全对应的关系（见表1.3），根据干涉色就可以测出玻璃所产生的光程差。但一般光学玻璃的内应力比较较小，所引起的光程差不大。为了提高测量精度，实验中常常添加一个全波片，并让其快慢轴与偏振片的透光轴成45°角。这样一来，产生干涉的两束的光程差就在560纳米附近，干涉色随玻璃内应力的变化就很敏感了。通常，这个全波片也叫做灵敏色片。
表1.3 干涉色-光程差表[2]
但是，必须要明白，由于是人眼直接观察，存在很大的随机误差，经验不同的人也常常会得到不同的结果，一般误差为20-50纳米左右，不适用与精密测量的使用。
1.2.2 四分之一波片法[2][10]
测量装置如图1-2，与干涉色法的装置图基本相同，只是把全波片W换成了1/4波片，并且让1/4波片的快轴方向与起偏器P1的透光轴方向平行，并用单色光入射。并保证检偏器P2可以旋转，但起初与P1正交。
图1-2 1/4波片法测定玻璃内应力
利用琼斯矩阵[3]的方法求出通过1/4波片后的偏振态。选择X,Y轴分别沿着1/4波片的快慢轴，并让玻璃快慢轴的方向与起偏器的透光轴成±45°角。设玻璃产生的光程差为Δ，则位相差为
根据琼斯矩阵计算，线偏振光通过玻璃和1/4波片后的偏振态为：
若玻璃的内应力不大， 不超过360°，出射的线偏振光的光矢量与1/4波片快轴的夹角γ就等于
由此
若 ，则 ，即说明光矢量是在X轴方向，与P2的透光轴垂直，视场是全暗的。若 ，则 ，视场是亮的。这样，把P2转到消光位置，则转动角度就等于 ，这样就很容易求得玻璃产生的相位差 ，这样就知道了光程差 ，之后除以玻璃厚度就可以得到玻璃的折射率。
1/4波片法的精度较高，误差只有几个纳米，但是作为人工光弹方法，只能获得单点信息，而无法得到玻璃整体的应力状态。在这个计算机应用技术，光电检测技术，图像技术大力发展的时代，显然不能满足测量的需求，传统的方法纷纷向光电自动化测量的方向发展，自动光弹性技术应运而生。下面我们将着重介绍一些常用的自动光弹性测量技术测量手段[8]。
1.2.3 Babinet补偿器法[15]
Babinet补偿器是一种光程差可调的双折射元件，相当于在应力仪中加入一个应力值可调的人工应力片，其方向与被测玻璃样品中的应力方向相反，当两者数值相等时，应力相互抵消，在正交偏光下观察到消光黑条纹。
Babinet补偿器一般由两块石英楔构成，二者尺寸相同，光轴互相垂直。一块是固定的，另一块可滑动，滑动的位置由测微螺杆转换成读数，光程差值与石英楔滑动的距离成线性关系。
此种方法操作较为简单，首先确定被测点的主应力方向，旋转补偿器测微螺杆，直至被测点为黑条纹所覆盖，记下测微螺杆读数并乘以补偿器常数即得到玻璃的应力值。应力的方向亦根据测微螺杆旋转方向加以确定。
此法操作简单，精度高。不足之处是补偿器价格昂贵。
1.2.4 Senarmont定量应力测量法
Senarmont应力测量法的装置示意图如图1-3下：