基于激光多普勒測振儀的透明固體二維動態應力場測量

激光多普勒測振儀(Laser Doppler vibrometer,LDV)是一種測量物體表面振動的儀器，被廣泛應用于基礎科學領域。

為得到LDV的測量值和固體中應力值的關系，中國科學院聲學研究所超聲技術中心左煒翌及其導師安志武等提出了一種新型測量方法，可以直接測量透明固體中的應力場。相比電測法、光彈法等傳統方法，這種新型測量方法具有較高的靈敏度和直觀性，可用于透明固體內超聲波的觀測。此外，該方法僅對動應力敏感，對靜應力無響應，因此具有不受透明固體殘余應力影響的優點。

相關研究成果2020年3月在線發表于國際學術期刊Journal of Sound and Vibration。

研究人員在光路中加入可旋轉的線偏振片，將LDV的測量光束轉換為線偏振光，從而使光的偏振角度成為一個新的測量維度，提供更多被測量物體的信息。偏振光射入透明固體內部后，光的頻率、偏振角度和固體內部應力場的各個應力分量耦合在一起。對測量結果處理后得到了固體內部應力場的精確測量結果。

研究人員用一個具有帶狀缺陷的K9光學玻璃塊進行測試。由超聲換能器激發的縱波從玻璃塊頂端向下傳播，并被帶狀缺陷散射。LDV 記錄下了各個時刻的彈性波圖像，包括三個獨立的應力分量。有限元仿真(Finite element analysis,FEA)結果驗證了這種新型的測量方法。