一種利用光干涉法測量光學(xué)平板玻璃彎曲剛度的方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種利用光干涉法測量光學(xué)平板玻璃彎曲剛度的方法，具體按照以下步驟實(shí)施：步驟1：通過螺絲施加應(yīng)力于光學(xué)平板玻璃，并通過測量儀器顯示應(yīng)力傳感器測量的應(yīng)力，記錄下應(yīng)力的大??；步驟2：保持步驟1中的應(yīng)力不變，通過讀數(shù)顯微鏡讀取在該應(yīng)力下牛頓環(huán)干涉圖像中心黑斑的直徑Q，然后計(jì)算出黑斑的半徑r；步驟3：通過螺絲改變應(yīng)力的值，重復(fù)步驟1和步驟2，得到光學(xué)平板玻璃的不同應(yīng)力及對應(yīng)不同應(yīng)力情況下牛頓環(huán)干涉圖像中心黑斑的直徑Q及半徑r；步驟4：計(jì)算光學(xué)平板玻璃的彎曲剛度D。本發(fā)明專利技術(shù)測量方法簡單，且測量周期相比傳統(tǒng)縮短，測量應(yīng)用范圍擴(kuò)大，沒有大量的材料耗損，測量性重復(fù)好，且可用于測量小樣品光學(xué)平板玻璃。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種利用光干涉法測量光學(xué)平板玻璃彎曲剛度的方法
本專利技術(shù)屬于應(yīng)用光學(xué)設(shè)備
，涉及一種利用光干涉法測量光學(xué)平板玻璃彎曲剛度的方法。
技術(shù)介紹
傳統(tǒng)的光學(xué)平板玻璃彎曲剛度的測量方法包括機(jī)械法、聲學(xué)法、光學(xué)法等，以機(jī)械法為主。一般是通過施加應(yīng)力于光學(xué)平板玻璃，光學(xué)平板玻璃就會(huì)產(chǎn)生形變，通過一些特有的方法測出與施加應(yīng)力所對應(yīng)的形變，就可計(jì)算出光學(xué)平板玻璃的彎曲剛度。上述幾種方法測量過程繁瑣，測量周期很長，并且都是大樣品測量，測量過程中光學(xué)平板玻璃有損破壞，既浪費(fèi)了資源，可重復(fù)性也差。另外，傳統(tǒng)方法難以測量小樣品光學(xué)平板玻璃。而在實(shí)驗(yàn)室研究等方面所用到的光學(xué)平板玻璃樣品均為小樣品，如需得到它們的實(shí)際彎曲剛度值，必須通過光學(xué)平板玻璃廠家購買原裝大塊材料進(jìn)行測量。而用牛頓環(huán)光干涉法可以解決以上問題。牛頓環(huán)儀一般由一塊曲率半徑很大的平凸透鏡和一塊光學(xué)平板玻璃構(gòu)成，采用波長589.3nm的鈉黃光光源進(jìn)行測量，鈉黃光經(jīng)反射鏡反射以后垂直入射到牛頓環(huán)儀上，可在平凸透鏡的表面產(chǎn)生等厚干涉條紋，通過調(diào)節(jié)牛頓環(huán)儀上的螺絲的松緊程度，可調(diào)整牛頓環(huán)儀光學(xué)平板玻璃體之間的應(yīng)力，其干涉條紋會(huì)隨之發(fā)生改變。本專利技術(shù)深入研究了牛頓環(huán)干涉圖像與光學(xué)平板玻璃彎曲剛度的變換關(guān)系，得出了一種基于光干涉法測量光學(xué)平板玻璃彎曲剛度的方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種利用光干涉法測量光學(xué)平板玻璃彎曲剛度的方法，解決了現(xiàn)有測量方法難以測量小尺寸光學(xué)平板玻璃的彎曲剛度，且測量方法以有損壞性測量為主的問題。本專利技術(shù)所采用的技術(shù)方案是，一種利用光干涉法測量光學(xué)平板玻璃彎曲剛度的方法，具體按照以下步驟實(shí)施：步驟1：通過螺絲施加應(yīng)力于光學(xué)平板玻璃，并通過測量儀器顯示應(yīng)力傳感器測量的應(yīng)力，記錄下應(yīng)力的大?。徊襟E2：保持步驟1中的應(yīng)力不變，利用鈉光源發(fā)出鈉光，鈉光經(jīng)反射鏡反射后垂直入射到平凸透鏡上，通過讀數(shù)顯微鏡讀取在該應(yīng)力下牛頓環(huán)干涉圖像中心黑斑的直徑Q，然后計(jì)算出黑斑的半徑r；步驟3：通過螺絲改變應(yīng)力的值，重復(fù)步驟1和步驟2，得到光學(xué)平板玻璃的不同應(yīng)力及對應(yīng)不同應(yīng)力情況下牛頓環(huán)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(shù)據(jù)，得到光學(xué)平板玻璃的彎曲剛度D：其中，σ為光學(xué)平板玻璃的中心應(yīng)力，D為光學(xué)平板玻璃的彎曲剛度，μ為光學(xué)平板玻璃的泊松比，a為光學(xué)平板玻璃的半徑，r為牛頓環(huán)干涉條紋黑斑的半徑，R為平凸透鏡的標(biāo)準(zhǔn)曲率半徑。本專利技術(shù)的特點(diǎn)還在于：采用的測量裝置的具體結(jié)構(gòu)包括底座，底座的凹槽中放置有應(yīng)力傳感器，應(yīng)力傳感器的探頭高于底座的凹槽上表面，應(yīng)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(xué)平板玻璃，平凸透鏡的凸面與光學(xué)平板玻璃接觸，光學(xué)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(jié)構(gòu)包括底座，底座的凹槽中放置有應(yīng)力傳感器，應(yīng)力傳感器的探頭高于底座的凹槽上表面，應(yīng)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(xué)平板玻璃，平凸透鏡的凸面與光學(xué)平板玻璃接觸，光學(xué)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(yīng)力傳感器、光學(xué)平板玻璃、平凸透鏡同軸。本專利技術(shù)的有益效果是：本專利技術(shù)一種利用光干涉法測量光學(xué)平板玻璃彎曲剛度的方法，與現(xiàn)有的測量光學(xué)平板玻璃彎曲剛度的方法相比，簡單易行，且測量周期相比傳統(tǒng)縮短，測量應(yīng)用范圍擴(kuò)大，沒有大量的材料耗損，測量性重復(fù)好，且可用于測量小樣品光學(xué)平板玻璃。附圖說明圖1是本專利技術(shù)測量方法采用的測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本專利技術(shù)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(shù)顯微鏡，3.反射鏡，4.螺絲，5.上蓋，6.底座，7.應(yīng)力傳感器，8.通孔，9.測量儀器，10.光學(xué)平板玻璃，11.平凸透鏡。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本專利技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)說明。本專利技術(shù)一種利用光干涉法測量光學(xué)平板玻璃彎曲剛度的方法，所采用的測量裝置，結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括底座6，底座6的凹槽中放置有應(yīng)力傳感器7，應(yīng)力傳感器7的探頭高于底座6的凹槽上表面，應(yīng)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(xué)平板玻璃10，平凸透鏡11的凸面與光學(xué)平板玻璃10接觸，光學(xué)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(yīng)力傳感器7的信號(hào)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(yīng)力傳感器7采集到的應(yīng)力。應(yīng)力傳感器7、光學(xué)平板玻璃10、平凸透鏡11同軸。本專利技術(shù)測量方法所采用的裝置中將現(xiàn)有的平凸透鏡11與光學(xué)平板玻璃10的位置互換。曲率標(biāo)準(zhǔn)值已知的平凸透鏡11與待測光學(xué)平板玻璃10組成改進(jìn)的牛頓環(huán)。應(yīng)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(yīng)力作用輸出相應(yīng)的電壓信號(hào)，應(yīng)力和電壓值的大小成線性關(guān)系，傳感器7型號(hào)為HT-7303M3，額定供電電源條件下，電壓信號(hào)小于10毫伏，為了方便單片機(jī)控制模數(shù)轉(zhuǎn)換，首先將傳感器7輸出信號(hào)經(jīng)過變送器將微弱小信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)放大，然后使用單片機(jī)(MSP430)控制模數(shù)轉(zhuǎn)換將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，最后通過液晶顯示屏(1602液晶顯示)將轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行顯示。本專利技術(shù)測量彎曲剛度的方法的原理是，將待測光學(xué)平板玻璃組裝到改進(jìn)牛頓環(huán)裝置中，通過螺絲施加應(yīng)力來改變光學(xué)平板玻璃撓度，通過應(yīng)力傳感器測量應(yīng)力，通過測量牛頓環(huán)干涉圖像測量光學(xué)平板玻璃撓度，再根據(jù)理論公式計(jì)算光學(xué)平板玻璃的彎曲剛度。具體按照以下步驟實(shí)施：步驟1：通過螺絲4施加應(yīng)力于光學(xué)平板玻璃10，并通過測量儀器9顯示應(yīng)力傳感器7測量的應(yīng)力，記錄下應(yīng)力的大??；步驟2：保持步驟1中的應(yīng)力不變，利用鈉光源1發(fā)出鈉光，鈉光經(jīng)反射鏡3反射后垂直入射到平凸透鏡11上，經(jīng)平凸透鏡11的上下表面產(chǎn)生的兩束反射光是相干光，該兩束反射光干涉形成牛頓環(huán)圖像，通過讀數(shù)顯微鏡2讀取在該應(yīng)力下牛頓環(huán)干涉圖像中心黑斑的直徑Q，然后計(jì)算出黑斑的半徑r；步驟3：通過螺絲改變應(yīng)力的值，重復(fù)步驟1和步驟2，得到光學(xué)平板玻璃10的不同應(yīng)力及對應(yīng)不同應(yīng)力情況下的牛頓環(huán)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(shù)據(jù)，由光學(xué)平板玻璃的小撓度平板理論公式可得到光學(xué)平板玻璃10的彎曲剛度D：其中，σ為光學(xué)平板玻璃的中心應(yīng)力，D為光學(xué)平板玻璃的彎曲剛度，μ為光學(xué)平板玻璃的泊松比，a為光學(xué)平板玻璃的半徑，r為牛頓環(huán)干涉條紋黑斑的半徑，ω為光學(xué)平板玻璃以中心為原點(diǎn)半徑r處的撓度。彎曲剛度D的具體的計(jì)算過程為：通過螺絲對光學(xué)平板玻璃逐步加應(yīng)力并記錄不同應(yīng)力的大小，與此同時(shí)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(huán)測平凸透鏡和光學(xué)平板玻璃之間的距離公式(1)可得到黑斑處所對應(yīng)光學(xué)平板玻璃垂直距離的變換式。其中，R為光學(xué)平凸透鏡的標(biāo)準(zhǔn)曲率半徑，r為牛頓環(huán)干涉圖像中心黑斑的半徑，d為半徑r處的光學(xué)平板玻璃與光學(xué)平凸透鏡之間的距離。側(cè)向小撓度薄板理論是在彈性力學(xué)加上三個(gè)假設(shè)：第一，變形前位于中面法線上的各點(diǎn)，變形后仍位于彈性曲面的同一法線上，且法線上各點(diǎn)間的距離不變。第二，與其它壓力分量相比，認(rèn)為z軸壓力分量可以忽略(見楊耀乾著作的《平板理論》)。第三，在中面內(nèi)沒有伸縮或剪切形變。在這3個(gè)假設(shè)的基礎(chǔ)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種利用光干涉法測量光學(xué)平板玻璃彎曲剛度的方法，其特征在于，具體按照以下步驟實(shí)施：步驟1：通過螺絲(4)施加應(yīng)力于光學(xué)平板玻璃(10)，并通過測量儀器(9)顯示應(yīng)力傳感器(7)測量的應(yīng)力，記錄下應(yīng)力的大小；步驟2：保持步驟1中的應(yīng)力不變，利用鈉光源(1)發(fā)出鈉光，鈉光經(jīng)反射鏡(3)反射后垂直入射到平凸透鏡(11)上，通過讀數(shù)顯微鏡(2)讀取在該應(yīng)力下牛頓環(huán)干涉圖像中心黑斑的直徑Q，然后計(jì)算出黑斑的半徑r；步驟3：通過螺絲改變應(yīng)力的值，重復(fù)步驟1和步驟2，得到光學(xué)平板玻璃(10)的不同應(yīng)力及對應(yīng)不同應(yīng)力情況下牛頓環(huán)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(shù)據(jù)，得到光學(xué)平板玻璃(10)的彎曲剛度D：

【技術(shù)特征摘要】
1.一種利用光干涉法測量光學(xué)平板玻璃彎曲剛度的方法，其特征在于，具體按照以下步驟實(shí)施：步驟1：通過螺絲(4)施加應(yīng)力于光學(xué)平板玻璃(10)，并通過測量儀器(9)顯示應(yīng)力傳感器(7)測量的應(yīng)力，記錄下應(yīng)力的大??；步驟2：保持步驟1中的應(yīng)力不變，利用鈉光源(1)發(fā)出鈉光，鈉光經(jīng)反射鏡(3)反射后垂直入射到平凸透鏡(11)上，通過讀數(shù)顯微鏡(2)讀取在該應(yīng)力下牛頓環(huán)干涉圖像中心黑斑的直徑Q，然后計(jì)算出黑斑的半徑r；步驟3：通過螺絲改變應(yīng)力的值，重復(fù)步驟1和步驟2，得到光學(xué)平板玻璃(10)的不同應(yīng)力及對應(yīng)不同應(yīng)力情況下牛頓環(huán)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(shù)據(jù)，得到光學(xué)平板玻璃(10)的彎曲剛度D：其中，σ為光學(xué)平板玻璃的中心應(yīng)力，D為光學(xué)平板玻璃的彎...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：郭長立，馮小強(qiáng)，
申請(專利權(quán))人：西安科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：陜西,61