《太赫茲波時域雙折射光譜應力測量原理與方法》是依託天津大學，由王志勇擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：太赫茲波時域雙折射光譜應力測量原理與方法
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王志勇
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
太赫茲時域光譜技術具有穿透性好、頻帶範圍寬、相干性高、信躁比高以及脈衝寬度窄等特點，將其用於應力測量具有許多獨特優勢。如櫻組享它可用於對可見光不透明的材料，可實現較才槳滲炒高的測量精度，易於實現對應力波的測量等。現有研究表明材料的太赫茲光譜中包含了應力場信息。本項目旨在開展太赫茲波時域雙折射光譜應力測量原理及方法的研究，著力解決基本物理關係，測量原理和數據處理算法等關鍵性問題．首先，研究應力對材料太赫茲波折射率的影響，確定基本的力－光物理關係罪擔探。其次，改進現有太赫茲時域光譜系統的光譜感知模式，建立太赫茲波的應力測試實驗系統，並分析太赫茲波在該系統中的傳遞過程，建立太赫茲雙折射光譜的應力測量原理。最後，建立從太赫茲波雙折射光譜數據分離和提取應力分量的數據處理方法，並充分利刪燥用雙折射光譜包含的信息提高應力測量精度。該測試方法充分發揮了太赫茲時域光譜技術的優點，有望成為一種用於應力測量的全新技術。
結題摘要
太赫茲波（THz）是指頻率為0.1THz~10THz範圍內的電磁波，在電磁波譜上它位於微波和紅外之間，它具有脈寬窄、能量低、相干性高、透過性好等優點。太赫茲時域光譜（THz-TDS）技術被廣泛套用到材料無損檢測、化學成分鑑定、安全檢查等領域，並在實驗力學測量領域有著巨大的套用潛力。本課題基於TDS系統對THz應力測量的原理和平面應力測量方法進行了研究，主要包括以下幾方面： (1)改進了現有THz-TDS系統，使其能夠產生任意偏振方向的THz波，並能夠對產生的THz波進行調製。設計了能夠安放在TDS系統中的微型載入裝置，使其能夠對試件進行載入並對試件內部的應力進行測量。建立了TDS測得相位延遲與試件內部主應力關係的理論模型，並研究了實驗操作環節對THz-TDS系統穩定性的影響，確定了適合實驗測量的空氣濕度，測定了實驗所用的PTFE試件彈性模量。根據理論模型，實驗驗證了THz波段的應力光性效應，結果表明：通過TDS系統測得THz波的折射率與應力近似成線性關係。 通過實驗測量了PTFE材料的應力光性係數A和B，提出了基於THz-TDS系統的應力測量原理與方法，建立了由應力引起的相位延遲的測量模式，確定了求解包含相位延遲的非線性方程組的主應力分離方法。根據太赫茲相位差與應力分量、偏振片角度辨鑽立的關係，提出了兩種測量試件內部應力的方法。保證實驗頻率不變，改變偏振片的角度，即多角度單頻率法；保證偏振片角度不變，採用多階頻率進行最佳化，即多頻率單角度法。根據實驗數據和理論模型，提出了相應的最佳化方案，獲得了TDS系統下的應力分量結果，並將兩種方法的數據進行對比分析。 (2)研究外加荷載和頻率範圍對測量結果的影響。當增大外加應力後，實驗測得的太赫茲相位差與頻率之間成非線性關係。根據這一特徵，我們提出了新的最佳化方案，利用局部搜尋的方法確定了由TDS測量出的應力分量，與電阻應變儀的結果進行對比，實驗結果表明：基於TDS系統對PTFE試件進行刪艱阿獄應力測量的方法是有效的，並且誤差控制在6%以下。擴大實驗測量的頻率範圍，發現目標函式有更好的收斂性，能較為準確地收斂到真值。 (3)基於TDS系統的應力測量方法能夠對不透明物體的內部應力進行測量，結合二維平移台還可以對試件的應力場進行探測，而且在陶瓷等材料的應力測量領域也有廣闊的前景，該方法為測量物促烏去體的平面應力狀態提供了新的實驗手段和技術。
