应力仪使用方法

应力仪使用方法：从原理到实践的测量指南

在光学玻璃、塑料加工及半导体制造领域，残余应力是决定产品结构稳定性和光学性能的核心指标。作为实验室或工业检测环节的从业者，掌握应力仪（偏光应力仪）的标准操作规程，不仅是为了获取一组数据，更是为了通过数据背后的光程差（Optical Path Difference）来解析材料内部的物理状态。

应力检测的核心逻辑与环境准备

应力仪主要基于光弹性物理效应，利用偏振光穿透透明或半透明物体时产生的双折射现象来定量分析。在正式检测前，实验室环境的控制至关重要。建议环境温度维持在 23±2℃，湿度控制在 45%-65% RH 之间，以避免热应力对测量结果产生瞬时干扰。

1. 设备自检与校准：开启电源后，需预热光源（尤其是钠灯或特定 LED 光源）至少 10-15 分钟，确保光谱输出稳定。
2. 零点标定：在未放置试样时，旋转起偏镜或检偏镜，使视场达到最暗状态（全黑视场），此时定义为测量的零位。

标准化操作步骤

步：试样预处理与放置

待测件表面应无油污、指纹和灰尘，因为表面散射会显著降低干涉条纹的对比度。将试样置于测量视场中心，确保光线垂直穿透测量区域。对于复杂几何形状的零件，需利用夹具固定，避免引入二次机械应力。

第二步：定性观察与定量测量

通过旋转检偏镜，观察试样上的干涉色变化。

• 定性分析：根据塞纳蒙（Senarmont）补偿法原理，观察干涉条纹的分布疏密。条纹越密集，说明应力梯度越大。
• 定量记录：寻找试样上的应力最大点，旋转补偿器直到该点的干涉条纹消失或转变为特定补偿色（如 530nm 灵敏色），记录此时的旋转角度 $\theta$。

第三步：数据换算

利用公式 $R = \theta \times (\lambda / 180)$ 计算光程差（$R$），其中 $\lambda$ 为光源波长。进一步结合材料的压力光学系数（C），推算出具体的应力值 $\sigma = R / (C \times d)$，其中 $d$ 为光路穿透的厚度。

典型材料应力控制参数参考表

不同行业对残余应力的容忍度差异巨大，以下为基于行业通用标准的实测参考数据：

测量过程中的专业细节探讨

在实际操作中，工程师通常会关注以下三个易被忽略的技术点：

1. 边缘效应处理：在检测注塑件或切割后的玻璃时，边缘往往存在严重的应力集中。测量时应距离边缘 2-3mm 处取均值，而非单纯依赖边缘极值，除非该产品对边缘强度有特殊要求。
2. 光源单色性的影响：白光光源虽然便于定性观察，但在进行高精度定量分析时，必须切换至单色滤光片（如 546nm 或 589nm），以消除色散带来的测量误差。
3. 厚度补偿修正：对于厚度不均匀的试样，必须逐点测量厚度并代入公式计算单位厚度的应力值，否则单纯的光程差数据无法真实反映材料的内应力强度。

设备维护与性能验证

应力仪属于高灵敏度光学仪器，起偏镜与检偏镜的偏振度直接影响对比度。建议每季度使用标准应力片（Standard Stress Disk）进行一次性能核查。若发现视场背景无法完全消光，或标准片实测值偏差超过 ±2nm，则需重新调整偏振轴的平行度或更换老化的偏振片。

通过规范化的使用与细致的数据比对，应力仪不仅是质量控制的“守门员”，更是优化热处理工艺、改善注塑模具设计的重要决策依据。