应力仪测试方法

应力测试的物理基础与工业价值

在材料科学与精密制造领域，残余应力（Residual Stress）的存在往往决定了产品的寿命与安全性。无论是航空玻璃的结构强度，还是半导体晶圆的封装可靠性，亦或是PET瓶胚的成型质量，都依赖于高精度的应力检测。应力仪（Stress Tester）的核心物理基础是光致双折射效应（Photoelasticity），即各向同性的透明材料在承受应力时会产生光学各向异性，通过测量偏振光穿过材料后的光程差（Retardation），即可定量分析材料内部的应力分布。

由于应力分布不均会导致材料在后续加工或服役过程中发生形变、开裂甚至爆炸，因此，掌握标准化的测试方法是实验室质量控制与工业产线筛选的关键环节。

主流应力测试方法的技术解析

根据被测件的材质、形状及应力值的量级，行业内普遍采用以下几种主流测试方法：

1. 塞纳蒙补偿法（Sénarmont Method） 这是一种高精度的定量测试手段。通过调节旋转检偏镜的角度，使干涉色抵消，从而精确读出光程差。该方法适用于光程差在1/4波长范围内的微小应力测量，常用于精密光学零件及玻璃器皿的微弱应力分析。

2. 补偿石英楔法（Compensation Method） 利用已知光程差的石英楔与被测样品的双折射效应进行叠加或抵消。当视场中心出现黑带时，根据石英楔的刻度计算应力值。此方法测量范围较宽，常用于工业平板玻璃及较厚塑料制品的应力检测。

3. 掠入射表面应力测量法（GASP） 针对钢化玻璃或化学强化玻璃，传统的穿透式测量无法区分表面压应力与中心张应力。GASP（Grazing Angle Surface Polarimeter）利用光在玻璃表面的全反射原理，通过测量表面应力引起的干涉条纹间距，直接获取表面压应力数值（CS）和应力层深度（DOL）。

典型材料的应力指标参考

不同应用领域对应力的容忍度差异巨大。下表整理了行业内常见的测试参考数据，供实验设计时参考：

实验操作规程与误差控制

为了确保数据的复现性与准确性，测试过程需严格遵循标准操作规程：

• 样品预处理：被测件表面必须清洁，无油污、指纹或粉尘。由于折射率与温度相关，样品需在受控的实验室环境下（通常为23±2℃）放置至少4小时以达到热平衡。
• 零点校准：启动仪器后，应先进行视场全黑标定（针对偏光系统），确保起偏镜与检偏镜处于垂直正交状态。
• 光轴取向定位：应力是矢量，具有方向性。测试时应缓慢旋转样品，寻找双折射最强的方向作为测量基准点，通常是条纹最密集或色彩变化最剧烈的区域。
• 计算与换算：测试获得的数据通常为光程差（nm），需结合材料的光弹常数（Photoelastic Constant）和厚度（cm）进行换算。公式如下： σ = R / (C * d) 其中，σ 为应力值（MPa），R 为光程差（nm），C 为光弹常数，d 为光路通过的材料厚度。

数字化趋势与智能分析

随着机器视觉技术的成熟，手动调节补偿器的传统模式正逐渐被自动应力仪取代。现代数字化应力分析仪通过CCD传感器捕捉全场干涉条纹，并利用算法自动计算各点的应力矢量分布图。这种方法不仅消除了人工读数带来的主观偏差，还能够实现对复杂几何形状件（如手机中框、异形瓶）的全场应力扫描，极大地提升了研发环节的效率。

在执行测试标准时，建议参考 ASTM C148（玻璃容器残余应力测试标准）或 GB/T 4545 等行业规范，以确保检测报告在国际及国内产业链中的权威性。