偏光应力仪说明书

偏光应力仪专业操作与应用解析

在玻璃制造、精密光学、塑料模塑及科研检测领域，内应力是影响产品结构稳定性和光学性能的关键因素。偏光应力仪（Polariscope/Stress Viewer）基于光致双折射原理，能够精确量化透明物体内部的残余应力。本文从底层逻辑、核心参数到实际操作，分享从业者的应用经验，旨在为实验室及工业现场提供标准化的参考指导。

物理基础与测量原理

透明材料在受到载荷、温度梯度或制造工艺（如退火不彻底）的影响时，其内部会产生各向异性，导致材料在不同方向上的折射率发生变化。这种物理现象被称为双折射。

偏光应力仪的核心架构包含起偏镜、检偏镜及补偿板。当一束偏振光穿过存在应力的样品时，光线被分解为传播速度不同的两束光（快光和慢光），两者之间产生的相位差（即光程差，Optical Path Difference）与应力值成正比。通过调节检偏镜的旋转角度（Senarmont 补偿法）或观察干涉色分布，即可计算出精确的应力数值。

关键技术指标清单

在设备选型与检测校准过程中，以下参数直接决定了测量数据的可靠性与行业标准的合规性。

• 测量量程（光程差）： 0 nm - 300 nm 或 0 nm - 560 nm（取决于补偿器配置）
• 测量精度/分辨率： ≤ 0.1 nm（高精度型）或 1 nm（普通工业型）
• 灵敏系数（波片）： 常配 560 nm 全波片（敏感色片），用于定性观察
• 有效视野直径： Φ150 mm - Φ300 mm（适应不同规格瓶罐或板材）
• 检偏镜旋转角度： 0° - 180°
• 光源色温： 3200K - 5500K（通常采用 LED 恒定光源以减少热影响）

定性与定量检测流程

实验室从业者通常根据检测需求的优先级，采取“先定性判断、后定量分析”的方法。

1. 定性观察（干涉色法）： 将全波片（1/4 波片）置入光路，视场呈现特征紫色。放入样品后，应力区会根据应力性质（拉应力或压应力）显示蓝色或黄色。这种方法适用于生产线上快速筛选退火不合格的产品。

2. 定量测量（Senarmont 补偿法）：

• 归零调整： 开启光源，转动检偏镜至视场最暗状态。
• 样品定位： 将待测样品的受力方向与起偏镜偏振方向呈 45° 夹角放置。
• 寻找暗区： 旋转检偏镜，直到观察点的干涉色由亮转暗，记录此时检偏镜旋转的角度 $\theta$。
• 计算公式： 光程差 $R = \lambda \cdot (\theta / 180)$，其中 $\lambda$ 为光源波长。

工业应用中的注意事项

在处理不同材料时，应力评价标准存在显著差异。

• 玻璃容器检测： 严格遵循 ASTM C148 标准，通过测量实测值并换算为应力分级（Real Temper Number），以此评估瓶罐的抗冲击性与热震稳定性。
• 塑料预制棒与包材： 关注注口处的应力集中现象。由于高分子材料的双折射常数较高，测量时需配合滤光片以防色彩干扰。
• 光学透镜： 极微小的应力都会导致成像畸变。此类检测通常要求实验室环境恒温恒湿，并使用具有图像分析系统的全自动偏光应力仪。

设备维护与校准规范

为确保长效精度，操作者应规避设备环境的剧烈温差，防止光学偏振片的受潮氧化。

• 周期性自校： 建议每季度使用标准应力片（Standard Reference Disk）进行比对测试。
• 光路清洁： 仅限使用长绒棉或专用镜头纸蘸取无水乙醇单向擦拭。
• 数据追溯： 现代检测要求输出完整的应力分布曲线，建议将测量值与生产批次工艺参数（如退火炉温度曲线）进行关联分析。

偏光应力仪不仅是质量控制的“眼睛”，更是优化热加工工艺的数据源头。通过规范化的操作与深度的数据解读，从业者能有效降低产品破损率，提升材料的市场核心竞争力。