应力仪操作规程

应力仪标准操作规程：从物理溯源到高精度检测的专业实践

在材料科学与质量控制领域，残余应力是决定产品结构稳定性和服役寿命的关键指标。无论是光学玻璃的退火质量评估，还是透明塑料成型工艺的优化，规范化操作应力仪（偏光应力仪）不仅是获取准确数据的基石，更是排除系统误差、实现工艺闭环的前提。本文基于实验室高精度检测需求，总结出一套标准化操作规程。

环境要求与设备预检

应力仪属于精密光学检测仪器，其测量精度极易受到环境杂散光及温度波动的干扰。

1. 环境配置：实验室温度需维持在 20℃±5℃，相对湿度控制在 65% 以下。强烈的直射光或不稳定的顶部照明会干扰检偏镜的消光点判断，建议在相对独立或弱光环境下使用。
2. 光源预热：系统上电后，光源（如钠光灯或高显色性LED）需预热 15-20 分钟。待光谱能量分布稳定、色温达到额定值后，方可进行零点校准。
3. 光学组件检查：确保起偏镜、检偏镜及 1/4 波片表面无灰尘、指纹或划痕。细微的表面污迹会导致偏振光散射，产生伪应力条纹。

核心操作步骤：以 Sénarmont 补偿法为例

在精确定量测量中，Sénarmont 补偿法是公认的高精度方案。

1. 零位确认（暗场设置）：在不放置试样的情况下，旋转检偏镜，观察视场直至达到最暗状态，此时刻度盘应归零。
2. 试样放置与取向：将待测样件置于工作台，缓慢旋转试样，寻找应力双折射最强的方位（即试样主应力方向与起偏器振动方向呈 45° 角时），此时视场中干涉色最亮。
3. 相位差补偿：通过精密调节机构旋转检偏镜。观察目标测量点，直至干涉色被完全补偿（即恢复到初始的暗场状态）。
4. 读数记录：记录检偏镜转过的角度 $\theta$。根据物理公式计算光程差 $\delta = \frac{\lambda \cdot \theta}{180}$，其中 $\lambda$ 为光源中心波长。

常见材料应力检测关键参数参考

在实际检测中，针对不同材质及工艺要求，应参考以下典型技术参数范围进行定性或定量判定：

数据采集与结果判读

数据采集不仅是记录一个数字，更应结合试样的几何厚度计算单位应力。

• 单位应力换算：实测光程差除以光束通过材料的物理路径长度，得到单位厚度的光程差，这对于横向对比不同规格产品的工艺稳定性至关重要。
• 异常值剔除：若在同一批次中出现应力突跳，需重点排查试样边缘的几何效应对偏振光产生的边缘折射干扰。
• 影像存档：建议配合高分辨率工业相机捕获干涉图样，数字化存储干涉条纹的形态，作为失效分析的原始凭证。

维护保养及周期校准

1. 光学件维护：仅允许使用无水乙醇与长绒棉球进行单向擦拭，严禁使用含有机溶剂的强酸碱清洗剂。
2. 机械传动：检偏镜旋转机构应保持顺滑，若出现顿挫感，需由专业工程师添加专用真空润滑脂。
3. 溯源性校准：根据 ISO 9001 质量管理体系要求，应力仪应每 12 个月使用标准应力片（Standard Reference Material）进行一次系统示值误差校准，确保测量链的可追溯性。

通过严苛的操作规范与数据管理，应力检测将从简单的“肉眼观察”升级为科学的“量化分析”，为科研及工业生产提供核心的质量保障。