專利名稱：一種應(yīng)力儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及X射線測定技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)力儀。
背景技術(shù)：
殘余應(yīng)力是指沒有外力或外力矩作用，物體內(nèi)部存在且自身保持平衡的內(nèi)應(yīng)力。一方面，殘余應(yīng)力可能對(duì)材料的疲勞強(qiáng)度及尺寸穩(wěn)定性造成不利影響，是導(dǎo)致材料失效和影響使用壽命的主要原因之一；另一方面，有時(shí)為了改進(jìn)材料的抗疲勞性能，又需要故意引入殘余應(yīng)力。因此，殘余應(yīng)力及其對(duì)材料的影響研究是材料科學(xué)和力學(xué)研究領(lǐng)域的一個(gè)重要研究內(nèi)容。殘余應(yīng)力的測試方法按照對(duì)被測樣品是否有損傷分為兩大類:有損法與無損法。有損法又稱為機(jī)械法，在進(jìn)行殘余應(yīng)力測量時(shí)必須損壞樣品。無損法包括X射線衍射法、超聲法、磁性法等。X射線衍射法使用的儀器有應(yīng)力儀和衍射儀。應(yīng)力儀是測定材料殘余應(yīng)力的專用儀器，既能測定材料表面，又能測定內(nèi)部不同部位和方向的殘余應(yīng)力；既能測定平面光滑試樣，還能測定形狀復(fù)雜試樣(如齒輪齒根和角焊縫)的殘余應(yīng)力。此外，應(yīng)力儀還具有重量輕，易攜帶運(yùn)輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)，既能在實(shí)驗(yàn)室使用，又便于攜帶至現(xiàn)場測試。應(yīng)力儀從衍射幾何可以劃分為平行光束法和準(zhǔn)聚焦法。準(zhǔn)聚焦法的衍射幾何如圖1所示，當(dāng)入射角Wtl 一定時(shí)聚焦圓101就固定了，探測器102不沿聚焦圓掃描而是沿著測角儀圓103掃描；另一方面，被測試樣表面通常與聚焦圓并不吻合，因而叫做準(zhǔn)聚焦法。由于X射線管104焦斑有一定大小,加上準(zhǔn)直管(圖1中未不出)出口和試樣位置有一定的距離，即使使用最小直徑為0.6mm的準(zhǔn)直管，目前應(yīng)力儀的光束照射面直徑也大于1mm。隨著材料科學(xué)不斷發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)材料微觀區(qū)域(以下簡稱微區(qū))的應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)常常決定著宏觀材料的行為和性能，因此微區(qū)的殘余應(yīng)力測定顯得尤為重要。若希望目前的應(yīng)力儀實(shí)現(xiàn)對(duì)微區(qū)·的測量，本申請(qǐng)的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，一種可能的方式是:將目前準(zhǔn)直管的出口直徑做得更小，而且使準(zhǔn)直管的出口盡量靠近被測試樣。這樣，導(dǎo)致照射到被測試樣上的X射線光強(qiáng)較弱，而且原本能進(jìn)入到探測器的部分衍射光會(huì)被準(zhǔn)直管遮擋，以至于無法進(jìn)行檢測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例提供一種應(yīng)力儀，用于實(shí)現(xiàn)微區(qū)殘余應(yīng)力測量。—種應(yīng)力儀，包括:用于提供X射線光源的X射線管，用于將X射線管201發(fā)出的X射線收集并出射的聚焦部件，和用于接收經(jīng)過被測試樣衍射后的X射線并進(jìn)行殘余應(yīng)力測量的探測器；其中，X射線管和探測器位于測角儀圓上，聚焦部件的入口到X射線管的距離為聚焦部件的前焦距，聚焦部件的出口到被測試樣的距離為聚焦部件的后焦距。本實(shí)施例通過聚焦部件來改變?cè)械墓饴?，使X射線會(huì)聚到被測試樣上，以實(shí)現(xiàn)微區(qū)測量，并且光強(qiáng)效果較好。較佳的，聚焦部件為軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，縱向截面的兩組對(duì)邊中一組對(duì)邊為平行線，另一組對(duì)邊為開口相對(duì)的弧形，該弧形遵循二次曲線方程。該結(jié)構(gòu)的聚焦效果較好，光強(qiáng)損失較小。較佳的，所述弧形為二次曲線段或多個(gè)二次曲線段的組合，其中多個(gè)二次曲線段開口方向相同。本實(shí)施例中聚焦部件的結(jié)構(gòu)可以有多種，適用于不同測量的需要。較佳的，聚焦部件包括多根透明材料制成的毛細(xì)管。該結(jié)構(gòu)的聚焦部件生產(chǎn)工藝簡單，會(huì)聚效果較好。較佳的，在外直徑相同的情況下，中心區(qū)域的毛細(xì)管的內(nèi)直徑大于邊緣區(qū)域的毛細(xì)管的內(nèi)直徑；或者，所有毛細(xì)管的內(nèi)直徑相同。本實(shí)施例中直徑相同的方案生產(chǎn)工藝簡單。直徑不同的方案會(huì)聚時(shí)光強(qiáng)效果較好。較佳的，透明材料為玻璃。較佳的，應(yīng)力儀還包括用于調(diào)節(jié)聚焦部件位置的調(diào)節(jié)部件，調(diào)節(jié)部件與聚焦部件連接。本實(shí)施例通過調(diào)節(jié)部件可實(shí)現(xiàn)對(duì)聚焦部件的保護(hù)、支撐和調(diào)節(jié)。較佳的，調(diào)節(jié)部件包括用于保護(hù)和調(diào)節(jié)聚焦部件的支撐單元，和用于固定支撐單元位置的固定單元。較佳的，固定單元包括帶有圓孔的固定架和螺絲；支撐單元從固定架中的圓孔中穿過；螺絲穿過固定架并抵住支撐單元。較佳的，支撐單元外側(cè)壁帶有螺紋，固定架的中空?qǐng)A孔內(nèi)側(cè)壁帶有與支撐單元外側(cè)壁相配合的螺紋槽。通過這種方式可實(shí)現(xiàn)聚焦部件位置的微調(diào)。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在所寫的說明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。


附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中:圖1為背景技術(shù)中應(yīng)力儀的示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例中應(yīng)力儀的結(jié)構(gòu)圖；圖3A和圖3B為本發(fā)明實(shí)施例中調(diào)節(jié)部件的結(jié)構(gòu)圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例中聚焦部件的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明實(shí)施例在X射線管與被測試樣之間放置聚焦部件，該聚焦部件可具體為由多根玻璃毛細(xì)管組成的光學(xué)器件。通過該聚焦部件來改變光路，將X射線管到被測試樣的發(fā)散光改為會(huì)聚光，使在被測試樣上的照射區(qū)域較小，實(shí)現(xiàn)微區(qū)測量，并且相比于背景技術(shù)中介紹的方式光強(qiáng)更強(qiáng)，有利于探測器的接收和測量。參見圖2，本實(shí)施例中的應(yīng)力儀包括X射線管201、聚焦部件202和探測器203。
X射線管201用于提供X射線。聚焦部件202用于將X射線管201發(fā)出的X射線收集后出射。探測器203用于接收衍射X射線并進(jìn)行殘余應(yīng)力測量。被測試樣位于聚焦部件202與探測器203之間，經(jīng)過聚焦部件202出射后的X射線照射到被測試樣，發(fā)生衍射后到探測器203。在進(jìn)行測量時(shí)，X射線管201和探測器203需位于測角儀圓上，聚焦部件202的入口到X射線管201的距離為聚焦部件202的前焦距，聚焦部件202的出口到被測試樣的距離為聚焦部件202的后焦距。探測器203到被測試樣的距離等于X射線管201到被測試樣的距離。本實(shí)施例中的聚焦部件202與背景技術(shù)提到的準(zhǔn)直管不同，準(zhǔn)直管隨意放置，都可以有光出射。而聚焦部件202對(duì)位置的要求更高，為了獲得較強(qiáng)的出射光，應(yīng)力儀還可以包括調(diào)節(jié)部件204，參見圖3A和圖3B所示，調(diào)節(jié)部件204與聚焦部件202連接，用于調(diào)節(jié)聚焦部件202位置。調(diào)節(jié)部件204包括支撐單元301和兩個(gè)固定單元302和303。支撐單元301為圓通型，聚焦部件202位于圓孔內(nèi)，支撐單元301與聚焦部件202的位置相對(duì)固定，以便達(dá)到保護(hù)和調(diào) 節(jié)聚焦部件202的目的。固定單元302包括固定架3021和螺絲3022/3023/3024。固定架3021有中空?qǐng)A孔，用于支撐單元301從中穿過，支撐單元301的位置可微調(diào)。即通過支撐單元301在固定單元3021的圓孔內(nèi)部有限縫隙，做出一定范圍的調(diào)整。在支撐單元301的位置確定后，調(diào)節(jié)固定單元302上的螺絲的相互位置，使螺絲穿過固定架3021并抵住支撐單元301。固定單元303的調(diào)節(jié)操作與固定單元302 —致，視實(shí)際需要而定。通過固定單元302和303上下配合調(diào)節(jié)，使聚焦部件202達(dá)到滿意位置，擰緊螺絲，緊固支撐單元301，達(dá)到固定的目的。較佳的，支撐單元301外側(cè)壁帶有螺紋，固定架3021的圓孔內(nèi)側(cè)壁帶有與支撐單元301外側(cè)壁相配合的螺紋槽。參見圖4，本實(shí)施例中聚焦部件202為軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，尤其是其任一點(diǎn)的橫截面都近似為圓。縱向截面的兩組對(duì)邊中一組對(duì)邊為平行線，另一組對(duì)邊為開口相對(duì)的弧形，該弧形遵循二次曲線方程。也就是說，聚焦部件202的外側(cè)母線401為二次曲線段或多個(gè)二次曲線段的組合，其中多個(gè)二次曲線段開口方向相同。聚焦部件202包括多根透明材料制成的毛細(xì)管402。為了簡化工藝，所有毛細(xì)管402的內(nèi)外直徑均可相同。從另一角度，為了提高光強(qiáng)，在外直徑相同的情況下，中心區(qū)域的毛細(xì)管402的內(nèi)直徑可大于邊緣區(qū)域的毛細(xì)管402的內(nèi)直徑。較佳的，透明材料為玻璃。特別的，該玻璃材料為密度較低的輕質(zhì)玻璃，玻璃材料至少包括鋰L1、鈹Be和硼B(yǎng)中的一種或多種元素。例如，玻璃的成分包括:成分含量(重量)
SiO275.5%
B2O315.5%
Al2O33.4%
Fe2O30.08%
Na2O4.7%
K2O0.6% 例如，聚焦部件202入口直徑為8.5mm,出口直徑為7.8mm，長度為52mm，外形曲線方程為I = -0.00102x2+0.09072x+2.76350時(shí)，聚焦部件202的前焦距為58mm，后焦距為50mm。使用該聚焦部件202，在X射線管201距被測樣品為160mm的距離時(shí)，照射在被測樣品上的光斑直徑為0.3mm,光強(qiáng)增益為26倍?？梢?光斑直徑遠(yuǎn)小于背景技術(shù)中介紹的Imm,且光強(qiáng)增益可達(dá)到26倍，明顯高于背景技術(shù)所介紹的方案。本發(fā)明實(shí)施例在X射線管與被測試樣之間放置聚焦部件，該聚焦部件可具體為由多根玻璃毛細(xì)管組成的光學(xué)器件。通過該聚焦部件來改變光路，將X射線管到被測試樣的發(fā)散光改為會(huì)聚光，使在被測試樣上的照射區(qū)域較小，實(shí)現(xiàn)微區(qū)測量，并且相比于背景技術(shù)中介紹的方式光強(qiáng)更強(qiáng)，有利于探測器的接收和測量。并且，本發(fā)明實(shí)施例中的應(yīng)力儀主要適用于對(duì)非平面的被測試樣的測量，如對(duì)球面被測試樣或彈簧等測量效果較佳。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)力儀，其特征在于，包括:用于提供X射線光源的X射線管，用于將X射線管201發(fā)出的X射線收集并出射的聚焦部件，和用于接收經(jīng)過被測試樣衍射后的X射線并進(jìn)行殘余應(yīng)力測量的探測器； 其中，X射線管和探測器位于測角儀圓上，聚焦部件的入口到X射線管的距離為聚焦部件的前焦距，聚焦部件的出口到被測試樣的距離為聚焦部件的后焦距。
2.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)力儀，其特征在于，聚焦部件為軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，縱向截面的兩組對(duì)邊中一組對(duì)邊為平行線，另一組對(duì)邊為開口相對(duì)的弧形，該弧形遵循二次曲線方程。
3.如權(quán)利要求2所述的應(yīng)力儀，其特征在于，所述弧形為二次曲線段或多個(gè)二次曲線段的組合，其中多個(gè)二次曲線段開口方向相同。
4.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)力儀，其特征在于，聚焦部件包括多根透明材料制成的毛細(xì)管。
5.如權(quán)利要求4所述的應(yīng)力儀，其特征在于，在外直徑相同的情況下，中心區(qū)域的毛細(xì)管的內(nèi)直徑大于邊緣區(qū)域的毛細(xì)管的內(nèi)直徑；或者 所有毛細(xì)管的內(nèi)直徑相同。
6.如權(quán)利要求4所述的應(yīng)力儀，其特征在于，透明材料為玻璃。
7.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)力儀，其特征在于，應(yīng)力儀還包括用于調(diào)節(jié)聚焦部件位置的調(diào)節(jié)部件，調(diào)節(jié)部件 與聚焦部件連接。
8.如權(quán)利要求7所述的應(yīng)力儀，其特征在于，調(diào)節(jié)部件包括用于保護(hù)和調(diào)節(jié)聚焦部件的支撐單元，和用于固定支撐單元位置的固定單元。
9.如權(quán)利要求8所述的應(yīng)力儀，其特征在于，固定單元包括帶有中空?qǐng)A孔的固定架和螺絲；支撐單元從固定架中的圓孔中穿過；螺絲穿過固定架并抵住支撐單元。
10.如權(quán)利要求9所述的應(yīng)力儀，其特征在于，支撐單元外側(cè)壁帶有螺紋，固定架的圓孔內(nèi)側(cè)壁帶有與支撐單元外側(cè)壁相配合的螺紋槽。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種應(yīng)力儀，用于實(shí)現(xiàn)微區(qū)殘余應(yīng)力測量。所述應(yīng)力儀包括用于提供X射線光源的X射線管，用于將X射線管201發(fā)出的X射線收集并出射的聚焦部件，和用于接收經(jīng)過被測試樣衍射后的X射線并進(jìn)行殘余應(yīng)力測量的探測器；其中，X射線管和探測器位于測角儀圓上，聚焦部件的入口到X射線管的距離為聚焦部件的前焦距，聚焦部件的出口到被測試樣的距離為聚焦部件的后焦距。
文檔編號(hào)G01L1/25GK103245445SQ20131018464
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月17日
發(fā)明者李玉德, 郭非, 劉志國, 孫天希, 林曉燕 申請(qǐng)人:北京師范大學(xué)