如何使用玻璃表面应力仪

使用范围 

   本仪器用于检测钢化玻璃的表面应力。由于它是采用 GASP 法的工作原理进行测量

   的，对于表面应力值不是很高的钢化玻璃具有较高的测量精度。因此它比较适用于

   建筑上使用的半钢化玻璃的表面应力检测。 

二、工作原理 

仪器使用全反射棱镜，它的折射率大于被测的玻璃。当光线以临界角进入被测玻璃时，

便可产生全反射，即光线可沿玻璃表面传播，并可能再以临界角反射回来。当光线沿玻

璃表面传播时，由于玻璃表面的应力，使光线在传播过程中产生双折射。 

GASP 法的测量原理： 

1. 棱镜分为光线进入部分和光线射出部分，这两部分用金属隔板隔开。在这种情况下，

   反射出来的光线由于被测玻璃的表面应力形成了与光线路程成正比的程差线性分

   布光场。 

2. 仪器使用了石英补偿器，这是一种用天然石英石制成的楔形光学元件。用它可以产

   生在另一个方向上的程差线性分布光场。由于这两个方向上程差分布的叠加，在视

   场中就出现了倾斜的黑色干涉条纹。被测玻璃的表面应力值与视场中干涉条纹的倾

   斜角的正切函数成正比。因此，通过对干涉条纹倾斜角的测量就可以计算出玻璃的

   表面应力值。 

三、仪器的光学系统和结构 

1. 光学系统（见图一） 

2. 仪器结构（见图二） 

   仪器的结构主要分为三个部分： 

   1) 基座：基座的内部是组合棱镜和反光镜。组合棱镜固定在基座上，它是由进光

          棱镜，出光棱镜和光线隔板组成的。反光镜可以通过在基座侧面的搬手来调整

          角度。基座上面是燕尾槽导轨，用来安装光源部件和测量部件，它们可以在导

          轨上移动调节和固定。 

   2) 光源部件：光源是能发出单色性很好的红光的激光器，它射出的线状光线的方

          向是经过严格调整好的。光源座可以通过在侧面的搬手来调整光线的入射角度，

          使光线达到全反射角度的要求。 

   3） 测量部件：在它的下方是石英补偿器，补偿器可以从两个方向插入槽内。在它

          的上方时测角用的轴系和度盘，在轴系的*是观测用的光学系统。这部分包

          括观测干涉条纹用的目镜和物镜，以及在它们下方向的双平行刻线分划板。测

  量时移动度盘使视场中的双平行刻线与干涉条纹的方向*一致。 

  仪器还带有激光器所需的电池盒，内装有二节 5 号电池，总电压为 3V。 

四、仪器的使用 

1． 用清洁的纱布、酒精，擦拭棱镜通光面和被测玻璃表面，再在棱镜底面上滴几滴折

  射率油。 

2． 确定被测玻璃的浸锡面，将仪器轻轻放在该表面。 

3． 打开电池盒上的开关，盒上面的小黄灯亮，仪器光源部件中的激光器发射出红色激

  光。 

4． 将光源部件和测量部件放在导轨的正部位置（仪器上有标识）。 

5． 观察目镜，慢慢转动光源部件的搬手调整激光光线的射出角度当达到全反射角度

  时，在目镜中就会看到红色背景中的黑色条纹。 

6． 慢慢转动反光镜的调节搬手，使在目镜中的干涉条纹处于视场*。 

7． 调节目镜上下位置使所看到的图像达到清晰。转动圆度盘，使双平行刻线与干涉

  条纹的倾斜角*一致。这时就可以通过度盘测出干涉条纹的倾斜角度。 

8． 如果玻璃没有表面应力，黑色干涉条纹与视场边缘界线*垂直，当有表面应力时，

  干涉条纹就会发生倾斜，应力越大，倾斜角度也越大。（见图三） 

五、公式计算

F = K ⋅ tgθ  

F   被测玻璃的表面应力值（MPa） 

θ     干涉条纹的倾斜角 

K     仪器常数      K =39.70 

  上述计算可以通过该说明书的附表直接取得 

六、维护保养 

  1． 仪器上面的各种螺钉不要随便松动。如果破坏了光学系统原来的状态就会影响图像

    的清晰度，甚至使图像*消失，仪器无法正常工作。 

  2． 在进行工作前，应用沾酒精的干净的脱脂纱布将仪器的棱镜表面和被测玻璃表面擦

    干净，避免表面上的尘土脏物把棱镜表面擦伤，影响成像的清晰。（应特别注意：

    棱镜价格昂贵） 

  3． 小反光镜镜面是真空镀膜层，质地较软，如沾有油污只能用软质棉布沾酒精轻擦，

    否则将破坏表面镀层。 

  4． 仪器在使用完毕后必须把仪器底部表面上的折射率油擦拭干净，避免对器件造成腐

    蚀。 

  5． 该仪器的石英补偿器是该仪器关键昂贵的部件，一定要倍加关心和保护。