Команда Пекинского университета (Китай) разработала тестер двулучепреломления, удостоенный четвёртой премии Государственной премии за изобретение

Репортаж от Wedoany，Профессор на пенсии Чжан Юаньпэн с кафедры механики Пекинского университета (Китай) и его команда успешно разработали тестер двулучепреломления с использованием электрооптического модулятора (ЭОМ), переведя измерение напряжений с ручного визуального считывания на автоматический анализ электрических сигналов. Данный тестер был удостоен четвёртой премии Государственной премии за изобретение, а на его основе впоследствии был разработан полностью автоматический фотоупругий измеритель, получивший национальный патент на изобретение. Это позволило преодолеть отраслевые технические ограничения традиционных методов фотоупругих измерений, связанные с низкой эффективностью и высокой погрешностью.

22 августа 2025 года на строительном участке моста Цзяньчжуан через реку Хуанхэ на железной дороге Сичэн произошло крупное обрушение из-за закупки более 19 тысяч некачественных болтов, в результате чего 13 человек погибли, 3 пропали без вести, а прямой экономический ущерб составил почти 49 миллионов юаней. Этот инцидент подчеркнул крайнюю важность проверки прочности механического оборудования, мостов и других конструктивных элементов. Фотоупругий измеритель, являясь ключевым устройством для контроля напряжений в элементах конструкций, традиционно опирается на ручное считывание порядка интерференционных полос на изохроматических картинах, что особенно при определении дробных порядков полос приводит к низкой эффективности и высокой погрешности — это неотъемлемые недостатки.

Традиционный метод фотоупругих измерений использует прозрачные эпоксидные модели для имитации реальных конструктивных элементов, рассчитывая распределение внутренних напряжений по изоклиналям и изохроматам в поле поляризованного света. Однако трудоёмкий процесс ручного снятия данных серьёзно ограничивает эффективность инженерного применения этого метода. После завершения работы по трёхмерному фотоупругому анализу напряжений опорной конструкции арочного затвора водосброса водохранилища Шитоухэ в провинции Шэньси Чжан Юаньпэн приступил к поиску автоматизированного решения.

Исследовательская группа инновационно внедрила электрооптический модулятор (ЭОМ), используя его свойство создавать электрически индуцированное двулучепреломление под действием внешнего напряжения для точной компенсации разности хода двулучепреломления, вызванной напряжением в нагруженной модели. Путём подачи переменного сигнала в ортогональное поляризованное световое поле и внедрения фотоэлектрического преобразования с отображением на осциллографе система способна выдавать стабильный удвоенный частотный сигнал, заменяя традиционное субъективное определение «светлых» и «тёмных» точек, что значительно повышает чувствительность и точность измерений.

Экспериментальная проверка подтвердила надёжность данной технологии. Фактические измерения линейности электрически индуцированного двулучепреломления ЭОМ показали, что его линейная погрешность составляет около 0,5%, что сопоставимо с характеристиками высокоточного компенсатора Бабине — Солейля. При экспериментальных измерениях диска, сжатого по диаметру, данные распределения напряжений, полученные с помощью автоматизированной схемы на основе ЭОМ, хорошо согласуются с результатами трёхмерного конечно-элементного расчёта: тенденции распределения напряжений по сечениям совпадают, а максимальная погрешность составляет менее 10%.

Разработанный на основе данной технологии высокоточный и высокочувствительный тестер двулучепреломления был произведён на заводе электронных приборов Пекинского университета и удостоен второй премии Пекинской премии за научно-технические достижения и четвёртой премии Государственной премии за изобретение. Данная измерительная технология ранее применялась для контроля напряжений в стекле на производственной линии Шанхайского телевизионного завода и принесла значительный экономический эффект. Три года спустя команда успешно разработала полностью автоматический фотоупругий измеритель с полностью независимыми правами интеллектуальной собственности, получив национальный патент на изобретение.