專利名稱：一種服役中真空玻璃真空度在線檢測方法
技術領域：
本發明屬于建筑材料檢測領域，涉及一種真空玻璃真空度檢測方法，特別涉及一種無損在線檢測服役真空玻璃真空度的保有量或損失率的方法，用以評價真空玻璃服役期間的性能持久性與穩定性，從而正確指導真空玻璃工程的實際應用。
背景技術：
隨著當今人們對建筑節能的高度重視，各種節能材料或節能結構層出不窮。真空玻璃由于其具有優良的隔熱保溫性能及隔聲性能，近幾年來在建筑物門窗和幕墻上得到了快速發展與廣泛應用。真空玻璃是將兩塊玻璃四邊用玻璃材料或樹脂材料密封而成的，兩層玻璃之間設置“支撐物”保持在0.02～0.03mm的間隙。由于真空玻璃隔熱隔音性能完全取決于兩片玻璃之間的真空層，要保證真空玻璃性能完全發揮，其真空度至少應保證在-10Pa以下，一旦真空層真空度衰減或損失，那么真空玻璃的性能將大大受到影響甚至完全失去功效，因此真空玻璃在服役期間的性能持久性與穩定性是特別重要的。從理論上說，按現在的科技生產能力，真空玻璃長期壽命應與電視顯像管類同，其真空度可保持幾十年不變。但是由于真空玻璃在使用過程中容易受到外界環境的腐蝕與外力沖擊作用，加速真空玻璃的老化甚至破損，導致真空玻璃功能衰退。因此，在線檢測服役真空玻璃的真空度保有量，對評價真空玻璃的使用健康狀態及其耐久性，為真空玻璃更換或維修提供必要的技術支持，保證節能建筑節能功效是非常必要的。
由于真空玻璃真空度衰減甚至全部損失用肉眼是完全覺察不到的，其相應的評價目前國內外尚無相應的標準，更無相應的測試方法。而目前對出廠成品真空玻璃的質量檢測，一般是采用熱輻射法或聲傳遞法，這種方法使用設備龐大，操作復雜，無法用于對服役期間的真空玻璃的真空度保有量進行檢測。
發明內容
本發明的目的是提供一種在線準確、操作簡單的檢測服役中真空玻璃真空度的方法。
一種服役中真空玻璃真空度的在線檢測方法，是通過便攜式光彈儀在被檢真空玻璃表面移動，直接觀測和記錄真空玻璃支撐點處應力光斑的大小與分布特征，以該光斑特征推斷出該真空玻璃的真空度。
所述的服役中真空玻璃真空度的在線檢測方法中，所述便攜式光彈儀為透射式或反射式光彈儀。
所述的服役中真空玻璃真空度的在線檢測方法中，所述便攜式光彈儀以自然光為光源，通過偏振方向相互垂直的起偏片和檢偏片制成，其中起偏片貼近真空玻璃表面。
所述的服役中真空玻璃真空度的在線檢測方法中，所述便攜式光彈儀主體為一暗盒，暗盒的前端面連接呈直角的檐狀開口，檐狀開口和暗盒連接區域裝設一偏振片做檢偏片，檐狀開口的另一檐裝設另一偏振片做起偏片，起偏片和檢偏片的偏振方向互相垂直；暗盒后端面上設有觀察孔用于人工觀察，與該觀察孔并排裝設一微型照相或攝像設備用于記錄觀察到的圖像。
所述的服役中真空玻璃真空度的在線檢測方法中，所述推斷是根據光斑的大小和分布形狀來定性或定量評價實際服役真空玻璃的真空度。
所述的服役中真空玻璃真空度的在線檢測方法中，對真空玻璃的真空度定性評價為橫向比較法，是將同一真空玻璃工程各真空玻璃的應力光斑大小進行橫向比較，應力光斑越小的其真空度越差。
所述的服役中真空玻璃真空度的在線檢測方法中，對真空玻璃的真空度定量評價為縱向比較法，是預先建立起與受檢測真空玻璃相類似的樣品的真空度與其應力光斑大小的關系，并繪制出相應的曲線關系，然后將實際檢測結果代入曲線獲得已檢測的真空玻璃的真空度數值。
所述的服役中真空玻璃真空度的在線檢測方法中，對真空玻璃的真空度評價標準依據光斑分布和光斑尺寸分級，分為I～VI級，級別越高真空度越差。
本發明另一目的，在于提供一種服役中真空玻璃真空度的在線檢測方法中使用的便攜式光彈儀。
本發明的便攜式光彈儀，其主體為一暗盒，暗盒的前端面連接呈直角的檐狀開口，檐狀開口和暗盒連接區域裝設一偏振片做檢偏片，檐狀開口的另一檐裝設另一偏振片做起偏片，起偏片和檢偏片的偏振方向互相垂直；暗盒后端面上設有觀察孔用于人工觀察，與該觀察孔并排裝設一微型照相或攝像設備用于記錄觀察到的圖像。
所述服役中真空玻璃真空度的在線檢測方法中使用的便攜式光彈儀，其中微型照相或攝像設備通過導線與一電腦連接。
本發明采用光彈性原理，用光彈設備檢測真空玻璃內部支撐點的光彈應力斑，來描述支撐點處應力大小，從而間接描述真空玻璃的真空度，為真空玻璃在線無損真空度檢測提供一種簡單、有效、可靠的方法。
圖1A為一單元真空玻璃結構示意圖； 圖1B顯示圖1A剖面結構，表示該單元真空玻璃力學模型； 圖2為有限元模擬真空玻璃等效應力分布圖； 圖3顯示σ1-σ2在支撐平面內的分布區域形貌； 圖4為通過光彈儀觀測到的某塊真空玻璃應力光斑圖； 圖5A為平面偏振光彈儀(透射式)光路圖，圖中1為光源，2為起偏片，3為試件，4為檢偏片； 圖5B為平面偏振光彈儀(反射式)光路圖，1為光源，2為起偏片，3為試件，4為檢偏片； 圖6為反射式光彈儀結構圖，圖中11為光源，12為起偏片，13為檢偏片，14為暗盒，15為觀察孔，16為攝像頭，17為數據線，18為電腦。
圖7為不同真空度下的真空玻璃應力光斑圖(a)真空度0.1MPa，(b)真空度0.08MPa，(c)真空度0.06MPa，(d)真空度0.04MPa，(e)真空度0.02MPa，(f)真空狀態下。
圖8為光斑直徑尺寸與真空度關系曲線。
具體實施例方式 本發明檢測服役中真空玻璃真空度的方法，是用便攜式的光彈設備來檢測真空玻璃內部支撐點的光彈應力斑，通過描述支撐點處應力大小而間接描述真空玻璃的真空度。
該方法的基本原理如下 雙層真空玻璃在外部大氣壓作用下，將產生一定的應力和變形。為保證玻璃不因大氣壓而產生過大的應力，在真空玻璃內部放置許多金屬支撐物，玻璃與支撐物相互作用抵消了玻璃內外大氣壓差帶來的附加外力。顯然，當大氣壓差越大時，支撐物與玻璃的相互作用力越大。為分析真空玻璃應力分布，根據真空玻璃結構特點，可以將真空玻璃每支撐點區域劃分為一個單元進行受力分析(如圖1A所示)，其一個單元的受力力學理論計算模型可簡化為(圖1B所示)。
計算模型玻璃單元四邊固支，在均布壓力q和支撐力F的相互作用下，玻璃板內部支撐最大應力(位于支撐作用的玻璃表面處)σmax計算如下 其中模型長a和寬b分別為真空玻璃單元的橫向和縱向尺寸距離(兩支點之間的相互距離)，F為支撐物對玻璃的作用力，F＝qab，t為單片玻璃厚度，r為支撐物半徑，α、β分別為系數，當a/b＝1時，α＝0.0138，β＝0.1386。
根據上述計算公式，支撐點位置處產生的最大應力與真空玻璃支撐物相互距離(均布時和真空玻璃單元尺寸相等)、排列方式、支撐物大小，真空玻璃單片玻璃厚度及真空度(反應為q值大小)有關。有限元模擬真空玻璃應力分布見圖2，從圖可以看出，支點處會產生應力集中，該處應力最大，由玻璃內外壓差而帶來的附加力基本上呈均勻狀態分布于真空玻璃內部的各個支點上。
顯然，真空玻璃的支撐物與玻璃的相互作用在支撐點處產生很大的應力，而且這種應力大小與玻璃的真空度有關，應力越大，說明玻璃真空度越好，當玻璃真空度完全損失時，它們之間的作用力也完全消失。因此可以用應力檢測的結果來反映玻璃的真空度。
根據光彈性原理，材料在外力作用下會產生臨時雙折射現象，而這種現象是可以通過光彈儀檢測得到的，顯示為材料在有外力作用處會產生應力光斑，應力光斑形貌與接觸點主應力值有關。由于實際支撐物結構尺寸很小，因此，支撐點處可以把支撐力看作為集中荷載，玻璃看作半無限大平面體。根據接觸理論，垂直作用在表面原點上的集中力P在接觸點附近平面內產生的應力按如下公式計算 其中ρ＝(x2+y2+z2)1/2，r2＝x2+y2。
顯然，接觸點附近處的應力狀態中σ1＝σx，σ2＝σy，σ3＝σz。
根據光彈性原理，在等差線上，條紋存在如下關系[5] 其中C為應力光學常數，λ為光波波長，d為玻璃厚度，N為條紋值。
由公式(2)及(3)可知 由公式(6)可以看出，在x，y平面內，當x＝y時，σ1-σ2＝0，沒有應力條紋，σ1-σ2分布范圍形狀為梅花型分布(見圖3)，因而應力光斑也應是梅花形狀的。實際通過光彈儀觀察到真空玻璃應力光斑形貌圖見圖4，由圖可以看出光斑形貌與理論很相似。
光彈儀結構采用平面偏振光原理，分為透射式和反射式兩種，透射式光彈儀光路見圖5A，反射式光彈儀光路見圖5B，圖中，1為光源，2為起偏片，3為試件，4為檢偏片。通過光彈儀可以觀測到真空玻璃支撐點位置處因應力集中而產生的應力光斑。
為進行真空玻璃應力光斑的觀測，本發明設計一種便攜式光彈儀。參見圖6所示，該便攜式光彈儀主體為一暗盒14，暗盒14的前端面連接呈直角的檐狀開口，和暗盒14連接區域裝設一偏振片做檢偏片13，檐狀開口的另一檐與檢偏片13相對區域裝設另一偏振片做起偏片12，起偏片12和檢偏片13偏振方向互相垂直；暗盒14后端面上設有觀察孔15用于人工觀察，與該觀察孔15并排可裝設一微型照相或攝像設備16用于記錄觀察到的圖像。使用時，將光彈儀的檐狀開口直接貼于真空玻璃表面，利用自然光源11，用肉眼通過觀察孔15可以觀察到支撐應力光斑情況，必要時啟用微型照相或攝像設備16記錄觀察到的圖像，通過導線17與電腦18連接以便電腦對獲得的圖像進行分析處理。通過對獲取的支撐應力光斑的大小和分布形狀進行分析可以評價真空玻璃的真空度。
對真空玻璃的真空度評價方法可以采用兩種方法橫向比較法和縱向比較法。
橫向比較法一般情況下，同一真空玻璃工程各真空玻璃的實際應用狀態基本上是相同的，但當某塊真空玻璃真空度衰減甚至完全損失時，則其應力光斑形貌將相對于其它真空玻璃會變化(主要表現在光斑的尺寸大小，光斑亮度及個別支撐點處應力光斑消失等)。因此，通過橫向比較法，可以知道哪塊真空玻璃出現損傷，從而篩除那些不合格的真空玻璃，指導實際工程給予維修或更換。該法可用于粗略定性檢查。
縱向比較法通過試驗，預先建立起與預檢測真空玻璃相類似的樣品的真空度與其應力光斑大小的關系，并繪制出相應的曲線關系。在實際工程測試中，將檢測結果(光斑的大小)與曲線進行對比，可定量地得到已檢測的真空玻璃的真空度保有情況，從而評價真空玻璃的使用健康狀態。
以下通過一實例說明本發明對服役中真空玻璃真空度的檢測方案，不作為對本發明其他實施方式的限制。
檢測實例 待檢對象某精密實驗室的全部真空玻璃門窗； 檢測裝置圖6所示便攜式光彈儀，其中裝設有數碼照相機，像素為300萬。
操作過程及結果1)初檢將光彈儀的開口斜面直接貼于每塊真空玻璃表面，邊觀察邊在真空玻璃表面移動，將整塊真空玻璃區域全部掃描一遍，用照相機記錄觀察到的光斑情況； 2)將整扇門窗的每一塊真空玻璃均檢查后，用橫向比較法，觀察不到應力光斑的玻璃可以直接建議更換； 3)另外制備與該待檢對象相似的實驗用真空玻璃樣品，調整樣品真空度并測其應力光斑大小，繪制真空度與光斑尺寸曲線。圖7顯示該真空玻璃樣品在不同真空度的應力光斑圖，由圖7可以看出隨著真空度的降低，支撐點處的應力光斑也逐漸減小，直到最后消失。表1為該真空玻璃真空度分級標準，圖8為依據該結果繪制的真空度與光斑尺寸曲線。
表1 該真空玻璃工程平定標準 4)將1)中實測光斑尺寸代入曲線中，得到每一實測真空玻璃的真空度數值(選擇有代表性的10塊玻璃，實測結果見表2)。
5)依據真空度分級標準，對所有受檢真空玻璃給出評價意見，參見表2。
表2 實測各塊真空玻璃真空度 通過以上實例說明，使用本發明方法可以有效檢測到服役玻璃的真空狀態，操作簡單，設備輕便，結果準確，為有效、可靠的真空玻璃在線無損真空度檢測方法。
權利要求
1、一種服役中真空玻璃真空度的在線檢測方法，其特征在于，通過便攜式光彈儀在被檢真空玻璃表面移動，直接觀測和記錄真空玻璃支撐點處應力光斑的大小與分布特征，以該光斑特征推斷出該真空玻璃的真空度。
2、如權利要求1所述的服役中真空玻璃真空度的在線檢測方法，其特征在于，所述便攜式光彈儀為透射式或反射式光彈儀。
3、如權利要求2所述服役中真空玻璃真空度的在線檢測方法，其特征在于，所述便攜式光彈儀以自然光為光源，通過偏振方向相互垂直的起偏片和檢偏片制成，其中起偏片貼近真空玻璃表面。
4、如權利要求2所述服役中真空玻璃真空度的在線檢測方法，其特征在于，所述便攜式光彈儀主體為一暗盒，暗盒的前端面連接呈直角的檐狀開口，檐狀開口和暗盒連接區域裝設一偏振片做檢偏片，檐狀開口的另一檐裝設另一偏振片做起偏片，起偏片和檢偏片的偏振方向互相垂直；暗盒后端面上設有觀察孔用于人工觀察，與該觀察孔并排裝設一微型照相或攝像設備用于記錄觀察到的圖像。
5、如權利要求1或2或3或4所述服役中真空玻璃真空度的在線檢測方法，其特征在于，所述推斷是根據光斑的大小和分布形狀來定性或定量評價實際服役真空玻璃的真空度。
6、如權利要求5所述服役中真空玻璃真空度的在線檢測方法，其特征在于，對真空玻璃的真空度定性評價為橫向比較法，是將同一真空玻璃工程各真空玻璃的應力光斑大小進行橫向比較，應力光斑越小的其真空度越差。
7、如權利要求5所述服役中真空玻璃真空度的在線檢測方法，其特征在于，對真空玻璃的真空度定量評價為縱向比較法，是預先建立起與受檢測真空玻璃相類似的樣品的真空度與其應力光斑大小的關系，并繪制出相應的曲線關系，然后將實際檢測結果代入曲線獲得已檢測的真空玻璃的真空度數值。
8、如權利要求5或6或7所述服役中真空玻璃真空度的在線檢測方法，其特征在于，對真空玻璃的真空度評價標準依據光斑分布和光斑尺寸分級，分為I～VI級，級別越高真空度越差。
9、服役中真空玻璃真空度的在線檢測方法中使用的便攜式光彈儀，其主體為一暗盒，其特征在于，暗盒的前端面連接呈直角的檐狀開口，檐狀開口和暗盒連接區域裝設一偏振片做檢偏片，檐狀開口的另一檐裝設另一偏振片做起偏片，起偏片和檢偏片的偏振方向互相垂直；暗盒后端面上設有觀察孔用于人工觀察，與該觀察孔并排裝設一微型照相或攝像設備用于記錄觀察到的圖像。
10、根據權利要求9所述服役中真空玻璃真空度的在線檢測方法中使用的便攜式光彈儀，其特征在于，所述微型照相或攝像設備通過導線與一電腦連接。
全文摘要
本發明公開了一種真空玻璃真空度在線無損檢測方法，其目的是提供一種在線檢測真空玻璃的真空度衰減損傷狀況，評判真空玻璃的真空度的持久性與穩定性，從而實現評價真空玻璃的服役健康狀態，為現在工程中大量使用中的真空玻璃質量評價提供檢測手段。其技術方案為通過偏振光彈儀觀測真空玻璃支撐點處應力光斑大小與分布形狀的關系來間接描述真空玻璃的真空度保有量。該方法通過橫向和縱向比較，獲得檢測工程真空玻璃的真空度保有與衰減情況，從而評判服役中真空玻璃的性能使用狀態，為實際真空玻璃修補或更換提供技術支持。該檢測手段方法簡單，可操作性強，結果直觀，可靠。易于實現在線無損檢測，可為服役中的真空玻璃結構或構件的真空玻璃真空度進行檢測及評價。
文檔編號G01L21/00GK101358890SQ20081011802
公開日2009年2月4日 申請日期2008年8月6日 優先權日2008年8月6日
發明者包亦望, 劉小根, 劉元新, 松 韓, 萬德田, 巖 邱 申請人:中國建筑材料科學研究總院