فريق من جامعة بكين الصينية يطور جهاز قياس الانكسار المزدوج، وينال الجائزة الوطنية للاختراع من الدرجة الرابعة

أخبار ar.wedoany.com، تمكن البروفيسور المتقاعد تشانغ يوان بينغ من قسم الميكانيكا بجامعة بكين وفريقه من تطوير جهاز قياس الانكسار المزدوج بنجاح باستخدام المُعدِّل الكهروضوئي (EOM)، مما رفع قياس الإجهاد من التقييم البصري اليدوي إلى التحليل التلقائي للإشارات الكهربائية. حصل هذا الجهاز على الجائزة الوطنية للاختراع من الدرجة الرابعة، وفي مرحلة لاحقة، تم تطوير مقياس المرونة الضوئية التلقائي بالكامل بناءً على هذه التقنية، والذي حصل على براءة اختراع وطنية. وقد حل هذا الإنجاز المشكلة التقنية الرئيسية في الصناعة المتمثلة في انخفاض الكفاءة وارتفاع هامش الخطأ في طرق قياس المرونة الضوئية التقليدية.

في 22 أغسطس 2025، حدث انهيار كبير في مشروع بناء جسر هوانغخه العملاق في جيانتشا على خط سكة حديد شيآن-تشنغدو، بسبب شراء أكثر من تسعة عشر ألف قطعة من البراغي الرديئة بشكل مخالف للوائح، مما أدى إلى وفاة 13 شخصًا وفقدان 3 آخرين، وخسائر اقتصادية مباشرة تقارب 49 مليون يوان. يسلط هذا الحادث الضوء على الأهمية القصوى للتحقق من قوة الهياكل في المعدات الميكانيكية والجسور. يُعد مقياس المرونة الضوئية جهازًا أساسيًا للتحقق من إجهاد المكونات، وتعاني الطرق التقليدية من عيوب جوهرية تتمثل في انخفاض الكفاءة وارتفاع هامش الخطأ عند قراءة رتب أهداب التداخل على مخططات الخطوط المتساوية، خاصة في حالة الأهداب الكسرية.

تعتمد طريقة قياس المرونة الضوئية التقليدية على استخدام نماذج من راتنج الإيبوكسي الشفاف لمحاكاة المكونات الفعلية، وحساب توزيع الإجهاد الداخلي من خلال الخطوط المتساوية الميل والخطوط المتساوية اللون في مجال الضوء المستقطب. لكن عملية استخراج البيانات يدويًا كانت شاقة، مما أعاق بشكل كبير كفاءة التطبيق الهندسي لهذه الطريقة. بعد إكمال مشروع تحليل الإجهاد ثلاثي الأبعاد بالمرونة الضوئية لهيكل دعم البوابة المقوسة لنفق تصريف خزان شيتوشي بمقاطعة شنشي، بدأ تشانغ يوان بينغ في البحث عن حلول آلية.

قام فريق البحث بإدخال المُعدِّل الكهروضوئي (EOM) بشكل مبتكر، مستفيدًا من خاصيته في إحداث انكسار مزدوج كهربائي تحت تأثير الجهد الكهربائي الخارجي، لتعويض فرق المسار البصري الناتج عن الانكسار المزدوج الناجم عن الإجهاد في النموذج المُحمَّل بدقة. من خلال تطبيق إشارة متناوبة في مجال الضوء المستقطب المتعامد وإدخال التحويل الكهروضوئي وعرضها على راسم الذبذبات، يتمكن النظام من إخراج إشارة مضاعفة التردد مستقرة، مما يحل محل الحكم البصري اليدوي على النقاط "المضيئة/المظلمة"، ويرفع بشكل كبير من حساسية ودقة القياس.

أثبتت التجارب موثوقية هذه التقنية. أظهرت القياسات الفعلية للخطية للانكسار المزدوج الكهربائي لـ EOM أن خطأها الخطي يبلغ حوالي 0.5%، وهو ما يعادل أداء معوض بابينيه-سوليل عالي الدقة. في القياسات الفعلية لقرص مضغوط قطريًا، كانت بيانات توزيع الإجهاد التي تم الحصول عليها باستخدام نظام EOM الآلي متوافقة بشكل كبير مع نتائج الحسابات ثلاثية الأبعاد بطريقة العناصر المحدودة، مع تطابق اتجاهات توزيع الإجهاد في المقاطع المختلفة، وكان الحد الأقصى للخطأ أقل من 10%.

تم إنتاج جهاز قياس الانكسار المزدوج عالي الدقة والحساسية، المبني على هذه التقنية، بواسطة مصنع الأجهزة الإلكترونية بجامعة بكين، وحصل على الجائزة الثانية للإنجازات العلمية والتكنولوجية لبلدية بكين والجائزة الوطنية للاختراع من الدرجة الرابعة. تم استخدام تقنية القياس هذه سابقًا في فحص إجهاد الزجاج على خط إنتاج مصنع تلفزيونات شنغهاي، وحققت فوائد اقتصادية جيدة. بعد ثلاث سنوات، نجح الفريق في تطوير مقياس المرونة الضوئية التلقائي بالكامل ذي حقوق الملكية الفكرية المستقلة تمامًا، وحصل على براءة اختراع وطنية.