
非接觸式應(yīng)變位移視頻測(cè)量分析系統(tǒng)介紹 工作原理: 采用高分辨數(shù)字?jǐn)z像機(jī),并選用合適的鏡頭,視頻測(cè)量?jī)x器可以對(duì)小到1mm、大到超過100m的被測(cè)物進(jìn)行測(cè)量。 測(cè)量?jī)x采用數(shù)字圖像散斑相關(guān)性處理技術(shù),并利用英國(guó)Imetrum公司專利的數(shù)字圖像處理方法,可以高精度地測(cè)量位移和變形。 數(shù)字圖像散斑相關(guān)性技術(shù)是一種識(shí)別和跟蹤圖像上散斑灰度值的技術(shù)。在試樣發(fā)生變形的過程中,通過數(shù)字?jǐn)z像機(jī)拍攝整個(gè)變形過程,攝像機(jī)的拍攝過程可理解為記錄一幅幅高清圖像。測(cè)量?jī)x利用這種圖像處理技術(shù)可以準(zhǔn)確識(shí)別每一幅圖像上的灰度特征,當(dāng)被測(cè)物發(fā)生位移或變形的時(shí)候,圖像上的灰度特征就會(huì)發(fā)生變化,儀器通過對(duì)比多幅圖像,可以識(shí)別這種灰度特征的變化,從而實(shí)現(xiàn)測(cè)量位移和變形的目的。 視頻測(cè)量?jī)x需要被測(cè)物表面具有灰度差異的散斑特征,這種灰度特征可以是被測(cè)物表面自然的紋理特征,也可以是認(rèn)為添加上的特征。例如一下特征都可以被測(cè)量?jī)x識(shí)別: 被測(cè)物表面的自然紋理 比如:建筑物的表面特征,金屬表面的拋光劃痕,復(fù)合材料表面的紋理等等, 用戶可以任意指定一系列的被測(cè)點(diǎn),系統(tǒng)將準(zhǔn)確跟蹤視頻中這些被測(cè)點(diǎn)的位置,測(cè)量應(yīng)變和位移。 功能及測(cè)量精度 1.1 功能 采用非接觸式的測(cè)量方式,高精度多點(diǎn)測(cè)量: 應(yīng)變 泊松比 位移 撓度 彎曲 旋轉(zhuǎn) 震動(dòng)(得到時(shí)間-位移曲線) 應(yīng)力/應(yīng)變曲線 彈性模量 可同時(shí)測(cè)量多個(gè)被測(cè)點(diǎn), 每一個(gè)被測(cè)點(diǎn)相當(dāng)于一個(gè)位移傳感器 1.2 測(cè)量精度 測(cè)量?jī)x的測(cè)量精度與所選擇的鏡頭有直接關(guān)系。可以分為兩種情況: 材料力學(xué)性能測(cè)試的分辨率:(采用材料測(cè)試專用鏡頭,測(cè)量小尺寸的試樣) 位移分辨率:0.05微米 應(yīng)變分辨率:5個(gè)微應(yīng)變 大型結(jié)構(gòu)測(cè)量的分辨率:(測(cè)量幾個(gè)厘米到上百米的物體) 位移分辨率:0.12毫米(100米的測(cè)量距離)被測(cè)距離越近,精度越高 與傳統(tǒng)的測(cè)量?jī)x器相比,非接觸式應(yīng)變位移視頻測(cè)量分析系統(tǒng)具有以下特性: 1)非接觸式、可遠(yuǎn)距離測(cè)量;材料力學(xué)測(cè)試時(shí):如果被測(cè)物表面堅(jiān)硬光滑或者做疲勞試驗(yàn)時(shí),不會(huì)出現(xiàn)引伸計(jì)打滑的現(xiàn)象或者應(yīng)變片自己產(chǎn)生疲勞情況。結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)時(shí):可遠(yuǎn)距離測(cè)量,避免特殊情況下很難測(cè)量的問題,比如:橋下有水。 2)高測(cè)量精度 3)安裝簡(jiǎn)單、使用方便、測(cè)量效率高 測(cè)量?jī)x屬于便攜式儀器,可在室內(nèi)使用,也可以進(jìn)行戶外測(cè)量。從安裝到使用少于30分鐘。 4)無需在被測(cè)物體表面做標(biāo)記(大部分情況下) 結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)時(shí),無需人工在被測(cè)物上貼標(biāo)記。 5)同時(shí)測(cè)量多個(gè)被測(cè)點(diǎn) 一次測(cè)量多個(gè)被測(cè)點(diǎn),相當(dāng)于在被測(cè)物體表面布置了多個(gè)位移計(jì)和應(yīng)變計(jì)。 6)可對(duì)視頻錄像進(jìn)行后處理。 保存測(cè)量過程的視頻錄像,可以對(duì)錄像進(jìn)行重復(fù)處理,可以重新人為指定被測(cè)點(diǎn)的位置和數(shù)量,能夠得到更為詳細(xì)的數(shù)據(jù)資料。比如:進(jìn)行瞬態(tài)力學(xué)測(cè)試時(shí),像測(cè)量高速?zèng)_擊碰撞,斷裂瞬間,爆炸瞬間等。結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)時(shí),可以重新指定測(cè)量部位。 1.主要應(yīng)用領(lǐng)域 根據(jù)用戶的應(yīng)用領(lǐng)域不同,大體分為兩大領(lǐng)域: (1)材料力學(xué)測(cè)試領(lǐng)域 測(cè)量小尺寸試樣,大多與試驗(yàn)機(jī)結(jié)合使用。 (2)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域 測(cè)量大尺寸(從厘米到上百米)的結(jié)構(gòu)體。 2.1 材料力學(xué)性能測(cè)試領(lǐng)域 2.1.1測(cè)量參數(shù) 在材料力學(xué)性能測(cè)試領(lǐng)域,儀器可以測(cè)參數(shù): 位移 彎曲 應(yīng)變 泊松比 彈性模量 應(yīng)力應(yīng)變曲線 測(cè)量實(shí)驗(yàn)舉例: 拉伸實(shí)驗(yàn) 壓縮實(shí)驗(yàn) 3點(diǎn)/4點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn) 疲勞實(shí)驗(yàn) 2.2測(cè)量精度 位移分辨率:0.05微米 應(yīng)變分辨率:5個(gè)微應(yīng)變 2.3 測(cè)量誤差 非接觸式測(cè)量?jī)x具有高測(cè)量精度,同時(shí)具有很低的測(cè)量誤差。 具有UKAS(英國(guó)皇家認(rèn)可委員會(huì))的認(rèn)證證書 最大相對(duì)誤差小于0.5% 歐洲AIRBUS公司做的對(duì)比試驗(yàn) 對(duì)比結(jié)果:誤差小于 0.1% (與標(biāo)準(zhǔn)的DTI測(cè)試相比 視頻測(cè)量?jī)x與應(yīng)變片對(duì)比 對(duì)比結(jié)果:誤差小于0.5%(與應(yīng)變片相比) 2.4 優(yōu)勢(shì)(材料力學(xué)測(cè)試領(lǐng)域) 測(cè)量對(duì)象:多種材料(可以與試驗(yàn)機(jī)相連) 金屬、巖土、塑料、橡膠、復(fù)合材料、高分子材料、皮革、光纖、薄膜、木材、生物材料等等 可調(diào)整標(biāo)距長(zhǎng)度(可測(cè)量細(xì)小、柔軟材料) 特殊條件下的測(cè)量 高低溫力學(xué)測(cè)試 高速?zèng)_擊、高頻振動(dòng) :需要高速攝像機(jī) 斷裂、損傷、破壞實(shí)驗(yàn)(不會(huì)損壞測(cè)量?jī)x) 疲勞試驗(yàn)(不會(huì)出現(xiàn)打滑現(xiàn)象) 可實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的反饋控制 微觀力學(xué)測(cè)量 借助顯微鏡、掃描電鏡(SEM)等其他設(shè)備拍攝圖片,從而,測(cè)量微觀力學(xué)。 3.與傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x的比較 與傳統(tǒng)的接觸式測(cè)量?jī)x相比,非接觸式測(cè)量?jī)x可以解決使用傳統(tǒng)接觸式測(cè)量?jī)x的過程遇到的一些問題。 使用引伸計(jì)可能出現(xiàn)以下問題: 可能發(fā)生打滑 試樣表面光滑、做疲勞試驗(yàn)的時(shí)候。 難以裝卡 比如:試樣很小、試樣很軟、形狀不規(guī)則 容易被損壞; 試樣斷裂的時(shí)候,很容易破壞引伸計(jì) 難做壓縮試驗(yàn) 使用應(yīng)變片: 耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng),測(cè)試效率低; 需要提前用膠水粘應(yīng)變片 需要調(diào)試采集器 需要具有一定技術(shù)基礎(chǔ) 的人員 非接觸式應(yīng)變位移測(cè)量?jī)x,可以解決接觸式傳感器存在的以上問題,并提高測(cè)量效率。 在材料力學(xué)性能測(cè)試領(lǐng)域,測(cè)量材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線至關(guān)重要,視頻測(cè)量?jī)x利用一個(gè)數(shù)字/模擬輸入/輸出模塊可以和試驗(yàn)機(jī)相連,繪制應(yīng)力-應(yīng)變曲線。提供兩種連接方式與試驗(yàn)機(jī)相連: 1) 視頻測(cè)量?jī)x將測(cè)量結(jié)果傳輸給試驗(yàn)機(jī) 視頻測(cè)量?jī)x可以將測(cè)量結(jié)果轉(zhuǎn)化為數(shù)字或者模擬信號(hào),通過實(shí)驗(yàn)上的一些接口(比如:引伸計(jì)的接口)傳輸給試驗(yàn)機(jī),由試驗(yàn)機(jī)繪制應(yīng)力-應(yīng)變曲線。 2)視頻測(cè)量?jī)x采集試驗(yàn)機(jī)的載荷信號(hào) 當(dāng)試驗(yàn)機(jī)有載荷輸出接口的時(shí)候,視頻測(cè)量?jī)x可以通過這個(gè)接口采集試驗(yàn)機(jī)的載荷信號(hào),由視頻測(cè)量?jī)x繪制應(yīng)力-應(yīng)變曲線。 3.1典型測(cè)量案例 1) 小尺寸試樣 優(yōu)勢(shì):標(biāo)距可調(diào); 標(biāo)距可以小于1毫米,可測(cè)量小尺寸試樣。 非接觸式;因?yàn)椴捎梅墙佑|的方式進(jìn)行測(cè)量,所以,安裝方便,并且不會(huì)在被測(cè)物上附加任何重量,可以測(cè)量柔軟的材料。 2) 壓縮試驗(yàn)(蜂窩材料) 蜂窩材料壓縮試驗(yàn) 優(yōu)勢(shì):這種材料很難使用引伸計(jì)或者應(yīng)變片進(jìn)行測(cè)量。視頻測(cè)量?jī)x可以同時(shí)測(cè)量多個(gè)部位的應(yīng)變。如上圖,測(cè)量4個(gè)部位的變形。 3) 彎曲試驗(yàn)可代替百分表使用,同時(shí)測(cè)量多個(gè)被測(cè)點(diǎn)的位移 4) 疲勞試驗(yàn):結(jié)合疲勞試驗(yàn)機(jī)使用 優(yōu)勢(shì): 視頻測(cè)量?jī)x不會(huì)出現(xiàn)打滑現(xiàn)象;傳統(tǒng)的引伸計(jì)容易出現(xiàn)打滑 視頻測(cè)量?jī)x可長(zhǎng)時(shí)間的工作;傳統(tǒng)的應(yīng)變片無法長(zhǎng)時(shí)間工作 視頻測(cè)量?jī)x可實(shí)現(xiàn)測(cè)量信號(hào)的反饋控制。 5) 高溫試驗(yàn) 測(cè)量高溫試驗(yàn),需要在加熱爐上開觀察窗,視頻測(cè)量?jī)x通過觀察窗進(jìn)行測(cè)量。在1000度的情況下,視頻測(cè)量?jī)x仍然可以捕捉到清晰的圖像,即,視頻測(cè)量?jī)x可以完成測(cè)量工作。 6) 斷裂、高速?zèng)_擊力學(xué)測(cè)量 非接觸式應(yīng)變位移測(cè)量?jī)x與高速攝像機(jī)相結(jié)合,可用于研究斷裂瞬間試樣變形、高速?zèng)_擊碰撞瞬間變形、以及高頻振動(dòng)。 非接觸式視頻測(cè)量?jī)x的分析軟件,可以對(duì)高速攝像機(jī)拍攝的非壓縮avi格式的視頻進(jìn)行測(cè)量,可很容易得到實(shí)驗(yàn)過程中的應(yīng)變和位移。 目前,測(cè)量瞬態(tài)力學(xué)、高頻振動(dòng)是一個(gè)難題,因?yàn)樾枰叩牟杉l率。普通的采集設(shè)備很難達(dá)到這么高的采集頻率。視頻測(cè)量?jī)x為您提供了一種新的測(cè)量方法。 高速攝像機(jī)的采集頻率可達(dá)到100萬Hz 7) 混凝土材料 說明: 可同時(shí)測(cè)量7個(gè)點(diǎn),可測(cè)量每個(gè)點(diǎn)的水平和垂直方向的位移。 動(dòng)態(tài)測(cè)量圖13中4個(gè)被測(cè)點(diǎn)的位移。 8) 微觀力學(xué)測(cè)試 非接觸式視頻測(cè)量?jī)x與顯微鏡、掃描電子顯微鏡(SEM)、掃描探針顯微鏡(SPM)相結(jié)合,可以實(shí)現(xiàn)納米測(cè)量。 通過采集這類顯微鏡下的圖像,結(jié)合視頻分析軟件,可以對(duì)這些微觀圖像進(jìn)行測(cè)量分析。從而達(dá)到測(cè)量變形的目的。
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