利用光學方法進行位移、應變、應力測量的新進步--光測力學實驗室

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基礎光測力學實驗室

實驗室配置：
TS-SS-P相移剪切電子散斑干涉儀*1、TS-SI-1XP型一維面內(nèi)位移相移電子散斑干涉儀*1、TS-SI-1ZP一維離面位移相移電子散斑干涉儀*1、DSC-1000型二維數(shù)字散斑相關測量儀*1、TS-300-P型相移柵線投影測量儀*1
實驗室介紹：
基礎光測力學實驗系統(tǒng)是本公司最新精心研制的一系列現(xiàn)代光測力學教學儀器。該系統(tǒng)涵蓋了散斑干涉法及云紋法的測量儀器。通過一維散斑干涉儀內(nèi)部光路的優(yōu)化與改造，我們研制出了測量離面位移，面內(nèi)位移以及剪切散斑干涉儀，三者的有機結合構成了散斑干涉儀系列；通過對云紋法的研究，我們研制出了柵線投影測量儀，該儀器可快捷有效的測量三維物體的表面形貌，并轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)格式存儲于計算機中，在工業(yè)設計領域有著廣闊的發(fā)展前景；我們開發(fā)的二維數(shù)字相關測量儀，通過高素質(zhì)相機捕獲圖像，再由軟件對像素點進行精確分析和處理，可以測量物體的二維變形場。
應用價值：
相比傳統(tǒng)的力學測量方法，光測力學具有非接觸、無損、，快速，精確等優(yōu)勢。目前這些光測力學方法已廣泛應用于航空、航天、造船、建筑、水利、冶金、核動力、橋梁、生命科學、地下工程、石油機械等領域，是各大高校、科研單位必備力學測試設備。
該實驗室配有相應的教學課件，每個課件對應一款設備，課件從原理上闡述了每款實驗設備的光學結構，設計思路以及使用方法等內(nèi)容，高校可以通過開設光測力學課程，讓學生了解并掌握這些先進測量技術。而專門為力學實驗教學設計的各種試驗可以有助于學生對所學知識加深理解，同時也能讓學生了解并掌握更多的現(xiàn)代力學測試技術，使光測力學更好地為工程實際服務。
業(yè)內(nèi)解決方案：
（1）通過剪切散斑干涉儀的合理布置，采用熱加載的方式可用于檢測輪胎氣泡缺陷，通過得到的散斑條紋圖判斷輪胎內(nèi)部是否存在缺陷。該設備同樣可以用于實時檢測復合材料，金屬焊縫等的微應變；以及貴重文物的保存狀況等。
（2）運用數(shù)字散斑干涉技術可測量振動幅值，用于結構的動力學分析
（3）通過一維面內(nèi)和一維離面干涉儀的合理布置，可同時測量物體面內(nèi)位移和離面位移。
（4）應用投影柵線法測量物體的三維形貌既可以直觀地判別被測物的外形，如檢查對稱性、缺陷檢測等，還能得到實際的三維尺寸。

相移剪切電子散斑干涉儀

（TS-SS-P）

剪切電子散斑干涉術是一種測量離面位移導數(shù)場的激光干涉測量新技術。它除了電子散斑干涉術(ESPI，ElectronicSpeckle Pattern Interferometry)的許多優(yōu)點外，還有光路簡單，對測量環(huán)境要求低等特點。由于剪切電子散斑干涉是測量位移導數(shù)，在自動消除剛體位移的同時對于缺陷受載的應變集中十分靈敏，因此被廣泛地應用于無損檢測（NDT, nondestructive testing）領域。該儀器使用大功率綠色半導體激光器作光源，具有電子散斑條紋實時處理軟件，操作方便，便于攜帶，可用于現(xiàn)場測量。采用相移技術分析條紋，可獲得離面位移導數(shù)場的全場數(shù)據(jù)。
技術指標：
1.       光源：半導體激光器，功率20mW，波長532nm
2.       定焦鏡頭：C接口, 配進口25mm定焦鏡頭
3.       相機：USB數(shù)字攝像頭
4.       圖像采集分辨率： 1280×1024
5.       條紋分辨率：1/20級條紋
6.     工作距離：400～1000mm
7.     剪切量：0°±5°連續(xù)可調(diào)
8.     相移控制精度：0.05V
9.     軟件：條紋實時顯示，圖像處理
10.  演示試件：圓盤受均布載荷
11.  原理：利用邁克爾遜干涉光路控制剪切量
主要配置：
1.     主機： 1 臺
2.     25mm定焦鏡頭：1個
3.     TS-1000USB攝像頭（內(nèi)置）：1個
4.     20mW固體激光器：1臺
5.     600mm×900mm簡易光學平臺（不含支架）：1套
6.     圓盤受均布載荷試件：1套
7.     筆記本電腦：1臺
8.     條紋實時顯示和圖像處理軟件： 1 套
用途：

教學

用于材料力學和實驗力學課程的實驗教學。
演示彎曲梁各截面的轉(zhuǎn)角分布測量和復合材料無損檢測等

一維面內(nèi)相移電子散斑干涉儀

(TS-SI-1XP)

一維面內(nèi)位移相移電子散斑干涉儀能實時觀察代表面內(nèi)位移的干涉條紋，也可通過相移技術獲得被測表面的全場位移分布，可滿足實驗室科研和教學的需要。配以穩(wěn)定的懸臂梁加載實驗裝置，使得整個系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，易于調(diào)節(jié)，能獲得很好的教學效果。
技術參數(shù)：
1.       光源：半導體激光器，功率20mW，波長532nm
2.       相機：1280×1024 USB2.0數(shù)字攝像頭。
3.       鏡頭：配進口25mm定焦鏡頭。
4.       工作距離：400～800mm。
5.       條紋分辨率：1/20級條紋
6.       相移控制精度：0.05V
7.       最大范圍：150mm×150mm
基本配置：
1.     主機：1套
2.     532nm半導體泵浦固體激光器（內(nèi)置）：1個
3.     C接口鏡頭（f25mm）AVENIR，1個
4.     TS-1000USB攝像頭（內(nèi)置）：1個
5.     600mm×900mm簡易光學平臺（不含支架）：1套
6.     懸臂梁加載裝置：1套
7.     相移器：1套
8.    條紋實時顯示軟件、圖像處理軟件：1 套
9.    品牌液晶臺式電腦：1套(雙核處理器;2GB內(nèi)存;500GB硬盤;19寸寬屏液晶顯示屏)
用途：可用于二維位移場的高精度測量。
教學

用于材料力學和實驗力學課程的實驗教學。

可以試件的表面變形分布等

一維離面相移電子散斑干涉儀

(TS-SI-1ZP)

一維離面位移相移電子散斑干涉儀能實時觀察代表離面位移的干涉條紋，配以穩(wěn)定的三點彎曲梁加載實驗裝置和圓盤受均布載荷（氣壓）或集中力實驗裝置，使得整個系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，易于調(diào)節(jié)，可以獲得很好的教學效果。
技術參數(shù)：
1.       光源：半導體激光器，功率20mW，波長532nm
2.       相機：1280×1024 USB2.0數(shù)字攝像頭
3.       工作距離：400～1000mm
4.       相移控制精度：0.05V
5.       鏡頭：25mm定焦鏡頭（標配），可選配其他C接口鏡頭
6.       標準測量范圍：Φ250mm，最大測量范圍Φ500mm(需配置其他激光器及攝像頭)
7.       條紋分辨率：1/20級條紋
基本配置：
1.    主機：1套
2.    TS-1000USB攝像頭（內(nèi)置）：1個
3.    20mW半導體泵浦固體激光器1個
4.    C接口鏡(f25mm)AVENIR：1個
5.    圓盤受均布載荷(集中力)實驗裝置：1套
6.    升降臺：3個
7.    相移器：1套
8.    1200mm×800mm自動隔振平臺：1套
9.     條紋實時顯示軟件、圖像處理軟件：各 1 套
10.  品牌液晶臺式電腦：1套(雙核處理器;2GB內(nèi)存;500GB硬盤;19寸寬屏液晶顯示屏)
用途：可用于測量被測表面離面位移分布。
教學

用于材料力學和實驗力學課程的實驗教學。

可演示圓盤受均布載荷時表面離面變形分布等

相移柵線投影測量儀

(TS-300-P)

柵線投影測量技術可以測量物體的表面三維形貌，通過測量不同狀態(tài)下形貌的變化就可以測量物體的三維變形。柵線投影測量具有很大的量程范圍，因此，該方法特別適用于大變形測量。同時該儀器采用了正弦柵線和相移技術進行柵線變化的位相分析使得測量分辨率最高可達到X、Y方向最大尺寸的五萬分之一。
主要技術指標：
1、正弦柵線密度：任意可調(diào)
2、 攝像頭分辨率：1280×1024
3、 成像鏡頭：f25mm
4、 三維形貌最大測量范圍：X、Y（300mm×300mm），Z（100mm）
5、 測量分辨率（X、Y最大尺寸的）：1/1000（X、Y方向），1/20000（Z方向）
6、 測量距離（f25鏡頭）：300mm～1200mm
7、 標定系統(tǒng)分辨率（Z方向）：0.01mm
8、 標定最大行程：280mm
基本配置：
1.    主機：1套
2.    TS-1000USB攝像頭（內(nèi)置）：1只
3.    C接口鏡頭(f25mm)AVENIR：1個
4.    600mm×900mm簡易光學平臺（不含支架）：1套
5.    大變形梁實驗裝置：1套
6.    相移器：1套
7.   電動控制標定系統(tǒng)：1套
8.    圖像采集軟件、圖像處理軟件： 1 套
9.    品牌液晶臺式電腦：1套(雙核處理器;2GB內(nèi)存;500GB硬盤;19寸寬屏液晶顯示屏)

用途：用于物體表面三維形貌和變形測量。
教學

用于材料力學和實驗力學課程的實驗教學。

二維數(shù)字散斑相關測量系統(tǒng)

（DSC-1000）

二維數(shù)字散斑相關測量系統(tǒng)可用于物體表面二維面內(nèi)變形測量，尤其適用于大變形的測量。由于該系統(tǒng)可以配備普通變焦鏡頭，也可以配備顯微鏡頭，因此，該系統(tǒng)能滿足宏觀和細觀二維面內(nèi)位移測量需要。配以功能強大的二維數(shù)字散斑相關處理軟件，使得該系統(tǒng)能滿足大型結構、材料試樣等表面的全場變形測量，獲取表面應變分布。根據(jù)立體視覺的原理，用兩臺二維測量系統(tǒng)，并配以三維測量軟件和三維測量的標定系統(tǒng)，即可構成一套表面三維變形測量系統(tǒng)。
主要技術指標：
1.       有效測量面積：50×70mm[sup]2[/sup]～250×350mm[sup]2[/sup]。
2.       有效測量距離：0.5m～2.5m
3.       系統(tǒng)分辨率：優(yōu)于0.02像素（2/100000）
4.       應變分辨率：150微應變
5.       演示試件： 三點彎曲梁演示位移互等定理。
6.       相機：1280×1024 USB2.0 數(shù)字攝像頭。
7.       USB攝像頭:配進口25mm定焦鏡頭
8.       照明系統(tǒng)：LED光源
9.       X、Y方向的變形測量是基于Z方向變形為零
基本配置:
1.   TS-1000USB攝像頭：1個
2.   C接口25mm定焦鏡頭：1個
3.   數(shù)字散斑相關測量處理軟件：1套
4.   LED光源：1套
5.   600mm×900mm簡易光學平臺（不含支架）：1套
6.   品牌液晶臺式電腦：1套(雙核處理器;2GB內(nèi)存;500GB硬盤;19寸寬屏液晶顯示屏)
用途：物體表面二維面內(nèi)變形測量。
教學

用于材料力學和實驗力學課程的實驗教學。

通過三點彎曲實驗演示位移互等定理等