光學(xué)三維測量應(yīng)力應(yīng)變---三維數(shù)字全場（高端）光測力學(xué)實驗室

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三維數(shù)字全場（高端）光測力學(xué)實驗室

實驗室配置：三維相移電子散斑干涉儀*1；三維形貌測量系統(tǒng)（宏觀）*1；三維形貌測量系統(tǒng)（細(xì)觀）*1；三維數(shù)字圖像相關(guān)測量系統(tǒng)*1
實驗室介紹：

三維數(shù)字全場光測力學(xué)實驗室是以激光干涉技術(shù)、光纖傳輸技術(shù)、計算機數(shù)字圖象處理技術(shù)、微電子技術(shù)以及新型傳感器等為基礎(chǔ)，以物體表面動靜態(tài)三維變形測量為主要測量內(nèi)容的一套實驗設(shè)備，具備國際領(lǐng)先的尖端科技。其非接觸、全場性的實驗測試方法可用于各種不同場合、不同尺度的材料、結(jié)構(gòu)和零部件的力學(xué)性能分析與研究。

該實驗室配置一套三維散斑干涉儀，一套宏觀形貌測量系統(tǒng)，一套細(xì)觀形貌測量系統(tǒng)以及一套三維數(shù)字圖像相關(guān)系統(tǒng)，涵蓋了從微觀到宏觀的三維形貌，三維位移場和三維應(yīng)變場的測量。該實驗室能夠顯著提高高校的硬件設(shè)施水平，提升科研能力，同時有助于高校將此類先進(jìn)技術(shù)向更廣泛的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域拓展。

應(yīng)用價值：

此類儀器不僅可以為航空航天、機械、微電子、生物等領(lǐng)域的科學(xué)研究提供有效的測量手段，而且有些也能直接用于工業(yè)生產(chǎn)中重要的檢測操作。

在高校中布置該實驗室，不僅可以提升高校的科研水平，同時可為學(xué)生提供全面的教學(xué)實驗指導(dǎo)，讓更多人了解該領(lǐng)域先進(jìn)的測量技術(shù)，掌握先進(jìn)的測量手段，為高校多出高水平的研究成果打下基礎(chǔ)。

業(yè)內(nèi)解決方案：

（1）針對板載芯片封裝結(jié)構(gòu)中由于各層材料熱膨脹系數(shù)的差異引起的熱失配現(xiàn)象，可利用數(shù)字圖像相關(guān)法對板載芯片封裝結(jié)構(gòu)在熱載荷下的表面熱變形分布進(jìn)行實驗測量。

（2）通過三維電子散斑干涉法，結(jié)合四部相移技術(shù)和圖像處理技術(shù)，將該測量系統(tǒng)應(yīng)用到柴油機機身部件測量上,得到了機身主軸承孔周的三維位移場,并將此結(jié)果作為有限元計算的邊界條件,得到了精確的柴油機機身計算結(jié)果,證明這一新技術(shù)可為柴油機零部件的強度和剛度分析評價提供一種十分有效的方法。

（3）微結(jié)構(gòu)三維形貌測量系統(tǒng)不僅適用于靜態(tài)測量，而且能應(yīng)用于在動態(tài)測量中，特別是微機電系統(tǒng)(MEMS)器件的運動測量。以微諧振器為測試器件，對其運動梳齒結(jié)構(gòu)進(jìn)行了靜態(tài)三維形貌測量，其位移測量精度可達(dá)0.5 μm。

（4）使用單個攝像機的二維數(shù)字圖像相關(guān)方法通常僅局限于平面物體的面內(nèi)變形測量，而使用兩個攝像機基于雙目立體視覺原理的三維數(shù)字圖像相關(guān)方法克服了這一局限，可對平面和曲面物體表面的三維形貌和載荷作用下的三維變形進(jìn)行測量。

三維相移電子散斑干涉儀

（TS-SI-3P）

相移電子散斑干涉（ESPI）技術(shù)是繼光彈性和全息干涉等光測力學(xué)方法之后發(fā)展起來的一種實驗力學(xué)新方法。它直接依靠激光干涉和計算機圖像采集處理系統(tǒng)獲得干涉條紋。這種方法在工程上已得到了較廣泛的運用，可用于解決工程中的強度和剛度問題，并可用于殘余應(yīng)力測量。
        三維相移電子散斑干涉儀可滿足物體表面面內(nèi)位移和離面位移同時測量的要求。該儀器采用高性能半導(dǎo)體激光器作光源，并配以電子散斑條紋實時顯示和位相處理軟件，使得操作方便、測量結(jié)果兼容性強（便于通用數(shù)據(jù)處理軟件接口）。
主要技術(shù)指標(biāo)：
1. 光源：半導(dǎo)體激光器，功率20mW，波長532nm
2.相機：1280×1024 USB2.0數(shù)字?jǐn)z像頭
3.工作距離：400～800mm
4.條紋分辨率：1/20級條紋
5. 最大范圍：Ф250mm
6. 鏡頭：C接口，f 25mm定焦鏡頭

主要配置:
1.                     主機
2.                     20mW半導(dǎo)體泵浦固體激光器：1個
3.                     TS-1000USB攝像頭（內(nèi)置）：1只
4.                     C接口25mm定焦鏡頭：1個
5.                     相移器：1個
6.                     1200mm×800mm自動平衡隔振平臺：1套
7.                     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)
8.                     軟件：1套
9.                     演示試件:圓盤受均布載荷，懸臂梁

用途：用于物體表面面內(nèi)位移和離面位移同時測量。
教學(xué)

用于材料力學(xué)和實驗力學(xué)課程的實驗教學(xué)。

可以測量梁的三維變形分布等

三維形貌測量系統(tǒng)

柵線投影三維形貌測量系統(tǒng)可用于物體表面三維形貌和變形測量。由于該系統(tǒng)既可配備10倍變焦遠(yuǎn)距離顯微成像鏡頭，也可配備普通變焦鏡頭，使得該系統(tǒng)能同時滿足細(xì)觀及宏觀的測量要求。不僅可用于微電子、生物、微機械等微細(xì)結(jié)構(gòu)的形貌及變形測量，也可用于混凝土結(jié)構(gòu)、巖土試樣等大型構(gòu)件表面形貌和變形測量。系統(tǒng)配有專用的相移條紋圖像處理軟件，使得系統(tǒng)測量精度明顯提高，并且使用方便、操作簡單。

三維形貌測量系統(tǒng)

（宏觀）

主要技術(shù)指標(biāo)：
1.       照明系統(tǒng)：光纖冷光源  150W
2.       顯示速度：25幀/s
3.       圖像采集分辨率：1280×1024
4.       X、Y方向的有效測量范圍：100×140mm[sup]2  [/sup]～ 1000×1400mm[sup]2[/sup]。
5.       X、Y方向的測量分辨力：0.1mm～1.0mm
6.       深度（Z）方向測量范圍：30mm~300mm
7.       Z方向測量分辨力：0.01mm～0.1mm
8.       采用10倍變焦鏡頭
基本配置:
1.       TS-1000USB攝像頭：1只
2.       C接口10倍變焦鏡頭：2只
3.       相移正弦柵線投影儀：1套
4.       150W光纖冷光源：1套
5.       1200mm×800mm光學(xué)平臺：1套
6.       液晶臺式電腦：1套(雙核處理器;2GB內(nèi)存;320GB硬盤;19寸寬屏液晶顯示屏;獨立顯卡)
7.       相移三維形貌測量處理軟件
用途： 用于物體表面三維形貌和變形測量。
教學(xué)

用于材料力學(xué)和實驗力學(xué)課程的實驗教學(xué)。

可以測量梁的三維大變形等

三維形貌測量系統(tǒng)

（細(xì)觀）

主要技術(shù)指標(biāo)：
1.       照明系統(tǒng)：光纖冷光源  150W
2.       顯示速度：6幀/s
3.       圖像采集分辨率：2560×1920
4.       X、Y方向的有效測量范圍：0.5×0.7mm[sup]2  [/sup]～ 5×7mm[sup]2[/sup]。
5.       X、Y方向的測量分辨力：0.5um(最大放大倍數(shù))～5.0um(最小放大倍數(shù))
6.       深度(Z)方向測量范圍：0.5um~300um(最大放大倍數(shù))~5um~3mm(最小放大倍數(shù))
7.       Z方向測量分辨力：0.01um(最大放大倍數(shù))～0.1um(最小放大倍數(shù))
8.       采用10倍變焦遠(yuǎn)距離顯微鏡頭
基本配置:
1.       TS-4000USB攝像頭：1只
2.       150W光纖冷光源：1套
3.       相移正弦柵線投影儀：1套
4.       C接口10倍變焦遠(yuǎn)距離顯微鏡頭：2只
5.       1200mm×800mm光學(xué)平臺：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)
7.       相移三維形貌測量處理分析軟件
用途： 用于細(xì)微物體表面三維形貌和變形測量。
教學(xué)

用于材料力學(xué)和實驗力學(xué)課程的實驗教學(xué)。

可以測量微梁的三維大變形等

三維云紋干涉儀

TS-MI-3P

三維云紋干涉儀是由云紋干涉光路和泰曼/格林干涉光路組合而成；將高靈敏度正交型光柵復(fù)制在試件的表面，并置于光路系統(tǒng)中，經(jīng)調(diào)試后可分別獲得兩個面內(nèi)位移場（U和V）和離面位移場（W）；激光是由單模光纖及耦合器分解和傳輸?shù)焦饴废到y(tǒng)中的；光路中置有PZT壓電晶體，通過驅(qū)動電源控制和驅(qū)動壓電晶體和反射鏡來實現(xiàn)相移技術(shù)，相移技術(shù)可以使測量靈敏度提高一個量級，儀器還附有加載系統(tǒng)及調(diào)節(jié)座；配以高溫爐可進(jìn)行熱變形測量。

主要技術(shù)指標(biāo)：

1、位移靈敏度：  面內(nèi)u & v 場： 0.417mm (1200 線/mm)，
                 離面 w場： 0.316mm (l/2)
2、相移靈敏度:   ∽20nm/V
3、光場尺寸：    35×35mm
4、測試范圍：    ≤20×20mm
5、條紋分辨率：  優(yōu)于1/20級條紋
6、測量應(yīng)變范圍：10me~5%e
7、激光器：      單縱膜，20 mw， λ=532nm  
8、圖像采集：    CMOS攝像頭，分辨率 1280 x 1024，USB接口
9、加載系統(tǒng)：    拉伸、壓縮、彎曲三種加載方式

主要配置：

a)       主機
b)       20mW半導(dǎo)體泵浦固體激光器：1個
c)       TS-1000USB攝像頭（內(nèi)置）：1只
d)      相移器：1個
e)       光纖：3根
f)        光纖耦合器：1套
g)       1200mm×800mm自動平衡隔振平臺：1套
h)       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)
i)         拉伸、壓縮、彎曲三種加載方式：1套
j)、軟件：1套 (主要功能：相移電壓標(biāo)定；放大倍數(shù)標(biāo)定；二維應(yīng)變計算；離面位移場分析；測量結(jié)果顯示；結(jié)果數(shù)據(jù)輸出等)

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很好的技術(shù)創(chuàng)新，大家可以看一看