复合材料层合板在激光辐照下的应变测试与分析

对T300/AG80碳纤维复合材料层合板在激光辐照下的应变变化情况进行了测试。利用动态应变仪对不同半径激光光斑照射下的试件正面和背面的0,45,90三个方向的应变进行记录,通过对消除温升影响后的试验数据进行分析得知：各处应变随测试点到光斑中心的距离增大而减小;0方向应变最小,90方向应变最大,光斑辐照层合板5 s时,90方向应变值至少是0方向应变值的1.5倍。采用有限元分析软件对试验过程进行模拟,光斑外各处热应力随其到光斑中心距离的增大而减小。将模拟中得到的应变与试验过程中的测试值对比,得到温升影响造成的最大相对误差为16.9%.     

纳米压痕技术在材料科学中的应用

纳米压痕技术已被广泛地应用在材料科学的各个领域,文章针对这一新技术的基本测量原理及其应用进行了介绍。     

镍基非晶复合涂层激光制备及其纳米压痕测试

采用大功率半导体激光熔覆和重熔的工艺在低碳钢表面制备Ni-Fe-B-Si-Nb合金非晶复合涂层,并对所得涂层进行了纳米压痕性能测试。研究结果表明,当激光熔覆时激光功率为0.8 kW,熔覆速度为0.36 m/min,送粉速度为12 g/min,重熔时激光功率为3.5 kW,熔覆速度为8 m/min,在低碳钢表面成功制备了Ni40.8Fe27.2B18Si10Nb4非晶复合涂层,涂层主要由非晶相和NbC颗粒相组成。纳米压痕测试结果表明经激光重熔后所得非晶复合涂层的显微硬度和弹性模量远远大于未重熔的熔覆层,并且也大于同成分大块非晶。     

镍基非晶复合涂层激光制备及其纳米压痕测试

采用大功率半导体激光熔覆和重熔的工艺在低碳钢表面制备Ni-Fe-B-Si-Nb合金非晶复合涂层,并对所得涂层进行了纳米压痕性能测试。研究结果表明,当激光熔覆时激光功率为0.8kW,熔覆速度为0.36m/min,送粉速度为12g/min,重熔时激光功率为3.5kW,熔覆速度为8m/min,在低碳钢表面成功制备了Ni40.8Fe27.2B18Si10Nb4非晶复合涂层,涂层主要由非晶相和NbC颗粒相组成。纳米压痕测试结果表明经激光重熔后所得非晶复合涂层的显微硬度和弹性模量远远大于未重熔的熔覆层,并且也大于同成分大块非晶。     

基于量热法的高功率激光功率测试技术

针对高功率激光功率的测试,尤其是高功率激光器烤机时的长时间测量需求,设计了基于水冷却的激光功率测量方法。利用热敏电阻测量冷却水进水口和出水口的温差计算激光功率。利用有限元仿真软件建立了吸收腔热路结构的三维有限元模型,并对不同口径的冷却水路进行模拟仿真。测试结果表明,用该方法测试高功率激光功率,测量相对误差可以保证在1.6%以内。     

基于等应变梁的光纤光栅静电电压传感器

为了实现静电电压表的精确测量,提出了一种基于等应变梁和光纤布拉格光栅(FBG)的静电电压传感器。在一定温度范围内,由双FBG的结构方案实现了传感器的温度自补偿,通过对等应变梁的仿真分析和传感器系统的电场仿真,优化设计和制备了传感器结构系统。利用一对平板电极产生匀强电场,在静电力作用下等应变梁上的导体半球受力致使等应变梁发生变形,使得两个FBG反射光谱的中心波长产生偏移,通过FBG的波长差实现了电压的测量。实验结果表明:该传感器可实现5~24 k V直流(DC)高压和交流(AC)高压有效值的测量,5~12 k V的计算精度为2.1%,12~24 k V的计算精度为0.89%,传感曲线的拟合度为0.99985,基本满足高电压测量系统的稳定可靠、精度高、抗干扰能力强等要求。     

硬度压痕表面积的共聚焦测量方法

提出了一种对角线长度小于20 μm的硬度压痕表面积共聚焦测量方法。激光扫描共聚焦显微镜以0.1 μm的间隔逐层对试样的压痕进行扫描测量,对全部数据集合的包络拟合获得压痕的三维数据。旋转平面法与法向量特征相结合精确提取压痕,通过三角网格构造算法得到压痕的表面积,进而计算出试样的硬度值。共聚焦测量方法与传统成像光学显微镜测量方法相比分辨率提升了30%,合成标准不确定度平均减小1 HV。实验结果表明:共聚焦测量方法实现了压痕表面积的高精度、高稳定性测量。     

基于激光差动多普勒效应的微机电系统动态测试技术

提出了一种用于测量微机电系统(MEMS)器件瞬时速度、位移的测量系统。采用激光差动多普勒技术,检测谐振器在平面内的振动,测量垂直于系统测量光轴方向的振动速度。并在差动多普勒测量光路的基础上加入了CCD监测光路,实时观察被测器件调整过程和振动情况。通过处理电路从光学系统输出的高频信号中提取多普勒信号,利用Labview和Matlab软件对采集的多普勒信号进行时频分析,得到被测器件的运动参量。通过对测点的微定位,对MEMS器件进行整平面的扫描,得到器件振动的瞬时速度场,为进一步对MEMS器件的高阶谱振动分析及扭转分析提供了一定的基础和必要的支持。     

数字图像相关中基于位移场局部最小二乘拟合的全场应变测量

为了从含噪声的位移场中计算得到可靠的应变场,提出一种基于位移场局部最小二乘拟合的全场应变求解方法。介绍了数字图像相关方法的原理,阐述了基于位移场局部最小二乘拟合的全场应变求解方法,并讨论了计算区域边界、孔洞及裂纹附近区域等情况下的应变计算。对均匀变形和中心带圆孔的薄铝板拉伸实验的计算结果表明,该方法能有效地从原始位移场数据中提取全场应变信息。在均匀变形情况下应选择大的应变计算窗口,计算结果更逼近真值;在非均匀变形情况下,如果位移场中包含较强的噪声,则应选择较大的应变计算窗口,而位移场精度很高时可选择更小的应变计算窗口。     

Experimental study of the Raman strain rosette based on the carbon nanotube strain sensor

This work presents a new technique named Raman strain rosette for the micro‐strain measurement of both Raman active and Raman inactive materials. The technique is based on the theoretical model of the carbon nanotube (CNT) strain sensor that applies the resonance and polarization Raman properties of CNTs and calculates the synthetic contributions of uniformly dispersed CNTs to the entire Raman spectrum. In our work, the proposed technique is applied in different experiments on the Raman inactive materials, such as step‐by‐step uniaxial tensile and Raman mapping around a circular hole. The experimental results reached by the Raman strain rosette are consistent with the actual values as a whole. This study verifies that the Raman strain rosette is applicable to quantitative measurement of all the in‐plane components of the strain tensor (including both normal and shear strains) by three polarized Raman detections for each sampling spot on a microscale. The technique is further applicable to achieving the strain fields through Raman mapping. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于强度干涉原理的双光路动态测量方法

在近场光存储方案中,头盘间距动态测控技术是近场光存储理论和技术的实用化。根据近场光学头的飞行特点,提出了一种基于光强干涉原理的测量系统,重点介绍了其测量原理和标定方法。采用双光路结构来提高测量分辨率,利用光偏振特性来消除反馈光对信号光的干扰。通过对系统性能的分析和试验表明,动态特性达到了500kHz,测量分辨率高于1nm,可满足系统高精度动态测试的要求。     

基于双光路原理的海水IOPs高光谱测量仪方案

设计了基于双光路原理的海水固有光学参数测量仪。该仪器可同步测量水体光谱吸收系数a、光束衰减系数c和体散射系数b。其中吸收系数a采用反射式吸收管测量,光束衰减系数c采用全吸收式样品池测量,体散射系数b根据c=a+b计算。光信号由光纤收集、光谱仪分光后用CCD探测器测量。光谱分辨率为4nm,灵敏度为0 001m-1。该仪器直接在水下工作,由水泵抽取被测海水,水下最大工作深度为200m。测量数据可以自动记录,同时也可以通过水下电缆实时传输到调查船实验室。     

埋入式F-P光纤应变传感器在混凝土桥梁健康监测中的应用研究

对基于白光干涉的埋入式F_P光纤应变传感器的测试原理及主要结构参数进行了分析,介绍了该埋入式传感器的研制工艺特点。通过对传感器的性能考核试验,验证了该传感器具有优良的精度稳定性和耐久性,通过秦沈客运专线辽河特大桥施工过程监测试验,验证了该传感器满足桥梁施工现场复杂状况下混凝土结构应变监测的要求。由于该传感器的成本不及同类型进口产品的1/5,具有广阔的普及应用前景。     

脉宽对超快激光平衡光学互相关测距影响的研究

采用基于平衡光学互相关的超快激光绝对距离测量方法对大气中一段15m的空间距离进行了测量。仿真了不同脉冲宽度、不同光强损耗对平衡互相关信号的影响,理论分析表明脉宽展宽对平衡互相关信号影响较大。采用中心波长为1037nm、重复频率为260MHz的超快激光器光源,搭建了测距系统。实验验证了在脉宽分别为1.44ps、132fs时,对平衡互相关信号的影响,实验结果符合理论分析。研究了不同脉冲宽度对测量分辨力的影响,结果显示,采样时间为5ms,脉宽为1.44ps,测量分辨力不低于50μm;而当脉宽为132fs时,测量分辨力优于5μm。     

非相干光反馈表面轮廓测量实验研究

数值研究了非相干光反馈时半导体激光器输出功率随反馈系数的变化关系以及待侧物体离焦量与反馈系数的关系.提出了基于非相干光反馈的表面轮廓测量系统,并实验验证了系统的可行性,完成了对一元硬币的二维平面扫描成像,并分析了实验结果中的误差以及可能影响测量结果的主要因素.     

脉冲激光测距时间间隔测量技术

在脉冲激光测距系统中,为提高时间间隔测量的精度,采用插值法进行时间间隔测量。在分析传统的数字计数法测量原理与误差的基础上,重点研究了插值法。其测量对象针对传统数字计数法中待测脉冲上升沿与下一个量化时钟脉冲上升沿之间的时间间隔。测量采用电容充放电技术,把时间间隔加入到一个时间扩展模块(通常为一只高精度的电容),实现时间上的放大,再对放大后的时间进行测量,可提高时间测量的精度。利用该方法得到的时间间隔测量精度可达到100 ps,对应于1.5 cm的测距精度。     

脉冲激光测距时间间隔测量技术

在脉冲激光测距系统中,为提高时间间隔测量的精度,采用插值法进行时间间隔测量。在分析传统的数字计数法测量原理与误差的基础上,重点研究了插值法。其测量对象针对传统数字计数法中待测脉冲上升沿与下一个量化时钟脉冲上升沿之间的时间间隔。测量采用电容充放电技术,把时间间隔加入到一个时间扩展模块(通常为一只高精度的电容),实现时间上的放大,再对放大后的时间进行测量,可提高时间测量的精度。利用该方法得到的时间间隔测量精度可达到100 ps,对应于1.5 cm的测距精度。     

一种抗光干扰光幕靶的设计与改进

提出一种抗光干扰光幕靶的设计方法。当光幕靶工作于近炮口距离时,炮口火光会影响光幕靶产生误触发信号,从而影响测试系统的准确度。设计利用了光电器件阵列对火光同时反映的特点,设计光电补偿部件及前置放大减法器,将火光引起的变化的光电流信号抵消掉。分析了设计原理,并用实弹射击的方法验证了电路设计的正确性。     

基于光学三角原理的内径非接触测量方法

基于光学三角测量原理,提出了一种非接触测量内径的方法。对激光双光三角测量原理与单光三角测量原理进行了分析对比。采用单光三角测量原理设计了一种非接触式测量内径的光电测量系统。论述了系统的组成和总体结构,并通过实验对测量系统的精度进行了验证。结果表明,系统的测量误差不大于0.03mm,重复性测量精度优于±0.03mm。