基于纤芯失配和光纤布拉格光栅实现温度和应变同时测量

基于纤芯失配理论,提出了一种多模单模多模（MSM）结构与光纤布拉格光栅（FBG）级联实现温度和应变同时测量的光纤传感器。利用MSM结构的干涉谱和FBG对温度和应变的不同响应灵敏度,实现了对温度、应变的同时测量。实验结果表明,在20 ℃~80 ℃的温度范围内,MSM结构的干涉谱和FBG的温度灵敏度分别为0.091 nm/℃和0.0102 nm/℃;在0～650 με的应变范围内,应变灵敏度分别为 -0.0013 nm/με和0.0012 nm/με。因此利用敏感矩阵,即可实现对温度和应变的同时测量,且温度和应变的最大测量误差分别为±0.2 ℃和±8.25 με。该结构灵敏度高,结构简单,且不易受电磁等干扰,实验结果具有良好的线性度,在工程领域应用前景良好。     

外腔式光纤Fabry-Perot干涉型高温应变传感器

介绍了一种外腔式光纤Fabry-Perot干涉型(EFPI)高温应变传感器,传感器是在两段切割平整的单模光纤之间熔接一段空心光纤构成。实验证明,传感器在1000℃以下时能够稳定工作,腔长变化灵敏度为0.17nm/με,应变测量灵敏度可达±1με,线性度高达0.99998。EFPI高温应变传感器结构紧凑,工艺简洁,成本低廉,是一种可靠、优秀的高温应变传感器。     

微尺度三维变形测量的显微数字图像相关系统

基于体式显微镜和数字图像相关法,提出并实现了一种用于对微小尺度材料进行全场三维变形测量的显微数字图像相关系统。针对体式显微镜标定,提出一种高精度的基于B样条曲面重构的成像系统畸变模型,该模型通过采集自主设计的高精度平面标定板图像,来构建无畸变图像平面和标定板平面之间关系,并以此确定空间B样条曲面形式。利用一种高效的对称亚像素细分法来实现数字图像的高精度匹配,并介绍了所提系统进行三维测量和分析的过程。实验结果表明,标定结果的平均重投影误差为0.03pixel,位移测量精度优于0.2μm,应变测量误差的标准差不超过100με。同时,实验结果也证实了该系统可以准确、全面地实现对微小尺寸材料表面的全场三维变形测量。     

一种数字图像技术实现应变测量的设计与实验对比

基于数字图像处理技术设计实现了其在应变测量领域应用,采用了位移场-牛顿迭代法、应变估计处理进行了理论设计分析;在铝合金材料的变形测量实验中通过铝合金材料拉伸应变仪记录与数字图像设计方法对比得出:采用数字图像应变测量与记录仪基本一致,可以实现应变测量;构件表面散斑颗粒大小对设计的数字图像应变测量会产生一定的影响;文中设计的方法不仅实现了应变测量精度的改进,还提供了一种易于实施、有效的技术手段。     

用于微观场小应变测量的云纹干涉载波条纹法

在云纹干涉法的基础上，研究了一种新的测量方法——云纹干涉载波条纹法，利用初始载波条纹根据物体变形前后的变化对应变进行分析。实验证明：在结合适当的数字图像处理技术情况下，应用频率为1200lp/mm的试件栅，测量试件（微观场）变形产生的应变时，精度基本控制在±10με的范围内。对该方法的研究表明：其灵敏度可在1με以下。方法可给出U场诸行、V场诸列的平均应变值，使研究微观场小应变及微观场临近区域微小应变的不同成为可能。这一技术为MEMS研究中对相关力学内容的分析提供了技术支持。     

偏振光干涉法消除光纤光栅解调中的交叉敏感现象

提出一种偏振光干涉的光纤光栅应变测量方法,该方法能解决光纤光栅应变和温度测量时的交叉敏感问题。对于钒酸钇晶体偏振光干涉仪,如果选择两个能使干涉仪产生180°相位差的不同中心波长的光纤光栅,一个用于应变测量,一个用于补偿温度,就能很好地解决光纤光栅应变测量时的温度交叉敏感问题。分析了构成偏振光干涉仪的晶体的厚度对应变偏差的影响。理论计算和试验结果显示,当晶体厚度为0.5 mm时温度对应变测量的交叉敏感现象被压缩到了1.6%,相当于0.13με/℃。进一步的仿真分析发现当晶体厚度为0.1 mm时交叉敏感现象将被压缩到0.08%,相当于0.0067με/℃。小的晶体厚度有利于减小交叉敏感现象,但小厚度的晶体加工困难,为此分析了双晶体结构的方案。     

波长扫描极值解调法实现光纤光栅应变和温度传感的测量

本文用可编程调谐光纤光栅环行腔激光器作扫描光源,采用波长扫描极值传感解调法对光纤光栅应变及温度进行了测量。应变测量范围为±2440με,灵敏度为0.016step/με;温度测量范围达608℃,灵敏度为0.13step/℃。     

一种高灵敏度的桥型声表面波应变传感器*

为了提高声表面波传感器应变灵敏度,该文提出了一种桥型声表面波应变传感器。首先根据受压弯曲构件中应变分布特点设计了桥型声表面波应变传感器,并建立有限元模型,结合微扰法分析了桥型结构几何参数与声表面波应变传感器灵敏度的关系。根据分析结果确定桥型声表面波应变传感器几何结构参数,并与传统声表面波应变传感器的应变灵敏度进行了对比研究,在此基础上搭建受压弯曲微动平台开展实验研究,结果表明:在直梁构件受压弯曲应变测量时,Y34°切向的桥型声表面波应变传感器的应变灵敏度为1692 Hz/με,传统声表面波传感器应变灵敏度为1328 Hz/με,桥型声表面波应变传感器的应变灵敏度较传统声表面波应变传感器有明显提高。     

合金钢封装光纤Bragg光栅传感器传感特性的研究

提出了一种光纤光栅新型合金钢封装结构。利用等强度悬臂梁和温度控制箱对合金钢封装光纤布拉格光栅的应力和温度传感特性进行了测量。实验表明,采用该种封装的光纤光栅传感器保持了裸光纤光栅的响应灵敏度,其拉应变灵敏度系数为1.17pm/με,压应变灵敏度系数为1.2pm/με,温度灵敏度系数为11.3pm/℃,线性响应度在0.9995以上,可满足实际应用的要求。     

高灵敏度光纤应变传感器

提出一种基于锥形光纤和光纤F-P腔组合结构的光纤应变传感器。该传感器包含单模光纤拉锥形成的锥区和石英毛细管构建的F-P腔2个应变敏感区域。理论分析了光波在该传感器中的传播过程,获得了该传感器的光强传输函数。由于锥形光纤中激发出的包层高阶模参与干涉,导致传感器干涉光谱具有调制特性。实验获得了该传感器的干涉光谱,通过分析谐振波长偏移或消光比变化对应变实现独立测量,在0~500 με的测量范围内,该传感器的应变灵敏度为14.6 pm/με。利用锥形光纤引发的模式干涉和F-P腔的双光束干涉效应共同作用形成受调制的干涉谱型进行应变传感,应变灵敏度高,同时具备2种独立的应变检测手段(谐振波长和消光比检测)。     

数字散斑技术在混凝土单轴压缩试验中的应用

数字散斑技术作为一种新兴的测量方法,它具有非接触、全场量测、精度高、操作简单等特点,随着计算机技术的迅猛发展,数字散斑技术得到了广泛的应用与研究。针对混凝土在外荷载作用下具有明显的非均匀变化的特征,借助传统的测量方法很难得到混凝土表面的全场变形结果的问题,结合数字散斑相关方法测量技术,开展了混凝土单轴压缩试验,拍摄了混凝土表面在单轴压缩过程中的位移与应变矢量场,为分析混凝土试件的损伤区域奠定了基础;与电测法测量结果进行了对比,其测量结果表明,这两种测量方法误差相对较小,且数字散斑技术能更早的发现混凝土表面的破坏,验证了数字散斑相关方法的准确性和可靠性。借助数字散斑技术可以更加方便准确的得到材料表面的变形场,这也将在一定程度上促进土木工程领域的发展,具有广阔的应用前景。     

斜光轴面内位移测量的数字散斑相关法研究

以工程环境中远距离位移和位移场的光学测量为研究课题,分析了远距离斜光轴成像时,像模糊和成像位置变化对白光数字散斑相关方法产生的影响,给出了这两种影响的误差理论计算公式。提出使用参考测量技术克服斜光轴成像位置变化带来影响,给出一种新的远距离斜光轴高精度测量面内位移的方法,在2～50m处作静载挠度测量,其最大相对误差小于1％,测量精度在实验室环境和工程测量环境中都得到了验证。该方法无需共轴光路的测量环境要求,特别适用于桥梁、高速公路立交桥的静载挠度测量等工程应用。使用高速图像采集卡,该方法可应用于斜光轴动态位移测量,拓展了数字散斑相关方法的应用范围。     

基于序列图像的几何参数测量方法研究

随着测量技术的不断发展,现代工业对物体尺寸检测的准确性及快速性要求越来越高.文中提出了一种利用序列图像来测量物体几何尺寸的方法.使用数码相机获得标定模板的序列图像,通过直接线性变换(DLT)方法来标定相机内部参数,结合透镜成像的知识,对使用数码相机采集到的物体序列图像进行处理和测量,最终计算出物体的宽度和高度.实验证明...     

Dynamic deformation image de-blurring and image processing for digital imaging correlation measurement

This paper proposes a method for de-blurring of images captured in the dynamic deformation of materials. De-blurring is achieved based on the dynamic-based approach, which is used to estimate the Point Spread Function (PSF) during the camera exposure window. The deconvolution process involving iterative matrix calculations of pixels, is then performed on the GPU to decrease the time cost. Compared to the Gauss method and the Lucy–Richardson method, it has the best result of the image restoration. The proposed method has been evaluated by using the Hopkinson bar loading system. In comparison to the blurry image, the proposed method has successfully restored the image. It is also demonstrated from image processing applications that the de-blurring method can improve the accuracy and the stability of the digital imaging correlation measurement.     

CW激光辐照薄板热力响应全场测量

实验研究了CW激光辐照铝合金薄板的热力响应过程,利用三维数字图像相关技术(3D-DIC)结合红外测温系统对整个过程的变形场和温度场实现了全场实时测量。分析了入射激光功率对变形场和温度场的影响,发现变形和温度均随入射激光功率线性增长。建立了三维有限元模型对实验过程进行模拟,模拟结果与实验结果吻合较好,验证了有限元模型的可靠性。3D-DIC结合红外测温系统可以很好地对激光破坏试验中的靶体变形场和温度场进行实时测量,是一种很有效的实验测量手段。     

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。     

An improved method for shape measurement using two-dimensional digital image correlation

Shape measurement is a significant application of digital image correlation (DIC). An improved method that combines a rotatable plane mirror is proposed to measure the shape of an immovable object. In this method, two images, one before and the other after rotating the plane mirror, are obtained and then in-plane translation which related to the shape of the detected object can be calculated by the use of two-dimensional digital image correlation (2D DIC). The relationship between the in-plane translation and the shape of the object is described. Experimental results show that the proposed method is feasible for shape and distance measurement with high accuracy.     

用激光干涉法测量长度的智能化处理技术研究

介绍利用激光干涉与数字图像处理技术以及应用FFT分析干涉涤纹方法，分析并解决测量端面长度标准中条纹图的处理技术。应用这种方法不但提高了测试过程的自动化程度，而且大大地提高了测量精度。文中给出了最典型的端面长度标准量块的干涉条纹小数部分的实测结果。     

油管位置光电检测技术的研究

本文提出了一种测量汽车油管位置的方法。该方法采用平行光投影的光学系统，以高分辨率面阵CCD成像，通过数字信号处理(DSP)系统进行图像采集与处理，处理速度快，可以实现实时处理。在图像处理中，采用合适的边缘检测方法，提高了测量精度。数据处理中采用了最小二乘法拟合曲线，可以精确的拟合出油管像的曲线。与理论曲线相比较，就可以有效地测量油管的位置。     

基于数字图像的高精度面内转角测量方法

针对科研与工程中转角测量优于5″的高精度要求,提出了一种用直线做特征标志的基于图像的测量方法。用高分辨率相机采集被测物上长直线标志,通过高精度检测图像上直线的倾斜角度来计算转角。分析了基于图像高精度角度测量中出现的多种原来无需考虑的影响精度的因素。给出了角秒级角度测量时直线的拟合检测算法以及直线标志的成像宽度、长度、与采样方向的角度等参量的选择应满足的条件。仿真和实验结果表明直线宽度5~9 pixel,直线方向避开与采样方向成0°和45°角时角度检测精度达到最优,当直线长度不小于1000 pixel时测量精度优于5″。