[實用新型]基于數(shù)字圖像的非接觸式光學(xué)應(yīng)變計

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201020593838.3
• 申請日: 2010-11-05
• 公開（公告）號: CN201852566U
• 公開（公告）日: 2011-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何小元
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責(zé)任公司 32112
• 代理人: 湯志武

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種應(yīng)變測量方法及傳感器，尤其是一種利用數(shù)字攝像技術(shù)實現(xiàn)的基于數(shù)字圖像的非接觸式光學(xué)應(yīng)變測量方法及應(yīng)變計。

背景技術(shù)

長期以來，應(yīng)變測量大多采用電阻應(yīng)變計、光纖應(yīng)變計、半導(dǎo)體應(yīng)變計或機械引伸計等接觸式的傳感方式。這些測量方式不僅給被測試樣以附加質(zhì)量，而且其中有些由于粘接劑的使用在一定程度上也對試樣起到了增強作用，使得這些測量方式在越來越多的生物材料、薄膜材料等試樣的測量方面不能被接受。而目前已商品化的視頻光學(xué)引伸計，雖然利用視頻技術(shù)實現(xiàn)了非接觸測量，但其所能達到的應(yīng)變分辨率卻遠遠不能滿足測量的需要。其絕對變形的分辨力一般都在微米量級，相對變形的分辨率最高也只能達到視場的1/100000，即10個微應(yīng)變(Instron公司的Advanced?Video?Extensometer)。

實用新型內(nèi)容

本實用新型提供一種基于數(shù)字圖像的非接觸式光學(xué)應(yīng)變計，其具有分辨率高和操作方便的優(yōu)點。

本實用新型采用如下技術(shù)方案：

本實用新型所述的一種基于數(shù)字圖像的非接觸式光學(xué)應(yīng)變計，包括：1個公用的鏡頭、與鏡頭相連的焦距調(diào)節(jié)裝置及光圈調(diào)節(jié)裝置，在成像平面上設(shè)有至少2個圖像傳感器。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下優(yōu)點：

本實用新型采用一個公共的成像鏡頭，而在像平面上至少設(shè)置2個圖像傳感器的方法來實現(xiàn)高分辨率的應(yīng)變測量。

本實用新型為了克服現(xiàn)有視頻引伸計和應(yīng)變計測量方式的不足，采用了大像場的測量鏡頭。2至4個相距一定距離的高分辨率圖像傳感器布置在1個共用鏡頭的像平面上，以實現(xiàn)一維、二維應(yīng)變測量和平面應(yīng)變(應(yīng)變花)測量。

本實用新型包括測量鏡頭和與鏡頭相連的2至4個高分辨率CMOS(或CCD)圖像傳感器。通過選用不同的鏡頭可以把試樣表面相距不同距離的2(3或4)個區(qū)域按同一放大倍數(shù)分別成像在2(3或4)個CMOS圖像傳感器上。若選用圖像傳感器的像素尺寸為2.2微米，而采用數(shù)字圖象相關(guān)分析軟件可以使圖像的亞象素分辨力達到0.03像素，對應(yīng)的物理分辨力為2.2×0.03微米，即0.066微米(66納米)。因此，如果2個圖像傳感器之間的距離為66毫米，則與此距離對應(yīng)的應(yīng)變分辨率即為1個微應(yīng)變(百萬分之一)。

本實用新型與現(xiàn)有的采用1個鏡頭和1個圖像傳感器的方案相比有以下不可替代的特點，本實用新型的用于變形測量的空間分辨率有可能提高數(shù)倍甚至1個數(shù)量級。由于本實用新型使用1個鏡頭，雖然像面上圖像傳感器間的距離不能任意縮小，但通過增加鏡頭的放大倍數(shù)可以改變被測目標(biāo)之間的距離到足夠小。而多鏡頭方案，若采用平行布置，則2鏡頭光軸的間距即為被測目標(biāo)間的最小距離；若采用非平行布置，則由于像平面與物平面不平行，將大大增加計算的復(fù)雜性；多鏡頭方案在使用時對于焦距和光圈的調(diào)節(jié)都很難保證不同鏡頭間的一致性，由此引起放大倍數(shù)的誤差和圖像亮度的差別將給測量結(jié)果帶來較大的誤差；本實用新型的系統(tǒng)標(biāo)定要比多鏡頭系統(tǒng)簡單得多。由于應(yīng)變測量的是相對變形，因此，只要傳感器之間的相對位置不發(fā)生改變，即使重新對焦，也無需重新標(biāo)定。

總之，①由于本實用新型采用了多圖像傳感器的測量方案，使得應(yīng)變測量的分辨力達到1個微應(yīng)變；②由于本實用新型選用了大像場、低畸變的測量鏡頭使得測量的畸變校正更為方便可靠；③由于本實用新型采用了4圖像傳感器的測量方案，實現(xiàn)了光學(xué)應(yīng)變花的測量功能；④由于本實用新型采用了數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)進行圖像分析，通常情況下無需在被測表面做任何標(biāo)記。

附圖說明

圖1是本實用新型測量裝置示意圖。

圖2是本實用新型測量方法的流程圖。

圖3是實施例4示意圖。

圖4是實施例5示意圖。

圖5是實施例6示意圖。

圖6是實施例7示意圖。

具體實施方式

一種用于表面應(yīng)變分析的光學(xué)應(yīng)變花，包括1個大像場測量鏡頭1，和與鏡頭1相連的焦距調(diào)節(jié)裝置2及光圈調(diào)節(jié)裝置3，其作用是把被測表面4上的4個定標(biāo)區(qū)域分別成像在4個圖像傳感器上。圖像傳感器5把光學(xué)圖像轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字圖像通過計算機接口送給計算機進行分析。當(dāng)被測表面發(fā)生變形時，計算機不斷獲取被測表面定標(biāo)區(qū)域的圖像，通過目前常用的數(shù)字圖象相關(guān)分析軟件精確分析相鄰2圖像之間4個定標(biāo)區(qū)域的相對變形即可得到被測表面的線應(yīng)變和剪應(yīng)變。

實施例1