[發明專利]一種高溫有氧加載光學測量系統

有效

• 申請號: 201110284129.6
• 申請日: 2011-09-22
• 公開（公告）號: CN102374849A
• 公開（公告）日: 2012-03-14
• 發明（設計）人: 謝惠民;王懷喜
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G01N3/00
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

技術領域

本發明涉及一種高溫有氧加載光學測量系統，屬于光測力學、工程材料、構件變形和位移測試技術領域。

背景技術

隨著航空、航天、動力工業等部門對在役高溫元件的變形實測研究工作的需要，高溫環境下材料和結構的力學性能以及變形狀態和破壞機理日益受到科研人員的重視。在許多航空航天工程領域，高溫材料及結構長期在高溫有氧環境下工作，因此在模擬實際的工作環境下對高溫材料及結構的力學性能測試對航空及航天飛行器的安全性研究起著指導性的作用。因此發展模擬實際工作環境下的變形測量成為實驗力學領域研究人員目前所關注的集中問題。目前高溫測試方法也比較多，傳統的電測方法及高溫引伸計測量方法無法進行全場位移變形場的測量，且都存在溫度過高會引起嚴重的飄移問題。隨著激光技術和現代光學的發展，產生了全息干涉、散斑干涉技術，這些方法在高溫測試領域有了很大發展。本發明是在模擬航天航空領域高溫材料及結構的實際工作環境基礎上，結合數字圖像相關方法和云紋干涉法光學測量方法，發展了一種高溫有氧加載光學測量系統。

發明內容

本發明的目的是提供一種高溫有氧加載光學測量系統，以實現高溫有氧環境下航空航天工程領域高溫材料及結構的力學性能測試。

本發明的技術方案如下：

一種高溫有氧加載光學測量系統，含有加載系統、高溫爐、數據采集與處理系統、氣壓泵、控制及顯示系統；所述的控制及顯示系統包括溫度控制及記錄儀、氧壓控制器、力顯示器、步進電機控制器和步進電機驅動器；所述的加載系統包括步進電機、帶螺紋的連接桿、力傳感器、波紋管、移動試件夾持桿、固定試件夾持桿和加載架；帶螺紋的連接桿的一端與步進電機的輸出軸連接，連接桿的另一端與傳感器的上端連接，傳感器的下端與移動試件夾持桿相連；所述的兩端帶有法蘭的波紋管與高溫爐通過法蘭密封連接，移動試件夾持桿固定在波紋管法蘭上；步進電機控制器通過信號線依次與步進電機驅動器和步進電機相連。所述的高溫爐包括第一石英玻璃觀察窗、第二石英玻璃觀察窗、密封蓋和手柄，在該爐內放置氧壓傳感器、溫度傳感器和試件，力傳感器通過信號線與力顯示器相連；氧壓傳感器通過氣壓泵與氧壓控制器相連；溫度傳感器與溫度控制及記錄儀相連；所述的數據采集與處理系統包括計算機和CCD相機，通過CCD相機記錄不同載荷下試件表面的變形圖像，將變形圖像輸入計算機內進行處理。

本發明的技術特征還在于：所述的加載系統還包括導向機構，導向機構通過鎖緊螺母與帶螺紋的連接桿相連，該導向機構是由滑塊和導塊組成，滑塊沿加載架上下滑動。

所述的控制及顯示系統中的溫度控制及記錄儀、氧壓控制器、力顯示器、步進電機控制器和步進電機驅動器被封裝在一個箱內。

本發明與現有技術相比，具有以下優點及突出性效果：本發明通過模擬航天航空領域高溫材料及結構的實際工作環境，結合數字圖像相關和云紋干涉光學測量方法，建立一種研究航天航空領域材料和結構的力學性能、變形狀態以及破壞機理的高溫有氧加載光學測量系統。該系統操作簡單、可以實現不同溫度、不同氧壓及保護氣環境下高溫材料和結構的變形行為研究。

附圖說明

圖1為本發明的結構原理示意圖。

圖2為本發明的高溫爐和數據采集與處理系統匹配圖。

圖3為本發明的導向機構的結構示意圖。

圖4為圖3的A-A的剖視圖。

圖中：1-加載系統；2-高溫爐；3-數據采集與處理系統；4-氣壓泵；5-控制及顯示系統；6-溫度控制及記錄儀；7-氧壓控制器；8-力顯示器；9-步進電機控制器；10-步進電機驅動器；11-步進電機；12-帶螺紋的連接桿；13-鎖緊螺母；14-導向機構；15-力傳感器；16-帶冷卻液進出口的連接桿；17-波紋管；18-移動試件夾持桿；19-氧壓傳感器；20-溫度傳感器；21-試件；22-固定試件夾持桿；23-加載架；24-計算機；25-CCD相機；26-第一石英玻璃觀察窗；27-第二石英玻璃觀察窗；28-密封蓋；29-手柄；30-滑塊；31-導塊螺母；32-側柱。

具體實施方式

現結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步說明。