[發明專利]適用于微尺度區域應變場與溫度場集成的測量裝置及方法

在審

• 申請號: 202111363211.8
• 申請日: 2021-11-17
• 公開（公告）號: CN114088641A
• 公開（公告）日: 2022-02-25
• 發明（設計）人: 劉戰強;馬凱;王兵;劉浩;趙金富;宋清華
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25;G01N21/19
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 任歡

本發明公開了適用于微尺度區域應變場與溫度場集成的測量裝置及工作方法，解決了現有技術中存在對微尺度形變與溫度無法同步測量的問題，具有實現微尺度區域的同時測量變形場與溫度場的有益效果，具體方案如下：適用于微尺度區域應變場與溫度場集成的測量裝置，包括顯微光譜分離器，顯微光譜分離器包括第一殼體，第一殼體內設置二向色鏡以分離光譜，第一殼體同顯微鏡頭連接，第一殼體的側部還設置有紅外拍攝設備和攝像設備，紅外拍攝設備和攝像設備相垂直設置，顯微鏡頭垂直朝向試驗對象測量區域，入射光從顯微鏡頭進入，由紅外拍攝設備拍攝紅外光下的圖像以便于獲取溫度場信息，由攝像設備拍攝可見光下的圖像以便于獲取應變場信息。

技術領域

本發明涉及材料變形測試技術領域，尤其是適用于微尺度區域應變場與溫度場集成的測量裝置及方法。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本發明相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

深入了解材料動力學和熱力學性能是研究材料變形和加工制造技術的理論基礎。材料塑性變形時大部分應變能以熱的形式向外界耗散。在精確的時空分辨率下，測量材料在劇烈加載過程中的運動場與溫度場，獲得材料劇烈塑性變形中剪切帶形成和剪切區溫升，有助于揭示材料動態變形及失效機理并建立相應材料模型。此外，材料動力學和熱力學機理研究可為材料變形及加工仿真提供數據及理論基礎，并指導開發新型材料加工方法。

材料動態變形往往發生在微小區域(介觀尺度下)和微納秒時間范圍內，動態變形過程的測試及捕獲難度極大。

目前，測量材料變形的方法主要為接觸式測量法，包括應變片測量、引伸計測量和聲學測量等類型。但上述方法均不能進行全場測量和實時測量，并且不適用于測量材料微小區域的形變過程。溫度測量技術主要有熱電偶法和紅外測量法。熱電偶法測量對被測材料進行打孔，破壞了材料結構并且測量精度低，該方法不適用于微小區域的溫度測量。

基于數字圖像相關(DIC)技術的高速攝像機測量材料變形的方法具有非接觸、實時、全場測量和高精度等優點。紅外測量法克服了熱電偶法的缺點并且具有非接觸、實時測量、測量方便等優點。目前，已有學者對于DIC技術與紅外攝像技術組合測量技術進行了研究，但已有的方法僅是將CCD光學相機和紅外熱像儀直接組合使用。

發明人發現現有的平行放置方案只能進行宏觀區域測量。由于顯微鏡頭的視野范圍非常小(小于直徑5mm的圓域)，若僅在攝像機上加裝顯微鏡頭會造成高速攝像機和高速紅外相機測量區域不匹配的問題，從而無法實現微尺度區域溫度場與應變場的同時測量。

另外，高速攝像機和高速紅外相機二者獲取的光沒有進行分離，由于DIC的計算特性，若使攝像機鏡頭非垂直對準測試區域，會造成測試應變場結果不準確的問題。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明的目的是提供適用于微尺度區域應變場與溫度場集成的測量裝置，克服了現有測試方法對微尺度形變與溫度無法同步測量的技術難題，能夠對應變場與溫度場進行高時空分辨率測量，具有測試精度高、結構簡單、操作方便、非接觸、實時和全場景等優點。

為了實現上述目的，本發明是通過如下的技術方案來實現：

適用于微尺度區域應變場與溫度場集成的測量裝置，包括顯微光譜分離器，顯微光譜分離器包括第一殼體，第一殼體內設置二向色鏡以分離光譜，第一殼體同顯微鏡頭連接，第一殼體的側部還設置有紅外拍攝設備和攝像設備，紅外拍攝設備和攝像設備相垂直設置，顯微鏡頭垂直朝向試驗對象測量區域，入射光從顯微鏡頭進入，由紅外拍攝設備拍攝紅外光下的圖像以便于獲取溫度場信息，由攝像設備拍攝可見光下的圖像以便于獲取應變場信息。