一種雙顯微數字散斑應變測量方法
2023-11-05 15:51:22
專利名稱：一種雙顯微數字散斑應變測量方法
技術領域：
本發明涉及結構件的應力、應變的測量方法，尤其是應用光電子技術的應 變測量方法。
背景技術：
在我國眾多公路網中，存在成千上萬大大小小的在役橋梁需要進行安全檢
測。同時每年都有大量新建橋梁需要通過質量安全驗收。目前，雖然已經有X 射線、CT、超聲波探測及在構件內埋設光纖等檢測手段對建築物關鍵部位的應 力、應變進行檢。然而，由於測試量大，測試成本高，許多技術在工程現場難 於實現，以至於目前仍然大量採用貼應變片一類傳統電測檢測手段對橋梁的承 載能力進行測試。由於該方法需要在大型橋梁上布置成百上千的測試點進行維 護調試測量,從而使得檢測周期長，檢測費用高，需要浪費大量的財力、人力、 物力，對於在役橋梁的安全檢測更是無法展開。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種雙顯微數字散斑應變測量方法，其 檢測周期短，資源耗費量少；檢測費用低，經濟效益可觀；實施方便，便於廣 泛應用。
解決本發明的技術問題所釆用的方案是將兩個為一組的帶顯微鏡頭的 CCD裝於固定平臺上，測量時在被測物表面製作散斑場，由雙CCD同步釆集 被測物兩點間標距內的受載前、後的散斑圖像，傳輸入PC機中由相關處理軟體 進行運算，得到被測物的力學參量。
本發明的技術方案還包括顯微鏡的鏡簡上帶有調焦裝置，它由鏡簡上組 裝的調焦導軌和調焦手輪連接而成，可方便地調整焦距，在CCD上獲取被測點 的最佳圖象；當對建築構件進行測量時，CCD的固定平臺須與待測構件成一個 統一體，可以消除震動對測量精度的影響。
本發明雙顯微數字散斑應變測量方法中所涉及的數字散斑相關運算的基本 思想是由CCD攝像機記錄被測物體變形前後的兩幅散斑圖，經計算機A/D轉換 得到兩個灰度場，在變形前物體表面某點屍的灰度場為P(x，力，在變形後物體 表面的灰度場為P0c + ",y + v)，其中"、v為變形位移量。現在的問題將變形測 量問題轉化為兩個灰度場的相關搜索和相關識別的數值計算過程來實現物 體變形中位移量"和v的測量。在作相關運算時，首先在變形前的散斑場中選 定一個子集區A作為測量的參考子區域。然後，在變形後的散斑場中搜索與參
考子區域相對應的子集B，子集大小為mxm像素。根據概率與統計理論，兩子 集相關係數定義為
若兩子集完全相關，^笑系、為c-l，若m相關係數會有所下降，測 量中通過相關搜索找到相關係數C最大值時對應的變形量即為要求的實際變形 位移量。按照上述數字散斑相關方法的基本思想完成散斑相關處理軟體的編寫， 測量中只需將橋梁受載前後所釆集到的兩幅散斑圖通過軟體計算，便可得出橋 梁因受載變形而產生的位移量。
由材料力學可知材料因受力而產生的應變量5 =，，其中丄為材料的 原長，M為材料在受力過程中材料的伸長或壓縮量。本發明中假設材料受
力前材料上某點P的標為&，材料上距離P點長度為丄的另一點0點的坐為 A,顯然有丄=^_^。材料受力變形後屍點坐標移至:co ,位移變化量
Ax0 = x'o - x。 ； 0點坐標移至X'i，位移變化量Aj^ = x、 - ^ 。則在標距為 丄的長度範圍內材料因受力而伸長或壓縮量為A丄=Ax, - A;c。，材料長度丄
內的平均應變量^ = ^^。本發明一種雙顯微數字散斑應變測量方法中
兩CCD之間的距離是固定的，其標距為丄。因此，只要通過數字散斑測量軟體 計算出每個CCD受載前後因變形而產生的位移量Ax ，便可通過相應的數值計算 對橋梁構件的應變、應力、彈性模量相關力學量進行測量，從而對橋梁結構的 安全性能做出快速評估。
本發明的有益效果是
① 檢測周期短，資源耗費量少。該方法只需在檢測橋梁的關鍵部位架設雙 CCD圖像釆集裝置在橋梁受載前後釆集相應的散斑圖像即可實現檢測，因此檢 測周期短，只需短短幾天即可完成檢測任務。而傳統電測法則需在橋梁剛開設 架設時就要進行應變片的貼放及線路的布置，直到橋梁架設完畢，因此其檢測 周期往往需要花費幾個月甚至更長的時間，耗費的人力、物力較大。
② 檢測費用低，經濟效益可觀。傳統電測法對於一座中型橋梁的檢測費用 大概在50 60萬左右，而對於大型、特大型橋梁的檢測費用則需要上百萬。本 發明對於一座中型橋梁的檢測費用大概只需要10萬元左右，而對於大型、特大 型橋梁其檢測費用不會超過50萬。因此，該方法所帶來的經濟效益和社會效益 不可估量。
③ 實施方便，便於廣泛應用。該方法不僅能對新建橋梁進行檢測，還能廣 泛用於在役橋梁的安全檢測，這是目前傳統檢測手段所力所不及的地方。
④測量精度和靈敏度較高。在測量形變位移量時，其測量精度可以達到0.4 個微應,即微米數量級。
綜上所述，本發明所採用的方法有效地克服了目前橋梁檢測中釆用的電測 法所帶來的檢測周期長、耗費資金量大，以及對於在役橋梁的檢測無從開展等 不利因素的影響，同時也克服了近幾年來所出現的一些較為先進的檢測手段不 能在橋梁檢測中得以廣泛應用這一尷尬局面。本發明為橋梁建築安全檢測部門 提供一種高效檢測方法，在為橋梁檢測部門節省大量財力、人力和物力的同時 還可以大大提高橋梁檢測部門對於新建和在役橋梁的安全檢測效率。
圖1是本發明的CCD顯微鏡測量裝置示意圖； 圖2是大型建築構件現場實測裝置布置圖； 圖3是普通構件的實測示意圖； 圖4是金屬絲實測示意圖。
圖中各標號依次表示CCD固定平臺1、 CCD2、調焦導軌3、調焦手輪4、 鏡簡5、顯微鏡頭6、橋面固定螺拴7、測量橋面8、多通道圖像釆集卡9、 PC 機IO、數據採集信號線ll、電源線12、力學實驗加載架13、有機玻璃試件14、 金屬絲15、砝碼16。
具體實施例方式
實施l:對大型橋梁構件微應變的測量。如附圖2所示，將兩個為一組的 帶顯微鏡頭6的CCD2裝於固定平臺l上，根據測量的需要設置多組這樣的雙 顯微CCD數字檢測裝置，再把CCD 2的固定平臺1與測量橋面8用橋面固定 螺拴7連接成一個統一體。在測量橋面8上噴油漆制斑構成相關性能較好的散 斑場，調整鏡簡5的調焦手輪4，達到最佳圖象效果，由雙CCD2同步釆集被 測物兩點間標距內的受載前、後的散斑圖像，通過多通道圖像釆集卡9將數據 傳輸入PC機10中，由相關處理軟體進行運算，就可得到被測物的力學參量。
實施2:對有機玻璃試件微應變的測量。如附圖3，有機玻璃加工成標準試 件，有機玻璃試件14噴油漆制斑構成相關性能較好的散斑場；試件另一端貼應 變片。試件、雙顯微數字散斑應變裝置同置於力學實驗加載架13上作拉伸實驗， 實驗中用雙顯微數字散斑應變測量方法和電測法對試件拉伸過程中微應變進行 比較測量，其測量結果完全趨於一致。
實施3:對有機玻璃試件微應變的測量。如附圖4所示，與上述實例方法 相同，將本發明雙顯微數字散斑應變測量方法和光槓桿測量方法在每次增加載 荷0.5kg砝碼的載荷下同步測量金屬絲彈性模量,所測金屬絲彈性模量相對誤差 小於3%。。
權利要求
1、一種雙顯微數字散斑應變測量方法，其特徵是將兩個為一組的帶顯微鏡頭的CCD裝於固定平臺上，測量時在被測物表面製作散斑場，由雙CCD同步採集被測物兩點間標距內的受載前、後的散斑圖像，傳輸入PC機中由相關處理軟體進行運算，得到被測物的力學參量。
2、 按權利要求l所述的雙顯微數字散斑應變測量方法，其特徵是顯微鏡的鏡簡上帶有調焦裝置。
3、 根據權利要求1和2所述的雙顯微數字散斑應變測量方法，其特徵是 對建築構件測量時，CCD的固定平臺須與待測構件成一個統一體。
全文摘要
一種雙顯微數字散斑應變測量方法。本發明涉及結構件的應力、應變的測量方法，尤其是應用光電子技術的應變測量方法。本發明是將兩個為一組的帶顯微鏡頭的CCD裝於固定平臺上，測量時在被測物表面製作散斑場，由雙CCD同步採集被測物兩點間標距內的受載前、後的散斑圖像，傳輸入PC機中由相關處理軟體進行運算，得到被測物的力學參量。本發明檢測周期短，資源耗費量少；檢測費用低，經濟效益可觀；實施方便，便於廣泛應用。同時，該方法還可用於其它大型建築諸如房屋、大壩等安全性能的檢測和評估。
文檔編號G01B9/04GK101182989SQ20071006597
公開日2008年5月21日 申請日期2007年6月19日 優先權日2007年6月19日
發明者吳加權, 琨 馬 申請人:昆明理工大學