基本信息
- 項目名稱：
- 一種基于激光測量技術(shù)的應變測量系統(tǒng)
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本系統(tǒng)可以完成材料的應變測量，核心技術(shù)是一種新型激光引伸計。不同于傳統(tǒng)的激光引伸計利用光反射或光干涉，本系統(tǒng)是利用激光的傳播路徑變化測得位移。本系統(tǒng)在很廣的剛度、溫度和形變范圍內(nèi)都有較高的精度和穩(wěn)定性。而且其成本低廉，操作簡便，算法簡單，以及對環(huán)境條件要求低。
- 詳細介紹：
- 本系統(tǒng)發(fā)明的非接觸式引伸計，使用標記引出形變，利用激光傳播路徑的特性來獲取位移的變化。據(jù)信，世界范圍內(nèi)尚無對此方法的研究。 與應變片等接觸式引伸計相比，除了精度更高，本系統(tǒng)的優(yōu)勢更在于可應用于微小試樣、柔性材料、變溫環(huán)境和大形變實驗等情況。 在各類非接觸式引伸計之中：相較于傳統(tǒng)的激光引伸計，本系統(tǒng)不利用激光的反射或者干涉，由此對環(huán)境的要求低，而且也更加穩(wěn)定可靠，不需要大量的矯正算法；與視頻引伸計相比，由于不需要特制的鏡頭和高精度的CCD，成本低很多，而且不需要嚴格的特殊光照條件，算法簡單。 綜上所述，本系統(tǒng)是一種新穎的應變測量方法，不僅精度高、應用范圍廣泛，而且價格低廉。更重要的是其首創(chuàng)性，打破了國外對于應變測量的技術(shù)壟斷。
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關鍵和主要技術(shù)指標
- 發(fā)明目的： 設計一種既可解決接觸式引伸計無法對柔性、大形變或者微型試樣進行形變測量等難點，又能克服激光引伸計和視頻引伸計等已有非接觸式引伸計造價昂貴、環(huán)境條件苛刻、算法復雜等缺陷的新型引伸計，不僅有很大的工程應用前景，也打破了國外對應變測量關鍵技術(shù)的壟斷。 基本思路： 將試樣實驗區(qū)間的形變轉(zhuǎn)化為標記物兩端的位移變化。引入一條激光帶，利用激光直線傳播的特性，分析激光帶被遮蔽區(qū)之間的距離變化，再經(jīng)算法分析可得到試樣的應變。 創(chuàng)新點： （1）利用激光直線傳播的特性，避免了利用光反射和光干涉所需的苛刻環(huán)境條件，以及需要進行的復雜分析和矯正； （2）測量精度和適用的材料范圍不輸傳統(tǒng)的非接觸式引伸計，但其造價低廉許多。 技術(shù)關鍵： 本系統(tǒng)中的激光引伸計是技術(shù)核心。在激光帶的變化與試樣形變之間需由標記的位移來過渡信號，因此要保證標記與試樣的粘合可靠，誤差可被算法有效的消減。 主要技術(shù)指標： 單臺激光器測量范圍為33mm（雙臺理論上不限），精度等級為1級（參考標準DIN EN ISO 9513），分辨力為1μm，最小測量長度1mm，誤差±2μm，最大采樣頻率2400Hz，激光安全等級為2M（不需要額外的保護措施）。
科學性、先進性
- 作品的先進性和科學性: 檢索主要的文獻數(shù)據(jù)庫，尚未了解到有利用激光直線傳播的特性測量形變的相關研究。相較于接觸式引伸計，本系統(tǒng)可在其難以被應用的柔性材料、大形變實驗、變溫環(huán)境和微小試樣等情況下進行精確測量；相較于非接觸式引伸計，本系統(tǒng)有著同水平的技術(shù)指標，而其優(yōu)勢是成本低、操作簡便、對環(huán)境要求不高。 技術(shù)性分析說明： 測量范圍：形變值大于1mm。與一般的非接觸式引伸計在同一量級；一般的接觸式引伸計應變極限為2%左右。 適用材料：普遍適用。一般的接觸式引伸計不能用于微小試件、柔性材料，或大形變實驗。 測量精度：±2μm。一般來說，視頻引伸計為±4μm，激光引伸計為±2μm，應變片誤差一般為2%。 特殊實驗要求：無特殊要求。視頻引伸計需根據(jù)不同材料的特性安排特殊光照；利用光干涉的激光引伸計需在安靜、清潔的暗室中進行測量；應變片的實驗結(jié)果隨溫度變化而變化。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 有償轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 圖片、視頻、樣品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 使用說明： 該系統(tǒng)可進行應力應變數(shù)據(jù)采集記錄、靜動態(tài)測量以及繪制應力應變曲線和計算材料的彈性模量。 技術(shù)特點和優(yōu)勢： 本系統(tǒng)的特點在于發(fā)明了利用激光直線傳播進行形變測量的新型激光引伸計。相較于利用光干涉或光反射的傳統(tǒng)引伸計，其造價低、對環(huán)境要求不高，且操作簡便；相較于接觸式引伸計，則有著適用材料廣泛，測量精度高的優(yōu)勢。 適用范圍及推廣前景： 本系統(tǒng)可普遍用于各類材料、各型試樣的應變測量。由于相較傳統(tǒng)非接觸式引伸計更有優(yōu)勢，尤其可應用于更低廉的接觸式引伸計不適用的柔性材料、大形變實驗、變溫環(huán)境和微小試樣等情況。由此有著廣闊的推廣前景。 市場分析和經(jīng)濟效益預測： 應變測量廣泛應用于科學研究和工業(yè)生產(chǎn)之中。本方法的技術(shù)指標達到傳統(tǒng)非接觸式引伸計水平，而較其有多方面的優(yōu)勢，如果定位于分割激光引伸計和視頻引伸計市場，會有很大的經(jīng)濟前景。
同類課題研究水平概述
- 在材料的力學行為實驗中通常將材料做成標準試樣，借助引伸計獲取試樣形變。引伸計是測量構(gòu)件及其他物體兩點之間線變形的一種儀器。可分為接觸式引設計和非接觸式引伸計兩大類。本系統(tǒng)采用的新型激光引伸計是一種非接觸式引伸計。檢索主要的文獻數(shù)據(jù)庫，尚未了解到有利用激光直線傳播的特性測量形變的相關研究。 （1）接觸式引伸計主要包括電阻應變片和機械式引伸計： ①電阻應變片 測量精度：電阻應變計測量常溫下的靜態(tài)應變時，靈敏度和精確度高，可分辨到一個微應變，一般精度為1%～2%。 適用范圍：對于柔性材料、變溫環(huán)境、微小試樣和大形變實驗難以測量。特殊的大應變電阻應變計可測到結(jié)果為20％的應變值。 ②機械式引伸計（杠桿式引伸計） 測量精度：示值精度為1um，放大倍數(shù)一般可達1000倍以上。 適用范圍：除受電阻應變片類似的范圍限制之外，所測材料的剛度必須足夠大，否則材料受引伸計作用產(chǎn)生的應變將導致誤差。 （2）非接觸式引伸計主要包括激光引伸計和視頻引伸計 ①視頻引伸計 測量精度：配備不同焦距的鏡頭，可獲得各種量程和精度。美國INSTRON公司的視頻引伸計為單鏡頭固定式，視野范圍50mm-500mm，最大誤差為伸長的0.5%；GALDABINI公司的視頻引伸計用單鏡頭固定式，視野范圍為50mm-1000mm，最大誤差為0.5um；中科院長春科新公司的視頻引伸計視野范圍50mm-1000mm，測量誤差為4μm。 適用范圍：視頻光學引伸計應用范圍非常廣泛，幾乎適用于所有材料，但需要根據(jù)不同材料的表面特性安排特殊光照。它還可用于一般引伸計不能測量的金屬箔、線絲、塑料薄膜等材料變形測量。 ②激光全息干涉技術(shù)（干涉式激光引伸計） 測量精度：精度等級為1級（參考標準DIN EN ISO 9513）。分辨力1μm。 適用范圍：廣泛適用于各類材料、各型試樣。 ③反射式激光引伸計 測量精度：精度等級為1級（參考標準DIN EN ISO 9513）。分辨力1μm。 適用范圍：廣泛適用于各類材料、各型試樣。
