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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 一種基于激光測(cè)量技術(shù)的應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)
- 來(lái)源：
- 第十一屆“挑戰(zhàn)杯”國(guó)賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 本系統(tǒng)可以完成材料的應(yīng)變測(cè)量，核心技術(shù)是一種新型激光引伸計(jì)。不同于傳統(tǒng)的激光引伸計(jì)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(cè)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(jiǎn)便，算法簡(jiǎn)單，以及對(duì)環(huán)境條件要求低。
- 詳細(xì)介紹：
- 本系統(tǒng)發(fā)明的非接觸式引伸計(jì)，使用標(biāo)記引出形變，利用激光傳播路徑的特性來(lái)獲取位移的變化。據(jù)信，世界范圍內(nèi)尚無(wú)對(duì)此方法的研究。 與應(yīng)變片等接觸式引伸計(jì)相比，除了精度更高，本系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)更在于可應(yīng)用于微小試樣、柔性材料、變溫環(huán)境和大形變實(shí)驗(yàn)等情況。 在各類非接觸式引伸計(jì)之中：相較于傳統(tǒng)的激光引伸計(jì)，本系統(tǒng)不利用激光的反射或者干涉，由此對(duì)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(jì)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(yán)格的特殊光照條件，算法簡(jiǎn)單。 綜上所述，本系統(tǒng)是一種新穎的應(yīng)變測(cè)量方法，不僅精度高、應(yīng)用范圍廣泛，而且價(jià)格低廉。更重要的是其首創(chuàng)性，打破了國(guó)外對(duì)于應(yīng)變測(cè)量的技術(shù)壟斷。
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 發(fā)明目的： 設(shè)計(jì)一種既可解決接觸式引伸計(jì)無(wú)法對(duì)柔性、大形變或者微型試樣進(jìn)行形變測(cè)量等難點(diǎn)，又能克服激光引伸計(jì)和視頻引伸計(jì)等已有非接觸式引伸計(jì)造價(jià)昂貴、環(huán)境條件苛刻、算法復(fù)雜等缺陷的新型引伸計(jì)，不僅有很大的工程應(yīng)用前景，也打破了國(guó)外對(duì)應(yīng)變測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)的壟斷。 基本思路： 將試樣實(shí)驗(yàn)區(qū)間的形變轉(zhuǎn)化為標(biāo)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(yīng)變。 創(chuàng)新點(diǎn)： （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(jìn)行的復(fù)雜分析和矯正； （2）測(cè)量精度和適用的材料范圍不輸傳統(tǒng)的非接觸式引伸計(jì)，但其造價(jià)低廉許多。 技術(shù)關(guān)鍵： 本系統(tǒng)中的激光引伸計(jì)是技術(shù)核心。在激光帶的變化與試樣形變之間需由標(biāo)記的位移來(lái)過(guò)渡信號(hào)，因此要保證標(biāo)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(biāo)： 單臺(tái)激光器測(cè)量范圍為33mm（雙臺(tái)理論上不限），精度等級(jí)為1級(jí)（參考標(biāo)準(zhǔn)DIN EN ISO 9513），分辨力為1μm，最小測(cè)量長(zhǎng)度1mm，誤差±2μm，最大采樣頻率2400Hz，激光安全等級(jí)為2M（不需要額外的保護(hù)措施）。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 作品的先進(jìn)性和科學(xué)性: 檢索主要的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)，尚未了解到有利用激光直線傳播的特性測(cè)量形變的相關(guān)研究。相較于接觸式引伸計(jì)，本系統(tǒng)可在其難以被應(yīng)用的柔性材料、大形變實(shí)驗(yàn)、變溫環(huán)境和微小試樣等情況下進(jìn)行精確測(cè)量；相較于非接觸式引伸計(jì)，本系統(tǒng)有著同水平的技術(shù)指標(biāo)，而其優(yōu)勢(shì)是成本低、操作簡(jiǎn)便、對(duì)環(huán)境要求不高。 技術(shù)性分析說(shuō)明： 測(cè)量范圍：形變值大于1mm。與一般的非接觸式引伸計(jì)在同一量級(jí)；一般的接觸式引伸計(jì)應(yīng)變極限為2%左右。 適用材料：普遍適用。一般的接觸式引伸計(jì)不能用于微小試件、柔性材料，或大形變實(shí)驗(yàn)。 測(cè)量精度：±2μm。一般來(lái)說(shuō)，視頻引伸計(jì)為±4μm，激光引伸計(jì)為±2μm，應(yīng)變片誤差一般為2%。 特殊實(shí)驗(yàn)要求：無(wú)特殊要求。視頻引伸計(jì)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(jì)需在安靜、清潔的暗室中進(jìn)行測(cè)量；應(yīng)變片的實(shí)驗(yàn)結(jié)果隨溫度變化而變化。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無(wú)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)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(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 使用說(shuō)明： 該系統(tǒng)可進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)采集記錄、靜動(dòng)態(tài)測(cè)量以及繪制應(yīng)力應(yīng)變曲線和計(jì)算材料的彈性模量。 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)： 本系統(tǒng)的特點(diǎn)在于發(fā)明了利用激光直線傳播進(jìn)行形變測(cè)量的新型激光引伸計(jì)。相較于利用光干涉或光反射的傳統(tǒng)引伸計(jì)，其造價(jià)低、對(duì)環(huán)境要求不高，且操作簡(jiǎn)便；相較于接觸式引伸計(jì)，則有著適用材料廣泛，測(cè)量精度高的優(yōu)勢(shì)。 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(yīng)變測(cè)量。由于相較傳統(tǒng)非接觸式引伸計(jì)更有優(yōu)勢(shì)，尤其可應(yīng)用于更低廉的接觸式引伸計(jì)不適用的柔性材料、大形變實(shí)驗(yàn)、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(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)： 應(yīng)變測(cè)量廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)之中。本方法的技術(shù)指標(biāo)達(dá)到傳統(tǒng)非接觸式引伸計(jì)水平，而較其有多方面的優(yōu)勢(shì)，如果定位于分割激光引伸計(jì)和視頻引伸計(jì)市場(chǎng)，會(huì)有很大的經(jīng)濟(jì)前景。
同類課題研究水平概述
- 在材料的力學(xué)行為實(shí)驗(yàn)中通常將材料做成標(biāo)準(zhǔn)試樣，借助引伸計(jì)獲取試樣形變。引伸計(jì)是測(cè)量構(gòu)件及其他物體兩點(diǎn)之間線變形的一種儀器?？煞譃榻佑|式引設(shè)計(jì)和非接觸式引伸計(jì)兩大類。本系統(tǒng)采用的新型激光引伸計(jì)是一種非接觸式引伸計(jì)。檢索主要的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)，尚未了解到有利用激光直線傳播的特性測(cè)量形變的相關(guān)研究。 （1）接觸式引伸計(jì)主要包括電阻應(yīng)變片和機(jī)械式引伸計(jì)： ①電阻應(yīng)變片 測(cè)量精度：電阻應(yīng)變計(jì)測(cè)量常溫下的靜態(tài)應(yīng)變時(shí)，靈敏度和精確度高，可分辨到一個(gè)微應(yīng)變，一般精度為1%～2%。 適用范圍：對(duì)于柔性材料、變溫環(huán)境、微小試樣和大形變實(shí)驗(yàn)難以測(cè)量。特殊的大應(yīng)變電阻應(yīng)變計(jì)可測(cè)到結(jié)果為20％的應(yīng)變值。 ②機(jī)械式引伸計(jì)（杠桿式引伸計(jì)） 測(cè)量精度：示值精度為1um，放大倍數(shù)一般可達(dá)1000倍以上。 適用范圍：除受電阻應(yīng)變片類似的范圍限制之外，所測(cè)材料的剛度必須足夠大，否則材料受引伸計(jì)作用產(chǎn)生的應(yīng)變將導(dǎo)致誤差。 （2）非接觸式引伸計(jì)主要包括激光引伸計(jì)和視頻引伸計(jì) ①視頻引伸計(jì) 測(cè)量精度：配備不同焦距的鏡頭，可獲得各種量程和精度。美國(guó)INSTRON公司的視頻引伸計(jì)為單鏡頭固定式，視野范圍50mm-500mm，最大誤差為伸長(zhǎng)的0.5%；GALDABINI公司的視頻引伸計(jì)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(zhǎng)春科新公司的視頻引伸計(jì)視野范圍50mm-1000mm，測(cè)量誤差為4μm。 適用范圍：視頻光學(xué)引伸計(jì)應(yīng)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(jì)不能測(cè)量的金屬箔、線絲、塑料薄膜等材料變形測(cè)量。 ②激光全息干涉技術(shù)（干涉式激光引伸計(jì)） 測(cè)量精度：精度等級(jí)為1級(jí)（參考標(biāo)準(zhǔn)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(jì) 測(cè)量精度：精度等級(jí)為1級(jí)（參考標(biāo)準(zhǔn)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。
