利用光学方法进行位移、应变、应力测量的新进步--光测力学实验室

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基础光测力学实验室

实验室配置：
TS-SS-P相移剪切电子散斑干涉仪*1、TS-SI-1XP型一维面内位移相移电子散斑干涉仪*1、TS-SI-1ZP一维离面位移相移电子散斑干涉仪*1、DSC-1000型二维数字散斑相关测量仪*1、TS-300-P型相移栅线投影测量仪*1
实验室介绍：
基础光测力学实验系统是本公司最新精心研制的一系列现代光测力学教学仪器。该系统涵盖了散斑干涉法及云纹法的测量仪器。通过一维散斑干涉仪内部光路的优化与改造，我们研制出了测量离面位移，面内位移以及剪切散斑干涉仪，三者的有机结合构成了散斑干涉仪系列；通过对云纹法的研究，我们研制出了栅线投影测量仪，该仪器可快捷有效的测量三维物体的表面形貌，并转换为数据格式存储于计算机中，在工业设计领域有着广阔的发展前景；我们开发的二维数字相关测量仪，通过高素质相机捕获图像，再由软件对像素点进行精确分析和处理，可以测量物体的二维变形场。
应用价值：
相比传统的力学测量方法，光测力学具有非接触、无损、，快速，精确等优势。目前这些光测力学方法已广泛应用于航空、航天、造船、建筑、水利、冶金、核动力、桥梁、生命科学、地下工程、石油机械等领域，是各大高校、科研单位必备力学测试设备。
该实验室配有相应的教学课件，每个课件对应一款设备，课件从原理上阐述了每款实验设备的光学结构，设计思路以及使用方法等内容，高校可以通过开设光测力学课程，让学生了解并掌握这些先进测量技术。而专门为力学实验教学设计的各种试验可以有助于学生对所学知识加深理解，同时也能让学生了解并掌握更多的现代力学测试技术，使光测力学更好地为工程实际服务。
业内解决方案：
（1）通过剪切散斑干涉仪的合理布置，采用热加载的方式可用于检测轮胎气泡缺陷，通过得到的散斑条纹图判断轮胎内部是否存在缺陷。该设备同样可以用于实时检测复合材料，金属焊缝等的微应变；以及贵重文物的保存状况等。
（2）运用数字散斑干涉技术可测量振动幅值，用于结构的动力学分析
（3）通过一维面内和一维离面干涉仪的合理布置，可同时测量物体面内位移和离面位移。
（4）应用投影栅线法测量物体的三维形貌既可以直观地判别被测物的外形，如检查对称性、缺陷检测等，还能得到实际的三维尺寸。

相移剪切电子散斑干涉仪

（TS-SS-P）

剪切电子散斑干涉术是一种测量离面位移导数场的激光干涉测量新技术。它除了电子散斑干涉术(ESPI，ElectronicSpeckle Pattern Interferometry)的许多优点外，还有光路简单，对测量环境要求低等特点。由于剪切电子散斑干涉是测量位移导数，在自动消除刚体位移的同时对于缺陷受载的应变集中十分灵敏，因此被广泛地应用于无损检测（NDT, nondestructive testing）领域。该仪器使用大功率绿色半导体激光器作光源，具有电子散斑条纹实时处理软件，操作方便，便于携带，可用于现场测量。采用相移技术分析条纹，可获得离面位移导数场的全场数据。
技术指标：
1.       光源：半导体激光器，功率20mW，波长532nm
2.       定焦镜头：C接口, 配进口25mm定焦镜头
3.       相机：USB数字摄像头
4.       图像采集分辨率： 1280×1024
5.       条纹分辨率：1/20级条纹
6.     工作距离：400～1000mm
7.     剪切量：0°±5°连续可调
8.     相移控制精度：0.05V
9.     软件：条纹实时显示，图像处理
10.  演示试件：圆盘受均布载荷
11.  原理：利用迈克尔逊干涉光路控制剪切量
主要配置：
1.     主机： 1 台
2.     25mm定焦镜头：1个
3.     TS-1000USB摄像头（内置）：1个
4.     20mW固体激光器：1台
5.     600mm×900mm简易光学平台（不含支架）：1套
6.     圆盘受均布载荷试件：1套
7.     笔记本电脑：1台
8.     条纹实时显示和图像处理软件： 1 套
用途：

教学

用于材料力学和实验力学课程的实验教学。
演示弯曲梁各截面的转角分布测量和复合材料无损检测等

一维面内相移电子散斑干涉仪

(TS-SI-1XP)

一维面内位移相移电子散斑干涉仪能实时观察代表面内位移的干涉条纹，也可通过相移技术获得被测表面的全场位移分布，可满足实验室科研和教学的需要。配以稳定的悬臂梁加载实验装置，使得整个系统稳定可靠，易于调节，能获得很好的教学效果。
技术参数：
1.       光源：半导体激光器，功率20mW，波长532nm
2.       相机：1280×1024 USB2.0数字摄像头。
3.       镜头：配进口25mm定焦镜头。
4.       工作距离：400～800mm。
5.       条纹分辨率：1/20级条纹
6.       相移控制精度：0.05V
7.       最大范围：150mm×150mm
基本配置：
1.     主机：1套
2.     532nm半导体泵浦固体激光器（内置）：1个
3.     C接口镜头（f25mm）AVENIR，1个
4.     TS-1000USB摄像头（内置）：1个
5.     600mm×900mm简易光学平台（不含支架）：1套
6.     悬臂梁加载装置：1套
7.     相移器：1套
8.    条纹实时显示软件、图像处理软件：1 套
9.    品牌液晶台式电脑：1套(双核处理器;2GB内存;500GB硬盘;19寸宽屏液晶显示屏)
用途：可用于二维位移场的高精度测量。
教学

用于材料力学和实验力学课程的实验教学。

可以试件的表面变形分布等

一维离面相移电子散斑干涉仪

(TS-SI-1ZP)

一维离面位移相移电子散斑干涉仪能实时观察代表离面位移的干涉条纹，配以稳定的三点弯曲梁加载实验装置和圆盘受均布载荷（气压）或集中力实验装置，使得整个系统稳定可靠，易于调节，可以获得很好的教学效果。
技术参数：
1.       光源：半导体激光器，功率20mW，波长532nm
2.       相机：1280×1024 USB2.0数字摄像头
3.       工作距离：400～1000mm
4.       相移控制精度：0.05V
5.       镜头：25mm定焦镜头（标配），可选配其他C接口镜头
6.       标准测量范围：Φ250mm，最大测量范围Φ500mm(需配置其他激光器及摄像头)
7.       条纹分辨率：1/20级条纹
基本配置：
1.    主机：1套
2.    TS-1000USB摄像头（内置）：1个
3.    20mW半导体泵浦固体激光器1个
4.    C接口镜(f25mm)AVENIR：1个
5.    圆盘受均布载荷(集中力)实验装置：1套
6.    升降台：3个
7.    相移器：1套
8.    1200mm×800mm自动隔振平台：1套
9.     条纹实时显示软件、图像处理软件：各 1 套
10.  品牌液晶台式电脑：1套(双核处理器;2GB内存;500GB硬盘;19寸宽屏液晶显示屏)
用途：可用于测量被测表面离面位移分布。
教学

用于材料力学和实验力学课程的实验教学。

可演示圆盘受均布载荷时表面离面变形分布等

相移栅线投影测量仪

(TS-300-P)

栅线投影测量技术可以测量物体的表面三维形貌，通过测量不同状态下形貌的变化就可以测量物体的三维变形。栅线投影测量具有很大的量程范围，因此，该方法特别适用于大变形测量。同时该仪器采用了正弦栅线和相移技术进行栅线变化的位相分析使得测量分辨率最高可达到X、Y方向最大尺寸的五万分之一。
主要技术指标：
1、正弦栅线密度：任意可调
2、 摄像头分辨率：1280×1024
3、 成像镜头：f25mm
4、 三维形貌最大测量范围：X、Y（300mm×300mm），Z（100mm）
5、 测量分辨率（X、Y最大尺寸的）：1/1000（X、Y方向），1/20000（Z方向）
6、 测量距离（f25镜头）：300mm～1200mm
7、 标定系统分辨率（Z方向）：0.01mm
8、 标定最大行程：280mm
基本配置：
1.    主机：1套
2.    TS-1000USB摄像头（内置）：1只
3.    C接口镜头(f25mm)AVENIR：1个
4.    600mm×900mm简易光学平台（不含支架）：1套
5.    大变形梁实验装置：1套
6.    相移器：1套
7.   电动控制标定系统：1套
8.    图像采集软件、图像处理软件： 1 套
9.    品牌液晶台式电脑：1套(双核处理器;2GB内存;500GB硬盘;19寸宽屏液晶显示屏)

用途：用于物体表面三维形貌和变形测量。
教学

用于材料力学和实验力学课程的实验教学。

二维数字散斑相关测量系统

（DSC-1000）

二维数字散斑相关测量系统可用于物体表面二维面内变形测量，尤其适用于大变形的测量。由于该系统可以配备普通变焦镜头，也可以配备显微镜头，因此，该系统能满足宏观和细观二维面内位移测量需要。配以功能强大的二维数字散斑相关处理软件，使得该系统能满足大型结构、材料试样等表面的全场变形测量，获取表面应变分布。根据立体视觉的原理，用两台二维测量系统，并配以三维测量软件和三维测量的标定系统，即可构成一套表面三维变形测量系统。
主要技术指标：
1.       有效测量面积：50×70mm[sup]2[/sup]～250×350mm[sup]2[/sup]。
2.       有效测量距离：0.5m～2.5m
3.       系统分辨率：优于0.02像素（2/100000）
4.       应变分辨率：150微应变
5.       演示试件： 三点弯曲梁演示位移互等定理。
6.       相机：1280×1024 USB2.0 数字摄像头。
7.       USB摄像头:配进口25mm定焦镜头
8.       照明系统：LED光源
9.       X、Y方向的变形测量是基于Z方向变形为零
基本配置:
1.   TS-1000USB摄像头：1个
2.   C接口25mm定焦镜头：1个
3.   数字散斑相关测量处理软件：1套
4.   LED光源：1套
5.   600mm×900mm简易光学平台（不含支架）：1套
6.   品牌液晶台式电脑：1套(双核处理器;2GB内存;500GB硬盘;19寸宽屏液晶显示屏)
用途：物体表面二维面内变形测量。
教学

用于材料力学和实验力学课程的实验教学。

通过三点弯曲实验演示位移互等定理等