[发明专利]一种基于红外热成像技术的高速位移测量方法及测量装置

说明书

本发明提供一种基于红外热成像技术的高速位移测量方法，在摆杆上设置金属块作为发射源，由镜头捕捉其运动轨迹，转化为图像，将金属块标志的热图像特征与背景分离出来，金属块的热图像的运动轨迹就是智能检测仪在打击试样的高速过程中所发生的位移，从而直接、精确地测量出每一个采样时刻内智能检测仪在打击试样的高速位移，更具真实性、可靠性，从而能够计算出每一个采样时刻中金属试样的冲击吸收功。

技术领域

本发明属于动态断裂力学性能的分析与测试领域，尤其涉及一种基于红外热成像技术的高速位移测量方法及测量装置。

背景技术

金属结构件服役条件的安全评估以其抗断能力的检测采用智能检测仪对金属试样施加载荷力来完成，智能检测仪对力学试样实施动态加载，并同时采集动态力、时间信号，由数据处理系统完成数据处理及最后的动态断裂力学性能分析。

传统的动态试验机为普通摆锤式冲击试验机，只能记录试样一次打断后的冲击吸收功，无法记录动载荷条件下试样的断裂过程，更无法获得材料的动态断裂韧度。

为了满足新材料的研究需要、满足工程设计及安全评估的需要，不但要记录打断试样的冲击吸收功，同时记录冲断过程中试样的力—位移曲线，该曲线可以用于分析试样在动载荷作用下的断裂过程。

对于位移的测量并未有太好的方法，智能检测仪的位移测量采用载荷-时间曲线间接得到，不是直接测量的结果。究其原因是由于测量手段的局限性及位移信号的特殊性。

国内外对于智能检测仪的位移传感器的研制多采用旋转编码器经倍频细分，与载荷传感器采样电路同步采集，即在进行载荷采样的同时采集由旋转编码器产生的角度信号，再由l＝w*R得到位移，但是由l＝w*R得到的位移有以下几个缺点：

(1)细分电路非常易受到干扰信号的影响，1倍细分不会受到干扰，但2倍，4倍细分就非常容易受到干扰，细分电路出现乱码，造成数据不准确。

(2)R是摆长，是冲击试验机的几何打击中心，而实际冲击试验机在加工制造过程中的质心往往或多或少要偏离R，R’为实际的摆长，R’由单摆测量得到，所以R’本身就存在一定的误差。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种基于红外热成像技术的高速位移测量方法，在摆杆上渗透铜块作为发射源，由镜头捕捉其运动轨迹，转化为图像，将铜块标志的热图像特征与背景分离出来，铜块的热图像的运动轨迹就是智能检测仪在打击试样的高速过程中所发生的位移，从而精确地测量出高速位移。

一种基于红外热成像技术的位移测量方法，包括以下步骤：

步骤1：在位移智能检测仪的运动摆杆上的杆体上设置金属块，同时在运动摆杆的自由端设置摆锤，其中金属块作为红外成像发射源，摆锤用来打击放置在运动摆杆下方的金属试样；

步骤2：释放运动摆杆，在运动摆杆与金属试样之间的夹角大于设定角度阈值时，采集并存储金属块的基准红外图像；在运动摆杆与金属试样之间的夹角等于设定角度阈值时，按时间顺序采集并存储金属块的原始红外图像序列，其中采集时间至少为30ms；

步骤3：将金属块的原始红外图像序列与金属块的基准红外图像中的金属块轮廓作对比，保留相同部分，剔除不同部分，得到去噪后的金属块红外图像序列；

步骤4：从金属块去噪后的红外图像序列的首帧红外图像开始，依次判别相邻两帧红外图像中金属块所发生的位移，从而得到最终摆锤打击金属试样过程中产生的打击位移。

进一步地，所述依次判别相邻两帧红外图像中金属块所发生的位移，从而得到最终摆锤打击金属试样过程中产生的打击位移，具体方法为：