[发明专利]基于双向视场分离的高精度双轴光学引伸计及测量方法

说明书

本发明公开了光学引伸计技术领域的一种基于双向视场分离的高精度双轴光学引伸计及测量方法，旨在解决现有技术中受测试时试样离面位移的影响，光学引伸计的应变测量精度不高的技术问题。远心镜头安装在数字相机上；四棱锥的每个侧面对应设置一个等边直角棱镜，其中两个等边直角棱镜沿水平向布置，另两个等边直角棱镜沿竖直向布置；被测样品表面的每个标距点上的漫射光场被四个等边直角棱镜分别反射至四棱锥的四个侧面上，再被四棱锥的侧面分别反射后以平行于所述远心镜头的光轴的方向进入远心镜头中；远心镜头对被测样品表面的每个标距点进行成像，数字相机拍摄将图像传输至数据处理装置；数据处理装置获取被测样品表面的局部均匀双向应变信息。

技术领域

本发明属于光学引伸计技术领域，具体涉及一种基于双向视场分离的高精度双轴光学引伸计及测量方法。

背景技术

弹性模量和泊松比是材料的两个基本弹性常数，在结构设计与仿真中扮演着十分重要的作用，为了得到这两个参数，必须对材料的横向应变与轴向应变进行准确的测量。当前最常见的双向应变测试手段是粘贴直角应变花和采用双轴电子引伸计，这些方法在测量时需要在被测试样上安装元器件，容易给试样造成损伤，使得这些方法不适用小尺寸、大变形尤其是柔性材料的检测。光学应变测试方法主要以光学（视频）引伸计为代表。然而，受测试时试样离面位移的影响，以及相机分辨率的限制，当前光学引伸计的应变测量精度常常不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于双向视场分离的高精度双轴光学引伸计及测量方法，以解决现有技术中受测试时试样离面位移的影响，光学引伸计的应变测量精度不高的技术问题。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于双向视场分离的高精度双轴光学引伸计，包括：数据处理装置、数字相机、远心镜头、四棱锥和四个等边直角棱镜；所述远心镜头安装在所述数字相机上；所述四棱锥的每个侧面对应设置一个所述等边直角棱镜，其中两个所述等边直角棱镜沿水平方向布置，另两个所述等边直角棱镜沿竖直方向布置，每个所述等边直角棱镜与所述四棱锥的距离相等，所述四棱锥的底面与所述远心镜头的光轴垂直；被测样品表面的每个标距点上的漫射光场被四个所述等边直角棱镜分别反射至所述四棱锥的四个侧面上，再被所述四棱锥的侧面分别反射后以平行于所述远心镜头的光轴的方向进入所述远心镜头中；所述远心镜头根据接收到的光线，对被测样品表面的每个标距点进行成像，并在所述数字相机靶面上形成数字图像；所述数字相机拍摄所述数字图像并将所述数字图像传输至所述数据处理装置；所述数据处理装置包括相关运算模块和后处理模块，相关运算模块根据接收到的数字图像获取指定标距点沿着测量方向的位移信息；后处理模块利用相关运算模块获取的位移信息，结合指定标距点的间距信息获得被测样品表面的局部均匀应变信息。

进一步地，所述四棱锥和四个所述等边直角棱镜固定在一块固定板上，所述固定板安装在所述远心镜头上。

进一步地，所述四棱锥的每组相对侧面均互相垂直。

进一步地，所述远心镜头为物方远心或双侧远心镜头。

进一步地，所述数字相机安装在可调支架上。

进一步地，被测样品表面的水平方向均匀应变大小为(x₂-x₁)/s_H，x₁和x₂分别为第一和第二标距点沿着水平方向的位移，s_H为第一和第二标距点的初始间距，竖直方向均匀应变大小为(y₂-y₁)/s_V，y₁和y₂分别为第三和第四标距点沿着竖直方向的位移，s_V为第三和第四标距点的初始间距。

一种基于双向视场分离的高精度双轴光学引伸计的应变测量方法，包括：