[发明专利]利用高速摄影机和DIC技术非接触检测实时高温岩体传播系数装置

权利要求书

1.利用高速摄影机和DIC技术非接触检测实时高温岩体传播系数装置，其特征在于：利用高速摄影机可视化观察高温岩石端部在应力波作用下产生的位移，利用数字图像相关(DIC)技术计算高速摄影机拍摄得到的影像资料，得到岩石杆端部的位移和速度，进而计算得到实时高温下岩石的传播系数；本装置共分为四部分：发射装置、加热装置、图像采集装置、数据处理装置；圆柱形岩石杆表面喷涂上耐高温散斑，然后放入加热装置中，加热至指定温度；岩石杆左端面与发射装置垂直，图像采集装置中的高速摄影机拍摄角度垂直于岩石杆轴线，并靠近岩石杆右端面；在发射入射杆的瞬间激活高速摄影机；在应力波作用下岩石杆端部会发生随时间变化的位移，每次位移持续时间约为0.2ms，产生的位移约为0.1mm；所采用高速摄影机拍摄帧率为10万帧，单个像素尺寸为20×20μm，本发明需要利用1:1放大倍率微距镜头配合高速摄影机才可实现观测应力波在岩体内产生的移动，此时高速摄影机传感器上成像大小与实际物体大小一致，实际端部产生的0.1mm移动反映到高速摄影机传感器成像中也移动了0.1mm，反映到拍摄图像为移动了5个像素；每次持续0.2ms应力波所产生的0.1mm位移在实际观测画面上表现为20帧画面中共移动了5个像素。

2.根据权利要求1所述的利用高速摄影机和DIC技术非接触检测实时高温岩体传播系数装置，其特征在于：将采集得到的影响资料导入DIC软件中，首先进行1像素分辨率的位移计算，然后进行像素之间的差值得到亚像素精度的位移，得到岩石杆右端面的时间-位移曲线，对位移进行时间求导得到时间-速度曲线。

3.根据权利要求1所述的利用高速摄影机和DIC技术非接触检测实时高温岩体传播系数装置，其特征在于：发射装置包括空气压缩机、发射腔室、测速器、不同长度的入射杆；通过不同的空气压力产生不同的冲击速度，冲击速度由测速器检测得到；通过选用不同长度的入射杆得到不同长度的入射波形；在发射入射杆的时利用测速仪激活高速摄影机进行拍摄。

4.根据权利要求1所述的利用高速摄影机和DIC技术非接触检测实时高温岩体传播系数装置，其特征在于：加热装置包括保温外壳、加热层、石英圆管、耐高温定滑轮；其中加热层为圆柱形，最高加热为800℃，包裹在石英圆管外部；将待加热的岩石杆放入石英管中，石英管为透明耐高温材质，内部装有两个定滑轮用于支撑圆柱形岩石杆，减少岩石杆运动时受到的摩擦，在石英管右侧设置用高速摄影机拍摄时的观察窗，加热过程中两端采用隔热塞密封。

5.根据权利要求1所述的利用高速摄影机和DIC技术非接触检测实时高温岩体传播系数装置，其特征在于：图像采集装置包括高速摄影机和补光灯；其中高速摄影机在拍摄时帧率选择为10万帧，每张照片间隔为0.01ms，拍摄分辨率为256×128像素，像素大小为20μm，拍摄时选用1:1放大倍率微距镜头，对应实际观测区域为5.12mm×2.56mm，采用DIC计算精度为0.2μm，相比实际位移为0.1mm时计算精度很高；由于拍摄帧率很高导致每张照片曝光时间很短，直接拍摄图片较暗，因此采用一盏2000W无闪烁的LED灯进行补光。

6.根据权利要求1所述的利用高速摄影机和DIC技术非接触检测实时高温岩体传播系数装置，其特征在于：数据处理装置为带有DIC分析软件的电脑；首先将拍摄视频的每一帧转换为照片，然后导入DIC分析软件中；首先播撒种子点确定每张图片的相对位置，然后确定每块计算区域大小为12像素正方形，计算区域间隔为6像素，进行计算得到所选择区域的位移场，选择所计算区域中间一点，将位移数据导出，由于每张照片的间隔已知，所以对位移数据进行时间求导得到速度-时间曲线。