光学测量微应力应变 三维形貌 光测力学实验室宣传册.docx

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光学测量微应力应变三维形貌光测力学实验室宣传册

光测力学实验室

LED数码光弹仪

一维面内位移相移电子散斑干涉仪

一维离面位移相移电子散斑干涉仪

相移剪切电子散斑干涉仪 

二维数字散斑相关测量仪

相移栅线投影测量仪 

云纹干涉仪

卓力特光电仪器（苏州）有限公司

LED数码光弹仪

TST-1003A、TST-1003B、TST-280

简介：

光弹性法是一种光学应力测量方法。

它利用具有双折射性能的透明材料制作成与实际工程结构、部件或零件几何形状相似的模型，并在模型上施加与实际部件相似的载荷，根据光弹性条纹即可计算模型边界和内部各点的应力，再由相似理论换算成原件上的应力，其精度能满足工程设计的要求。

光弹性法可以测量几何形状与载荷条件较为复杂的构件应力，特别是可测量其它方法难以解决的应力集中及内部应力问题。

因而，受到学术和工程领域的青睐。

光弹性更是高等学校力学实验教学的重要内容。

本公司研制的TST-280数码光弹仪通光孔径达280mm，具有起偏镜好和检偏镜的同步旋转功能，可广泛用于科研和教学实验。

TST-1003LED数码光弹仪结构紧凑、操作方便，特别适用于高等学校的力学实验教。

该光弹仪采用了LED光源，能产生稳定的白光和红、绿、蓝三色漫射光源，光源与起偏镜直接连接，阻止了其他杂光对实验的影响，大大降低了对使用环境的要求。

该光弹仪还特别注重学生动手能力的培养，合理的设计更加方便学生动手操作。

学生可以自己动手进行梁弯曲实验、孔边应力集中系数测量、不同切口的应力集中现象等实验分析。

更有利于学生加深对材料力学教学内容的理解和领悟。

技术参数及图例：

TST-1003A（B）型数码光弹仪TST-280型LED数码光弹仪（大光弹仪）

原理示意：

光弹仪光路原理图

单色光条纹/混合光条纹

实验示意及应用范围：

利用应力双折射性质，在工程上可以制成各种机械零件的透明塑料模型，然后模拟零件的受力情况，观察、分析偏振光干涉的色彩和条纹分布，从而判断零件内部的应力分布。

圆盘径向受压实验：

U型块压弯组合实验：

梁的纯弯曲实验：

简支梁弯曲实验：

注：

光弹性方法直观,能直接显示应力集中区域，并准确给出应力集中部分的量值；它不但可以得到便捷应力而且能够求的结构的内部应力。

特别是这一方法不受形状和载荷的限制，可以对工程复杂结构进行应力分析。

一维面内位移相移电子散斑干涉仪

TS-SI-1XP

简介：

电子散斑干涉术是继全息干涉术之后发展起来的一种实验力学新方法。

它舍弃了传统的拍摄冲印照片复杂的湿处理过程，而直接依靠光学成像系统和计算机图像采集处理系统获得干涉条纹。

这种方法在工程上已得到了较广泛的运用。

用于解决工程中的强度和刚度问题，并可用于残余应力测量。

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。

技术参数及图例：

1.光源：

半导体泵浦固体激光器（绿光）,输出功率20mw，波长532nm。

2.相机：

1280×1024USB2.0数字摄像头。

3.镜头：

25mm定焦镜头（标配），可选配其它C接口镜头。

4.工作距离：

400～800mm。

5.相移器：

10nm。

6.条纹分辨率：

1/20级条纹

7.最大范围：

150mm×150mm

8.尺寸：

650mm×430mm×300mm

9.重量：

24kg。

主要配置：

主机：

1套

532nm半导体泵浦固体激光器（内置）：

1个

C接口镜头（f25mm）AVENIR：

1个

TS-1000USB摄像头（内置）：

1只

600mm*900mm光学平台：

1套

悬臂梁加载装置：

1套

条纹实时显示软件、相移软件各一套

原理示意：

当激光照射到漫反射物体表面时,由于产生的散射光的互相干涉,其强度将在空间各点随机起伏,结果会在暗的空间背景上形成许多亮斑粒,即散斑像。

如果物体产生面内变形,可将变形前后物体表面的散斑像相重合就会产生和面内变形量相应的相关条纹,从而可测定出面内变形量。

面内位移光路示意图

U场V场

应用范围：

可用于面内二维位移场的高精度测量：

数字散斑位移检测技术已被广泛地应用于工业检测中,用以提高工业检测的质量和增强对复杂材料性能的认识:

可用来检测几厘米甚至几毫米样品的面内；检测复合生物材料的特性；检测高温物体的热变形；观察透明液体中的物理现象,如在水溶液或凝胶体中晶体形成过程时密度、浓缩梯度的变化等等。

教学：

用于材料力学和实验力学课程的实验教学。

科研：

用于材料和结构的无损检测等。

一维离面位移相移电子散斑干涉仪

TS-SI-1ZP

简介：

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。

技术参数及图例：

1.光源：

半导体泵浦固体激光器（绿光）2.输出功率20mw，波长532nm

3.相机：

1280×1024USB2.0数字摄像头

4.镜头：

25mm定焦镜头（标配），可选配其它C接口镜头

5.工作距离：

400～1000mm

6.相移器：

10nm

7.相移控制精度：

0.01V

8.条纹分辨率：

1/20级条纹

9.最大范围：

Φ250mm

主要配置：

主机：

1套

20mW半导体泵浦固体激光器（内置）：

1个

C接口镜头（f25mm）AVENIR：

1个

TS-1000USB摄像头（内置）：

1只

600mm*900mm光学平台：

1套

圆盘受均布载荷（集中力）实验装置：

1套

条纹实时显示软件、相移软件：

各一套

原理示意：

一维离面测量光路示意图迈克尔逊光路示意图

一维离面位移相移电子散斑干涉仪是基于迈克尔逊干涉仪的原理开发完成的，当物体发生离面位移时，物光和参考光之间光程发生变化，从而使干涉场强度随之产生变化，此时记录下变形前后散斑干涉图样，经过相减处理就可以得到反映位移变化的相关条纹。

变形前变形后相关条纹

应用范围：

可用于测量被测物体表面离面微位移分布

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。

科研：

用于测量任意试件表面的离面位移分布。

相移剪切电子散斑干涉仪 

TS-SS-P

简介：

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，ElectronicSpecklePatternInterferometry）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，因此，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,nondestructivetesting）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。

技术参数及图例：

1.光源：

半导体激光器，功率50mW，波长532nm

2.定焦镜头：

C接口,配进口25mm定焦镜头

3.相机：

1280×1024USB摄像头

4.工作距离：

400～1000mm

5.光学平台：

400mm×900mm

6.图像采集分辨率：

1280×1024

7.实时条纹显示速度：

25帧/s

8.剪切角：

0°±5°连续可调

9.小型光学平台

10.软件：

条纹实时显示，位相分析处理

11.演示试件：

圆盘受均布载荷

12.相移器：

10nm

13.相移控制精度：

0.01V

主要配置：

主机：

1台

25mm定焦镜头：

1个

50mW固体激光器：

1台

400mm*900mm光学平台：

1套

三脚架：

1个

相移控制器：

1套

圆盘受均布载荷试件：

1套

笔记本电脑：

1台

条纹实时显示软件和相移处理软件：

各1套

原理示意：

剪切散斑的基本原理是散斑照相和剪切机理的结合，它是在散斑照相的基础上，通过不同的错位元件，把单光束散斑变为双光束散斑，因而它具有双光束散斑的特性，即原始波面与错位的波面之间将产生干涉。

离面位移梯度测量原理如图2所示，物体A的散斑场经过小剪切棱镜、偏振片和CCD的物镜，在CCD摄像机的靶面上形成两幅错位量为Δ的像，并在CCD靶面上相干涉。

错位散斑光路

图例：

L：

扩束镜

M：

全反射镜

W：

Wollaston棱镜

P：

偏振片

错位散斑干涉法光路图

使用方法：

用均匀的白光作为光源照射在被测物表面，为了便于观察，可将标定纸（图示带有“十”字的卡片）贴在被测物表面，在计算机显示屏上观察并同时调节物距使成像清晰，如图示在错位棱镜的光路中十字形错开成两个像。

将白光光源关闭，打开激光器电源使得其出光。

调节扩束镜，使光均匀扩散在试件表面，将贴在试件上的标定纸拿下，分别采集变形前后干涉图像并实时相减，即可获得全场离面位移导数图像。

±45°方向错位

剪切散斑解包裹后图片

实验案例：

铝蜂窝板激光散斑检测实验

本次实验用的蜂窝板是铝蜂窝板，先后买了厚度为17.45mm和8.5mm的蜂窝板，14.5mm厚的铝蜂窝板尺寸大小为：

长（150mm）；宽（100mm），外边已镶好。

8.5mm厚的铝蜂窝板尺寸大小为：

长（250mm）；宽（200mm），外边未镶。

如图：

14.5mm厚铝蜂窝板8.5mm厚铝蜂窝板

实验步骤：

1.调整仪器设备至正常工作状态；

2.将蜂窝夹芯板固定在实验台上，激光器发出的激光经扩束镜扩束后完整覆盖夹芯板，调整剪切散斑位置，使CCD视野清晰并完整覆盖夹芯板；

3.采用热加载的方式，热源为大功率电吹风，加热使蜂窝板产生离面微变形；

4.在室温下自然冷却，冷却过程中采集散斑干涉条纹图。

实验结果及分析

1、14.5mm厚铝蜂窝板实验结果

未制作缺陷时的散斑图制作缺陷后的散斑图

可以看出，缺陷部位并没有被测试出来。

由此可分析可能由于此蜂窝板太厚，或蜂窝纸与铝板连接的胶水太薄，导致即使去除了蜂窝纸与铝板的连接，影响结果也不是很大。

故实验结果不明显。

2、8.5mm厚铝蜂窝板实验结果

（1）在图示部位给蜂窝板制造出长为33mm的缺陷，测得的图形为：

缺陷部位

（2）在图示部位给蜂窝板制造出48mm的缺陷，测得的图形为：

缺陷部位

经过这两种试验结果的对比，对于厚度较薄的蜂窝板，实验效果明显可见。

注:

要想能够顺利检测出待测物的缺陷，要满足加载后（机械、热、高音频或真空加载）材料不仅能够产生离面位移，而且缺陷两侧材料要能够产生不同的程度地离面位移，才能检测出缺陷的部位，大小。

应用范围：

一般表面变形测量；离面位移测量；面内应变测量；残余应力测量；缺陷检测；密封情况评估；气体泄漏探测……

二维数字散斑相关测量仪

DSC-1000

简介：

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。

技术参数及图例：

1.照明系统：

光纤冷光源150W

2.镜头：

25mm定焦镜头（标配），可选配其它C接口镜头

3.相机：

1280×1024USB2.0数字摄像头

4.系统分辨率：

优于0.02像素（2/100000）

5.有效测量面积：

50×70mm2～250×350mm2

6.有效测量距离：

0.5m～2.5m

7.应变分辨率：

25微应变

8.演示试件：

三点弯曲梁演示位移互等定理

DSC-1000：

主要配置：

TS-1000USB摄像头：

1个

远心镜头：

1个

数字散斑相关测量处理软件：

1套

LED冷光源：

1套

400mm*900mm光学平台：

1套

三脚架：

1套

二维数字相关裂纹监测仪：

原理示意：

应用实例：

应用范围：

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

科研：

用于测量平表面的变形分布

相移栅线投影测量仪

TS-300-P

简介：

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以达到X、Y方向最大尺寸的五万分之一。

技术参数及图例：

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.摄像头分辨率：

1280×1024

5.测量距离（f25镜头）：

300mm～1200mm

6.测量分辨率（X、Y最大尺寸的）：

1/1000（X、Y方向），1/20000（Z方向）

7.三维形貌最大测量范围：

X、Y（300mm×300mm），Z（100mm）

主要配置：

主机：

1套

TS-1000USB摄像头（内置）：

1只

C接口镜头（f25mm）：

1个

400mm*900mm光学平台：

1套

大变形梁实验装置：

1套

条纹实时显示软件、相移软件：

各1套

原理示意：

测试系统原理图

汽车模型及车顶等高线

图像处理后的车顶等高线

应用范围：

由于该系统既可配备10倍变焦远距离显微成像镜头，也可配备普通变焦镜头，使得该系统能同时满足细观及宏观的测量要求。

不仅可用于微电子、生物、微机械等微细结构的形貌及变形测量，也可用于混凝土结构、岩土试样等大型构件表面形貌和变形测量。

云纹干涉仪

简介：

云纹干涉法是80年代初兴起的一种具有非接触测量、可进行全场、时实进行位移分析的高灵敏度大量程的光学测量方法，是一种基于光干涉的方法。

主要用于面内位移的测量，也可用于应变场测量，同时具备实时非接触测量特性，不受试件材料限制。

云纹干涉发的主要特点是量程较大，弹性、塑性破坏时的大应变都可测量。

由于测量可在由原型材料制成的模型上进行，所以能够较准确地模拟原型所经历的各种物理过程，无论静态或动态载荷都适用。

且工作稳定性好，实验设备简单，但灵敏度较低。

技术参数及图例：

原理示意：

云纹干涉光路图云纹干涉法测量装置

已制备在试件表面的高频光栅随试件的变形而变形，当两束准直光以不同的角度照射试件时，由光栅产生的衍射波形成干涉，得到含有物体表面位移信息的条纹图。

弯曲实验的云纹干涉条纹图带圆孔板的云纹干涉条纹图

应用范围：

云纹干涉法是一种非接触测量面内位移和应变场的方法，具有较为广泛的应用范围。

该技术可用于测量复合材料的残余应力；测量微电子封装组件热疲劳，热湿耦合，热载荷引起的变形；可用于非接触测量航空材料在高温状态下的力学性能；还可以应用于材料构件内部的缺陷，裂纹的无损检测。

应用范围非常广泛。