电子散斑干涉技术在振动测试中的应用

电子散斑干涉技术是在激光、视频、电子及数字图像处理等基础上发展起来的现代光测技术,具有全场、非接触和灵敏度高等优点,近年来得到了迅速发展.本文介绍了电子散斑干涉法的基本原理和国内外在振动测试领域的最新研究应用进展,分析了尚待解决的一些问题,探讨了未来的发展趋势.     

数字散斑相关法在陶瓷材料准静态破坏 行为研究中的应用

研究了引入高精度数字散斑相关法光学测量技术对A９５ 陶瓷材料在准静态压缩试验中的变形过 程,得到了该材料在压缩变形过程不同时刻的试件表面的全场位移分布,推导出应力应变曲线与材料的本构 关系。与传统方法相比较,数字散斑相关法所具有的非接触、高精度、全场测量等特点,避免了人为干扰,可 以对试件表面全场的变形进行研究。     

散斑干涉条纹图的总变分去噪方法

去除散斑条纹图中的噪声是电子散斑干涉测量技术的关键问题.提出将总变分图像去噪方法应用于电子散斑干涉条纹图滤波过程中,并对保真系数进行了改进.用总变分模型定义图像的能量函数,利用变分法求得满足能量函数的最优解,将图像去噪过程转化为求解偏微分方程的过程.分别对计算机模拟的条纹图和实验获得的条纹图进行了测试,定性和定量分析的结果表明该技术能够在显著滤波的同时保持条纹的对比度.     

数字激光散斑图像的极值位移测量法

通过对数字激光散斑特性的研究,提出了一种利用激光散斑图像的极值点进行二维位移测量的极值位移测量法。该方法采集发生位移前后的两幅数字激光散斑图像,分别寻找它们的极值点,利用极值点之间的相互关系以及极值点对出现概率较高的特点,测量出散斑图像的位移。改进后,该算法能够测量亚像素级的位移,且运算速度较快。     

电子散斑照相技术的研究

本文首次提出电子散斑照相技术的新概念,对散斑图的记录与再现全部由计算机来完成。这一技术既不需要全息干板,显影,定影等照相过程,也不需要光学再现过程,实现了散斑照相的全电子化。因此,该技术不仅可以实时地测量瞬态场,而且不需要暗室及其照相处理过程。这样为散斑照相技术走出先学实验室,实现仪器化创造了条件。有广泛的工程应用前景。本文给出了电子散斑照相的基本原理与实验结果,分析了实验参数对电子散斑照相的影响。     

表面的三维位移的测量研究

本文采用散斑干涉的方法动用矢量的投影变换，对表面形变与位移的测量进行了研究。这种方法是通过测量面内位移来计算空间位移。     

剪切散斑干涉技术的研究

剪切散斑干涉技术是利用相干光照射在粗糙的物体表面,在空间所形成的散斑,实现物体表面位移和变形检测。它具有可以全场测量,光路简单,调节方便,对环境要求低等特点。主要讨论基于迈克耳孙的剪切散斑干涉术的原理及位移导数与条纹之间的关系。通过相关实验证明剪切散斑干涉技术在物体离面位移检测中的准确性和有效性。     

孔径径向扫描白光散斑干涉法的研究

提出了一种用于动态研究的新方法-孔径径向扫描白光散斑干涉法,介绍了两孔和直三孔径向扫描器.该方法是一种非接触式的用于动态测量的白光散斑法.分析了孔径径向扫描白光散斑干涉法的基本原理,给出了白光散斑全场滤波分析的平均光强解析式和实验结果.该方法的优点是利用散斑的调频技术能在一张白光散斑图上记录物体的连续动态变形的信息,在全场滤波分时,能将物体动态变形的信息方便地提取出来,得到清晰的全场白光散斑条纹图.直三孔径向扫描法能得到物体在x方向、y方向和45°方向上的变形信息.在实时全场滤波分析观察时,将滤波孔连续地沿径向扫描,可观察到物体连续动态变形的全过程,从而为物体的动态研究提供了一种新方法.     

混凝土单轴压缩CT观测及三维变形场计算分析

利用微焦点工业CT对混凝土试件单轴压缩过程分阶段进行原位扫描,获得相应的系列CT图像。由数字体散斑法（Digital Volumetric Speckle Photography,DVSP）获得了试件内部三维位移场与应变场。混凝土内部非均匀细观结构可以作为散斑结构成为变形信息的载体用于试件内部变形的测量;通过位移场和应变场的分析,揭示了试件内部变形局部化区域的演化及破坏过程,局部化区域与试件最终破坏面位置相一致。根据试件的体积应变随轴向应力的变化曲线分别定义了小于CT尺度微裂隙和CT尺度裂隙的发育点,分别为峰值应力的54.7 %和82.0 %,这两点同时对应着试件扩容的起始点及塑性变形的起始点。结果表明,DVSP与CT技术相结合能够直观地揭示混凝土试件内部变形局部化产生及发展过程,为三维变形的精细测量及可视化提供了方法。     

利用数字散斑照相术测量面内位移

采用数字图像处理技术直接对双曝光散斑图进行全场分析,获取了杨氏条纹图．通过对条纹图的滤波增强、二值化、细化等操作,提取了条纹周期,实现了物体面内微小位移的测量．实验结果表明,该方法可获得高对比度的散斑干涉条纹,经过数字图像处理,条纹细化无断点和毛刺,有利于条纹判读,提高测量精度,其微位移测量误差小于4％．由于散斑图及条纹图像均是在计算机内存储、处理,实现了散斑照相术的数字化,具有一定的应用价值．     

气流场ESPI载频条纹图的消噪处理与相位提取方法

为拓展ESPI方法在流动可视化测量技术中的应用,对气流场ESPI载频条纹图进行了傅立叶变换、数字全低通滤波,和傅立叶逆变换的处理以消除散斑噪声,并直接将其替换为原散斑相关条纹图,进而成为保留了流场信息的高对比度、低噪声的灰度条纹图,便于提取原散斑图中流动相位信息。根据模拟数据确定了由这两种条纹图互换所引起的空间相移量和相应流场测量中的修正量。提出了用灰度扫描法对互换后的条纹图进行一维灰度扫描,由灰度计算得出气流扰动的一维相位差分布和流场一维温度分布;同时也用FTP法对该图进行了二维相位展开和温度分布计算,亦可对多帧条纹图进行时间轴上的逐点相位提取以计算其他流场参数。结果表明,计算数据与实测符合,方法简单易行,为在气流场参数测量中应用动态ESPI方法提供了一种实用有效的方法。     

Damage characterization of a cross-ply carbon fiber/epoxy laminate by an optical measurement of the displacement field

Using Electronic Speckle Pattern Interferometry (ESPI), full-field displacement measurement was performed on the edge of a cracked cross-ply graphite/epoxy laminate subjected to a tensile loading. The displacement jumps corresponding to cracks are clearly visible and can be used to determine the crack opening displacement (COD) values along the cracks. The main objective of this study is to determine if the application of successive loads of increasing magnitude may have modified the existing cracks and thereby changed the COD dependence on the applied stress. Moreover, we have tested the applicability of the assumed linear elastic COD behavior in the presence of very high stress concentration at the crack tips. The profile of the opening along the crack was also studied.     

Quantitative flaw reconstruction from ultrasonic surface wavefields measured by electronic speckle pattern interferometry

A new method for imaging flaws in plate and shell structures is presented. The method employs two-dimensional ultrasonic surface wave data obtained by optical electronic speckle pattern interferometry (ESPI) techniques. In the imaging method, the measured out-of-plane displacement field associated with an externally excited ultrasonic Lamb wave is processed to obtain the spatial frequency domain spectrum of the wavefield. A free space Green's function is then deconvolved from the wavefield to obtain quantitative images of effective scattering sources. Because the strength of these effective sources is directly dependent on local variations in sample thickness and material properties, these images provide a direct map of internal inhomogeneities. Simulation results show that the method accurately images flaws for a wide range of sizes and material contrast ratios. These results also demonstrate that flaw features much smaller than an acoustic wavelength can be imaged, consistent with the theoretical capability of the imaging method to employ scattered evanescent waves. Reconstructions are also obtained from ultrasonic Lamb wave displacement fields recorded by ESPI in a flawed aluminum plate. These reconstructions indicate that the present method has potential for imaging flaws in complex structures for which ESPI wavefield measurements cannot be straightforwardly interpreted     

高精度检测系统在合拢焊缝焊接变形中的应用

介绍了水工大型钢结构的一种高精度检测系统的组成及其工作原理,利用该系统对大型水轮机蜗壳与引水压力钢管合拢焊缝接头焊接过程中座环上变位进行实时监测,同时采用游标卡尺和百分表对焊缝收缩及钢管轴向变位进行监测,测量结果满足设计和工程要求。     

数字图像相关法测量聚碳酸酯板应力强度因子

本文以数字图像相关方法测量了聚碳酸酯板的张开型应力强度因子（SIF）。实验过程中以聚碳酸酯标准紧凑拉伸式样为样本,由数字图像相关（DIC）方法提取不同载荷下裂纹附近的全场位移。在已计算得到全场位移的情况下,由线弹性断裂理论可知,弹性区域内每一点位移可表示为SIF的函数。在计算SIF时考虑了实验中不可避免存在的刚体平移与转动的影响,应力强度因子、刚体平移与转动可由最小二乘法计算得到;还讨论了位移场的选择及位移展开项项数对SIF的影响。实验结果与理论值进行了比较,结果显示DIC方法准确地测量了聚碳酸酯板的应力强度因子,因此DIC为测量SIF提供了一种有效的试验方法。     

Indirect Measurement of Material Thermal and Mechanical Properties during Welding

By means of a newly developed non-contact detecting method, electronic speckle pattern interferometry (ESPI), a method of determining material property data during welding is studied. A TIG fixed-point welding process is modeled in which some achievements     

流体温度场测量中的电子散斑干涉技术

电子散斑干涉是一种利用全电子记录和计算机图象处理系统替代传统照相干版进行测量的先进技术。本文在简要介绍其应用于流体温度场测量的理论与实验的基础上,着重描述了如何通过调整光学系统参数配置来获取最佳质量原始干涉图象的途径,并给出对比分析结果。     

光纤电焊电流测量技术研究

针对直流逆变电阻焊机焊接电流精确测量的需求,提出基于光纤电流传感技术的焊接电流测量方法。建立了光纤电流传感器闭环检测系统动态模型,通过优化系统的前向增益,提升了传感器响应速度和带宽。仿真和实验结果表明:传感器的上升时间约为4.1 μs,在DC~30kHz范围内幅频特性衰减小于0.3%。基于该动态模型计算传感器对焊接电流纹波分量的响应,仿真结果表明:系统的动态跟踪能力可满足对纹波电流的测量需求。利用等安匝法对光纤电流传感器进行校准,在直流5~50kA范围内,传感器的测量误差优于±0.05%。现场实验结果证明了光纤电流传感器用于直流逆变焊接电流测量及电焊电流测试仪现场校准的可行性。     

焊接参数对TC4薄板焊接过程的影响

目的 揭示焊接参数对TC4薄板焊接过程中温度场、位移场及应力场的影响规律。方法 基于有限元(FEM)模拟方法,运用Fortran语言对焊接热源及焊接参数进行定义,以模拟不同焊接参数下TC4薄板的TIG对接焊过程。结果 在稳弧阶段,温度场为一组以焊接方向为长轴的椭圆,且存在温度梯度,随着焊接速度的增大,温度场峰值、温度场温度梯度、熔池宽度和熔池体积逐渐减小,而焊接效率和焊接电流对温度场的影响与焊接速度刚好相反;随着焊接速度的增大,薄板最大变形量逐渐减小,焊接角变形及挠度变形逐渐得到改善,而焊接效率和焊接电流对位移场的影响与焊接速度刚好相反。在稳弧阶段,焊缝位置的残余应力为拉应力,两侧为压应力,随着焊接速度和焊接电流的增大,纵向残余拉应力逐渐增大,焊缝处高应力集中区的宽度逐渐减小,而焊接效率对应力场的影响与焊接速度刚好相反。在高焊接速度、中等焊接效率、低焊接电流参数条件下,可获得熔池体积小及熔池宽度窄的焊缝,有利于减小焊后残余应力与变形。结论 上述研究结果可为TC4薄板的焊接过程提供一定的理论指导。     

图像处理技术在板料激光弯曲中的应用

为了提高激光弯曲过程数值模拟结果的验证精度,用图像处理技术对铝合金板料AA6056进行了激光弯曲变形过程的实时测量.自行设计了硬件测量系统和软件的测试系统,使用MV21300UM CCD拍摄板料上测量点在激光照射过程中的动态变化过程,通过软件测试系统中实时采集软件记录动态变化过程、图像处理软件进行图像处理,得到了测量点动态变化的实测曲线.实测曲线表明,板料厚度对激光弯曲过程的位移变化影响较大,板料越薄,边界效应越明显,使得位移的变化曲线越易出现突变.实验结果证明该实测方案是可靠有效的.