Page 40 - 理化检验-物理分册2018年第十一期

杨延华: 引伸计的应用现状及发展趋势

Zwick公司和美国Instron公司走在了最前列, 在中 光感粗糙表面时, 会往不同的方向发散光线, 这些光
国市场的占有率比较高, 而且产品结构合理, 操作简 线发生漫反射, 其中一部分光线返回到激光接收器,
便, 功能齐全, 外观质量高.而国内视频引伸计生产 另一部分散射之后不返回激光接收器, 这样就形成
厂家尚处于起步阶段, 技术指标少, 科技含量较低. 了颗粒状的散斑图.在给试样施加载荷的过程中,
近几年, 随着高新技术的不断出现, 国内对材料应变 试样的表面结构会慢慢发生变形, 与此同时, 照射到
检测的要求也越来越高 [ １１ ] . 试样表面形成的激光散斑也会慢慢发生 变形.此
目前, 市场上的视频引伸计均采用 CCD 作为光 时, 视频处理器会接收到连续变化的图像, 而且视频
电传感器, 对材料拉伸变形量进行非接触测量, 并且 处理器会定位所存储的散斑图案并计算出散斑图案
采用大量的图像处理算法对采集得到的图像进行处 在图像之间移动的位移, 从而达到测量移动距离的
理, 以得到满意的力 Ｇ 变形曲线.与传统的机械接触 目的.在图像之间实时迭代地应用这个过程, 可以
式引伸计相比, 视频引伸计有应用范围广泛、 无易磨 测量两个分离的激光图像之间的距离, 从而测量出
损部件、 可任意设定标距和测量范围等诸多优点, 但 实时应变, 应变计算公式为
是由于视频引伸计测量原理与构成元素的复杂性, ε＝ σ ∑ d １ － ∑ d ２ l ０ ( １ )
(
)/
在数据获取、 外部震动、 光的震动、 试样在线变化、 数
式中: ∑ d １ 为 次 激 光 摄 像 头 移 动 的 位 移 之 和;
据提取、 数据处理等各方面都有可能引入测量误差.
所以测量精度和稳定性都需要进一步提高和完善. ∑ d ２ 为主激光摄像头移动的位移之和; l ０ 为两个
减少应变测量误差, 提高拉伸性能测试的准确性, 可 散斑图案之间的初始距离.
通过提高硬件设备的性能, 即使用变焦放大镜头、 准 国内激光引伸计技术尚未得到很好的发展, 部
确度更高的 CCD 和更可靠的光源来实现; 还可以运 分技术 还 需 要 进 行 深 入 的 研 究 和 发 展. 黄 群 坤
用精度更高的匹配、 检测算法, 实现硬件和软件算法 等 [ １４ ] 介绍了德国 Zwick 公司研制的激光引伸计的
最优匹配等措施来降低测量误差 [ １２ ] . 应用范围、 原理、 特点及在高温环境下的应用.德国
Zwick 公司研制的激光引伸计能够很好地测量高温
４ 激光引伸计 环境下的应变, 激光引伸计如图 ７ 所示, 其主要优点

李演楷等 [ １３ ] 提出了基于激光三角法以及激光 包括: ① 测量范围大, 原始标记 １．５ mm 起, 可以测
与位置传感器( PositionSensitiveDetector , PSD ) 结 量试样 应 变; ② 测 量 应 用 温 度 范 围 大, 为 －７０~
合的两种引伸计方案, 激光及 PSD 引伸计如图 ６ 所 １２００ ℃ ; ③ 精度高, 精度等级为 ０．５ 级; ④ 无需在试
示.激光三角法中,夹持激光发射器及 CCD 器件 样上打标记, 节省时间, 特别适合生产线测试和大批
的一段负担较重.激光及 PSD 组成的引伸计中, 由 量测试, 可以方便与环境温箱和高温炉的配合使用;
于 PSD 属于精密传感器,感光面积大小受限, 引伸 ⑤ 分辨率高, 可以达到 ０．１５ μ m .
计最大量程仅可达到两 PSD 器件直径之和, 未能实
现大量程测量.这两种引伸计后续数据处理方法及
标定方法也有待进一步探讨.
激光引伸计的测量原理为: 当一束激光照射到

图 ７ 激光引伸计( Zwick公司)
Fi g 敭７ Laserextensometer Zwickcom p an y

５ 类条形码引伸计

图 ６ 激光及 PSD 引伸计工作原理示意图 文献[ １５ ] 公开了一种新型的类条形码引伸计系
Fi g 敭６ Schematicdia g ramofworkin gp rinci p leof 统, 其系统组成如图 ８ 所示, 包括扫描器、 译码器、 应
laserandPSDextensometer
力采集装置、 计算机和能够贴附于试样的类条形码.
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