[发明专利]一种微尺度动态响应测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种的微尺度动态响应测量装置，属于工程材料、结构形变及力学实验设备技术领域。

背景技术

长期的生产实践和科学实验，使人们对事物的观察和研究从定性到定量，从目测到使用各种工具和方法，以弥补人体感观器官的不足，从而促进测试技术不断地发展。为了研究人眼所不能分辨的细小物质及其变化，弄清微小物体的实质，了解物质之结构人们发明了显徽镜；同样自然界和人类生活中有极其多的高速瞬变现象，而人眼的时间分辨率十分有限，要研究它们就要借助于高速摄影技术。高速摄影是测试、研究高速运动和现象非常有效的手段，如同显微镜能将微观物体放大那样，高速摄影术起到对时间“放大”的作用，而且它是一种非接触的、动态的测量，能分析运动各不同时刻的变化，拍下的每幅图片上同时含有运动事物的空间信息和时间信息。在过去许多年的科学研究中，两种如此强大的工具都是独立工作的，在它们各自的领域内发挥着巨大的作用，而两者没有很好的结合起来为科学研究作出贡献。例如显微镜一经问世就受到了各方面科学家们的高度重视，立即被应用于很多科学领域方面的研究和探索工作。最早人们借助显微镜研究各种致病细菌和动物的新鲜细胞，为生物及医学的发展打下了牢固的基础，后来显微镜开始广泛应用于除生物、医学以外的材料、力学、物理等学科中并发挥了巨大的作用；同样高速摄影技术主要应用于宏观物理现象的研究，不仅在军事上而且在国民经济各个领域都有广泛的使用，，诸如纺织、焊接、材料、放电、体育等等利用这些成果取得了技术、工艺的进步，收到了可观的经济效益。显微镜对于这些细微观方面的观察与研究都是静态、准静态或低速状态的，而对于微尺度的动态响应，由于人眼及普通图像采集设备的时滞效应，无法对对其进行清晰地观察。尤其是在微观状态下，大多物理现象都表现为非常高的运动速度，例如尺寸约几个微米的石墨岛的振荡，只是简单采用显微放大设备难以研究它。把高速摄影有效结合起来很好地解决了这一问题，对于细微观状态下材料的性质及其力学性能，我们可以用显微镜放大同时用高速摄像机进行图像的采集，这样可以通过采集到得图片对瞬态物理现象进行观察和研究，实现微尺度动态响应的分析，对于本身可提供明暗灰度变化的材料我们可进一步应用数字图像相关方法进行定量的研究。这一设备为观察和分析微尺度条件下的动态响应提供了强大的工具。

发明内容

本发明的目的是提供一种微尺度动态响应测量装置，该装置可实现对材料微小尺度下的裂纹扩展、微结构的振动等微观动态物理现象及力学性能进行观察，并实现定性和定量的分析。

本发明的技术方案如下：

一种微尺度动态响应测量装置，其特征在于：该微尺度动态响应测量装置包括图像采集处理系统、显微系统、承载系统、放置试件的三维移动平台3以及气垫精密光学平台1，所述的三维移动平台设置在气垫精密光学平台上；所述图像采集处理系统包括计算机11、高速摄像机9)、氙灯10和环形光纤4，所述的高速摄像机9通过信号线与计算机11相连接；所述显微系统包括显微镜物镜5、镜筒7和显微镜目镜8，所述的显微镜目镜和镜筒依次设置在高速摄像机9的下方，所述显微镜物镜5设置在镜筒7下面；所述承载系统包括万向支架底板2、万向支架竖杆12、单臂横杆13、双臂横杆16、设置在单臂横杆上的第一十字头14a以及设置在双臂横杆第二十字头14b；所述的单臂横杆通过第一万向节6a与高速摄像机连接；所述的双臂横杆通过第二万向节6b与镜筒连接；所述的万向支架底板设置在气垫精密光学平台上并与万向支架竖杆固定连接。

本发明的另一技术特征是在所述的万向支架竖杆12上还设有第一托环15a和第二托环15b，所述的第一托环和第一托环分别设置在第一十字头14a和第二十字头14b的下方。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：将单臂万向支架和双臂万向支架进行改造，两臂融合到一个支架中，分别对高速摄像机和显微镜进行承载，既能实现高速摄像机和显微镜精确对接，又能保证整个结构和这两种仪器的安全性与稳定性；高速摄像机在拍摄区域大小适当时拍摄速度可达数万幅/秒，显微镜放大倍数可达几千倍，两者结合后可对材料微米量级下的动态相关物理现象及力学性能进行观察与分析；对于通常本身具有明暗灰度变化可以提供随机匹配特征的材料可结合数字相关方法对其进行定量的研究；一般环境微弱的振动会因为显微镜的放大导致观察结果会出现严重的振荡，气垫精密光学平台的引进有效地解决了这个问题；整个结构设计合理，体系完备，操作方便。

附图说明

图1是本发明装置示意图。