[发明专利]类条形码引伸计系统及其测量应力应变全曲线的方法

说明书

技术领域

本发明涉及湿法冶金重金属高度精炼电积技术领域，尤其涉及类条形码引伸计系统及其测量应力应变全曲线的方法。

背景技术

目前采用金属材料力学性能试验测试应变主要采用机械式引伸计、电子引伸计、视频引伸计和激光引伸计等。

机械引伸计主要是以球铰式引伸计为主，广泛长时间使用。球铰式引伸计胡国华[1]于1977年设计发明的，由于其结构简单，操作方便被广泛应用30余年，至今任然被广泛应用于拉伸性能测试中。

球铰式引伸计的工作原理示意图[2]，如图1所示。

球铰式引伸计主要工作原理简述如下：球铰式引伸计通过4个预尖螺钉安装在试样上(上标距叉和下标距叉处都是前、后各一个顶尖螺钉)。当试样标距|伸长Δ时，上标距叉可看成不发生转动，而下标距叉以球铰为中心转动一微小角度，千分表上就可反映出试样的伸长是。由于千分表轴线至球铰心的距离是试样轴线至球铰心距离的两倍，所以试样的伸长量为Δ时千分表的读数是2Δ

近年来伴随计算机时代快速发展，出现的另外一种新型引伸计--电子引伸计，将应变信号采集到计算机里，使其同材料应力同步显示，比较机械引伸计降低人为读数误差，提高了更高的测量准确度。

电子引伸计包括：电阻式引伸计、电容式引伸计、电感式引伸计等。其中电阻式引伸计，是一种电阻应变计式传感器，它的应用最为广泛。

电容式引伸计是将物体长度的变化转换为电容的变化，再将测得的电容变化量换算成物体的应变。由于它在高频时基本上没有滞后现象，故可用于动态载荷的测试，如冲击力的测定等(图2[电容式引伸计])。

电感式引伸计原理主要是由于构件变形使铁心运动，致使线圈电感发生变化。因此在输出线圈中产生了电压。放大并测出这个电压，即可换算出构件的位移及运动的规律。它不如电阻式引伸计轻便，但由于其在长时间测定时稳定性能较好，故适用于常设的测量装置

而电阻应变式引伸计，是目前应用最多的引伸计。常见的电阻应变式引伸计有单侧电子引伸计、平均值引伸计和双侧电子引伸计等。其测量原理主要是依据粘贴在引伸计弹性元件上的应变片电阻产生变化，通过变换电路转化成电压信号，经过计算机采集，与应力同步显示，来测量应变。其工作示意图图如图4所示。

视频引伸计[3]是利用亚像素法原理测量试样变形的，它的核心是CCD元件，CCD是Charged Coupled Device缩写，中文为电荷耦合元器，电信号与光强度成比例输出。因此，可以用非接触方式同时测量纵向和横向两个方向的变形量，其测量范围由镜头焦距决定，配备不同焦距的镜头，可获得各种测量范围的量程。视频引伸计测量系统主要包括光源部分、定位架、CCD摄像头、图像采集卡、PC机和检测软件等几部分。

据文献[4]，CCD成像技术检测拉伸变形量，刻画在拉伸材料上的标志线的移位测量精度直接影响到拉伸变形量计算，利用CCD接收标志线图像时，由于CCD光敏元的感光程度有所差异以及标志线本身的离散性，导致CCD在标志线信号的基础上产生抖动性起伏，出现毛刺或异常点，给测量数据带来复杂性，产生随机噪声从而影响插值的效果。同时，文献[4]通过小波变换对输出信号进行去噪处理，实现了滤除高频噪声、平滑输出曲线的效果。同时，采用最小二乘法做曲线拟合，使位移精度达到CCD光敏元尺寸的1/10。

视频引伸计，由于精度受CCD光敏元尺寸限制，安装、操作对操作人员水平要求高，使用不便利，适用研究性试验，无法在大批量工业生产中普及。

此外，李演楷[5]提出了基于激光三角法以及激光与PSD结合的两种引伸计方案。激光三角法中，夹持激光发射器及CCD器件的一段负担较重；激光及PSD组成的引伸计中(见图5)，由于PSD属于精密传感器，感光面积大小受限，引伸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。

可见，激光引伸计也不成熟，无法大面积推广应用。

电子引伸计的测试误差对拉伸性会有影响。据文献[6]，电子引伸计的应变测量误差来自于本身性能参数、安装状态、刀口钝化、试验机同轴度、试样安装倾斜和偏离加载线、机器震动、试样夹紧时附加载荷和标距外屈服的影响等等。对不同的影响因素，产生不同程度应变测量误差，测量结果直接影响到规定非(总)比例延伸强度的测试准确度。