[发明专利]一种高精度超高温视频引伸计及测量方法

说明书

本发明涉及一种高精度超高温视频引伸计及测量方法，该高精度超高温视频引伸计包括紫外相机(17)、同轴远心成像系统(5)、单色光源(12)、与单色光源波长对应的窄带通滤波片(14)、机械支撑调节平台(6)、计算机(13)；在试验件表面制作耐高温散斑或采用边缘带有四个凸台的特制试验件，利用带观察窗的高温试验机对被测矩形截面或圆截面试验件施加力、热载荷，采用同轴紫外光主动照明试验件，并用该高温视频引伸计采集试验件表面视频图像，利用数字图像相关方法对试验件表面的应变进行高精度实时测量。该发明原理简单、结构紧凑，可与高温试验机配合对从室温到2000℃超高温环境下的试验件表面的变形和力学性能进行实时、高精度测量。

技术领域

本发明涉及实验固体力学领域，尤其是一种基于数字图像相关的高精度超高温视频引伸计及实时应变测量方法。

背景技术

目前在超高温条件下进行应变测量，主要有接触式与非接触式两类方法。传统的接触式方法通常用接触式超高温引伸计来实现高温应变的测量，但这种超高温引伸计的测量需要对熔炉进行开孔，通过引伸杆将熔炉内高温区域的变形转换到外部的低温区域。但开孔使得熔炉的设计与隔热变得困难，此外超高温引伸计量程比较有限，无法进行大变形的测量；同时由于高温引伸计本身的附加重量、与实验件之间的相对滑动，与试验件表面接触导致试验件表面变形等原因使得其应变测量精度也不够高；此外，超高温引伸计只能测量一个方向的应变，无法实现横向和纵向应变的同时测量。

由于传统的接触式测量方法存在着以上缺点，研究人员开始使用非接触式高温应变测量方法。Anwander用数字激光散斑相关方法实现了1200℃高温的应变测量，该方法是利用试验件表面反射的激光在两个CCD相机中形成的激光散斑作为散斑场，计算两个散斑场的变形，得到最终两束激光之间的平均应变，但是干涉的方法对振动特别敏感，对环境要求很高，同时激光的成本较高，使其在实际条件下应用比较困难。Lyons在1996年用基于数字图像相关(DIC)的方法实现了650℃高温条件下的全场应变测量，DIC方法具有非接触，全场测量，测量温度范围广，测量过程简单等优点，但当温度继续升高时，试验件表面强烈的热辐射导致的去相干效应会使得试验件表面的特征完全消失，同时试验件表面喷涂的散斑会由于温度过高发生氧化甚至脱落，这使得按照通常的方法无法在更高温度下进行应变测量。为了克服这个缺点，Pan将主动成像与DIC方法结合起来，用陶瓷涂料制备的耐高温散斑，用单色蓝光源进行照明，同时采用窄带通滤波片过滤辐射光，得到相干影响很小的高质量的数字图像，最后应用高效的增量可靠性导向数字图像相关方法得到全场变形，实现了从0～1550℃温度的应变测量。尽管主动成像的DIC方法也能够完成高温下应变测量，但是实验条件较为复杂，且当实验温度进一步上升时，利用喷涂散斑的DIC方法进行试验件应变测量的难度将会迅速增大，甚至于无法完成测量。

为了在更高温度下实现高精度应变测量，一些研究人员用基于数字图像处理的方法来进行超高温条件下的应变测量。用基于数字图像处理的视频引伸计与一种边缘带有四个凸台的特制试验件进行单向拉伸试验，在1500℃条件下实现了实时的应变测量，其首先提取出凸台的轮廓特征，然后计算凸台的重心，最终通过计算重心之间的位移来计算目标区域的应变。Jenner等提到了一种将热电偶丝焊接到试验件上，用特征识别的方法提取热电偶丝的特征，通过测试两个热电偶丝之形心间的距离变化来计算应变的方法。这两种基于数字图像处理的方法能够简单快速的实现应变的计算，但是采用特征提取计算应变的方法精度有限，使其无法满足超高温度下实时高精度应变测量的需求。

发明内容

为了解决现有技术存在的无法满足超高温度下实时高精度应变测量需求的问题，本发明提出了一种基于数字图像相关的实时高精度超高温视频引伸计及应变测量方法，避免了散斑的喷涂，可承极高的温度，计算速度快、精度高。