[发明专利]一种温度和变形同步测量方法及装置

说明书

本公开涉及一种温度和变形同步测量方法及装置，其中，该方法包括获取未加热时被测物体表面的初始图像，及加热过程中被测物体表面的参考图像、被测物体表面的参考点温度；根据初始图像的光强、参考点温度、参考图像的光强，得到被测物体表面的温度场；根据初始图像及参考图像，得到被测物体表面的变形场；其中，参考图像及初始图像均为单色相机拍摄的单色图像；参考点温度为拍摄参考图像时被测物体表面的单点温度。本公开中，仅需单色相机即可测量全场温度，弥补了通过单色相机无法测量全场温度的不足，同时，实现了对高温环境下的温度和变形同步测量，且测量精度和效率均有显著提升，大大促进了单色相机在温度和变形同步测量领域的应用发展。

技术领域

本公开涉及光学测量技术领域，尤其涉及一种面向高温测试领域的温度和变形同步测量方法及装置。

背景技术

在航空航天领域，飞行器的关键结构部件在服役时需面临高温复杂环境。以高速飞行器为例，随着巡航速度和突防能力的进一步提升，飞行器在高速巡航和再入时，发动机涡轮叶片、鼻锥和前缘等关键结构部件所处的极端环境伴随着热化学烧蚀、气动热效应、边界层转捩和气动外形演化等诸多物理化学过程。为了保证关键结构部件的完整性及其功能的稳定性，在服役前对这些关键结构部件的材料的热、力综合性能进行地面试验与验证，对于高速飞行器稳定、安全服役具有重要意义。

高温环境下关键结构部件的材料的表征和测试一直是工程中关注的热点问题，也是相关研究的难点；相关技术中，在进行高温环境测试时，一般采用基于非接触式测量的光学测试方式，但该测试方式面临着诸多高温极端环境的影响，其中最主要的是强光辐射的影响。为了消除或减少上述影响，窄带数字滤波技术逐渐发展起来，结合传统的数字图像相关法(Digital Image Correlation，DIC)测试，可以对关键结构部件的材料的变形过程进行有效的分析。

由于高温环境下材料的力学性能(诸如弹性模量、硬度、断裂韧性等)均与温度有关，并且高温下的应变往往是热应变和应力应变的耦合，因此，需要通过获取材料的温度场以实现对热应变和应力应变的解耦。相关技术中，一般采用基于黑体辐射定律的非接触测试方式，通过工业彩色电荷耦合元件相机(Charge Coupled Device，CCD)获取图像和比色测温法，从而获取材料的温度场。

随着技术的发展，近期，基于紫外相机、紫外波段照明和紫外波段数字滤波的高温测试技术开始受到广泛关注。大量的研究表明，相比于传统的窄带蓝光光源，由于紫外波段的波长更短，因此滤波效果更好，对变形的测试的精度有很好的提高。但由于紫外相机是典型的单色相机，目前工程中常用的比色测温方法将不再适用，这大大局限了该项技术在温度和变形同步测量领域的发展。

发明内容

有鉴于此，本公开提出了一种温度和变形同步测量方法及装置。

根据本公开的一方面，提供了一种温度和变形同步测量方法，包括：

获取未加热时被测物体表面的初始图像，及加热过程中被测物体表面的参考图像、被测物体表面的参考点温度；

根据所述初始图像的光强、所述参考点温度、所述参考图像的光强，得到所述被测物体表面的温度场；

根据所述初始图像及所述参考图像，得到所述被测物体表面的变形场；

其中，所述参考图像及所述初始图像均为单色相机拍摄的被测物体表面的单色图像；所述参考点温度为拍摄所述参考图像时所述被测物体表面的单点温度。

在一种可能的实现方式中，所述单色相机包括紫外相机。

在一种可能的实现方式中，所述根据所述初始图像及所述参考图像，得到所述被测物体表面的变形场，包括：利用梯度幅相似性偏差(Gradient Magnitude SimilarityDeviation，GMSD)作为评估指标，确定所述初始图像中各待测点的子区大小，其中任一待测点的子区以该待测点为中心点；