[发明专利]一种高温云纹干涉变形测量系统

说明书

技术领域

一种高温云纹干涉变形测量系统，属于光测力学、工程材料、构件变形和位移测试技术领域。

背景技术

近年来随着科学技术的发展，材料在高温条件下的应用越来越广泛，如发电厂的高温管道、高空探测的隔热层等等。因此表征材料在高温条件下的力学性能，就成为了现阶段研究的一个重点和热点，而如何获得材料在高温条件下的变形情况就成为这一研究需要解决的首要问题。常规的变形测量方法主要包括电学测量方法和光学测量方法两大类。电学测量方法主要是通过电阻应变计来实现，其测量精度高，但是由于电阻应变计需要从用胶粘贴在试件表面，而且其测量对温度变化比较敏感，因此电测方法不易实现高温条件下的精确测量。光学测量方法采用非接触测量，可以减少温度对测量的影响，因此高温条件下的变形测量通常采用光学测量方法。光学测量方法中常用的测试方法就是云纹干涉方法。

云纹干涉方法，主要是基于光学干涉原理，通过在试件表面发生光的干涉，得到干涉条纹，从干涉条纹中分析出物体的全场变形。云纹干涉方法测量灵敏度高，可以得到全场的变形信息。目前已有的比较准名的云纹干涉系统主要有Photomechanics Co.的二维云纹干涉仪、天津大学的智能云纹干涉仪(中国专利申请94118741.1)、上海711研究所的二维相移云纹干涉仪(中国专利申请200510025444.1)以及清华大学的多功能三维位移激光干涉测量系统(中国专利申请200410000005.0)。这些系统主要基于云纹干涉的基本原理实现了u，v两个位移场的测量，其中多功能三维位移激光干涉测量系统结合了云纹干涉方法和电子散斑干涉方法两种测量系统，实现了三维位移场的测量。但是这些系统主要针对常规测量开发，其成像距离近，温度场对测量光路影响比较大，而且调节支架一般与试件加载架相连，在高温测量中由于试件加载架位于高温炉中，无法直接对试件位置进行调解。这些原因导致了现有的测量系统无法直接应用于高温条件下的材料变形测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种高温云纹干涉变形测量系统，可以实现高温条件下材料的面内位移场的实时测量，使用方便、灵敏度高、结构紧凑。

本发明的技术方案如下：

一种高温云纹干涉变形测量系统，含有图像采集系统、激光器、分光耦合器、带有观测窗的高温炉、六维调节架和云纹干涉光路系统，所述的云纹干涉光路系统包括云纹干涉光学元件箱、镜头和光栅；云纹干涉光学元件箱放置在六维调节架上，图像采集系统、镜头和光栅位于同一直线上，光栅粘贴在试件表面，试件放置在带有观测窗的高温炉中，激光器、分光耦合器位于云纹干涉光路系统的同一侧。

一种高温云纹干涉变形测量系统，其特征在于云纹干涉光路系统中采用的光栅为600线/mm的光栅；其特征在于云纹干涉光路系统采用焦距至少为100mm、直径至少为50mm的镜头作为场镜；其特征在于激光器为半导体绿光激光器，其波长为533nm。

本发明的技术方案中，其特征在于：所述的高温云纹干涉变形测量系统中，采用光开关作为分光耦合器，将激光器发出的激光分为两路，经由单模光纤和一分二光纤分路器导入测量光路。

本发明的技术方案中，其特征在于：所述的带有观测窗的高温炉，其观测窗采用十字形分块双层石英玻璃精密加工而成，内侧玻璃的特征尺寸为l₁＝l₀+2t₁tan18.6°，外层玻璃的特征尺寸为l₂＝l₀+2t₂tan18.6°，其中l₀为试件表面测量区域特征尺寸，t₁、t₂分别为试件到内层玻璃和外层玻璃的距离。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：该测量系统采用绿光半导体激光器作为测量光源避免高温条件下试件表面热辐射红光对测量条纹的影响，采用焦距至少为100mm、直径至少为50mm的镜头作为场镜，增大成像距离降低温度场对测量光路的影响，而且采用光开关控制光路的开关，实现2个方向测量光路的自动化的控制。本发明采用六维调节架控制云纹干涉光路系统的方向调节，解决高温炉中试件位置难于调节的问题。本发明中高温炉观测窗采用双层分块石英玻璃精密加工而成，解决高温条件下激光准确进入高温炉的问题，同时采用十字形分块设计避免高温条件下石英玻璃发生膨胀破裂的问题。本发明使用方便，结构紧凑。使用600线/mm的光栅，并具有以下的性能参数：

位移测量灵敏度：    u场和v场均为0.834μm；