[发明专利]一种实时监控变温变压型激光散斑测量系统

说明书

技术领域

本发明属于激光干涉无损检测技术领域，尤其涉及一种实时监控变温变压型激光散斑测量系统。

背景技术

激光散斑干涉(ESPI)技术是一种非接触式全场实时测量技术,因其通用性强、测量精度高、频率范围宽及测量简便等优点，近年来获得了快速发展。激光散斑干涉无损检测技术可以完成位移、应变、表面缺陷和裂纹等多种测试。也是大多数高校光学与光电子本科生教学实验中开设的一门重要的实验课程，但现有的激光散斑测量实验的系统存在不足之处：材料测量架只能用于放置形状单一的样品，被测材料及形状单一，未见有对被测材料物品架进行创新性改进的报道，同时，不能进行温度和压力变化条件下样品散斑成像影响的测定，没有考虑环境温度和压力对物体离面位移的影响。本发明的申请人在之前的研究过程中，考虑到这个问题，采用智能加热系统、温度传感系统和单片机温度控制系统以及孔径光阑，对智能加热系统采用电涡流加热，在实验材料的外面绕上线圈，并让线圈通入交变电流，使线圈产生交变磁场；线圈中间的实验材料在圆周方向等效成一圈圈的闭合电路，闭合电路中的磁通量在不断发生改变，通过电的良导体实验材料，在圆周方向产生感应电动势和感应电流，电流的方向沿导体的圆周方向转圈形成电涡流；并采用DS18B20数字温度传感器进行温度采集，直接将温度转化成串行数字信号，采用外部供电实现DS18B20传感器与单片机的连接，将数字温度传感器置于样品架上温度检测放置位置，将温度传感器采集到的温度信号变为数字信号传给单片机，进行判断与智能控制；采用单片机STC12C5A60S2作为控制核心，采用单刀单掷继电器控制输入回路和输出回路，采用续电器来控制加热装置和降温装置，由报警电路及LED数码管对环境温度的实时监测和报警。

在实际使用过程当中，激光散斑测量仪测量的样品对温度的要求不得过高，过高则会对样品造成损害，过低则达不到要求，而上述电涡流加热系统涡流加热无法避免对样品材料内部结构的损害，并仅仅用于加热能够产生涡流的材料，对于电的不良导体则不能实现测量要求，具有局限性，另外，从安全角度考虑，所采用的样品测试系统不能采用铁磁制品，而激光散斑测量仪中绝大部分的材料均是含铁制品，因此会对仪器造成损害。

此外，所采用的样品测试系统在实际使用过程中更换样品时，需要经常将四周的固定在定位孔中的螺钉去除后才能更换，在安装时，需要将四周螺钉固定，固定的力度不同，会造成在后期测量中样品所受压力的不均匀，造成测量的误差。

基于以上激光散斑无损检测测量物体的现状，本发明提供一种实时、高效、安全、智能、适用范围广泛的新型激光散斑测量系统，以用于完成不同环境温度与压力下物体位移、应变、表面缺陷和裂纹等多种测试。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种激光散斑测仪加温测量系统，旨在解决激光散斑对样品的位移、应变、表面缺陷和裂纹等进行测量时，现有涡流加热对所测样品材料限制，加热程度无法控制，样品受力不均造成测量误差等问题。

本发明是这样实现的，一种实时监控变温变压型激光散斑测量系统，该系统包括用于固定样品并接受激光信号的固定装置，在固定装置上样品的四周设置有水泥电阻，用于对样品加热，该系统包括一控制单元；

所述控制单元包括CPU控制单元、与CPU控制单元的输入端连接的温度采集系统、按键、以及与CPU控制单元的输出端连接的数显单元和温控模块，所述温度传感器测量样品的温度并传递给CPU控制单元，所述CPU控制单元采集到温度以后，与按键输入的设定值进行PID运算，输出脉宽调制信号，脉宽调制信号控制温控模块的功率场效应管改变水泥电阻的电压，实现温度控制；

所述温度采集系统采用热电偶温度传感器R4采集温度信号变化，热电偶温度传感器PT100、电阻R2、电阻R3以及电阻R4组成传感器测温桥电路，电阻R2与电阻R3之间输出端子以及热电偶温度传感器PT与电阻R4之间的输出端子与一稳压芯片连接，热电偶温度传感器PT与电阻R2之间的输出端子通过电阻R6与一一级运算放大器的反相输入端连接，电阻R3与电阻R4之间的输出端子分别通过电阻R7与一级运算放大器的正相输入端连接，温度差分信号经过一级运算放大器的放大后，输出至与一级运算放大器的输出端连接的二级运算放大器经过再次放大输出至CPU控制单元。

所述一级运算放大器将信号放大1～2倍，二级运算放大器将信号放大10～12倍。