[发明专利]一种利用多个斜方棱镜的高精度双轴光学引伸计

说明书

本发明公开了一种利用多个斜方棱镜的高精度双轴光学引伸计，包括：一台数字相机、一个远心镜头、四个斜方棱镜、固定平板、三脚架及数据处理装置；四个斜方棱镜固定于固定平板内且分别位于上下左右四个方位，距离固定平板的中心点等距设置；被测样品表面的目标点依次经过两次反射后，发生汇聚入射到远心镜头中；远心镜头同时进行成像形成数字图像；数字相机同时拍摄四个目标区域获得数字图像；数据处理装置包括相关运算模块和后处理模块，根据接收到的数字图像获取四个目标点沿着测量方向的位移信息，结合四个目标点的间距信息获得局部均匀应变信息。本发明简化了双向视场分离的实现步骤，且标距得到数倍的放大，大大提高了双轴应变的测量精度。

技术领域

本发明涉及一种利用多个斜方棱镜的高精度双轴光学引伸计，属于光学测量及无损检测技术领域。

背景技术

为了得到材料的弹性模量和泊松比这两个常数，必须在弹性范围内准确测得材料的横向与轴向应变即双向应变。当前最常见的测试手段是粘贴直角应变花和采用双轴电子引伸计来得到双向应变，这些方法在测量时需要与被测试样上发生直接接触，易引起试样损伤，因此不适用大变形尤其是柔性材料的检测，这使得光学非接触测量方法得以大显身手。光学应变测试方法主要以光学(视频)引伸计为代表，但是受测试时试样离面位移的影响，以及相机分辨率的限制，当前光学引伸计的应变测量精度常常不高，并不能满足混凝土、陶瓷等脆性材料的变形测量。

针对该问题，潘兵等提出用双侧远心镜头减小离面位移影响，但是应变测量精度仍然受到相机分辨率的制约；朱飞鹏等人提出利用四平面镜实现视场分离的方法，提高引伸计标距，并与远心镜头相结合，减小离面位移的影响，然而这种方式只能提高单个方向的应变精度，无法同时得到高精度的双向应变测量结果。

发明内容

为了解决现有光学引伸计在双向应变测量精度方面存在的问题，本发明旨在提供一种利用多个斜方棱镜的高精度双轴光学引伸计，利用四个斜方棱镜实现双向视场分离的技术，并与远心镜头相结合，形成一种高精度双向光学引伸计。使用该光学引伸计进行应变测试，可以将引伸计标距提高数倍，并能有效消除由于被测样品离面位移引起的虚假位移和虚假应变，从而实现高精度的双向应变测量。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种利用多个斜方棱镜的高精度双轴光学引伸计，包括：一台数字相机、一个远心镜头、四个斜方棱镜、固定平板、承载数字相机的三脚架及数据处理装置；其中，四个斜方棱镜固定于固定平板内且分别位于固定平板的上下左右四个方位，其中左、右斜方棱镜分别位于水平直线的下、上侧，上、下斜方棱镜分别位于竖直直线的左、右侧，并且四个斜方棱镜均距离固定平板的中心点等距设置；

被测样品表面的四个目标点依次经过一个斜方棱镜内部的两次反射之后，发生汇聚并以平行于远心镜头光轴的方向入射到远心镜头中；远心镜头对二次反射后的被测样品表面上下左右目标区域同时进行成像，并在数字相机靶面上形成数字图像；数字相机同时拍摄四个目标区域获得一幅数字图像，并将拍摄得到的一幅数字图像传输至数据处理模块，每个目标区域的信息各占据数字相机靶面的四分之一画幅，实现对四个分离目标图像的同时采集；数据处理装置包括相关运算模块和后处理模块，其中相关运算模块根据接收到的数字图像获取四个目标点沿着测量方向的位移信息，后处理模块利用相关运算模块获取的位移信息，结合四个目标点的间距信息获得被测样品表面的局部均匀应变信息。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述远心镜头为物方远心或双侧远心镜头。