[发明专利]一种基于前景网格的结构表面应变测量系统及测量方法

说明书

本发明公开了一种基于前景网格的结构表面应变测量系统及测量方法，其中系统包括：前景网格，包括多个等距的网格，所述前景网格设置在土木工程试验对象的前方，所述土木工程试验对象上设置有多个试验测点；图像采集装置，用于采集所述土木工程试验对象的图像，且图像内包含有所述前景网格和所述试验测点；数据处理装置，用于对采集到的图像进行处理，获得所述前景网格和所述试验测点的坐标值，根据所述坐标值获取所述土木工程试验对象的应变值。本发明通过在土木工程试验对象前面布置一个大小均匀的前景网格，该前景网格起到尺子的作用，对被测物的位移进行精确定位及测量，可广泛应用于土木工程结构应变测量领域。

技术领域

本发明涉及土木工程结构应变测量领域，尤其涉及一种基于前景网格的结构表面应变测量系统及测量方法。

背景技术

在试验室开展土木工程结构静载试验，是验证土木工程理论以及检验工程结构力学性能的重要手段。而实验对象的表面应变是试验中必不可少的测量指标。现有的测量方法可分为接触式测量方法和非接触式测量方法两类。

目前主流的接触式表面应变测量是在结构表面粘贴电阻应变片的方式。这种方法具有性能较稳定，传输数据快，数据分析速度快以及价格便宜等优势。但这种方法也有以下的不足之处：(1)结果与数据线长度等材料参数和温度等试验环境等参数有关，且需要专门的读数仪器。(2)电阻应变片测量法的测量量程相对有限，尤其是在混凝土材料开裂后应变片基本失效，导致无法得到混凝土材料的塑性应变以及大应变结果。(3)测点数量有限。由于应变片本身尺寸限制，在结构物表面仅能粘贴有限数量的测点。无法根据这些测点得到结构表面的应变云图。(4)每一个电阻应变片仅能测量一个方向的应变，数据利用效率低。

目前非接触式的表面应变测量方法主要有激光扫描法和图像识别法。其中激光扫描法是利用激光发射器定向发射指定波长的激光，通过测量激光返回时间来确定测点位置变化的方法。这种方法可以有效测量不规则形状的结构表面，速度快、精度高。但这种方法的设备成本较高，不利于应用推广。图像识别方法是利用相机拍摄一系列图像或者视频，通过识别图像之间的像素变化来测量结构变形或应变的方法。这种方法不用接触被测物体，具有测量范围广，测点数量多，各测点数量同步性强等优点。但是和激光扫描法和应变片方法对比，图像识别方法的测量精度相对较低。这种方法精度低的主要原因有：(1)由于采用环境光源进行测量，往往需要对相机进行补光才能得到分辨率高的图像。(2)由于相机拍摄角度等问题，导致照片像素坐标和真实被测结构物的表面坐标存在差异，需要进行坐标变换才能得到真实坐标。而这一变换规则与相机成像原理有关，相对较复杂。(3)为获得被测物的变形，图像识别方法需要准确定位相机与被测物的距离，此时必须辅助激光测距仪或者其它测距方法。(4)为了得到被测物的空间位置，往往需要两台以上相机同时拍摄才能获得被测物的真实位移或应变。(5)因为传统的基于图像识别的应变测量方法需要对比前后多张照片的图像，这就要求整个试验过程中拍摄用的相机不能收到干扰而产生移动。这就需要对相机进行强化固定或者在图像识别过程中增加较复杂的相机位置修订算法。

发明内容

为至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，本发明的目的在于提供一种基于前景网格的结构表面应变测量系统及测量方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于前景网格的结构表面应变测量系统，应用于土木工程结构静载试验，包括：

前景网格，包括多个等距的网格，所述前景网格设置在土木工程试验对象的前方，所述土木工程试验对象上设置有多个试验测点；

图像采集装置，用于采集所述土木工程试验对象的图像，且图像内包含有所述前景网格和所述试验测点；

数据处理装置，用于对采集到的图像进行处理，获得所述前景网格和所述试验测点的坐标值，根据所述坐标值获取所述土木工程试验对象的应变值。

进一步，所述前景网格由可透视材料制成，所述前景网格设置在所述土木工程试验对象和所述图像采集装置之间。