艾美创Imetrum非接触式应变位移视频测量分析系

Imetrum简介

英国Imetrum公司是从英国布里斯托大学分离出来的高新科技企业，拥有超过15年的研究与开发经验，已成为基于视频技术的、非接触式精密测量领域的佼佼者，产品以其非接触式、实时监测和高精度等著称，广泛应用于材料力学测试领域和结构检测领域。

Imetrum客户遍布全球各地，在各大院校、科学研究所、企事业单位、国防和军工单位等拥有大量用户，如Rolls Royce（劳斯莱斯） 、 ThyssenKrupp（蒂森克虏伯），NPL（ 英国国家物理实验室） ，AWE（ 英国原子武器研究所） ，MBDA（欧洲导弹集团） ，Airbus（欧洲空中客车公司）等。

传统手段上，大家获取应变或位移数据也许会使用电位计、线性可变位移转换器（LVDT）、水准仪和全站仪等基于激光的设备来解决，或者其它一些类似于加速度计、应变计的接触式传感器。而Imetrum非接触视频应变位移精密测量技术，带来的是快速、高效、高精度和单位时间内的更多参数数据。只需记录视频，在连接设备的PC端，通过Video GaugeTM平台即可现场获取多个参数数据，并且在内业后处理中视频影像和分析数据同屏显示，更直观可靠。

工作原理：

 采用高分辨数字摄像机，并选用合适的镜头，视频测量仪器可以对小到1mm、大到超过100m的被测物进行测量。

 测量仪采用数字图像散斑相关性处理技术，并利用英国Imetrum公司专利的数字图像处理方法，可以高精度地测量位移和变形。

 数字图像散斑相关性技术是一种识别和跟踪图像上散斑灰度值的技术。在试样发生变形的过程中，通过数字摄像机拍摄整个变形过程，摄像机的拍摄过程可理解为记录一幅幅高清图像。测量仪利用这种图像处理技术可以准确识别每一幅图像上的灰度特征，当被测物发生位移或变形的时候，图像上的灰度特征就会发生变化，仪器通过对比多幅图像，可以识别这种灰度特征的变化，从而实现测量位移和变形的目的。

 视频测量仪需要被测物表面具有灰度差异的散斑特征，这种灰度特征可以是被测物表面自然的纹理特征，也可以是认为添加上的特征。例如一下特征都可以被测量仪识别：被测物表面的自然纹理。

 比如：建筑物的表面特征，金属表面的抛光划痕，复合材料表面的纹理等等。

 用户可以任意指定一系列的被测点，系统将准确跟踪视频中这些被测点的位置，测量应变和位移。

 功能及测量精度

 1.1 功能

 采用非接触式的测量方式，高精度多点测量：

 61548; 应变    

 泊松比

 61548; 位移    

 挠度     弯曲  

 旋转

 61548; 震动（得到时间-位移曲线）

 61548; 应力/应变曲线     弹性模量

 可同时测量多个被测点，

 61548; 每一个被测点相当于一个位移传感器

 1.2 测量精度

 测量仪的测量精度与所选择的镜头有直接关系。可以分为两种情况：

 材料力学性能测试的分辨率：（采用材料测试专用镜头，测量小尺寸的试样）

 位移分辨率：0.05微米

 应变分辨率：5个微应变

 大型结构测量的分辨率：（测量几个厘米到上百米的物体）

 位移分辨率：0.12毫米（100米的测量距离）被测距离越近，精度越高

 与传统的测量仪器相比，非接触式应变位移视频测量分析系统具有以下特性：

 1)非接触式、可远距离测量；材料力学测试时：如果被测物表面坚硬光滑或者做疲劳试验时，不会出现引伸计打滑的现象或者应变片自己产生疲劳情况。结构监测时：可远距离测量，避免特殊情况下很难测量的问题，比如：桥下有水。

 2)高测量精度

 3)安装简单、使用方便、测量效率高

 测量仪属于便携式仪器，可在室内使用，也可以进行户外测量。从安装到使用少于30分钟。

 4)无需在被测物体表面做标记(大部分情况下)

 结构监测时，无需人工在被测物上贴标记。

 5)同时测量多个被测点

 一次测量多个被测点，相当于在被测物体表面布置了多个位移计和应变计。

 6)可对视频录像进行后处理。

 保存测量过程的视频录像，可以对录像进行重复处理，可以重新人为指定被测点的位置和数量，能够得到更为详细的数据资料。比如：进行瞬态力学测试时，像测量高速冲击碰撞，断裂瞬间，爆炸瞬间等。结构监测时，可以重新指定测量部位。

 1.主要应用领域

 根据用户的应用领域不同，大体分为两大领域：

 (1)材料力学测试领域

 测量小尺寸试样，大多与试验机结合使用。

 (2)结构监测领域

 测量大尺寸(从厘米到上百米)的结构体。

 2.1 材料力学性能测试领域

 2.1.1测量参数

 在材料力学性能测试领域，仪器可以测参数：

 61548; 位移    弯曲

 61548; 应变    泊松比

 61548; 弹性模量   应力应变曲线

 测量实验举例：

 61548; 拉伸实验

 61548; 压缩实验

 61548; 3点/4点弯曲实验

 61548; 疲劳实验

 2.2测量精度

    位移分辨率：0.05微米

    应变分辨率：5个微应变

 2.3 测量误差

 非接触式测量仪具有高测量精度，同时具有很低的测量误差。

 具有UKAS（英国皇家认可委员会）的认证证书

 *大相对误差小于0.5%

 欧洲AIRBUS公司做的对比试验

 对比结果：误差小于 0.1% (与标准的DTI测试相比

 视频测量仪与应变片对比

 对比结果：误差小于0.5%(与应变片相比)

 2.4 优势(材料力学测试领域)

 测量对象：多种材料(可以与试验机相连)

 金属、岩土、塑料、橡胶、复合材料、高分子材料、皮革、光纤、薄膜、木材、生物材料等等

 可调整标距长度(可测量细小、柔软材料)

 61552; 特殊条件下的测量

 61656; 高低温力学测试

 61656; 高速冲击、高频振动 ：需要高速摄像机

 61656; 断裂、损伤、破坏实验（不会损坏测量仪）

 61656; 疲劳试验(不会出现打滑现象)

 61552; 可实现测量数据的反馈控制

 61552; 微观力学测量

 借助显微镜、扫描电镜（SEM）等其他设备拍摄图片，从而，测量微观力学。

 3.与传统测量仪的比较

 与传统的接触式测量仪相比，非接触式测量仪可以解决使用传统接触式测量仪的过程遇到的一些问题。

 使用引伸计可能出现以下问题：

 61550; 可能发生打滑

 试样表面光滑、做疲劳试验的时候。

 61550; 难以装卡

 比如：试样很小、试样很软、形状不规则

 61550; 容易被损坏；

 试样断裂的时候，很容易破坏引伸计

 61550; 难做压缩试验

 使用应变片：

 61550; 耗费时间长，测试效率低；

 61656; 需要提前用胶水粘应变片

 61656; 需要调试采集器

 61550; 需要具有一定技术基础 的人员

 非接触式应变位移测量仪，可以解决接触式传感器存在的以上问题，并提高测量效率。

 在材料力学性能测试领域，测量材料的应力-应变曲线至关重要，视频测量仪利用一个数字/模拟输入/输出模块可以和试验机相连，绘制应力-应变曲线。提供两种连接方式与试验机相连：

 1） 视频测量仪将测量结果传输给试验机

 视频测量仪可以将测量结果转化为数字或者模拟信号，通过实验上的一些接口（比如：引伸计的接口）传输给试验机，由试验机绘制应力-应变曲线。

 2）视频测量仪采集试验机的载荷信号

 当试验机有载荷输出接口的时候，视频测量仪可以通过这个接口采集试验机的载荷信号，由视频测量仪绘制应力-应变曲线。

 3.1典型测量案例

 1) 小尺寸试样

 优势：标距可调；

 标距可以小于1毫米，可测量小尺寸试样。

 非接触式；因为采用非接触的方式进行测量，所以，安装方便，并且不会在被测物上附加任何重量，可以测量柔软的材料。

 2) 压缩试验（蜂窝材料）

 蜂窝材料压缩试验

 优势：这种材料很难使用引伸计或者应变片进行测量。视频测量仪可以同时测量多个部位的应变。如上图，测量4个部位的变形。

 3) 弯曲试验可代替百分表使用,同时测量多个被测点的位移

 4) 疲劳试验:结合疲劳试验机使用

 优势：

 视频测量仪不会出现打滑现象；传统的引伸计容易出现打滑

 视频测量仪可长时间的工作；传统的应变片无法长时间工作

 视频测量仪可实现测量信号的反馈控制。

 5) 高温试验

 测量高温试验，需要在加热炉上开观察窗，视频测量仪通过观察窗进行测量。在1000度的情况下，视频测量仪仍然可以捕捉到清晰的图像，即，视频测量仪可以完成测量工作。

 6) 断裂、高速冲击力学测量

 非接触式应变位移测量仪与高速摄像机相结合，可用于研究断裂瞬间试样变形、高速冲击碰撞瞬间变形、以及高频振动。

 非接触式视频测量仪的分析软件，可以对高速摄像机拍摄的非压缩avi格式的视频进行测量，可很容易得到实验过程中的应变和位移。

 目前，测量瞬态力学、高频振动是一个难题，因为需要超高的采集频率。普通的采集设备很难达到这么高的采集频率。视频测量仪为您提供了一种新的测量方法。

 高速摄像机的采集频率可达到100万Hz

 7) 混凝土材料

 说明：

 可同时测量7个点，可测量每个点的水平和垂直方向的位移。

 动态测量图13中4个被测点的位移。

 8) 微观力学测试

 非接触式视频测量仪与显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、扫描探针显微镜（SPM）相结合，可以实现纳米测量。

 通过采集这类显微镜下的图像，结合视频分析软件，可以对这些微观图像进行测量分析。从而达到测量变形的目的。

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