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非接触式应变位移视频测量仪(结构)


非接触式视频测量仪
英国艾美创公司中国代理:

北京天禾沐电子技术有限责任公司
地址:北京市海淀区花园路六号应物会议中心B座339室 邮编:100088 电话:010-82034475, 62061100 传真:010-62061101 Email:Bai.hua@tangram.cn www.imetrum.com

目录
? IMETRUM公司介绍
? 测量仪的功能及精度

? 测量仪的优势
? 结构监测

? 材料力学性能测试
? 组件领域的应用
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IMETRUM公司
? 15年致力于非接触式视频精确测量的研究 ? 2007年首次运行视频测量仪器 ? 客户举例:
?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)
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功能、应用
? 工作原理: 利用图像散斑识别技术,能够准确跟踪被测 物上点与点之间的运动 ? 动态实时测量二维的参数: ?位移、应变、模量、泊松比 ?震动、挠度、弯曲 ? 广泛应用于: 结构(如:风洞、桥梁、建筑、井架、起重机、杆塔、铁轨) 材料(所有材料力学测试;高温、破坏性试验)
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测量精度
? 测量位移和应变的分辨率取决于: 摄像机的像素和视场的大小 ? 结构测试的分辨率:(测量几十厘米到上百 米的物体) 位移分辨率:0.12mm(100m测量距离) 应变分辨率:20me ? 材料测试的分辨率:(测量小尺寸样,25mm 视场) 位移分辨率:0.05mm 应变分辨率:5me

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结构领域的应用
? 可进行:

? 应用领域举例:
桥梁(测动态挠度;振动频率和幅度) 拉索振动 铁轨(测量铁轨的振动) 建筑 高耸结构(输电塔、信号发射塔、烟囱等) 风洞试验 (不受气流影响) 起重机(满载下挠,振动) 游乐设施 (速度、位移、振动) 井架 堤坝

? 可实时监测:
动态挠度
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位移

速度

结构监测的优势
?安装省时、简单(安装少于30分钟) ?无需在被测物上做标记点 ?同步实时测量
?同步实时测量 变形 等等) (如:位移、挠度、

?可对拍摄的录像,进行后续处理,使您能 够对被测物进行更为详细的分析。
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大型结构测量精度
? 位移分辨率为视场大小的十万分之一,最高可达 到二十万分之一 ? 例如:采用焦距为50mm的镜头(镜头可根据实际 需求,进行调配),则测量精度为: 物距/米 (摄像机到被测 物距离) 1m 10m 100m 1000m
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位移 测量精度/毫米

0.0012mm 0.012mm 0.12mm 1.2mm

结构监测的典型设备
监测 摄像机

广角镜头
Video input

PC

键盘

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测量桥 安装示意图

可测

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可测量

测量桥梁 被测点的选择
移动的红线是: 桥梁的动态挠度(经放大)

基准点

测量点的选择

这座桥,上面的任何 部位都可以作为被测 点
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测量结果(GIF动画)

注意:放映幻灯片,可看到动画

测桥案例1---仪器安装位置

? 无需在桥上做标记点或者贴反光片。 ? 根据具体的地理环境,以上仪器安装位置, 测量效果最佳。
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被测点的选择
可同时测量多个被测点 图中红色方框,即为被测点

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中心线方向的数据

优势: 1. 仪器安装简单实用方便 2. 测量精度高;同时测量多个被测点 3. 动态测量:测量车辆行驶引起的桥梁震动 4. 无需做标记点。 www.imetrum.com

测桥案例2

×– 代表所 选的被测点的 位置

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垂直位移(Midspan)
Severn Bridge Vertical Displacement - Midspan
100 50

Displacement (mm)

0 0 -50 60 120 180 240 300

-100

-150

-200

上游桥面发生更 大的位移(推测 桥面发生扭转)
Time (s) Under Up Stream Cable Under Down Stream Cable

一阵强风引起的 巨大位移
Reference Point

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案例3----道路

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被测点的选择

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路况1

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案例4---某铁路桥

测量铁路桥上多个被测点的动态时程曲线, 上图是火车通过时,引起的震动曲线
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被测点2

被测点1

优势: 1.非接触式、远距 离测量,不受桥 下水的影响 2.动态测量多个被 测点的时程曲线, 即,可测量车辆 驶过时,桥梁的 震动情况。 3.无需做标记点

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塔吊的测量
测量过程:塔吊所吊重物的 下降过程,即被测点4的下降 过程。
测量参数:震动频率 震动幅度 挠度 优势: 远距离测量 无需做标记点

测量距离:目测在1公里以上。

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铁轨

优势: 可以测量铁轨上多个特征点的时间-位移曲线。
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Void Meter Comparison

? 传统方法测量的是3毫米的位移 ? 真实的位移是5毫米(包括1毫 米的凸起(heave)) ? 这个偏差能够用于检定列车潜 在的出轨。
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Imetrum 测量仪的优势 — 测量铁轨 ? 可远距离测量。
? 测量火车驶过时,铁轨的动态模型 可以测量: 铁轨的震动和弯曲 枕木下的间隙 接头的完整性 铁轨、枕木、枕座之间的关系 ? 通过注意每个车轴驶过时,不同的挠度。 可以从理论上限定每个车轴上的载荷。 ? 高测量精度. ? 通过测量铁轨的两边,能够得到铁轨的动 态弯曲(twist)
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振动台实验
被测量点 被测物

振动台

震动台实验---示意图

某被测点的测量结果:时间-位移曲线

非接触式应变位移测量仪的优势: 1. 可同时监测多个被测点 2. 可同时测量水平和垂直两个方向的位移 3. 测量精度高(详见前面的幻灯片)
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堤坝监测
基准点

可被识别的测 量点

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长廊监测
摄像机 沿着长廊放置, 以便能够看到被 测标记。

在顶上固定可以 被软件识别的靶 心状标记

选择靶心状标记 作为被测量的目 标点

测量长廊的位 移

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风洞试验
非接触式视频测量仪器的优势: 1. 对风洞中的气流无任何影响。(仪器可以安装在 风洞的外面,透过玻璃,对风洞里的被测物进行 测量) 2. 可同时测量应变、位移、角度等参数的变化。

3. 操作简单,使用方便。
4. 得到动态的测量数据。比如:时间-位移曲线。

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组件领域的应用
? 应用领域举例: 裂纹发展监测 周期/疲劳试验 梁弯曲剖面图 ? 可测量: 位移 位置 旋转 应变 弯曲角 ? 优点 ?安装省时、简单(安装只需30分钟) ?可同时监测多个参数(比如:应变和位移)
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组件领域的应用
? 车轴装在能够模拟路况的 实验机上。 ? 利用多个相机同时测量:
– 前束角 – 外倾角 – 各种位移
汽车后扭转梁横轴

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组件领域的应用

一个相机中的视野

测量的前束角

? 在车轴变形时,实时测量角度和位移
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材料领域的应用
? 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) ? 特殊条件下的测量
? 高温力学测试 ? 高速冲击、高频振动 :需要高速摄像机 ? 断裂、损伤、破坏实验(不会损坏测量仪) ? 疲劳试验(不会出现打滑现象)

? 可实现测量数据的反馈控制 ? 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
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传统测量方法的问题
引伸计(试验机的常配器件)
?可能发生打滑;试样表面光滑、做疲劳试验的时候。 ?难以装卡;比如:试样很小、试样很软、形状不规则 ?难以测量断裂伸长;试样断裂的时候,容易破坏引伸计 ?难做压缩试验测量压缩模量。

应变片:
?耗费时间长,测试效率低;
?需要提前用胶水粘应变片 ?需要调试采集器

?需要一定的技术基础

视频测量仪可解决以上问题
具有:操作简单、测量效率高、可测量材料的各向异性
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材料测试示意图

视频测量仪

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测量材料泊松比
? 点1和2用于测量 轴向应变 ? 点3和4用于测量 横向应变 4 ? 可测量泊松比 ? 通过1点和2点 可计算出旋转 角

1 3

2
以上4个被测点是在分析软件里人为指定的。 点的数量和位置可以自己设定。

可利用这些点进行多种参数的测量
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测量小尺寸试样
试样
1毫米 5毫米

材 料:非晶材料 尺 寸:宽1毫米 测量标距:5毫米

优势: ?测量小尺寸试样 ?任意设定标距

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测量纤维
被测对象:纤维 直 径:头发丝大小 被测对象 测量方法: 在纤维上人为添加特征点。 比如:粘上一小段头发丝。作为视 频测量仪的被测点。 优势: 纤维这类柔软、细小的材料,无 法使用传统的传感器,但是视频测量 仪可以测量。

这两个部位 可作为被测点

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高温试验
加 热 炉 的 炉 壁 透过观察窗 捕捉到的图像

测量温度: 1000摄氏度 加热方式:加热炉 测量方法: 在加热炉上开观察窗, 通过观察窗进行测量。
右图中,加热炉内的图像 非常清晰。测量仪可以通 过分析这些视频图像,测 量高温条件下的变形和位 移。

1000度下的视频截图

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疲劳试验
优势: ?不会出现打滑现象
传统的引伸计会有打滑现象

?可以长时间工作
传统的应变片无法长时间使用

?可实现测量信号的反馈控 制
结合疲劳试验机使用

视频测量仪可以将测量得到的应 变或位移信号,反馈给试验机进 行控制。

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测试位移精度对比

? 测试准确度 0.1% (与标准的DTI测试相比) ? 实验有空中客车公司完成 ? 优势:可测量二维面上各个方向的位移、应变。
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测试应变精度对比

? ? ? ?

准确度 0.5%(与传统的应变测量仪相比) 同时测量了泊松比0.33, 铝的标准值 UKAS(英国皇家认可委员会)认证 优势:准备时间短,安装方便,无需调试

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应力-应变曲线对比

标距10mm的引伸计 视频测量仪

?由与北京某高校一起做的对比试验 ?试验仪器:MTS试验机 ?引伸计标距:10mm ?被测对象:直径10mm的Q235钢
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测量泊松比、 模数

混凝土测试
添加斑点 可用于识别的斑点

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高速测量实验
? 25,000 帧/秒的高速测量实验 ? 下面显示的数据来自于一个碳纤维布料在大约每秒400% 的变形速度下的测试实验 ? Imetrum 视频测量仪可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

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