一种基于数字图像的高温应变传感器校准装置及校准方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于数字图像的高温应变传感器校准装置及校准方法，该校准装置包括标准样件、高温加热系统、温度控制系统、力载荷加载系统、光学探测系统以及数据处理系统，标准样件上粘贴待校准的高温应变传感器，并且标准样件的表面上刻蚀有散斑集；高温加热系统用于将标准样件加热至预设校准温度；温度控制系统用于通过控制高温加热系统将标准样件加热至预设校准温度；力载荷加载系统用于对标准样件加载预设校准力载荷；光学探测系统用于实时探测并记录标准样件上的散斑集的图像；图像处理系统用于根据散斑集的图像计算标准样件产生的理论应变。应用本发明专利技术的技术方案，以解决现有技术中校准精度低、校准范围小的技术问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于数字图像的高温应变传感器校准装置及校准方法


[0001]本专利技术涉及高温应变校准
，尤其涉及一种基于数字图像的高温应变传感器校准装置及校准方法。

技术介绍

[0002]先进复合材料在航空航天领域的应用日益广泛，这是由于它具有比强度高、比模量高、抗疲劳性能好、减震性能优良、耐高温性能优越等显著优点。例如先进树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、碳/碳复合材料等复合材料与传统金属等材料相比显示出了较大的优越性。在应用这类新型耐高温材料及相应的部件时，需要准确地测量和分析材料和部件的高温应变，才能够保证相关部件安全稳定地运转。目前，测量高温应变的常用工具包括采用高温应变传感器，其自身的精度直接决定高温应变测量精度，但现有的校准装置存在标定范围小、标定精度受各部件热膨胀系数影响较大、标定精度差的技术问题，无法保障高温应变的测量准确度，严重影响我国重点武器型号的研发和生产。

技术实现思路

[0003]为了解决现有技术中存在的问题之一，本专利技术提供了一种基于数字图像的高温应变传感器校准装置及校准方法。
[0004]根据本专利技术的一方面，提供了一种基于数字图像的高温应变传感器校准装置，校准装置包括：
[0005]标准样件，标准样件上粘贴待校准的高温应变传感器，并且标准样件的表面上刻蚀有散斑集；
[0006]高温加热系统，高温加热系统用于将标准样件加热至预设校准温度；
[0007]温度控制系统，温度控制系统与高温加热系统连接，用于通过控制高温加热系统将标准样件加热至预设校准温度；
[0008]力载荷加载系统，力载荷加载系统与标准样件连接，用于对标准样件加载预设校准力载荷；
[0009]光学探测系统，光学探测系统用于实时探测并记录标准样件上的散斑集的图像；
[0010]数据处理系统，图像处理系统用于根据散斑集的图像计算标准样件在预设校准温度下受到预设校准力载荷时对应产生的理论应变。
[0011]进一步地，高温加热系统包括真空泵和高温加热炉，高温加热炉内部具有加热空间，真空泵与高温加热炉连接，用于将加热空间内的气体排出以形成真空加热空间，高温加热炉将标准样件包围在真空加热空间内以为其加热。
[0012]进一步地，高温加热炉包括炉体、发热电阻丝、供电电源和变压器，发热电阻丝设置在炉体内部并且与供电电源和变压器连接以使炉体内部形成加热空间，真空泵与炉体连接以将加热空间内的气体排出形成真空加热空间，发热电阻丝通过与供电电源和变压器配合将真空加热空间内的温度加热至预设校准温度。
[0013]进一步地，高温加热系统还包括冷水机，炉体包括双层炉壁以及设置在双层炉壁内的冷却水套，冷水机与冷却水套连接，冷水机与冷却水套内具有循环流动的冷却水，高温加热系统通过冷水机和冷却水对加热空间内的温度进行调节以使其保持在预设校准温度。
[0014]进一步地，温度控制系统包括温度传感器、温度采集模块、上位机以及PLC控制模块，PLC控制模块与供电电源和变压器连接，温度传感器设置在真空加热空间内以监测真空加热空间内的实时温度，温度采集模块用于采集温度传感器测得的实时温度，上位机用于根据温度采集模块采集到的实时温度计算加热电阻丝的加热时间和变压器的输出电压，PLC控制模块用于根据温度采集模块计算得到的加热时间和输出电压控制供电电源和变压器。
[0015]进一步地，光学探测系统包括照明单元和图像采集单元，照明单元用于照亮散斑集，图像采集单元用于实时探测并记录散斑集的图像。
[0016]进一步地，温度传感器为热电偶和/或红外热像仪。
[0017]根据本专利技术的另一方面，提供了一种高温应变传感器校准方法，方法包括：
[0018]在粘贴有待校准的高温应变传感器的标准样件上刻蚀散斑集；
[0019]利用温度控制系统控制高温加热系统以将标准样件加热至预设校准温度；
[0020]利用力载荷加载系统对标准样件加载预设校准力载荷；
[0021]利用光学探测系统实时探测并记录标准样件上的散斑集的图像；
[0022]利用数据处理系统根据散斑集的图像计算标准样件在预设校准温度下受到预设校准力载荷时对应产生的理论应变。
[0023]进一步地，根据散斑集的图像计算标准样件在预设校准温度下受到预设校准力载荷时对应产生的理论应变包括：
[0024]在散斑集所在区域选取两个包含多个散斑的子区域；
[0025]利用扩展脉冲函数根据两个子区域的原始图像以及在预设校准温度下对标准样件加载预设校准力载荷时的图像计算两个子区域的位移矢量；
[0026]根据位移矢量计算标准样件在预设校准温度下受到预设校准力载荷时对应产生的理论应变。
[0027]进一步地，在标准样件上刻蚀散斑集的方法包括喷砂法、激光刻蚀法和离子束刻蚀法。
[0028]应用本专利技术的技术方案，提供了一种基于数字图像的高温应变传感器校准装置及校准方法，该校准装置通过在粘贴高温应变传感器的标准样件上刻蚀散斑集，利用温度控制系统和高温加热系统将标准样件加热至预设校准温度，利用力载荷加载系统对标准样件加载预设校准力载荷以进行校准试验，在校准试验过程中利用光学探测系统实时探测并记录标准样件上的散斑集的图像，从而利用数据处理系统根据散斑集的图像计算出对应试验条件下的理论应变，利用该理论应变与高温应变传感器测得的测量应变相比较即可对高温应变传感器进行校准，提升其测量精度，该装置采用视觉测量技术获取标准样件的理论应变，能够避免利用测量部件接触测量引入的膨胀系数的影响，校准精度高、校准范围大。
附图说明
[0029]所包括的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部
分，用于例示本专利技术的实施例，并与文字描述一起来阐释本专利技术的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]图1示出了根据本专利技术的具体实施例提供的基于数字图像的高温应变传感器校准装置的结构示意图；
[0031]图2示出了根据本专利技术的具体实施例提供的温度控制系统的控制原理示意图；
[0032]图3示出了根据本专利技术的具体实施例提供的标准样件上的微段；
[0033]图4示出了图3中微段在被拉伸前后的尺寸变化情况示意图；
[0034]图5示出了根据本专利技术的具体实施例提供的位移矢量计算原理图。
具体实施方式
[0035]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数字图像的高温应变传感器校准装置，其特征在于，所述校准装置包括：标准样件，所述标准样件上粘贴待校准的高温应变传感器，并且所述标准样件的表面上刻蚀有散斑集；高温加热系统，所述高温加热系统用于将所述标准样件加热至预设校准温度；温度控制系统，所述温度控制系统与所述高温加热系统连接，用于通过控制高温加热系统将所述标准样件加热至预设校准温度；力载荷加载系统，所述力载荷加载系统与所述标准样件连接，用于对所述标准样件加载预设校准力载荷；光学探测系统，所述光学探测系统用于实时探测并记录所述标准样件上的散斑集的图像；数据处理系统，所述图像处理系统用于根据所述散斑集的图像计算所述标准样件在预设校准温度下受到预设校准力载荷时对应产生的理论应变。2.根据权利要求1所述的校准装置，其特征在于，所述高温加热系统包括真空泵和高温加热炉，所述高温加热炉内部具有加热空间，所述真空泵与所述高温加热炉连接，用于将所述加热空间内的气体排出以形成真空加热空间，所述高温加热炉将所述标准样件包围在所述真空加热空间内以为其加热。3.根据权利要求2所述的校准装置，其特征在于，所述高温加热炉包括炉体、发热电阻丝、供电电源和变压器，所述发热电阻丝设置在所述炉体内部并且与所述供电电源和所述变压器连接以使所述炉体内部形成加热空间，所述真空泵与所述炉体连接以将所述加热空间内的气体排出形成真空加热空间，所述发热电阻丝通过与所述供电电源和所述变压器配合将所述真空加热空间内的温度加热至所述预设校准温度。4.根据权利要求3所述的校准装置，其特征在于，所述高温加热系统还包括冷水机，所述炉体包括双层炉壁以及设置在所述双层炉壁内的冷却水套，所述冷水机与所述冷却水套连接，所述冷水机与所述冷却水套内具有循环流动的冷却水，所述高温加热系统通过所述冷水机和所述冷却水对所述加热空间内的温度进行调节以使其保持在所述预设校准温度。5.根据权利要求4所述的校准装置，其特征在于，所述温度控制系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：李春辉，高增华，张博，宋志强，黄相华，鲁宁，苏一鸣，张毅，陈小婷，
申请(专利权)人：北京振兴计量测试研究所，
类型：发明
国别省市：