本公开涉及远程位移传感器，例如光学应变仪，其使用由光栅实施的光学放大器，例如，但不限于波动光栅，以计算在位置或计量长度中的变化。在该实施例中由具有波动光栅的应变仪实施，提供两个箔，下箔层具有由在第一光栅频率处具有平行线的第一光栅和在第二光栅频率处具有平行线的第二光栅的覆盖图产生的参考或静态波动光栅。该下箔进一步包括在第一基频处具有平行线的第一光栅的第一图段，同时该顶层具有在第二基频处具有平行线的第二光栅的第二图段。所述箔的相互覆盖产生该第一和第二图段的覆盖图因此产生与参考光栅相同的波动光栅。然而，所述两个箔的相对运动垂直于所述平行线，响应于对样本上拉伸响应的在计量长度中的运动，生成大于所述相对运动的在所述重叠光栅中的相变。所述光学应变仪的图像由相机或其它光学设备捕获且产生的图像通过快速傅里叶转换或相似的算法处理以测定所述相变，因此计算在计量长度中的所述变化及因此产生的拉伸。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开通常涉及具有多种应用的远程位移检测器。特别是，一个应用是用于材料试验中的应变测量装置。更具体的，本公开涉及可视光栅或光学光栅的使用，包括但不限于波动光栅，其表现出的变化响应于在位置中的变化，且涉及用于检测且解释这些变化的所述方法。
技术介绍
在现有技术中，应变测量装置是众所周知的。hstron，伊利诺斯工具制品有限公司的子公司，制备且出售各种应变测量装置及其他产品。在过去，通过使用装有阻力应变仪的夹式伸长计及最近的非接触视频伸长计来测量材料的压缩及伸长的性质。尽管对他们的预期目的适应性强，但夹式伸长计通常要求有经验的人大量的设置。同样的，尽管对他们的预期目的适应性强，但视频伸长计对相机运动、气流、焦距、动态变化、所述样品ζ方向的运动及在夹紧过程中该样品的位移是敏感的，为了避免这些错误可能要求引入补偿。视频伸长计应用通常要求精确测量该目标点的所述图心以至表现出相机像素的小碎片，因此要求复杂的图心处理以达到必须的子像素精确度。现有技术包括美国专利(专利技术人是Haywood，专利号是No. 7，047，819，题目为“样品的测试”)；美国专利(专利技术人是Roy Allen，专利号是No. 6，164，847，题目是“图像参数探测”(本申请的专利技术人))；美国专利(专利技术人为Sioup，题目为“网格应变仪”，专利号为 No.2，787，834) ；DE3120653 及 EP0255300。
技术实现思路
因此本公开的目标是提供远程位移检测器，例如，但不限于伸长仪，其可提供精确的结果，同时最小化大量的专业设置。更具体地，本公开的目标是提供这样一种远程位移检测器，其对由环境引致的错误不敏感，在大工作距离下是精确的(在一些实施例中提供的工作距离是所述测量精确度所要求的一千万倍)，且可在相对低成本下实施。通过提供远程位移传感器可达到这些目标及其它目标，其可作为具有两个相互重叠或相互覆盖的基底层的光学应变仪植入，例如，但不限于，薄膜。可用不同的实施例实施很多不同的可视光栅。在本公开的光学应变仪的典型实施例中，该底层包括相邻于在第一间距处具有第一平行线系列的第一光栅的参考波动光栅。该顶层包括在第二空隙处具有第二平行线系列的第二光栅。该第一和第二光栅彼此覆盖，且该两个光栅的合并(具有所述平行线的两个不同的间距，在波动光栅的第一个第二基频处)产生具有在恒定波长下类似正弦光栅的空间变化亮度的波动光栅。该底层的第一端与该样本相连且顶层的第二端(在第一端对面)与该样本相连从而当该样本受到拉伸时，该顶层沿着该底层滑动且改变由相互覆盖的第一和第二光栅所生成的该类似正弦波动光栅的空间相位。以线性维度表达的空间相(例如，由于相变引起的该波形的所述转换)的移动快于由该拉伸产生的在相对位移中的变化可达到光增益。在本专利技术公开的一些实施例中可达到的光增益因子是二十。该产生的波动光栅和参考波动光栅由光学传感器进行扫描且由算法进行分析，例如，但不限于， 用于测定空间相变的快速傅里叶转换(FFT)算法，从而测定在相对位移中的变化，从而能够计算计量长度的变化，因此能够计算在拉伸试验或相似试验过程中在样品上的拉伸。本公开的实施例产生了使用性质可能是伪随机的或周期性的重叠分量光栅的合并可视效果。通常，该光栅之一具有例如亮度、相、元素分布、颜色或其它参数，可对这些参数进行周期性调制。合并该分量光栅的意图是产生适合于在远距离进行远程查看的低空间频率可视效果；可视光栅的变化与在组合箔光栅之间的差分运动成正比；且可视效果具有如此的增益以至该位置依赖变化放大了在组合箔光栅之间的相对运动。进一步地，本公开的实施例可具有如下优点。第一，工作距离对测量分辨率的比例通常可像一千万比一那么大。第二，通常，该远程相机校准及位置稳定性与通常具有数百微米数量级校准公差的编码器读头相比不是决定性的，其数量级限制较弱。第三，可通常应用具有280微米特征(或相似的)的简易视频薄膜格子达到高精确度，像0.5微米。第四，由于本公开的典型实施例成本低，通常可认为该传感器是用完即可丢弃的或一次性的。第五， 在一些申请中，该摄像读头可在该相同的视角中同时解释多个箔传感器，无需使该箔传感器沿着与测量轴相同的方向。与现有技术相比，本公开的该高信噪比实施例由于两个因素通常可达到。第一，本公开实施例使用覆盖大区域的基于相的目标阵列测量而非在所述样品上的少数单个标记的基于图心的亮度测量。为了识别和发现该标记的所述图心这样的离散标记通常要求一致的高图像对比。该标记图心主要由进一步减少单个标记或点可提供的位置样本数据的数量的标记的周边像素所驱动。本申请公开的实施例，在另一方面，通常利用重复目标阵列的平均相进行测量。进一步地，因为本专利技术实施例比较了已知严格耦合的在两个相似目标阵列之间的相对相差，所以可独立于相机方位追踪该相差。因此，由相机所见的该阵列的有效尺寸及形状可在该试验过程中变化。总之，本公开的实施例使动态波动条纹光栅能够无需考虑相机方位且在很低相机像素分辨率下在远距离处进行远程校准。已知参考光栅可邻近于该波动变化相光栅。该参考光栅通常在螺距和亮度曲线方面与所述合并的波动干涉光栅相同。这允许直接比较在受测对象的局部坐标空间中实施的在两个光栅之间的相对相移，而非依赖远程相机的该校准像素空间以仅单独追踪该动态波动光栅的相移。此外，在所述传感器处的位移测量实际上借助于局部波动像素进行而非在全部校准相机像素空间中进行。这通常消除或极大地减少了对该传感元素和该远程相机之间的持续稳定的光学环境的需求，如同对保持严格耦合、 校准的像素空间的需求一样。这个局部参考方法的进一步实施例可应用至可被制成对远程相机可视的其他相敏干涉光栅或干涉效果。这包括其中具有结构化相调制干涉的伪随机噪声光栅以产生相依赖光栅变化的干涉模式。附图说明从接下来的描述和附图中，本专利技术进一步的目标和优点将更明显。图1是本公开的所述远程位移传感器的所述底层的主视图，其以光学应变仪实施。图2是本公开的光学应变仪的顶层的主视图。图3是本公开的光学应变仪的侧视图，示出了所述顶层和底层。图4是本公开的产生波动光栅的顶层和底层的光栅的概念视图，及用于举例目的的该波动光栅的第一和第二基频光栅的略偏移。图5是本公开的用于拉伸应变测量的所述系统的透视图。图6是在拉伸试验过程中接收来自本公开的应变仪的图像的光学传感器的放大图。图7是与拉伸试验样本相连的本公开的光学应变仪的透视图。图8示出光学应变仪亮度的条纹图段的局部相机图像。图9是通过伸缩在垂直轴中的图8的图像而产生的平均亮度对所述相机轴的图。图10是通过伸缩在垂直轴中的所述图像而产生的所述参考和活动碎片的平均亮度对相机轴的图像。图IlAUlB和IlC是示出了在本公开的光学应变仪上的刚性体及拉伸位移效果的连续视频图像的不变的图段。图12A-12B，13A-13B，14A-14B是三对附图，其列举了具有来自参考及活动条纹光栅的光学应变仪的视频图像部分及相应的参考和活动碎片的平均亮度图。图15是本公开的传感器的图像。具体实施例方式现在参照附图进行详细说明，其中这几幅图中相同的数字指示相同的元素，可见图1-4列举了作为本公开的远程位移传感器的一个实施例的应变仪10的结构。图1和2 分别列举了该底层12和顶层14。底层1本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗伊·D·艾伦，马克·A·里特尔，
申请(专利权)人：伊利诺斯工具制品有限公司，
类型：发明
国别省市：
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