专利名称：金属材料在高温力学试验中的变形测量方法及观测仪器的制作方法
技术领域：
本发明涉及了一种金属材料在高温力学试验中的变形测量方法及观测仪器。
背景技术：
在建筑结构耐火设计与评估中，需要计算钢结构、铝结构或钢筋在高温下的强度和变 形，这依赖于金属材料在高温下的力学性能参数。金属材料在高温下的力学性能参数通过 试验确定，而试验必须准确测量在高温下金属材料试件上所选标距内的变形。
由于加热炉内的高温环境，准确测量变形较为困难。目前，人们对钢材在高温下的变 形测量主要采用下述方法
第一种方法 、
用对温度变形较稳定的材料如刚玉等制成两根引出杆，该引出杆从金属材料试件内的 两个标记点引出，它们的一端固定在试件的两个标记点上，另一端刚性地伸出炉外，即把 试件的两个标记点间的变形引出到加热炉外，在常温下用常规的仪器进行测量，得到两个 标记点间的变形。
第二种方法-
加长试件，试件的上下穿过加热炉并且伸出到加热炉之外，在伸出到加热炉之外的试 件两端的低温处测量试件变形，'然后通过修正算出两个标记点间的变形。
这些测量方法的缺点是测量不够精确，变形引出杆价值昂贵，易于破坏。
发明内容
本发明的目的是解决目前金属材料在高温力学试验中的变形测量方法不够精确，和测 量仪器易于损坏的缺陷，而提供一种非接触式、测量精度高、可重复使用的对金属材料在 高温力学试验中的变形进行测量的方法及其观测仪器。 为了完成本发明的发明目的，本发明采用以下方式 本发明的一种金属材料在高温力学试验中的变形测量方法，其中
(1) 先将支架在距加热炉安全距离处架设稳固，将数码照相机安装在支架上，并将 其视频输出通过信息线连接至电脑，此后保持数码照相机位置不变；
(2) 在加热炉炉壁上开设两个观察孔，在正对炉壁上的观察孔的试件上作两个标记; (3) 用数码照相机清晰地拍摄具有固定尺寸图像，该图像包括了加热炉炉壁上开设 的两个观察孔和试件上的两个标记，该图像通过数码照相机采集并显示于电脑的屏幕上；
(4) 将加热炉内的试件上的两个标记作为参考点，记录这两个参考点的特征信息， 通过扫描确定两个参考点在图像中的坐标，计算在该时刻两个参考点之间的距离
(5) 当试件受热膨胀、受力变形或受热-力偶合作用变形后，这两个参考点在所摄图 像中其位置发生变化，竭过对新拍摄的图像进行扫描，重新确定两个参考点在图像中的坐 标，计算出两个参考点之间新的距离；
(6) 电脑定时对传送来的图像进行保存和放大，通过连续拍摄和扫描标记，计算出 两个参考点之间距离的变化增量，从而观测到试件的轴向变形；
本发明的一种金属材料在高温力学试验中的变形测量方法，其中所述两个观察孔的 直径为15-30面，观察孔孔心间距离为30-50mm;
本发明的一种金属材料在高温力学试验中的变形测量方法，其中所述标记为一个箍 环、小孔或者是可见标记；
本发明的一种金属材料在高温力学试验中的变形测量方法，其中所述步骤(4)中 的特征信息为亮度和连通性；
本发明的一种金属材料在高温力学试验中的变形测量方法，其中所述数码照相机设 置在两个观察孔之间，它至少是1020万像素的数码照相机，图像分辨率将达到3872X 2592，在垂直方向上有3872个点，采集图像垂直方向的实际尺寸在40-60mm;
本发明的一种金属材料在高温力学试验中的变形测量方法，其中所述歩骤(1)中 的安全位置为2-5m;
本发明的一种金属材料在高温力学试验中的变形测量方法，其中所述歩骤(6)中 的定时为1秒-1分钟；
本发明的一种观测仪器，其中它包括支架、数码照相机和电脑，数码照相机架设 在支架上，数码照相机通过信息线与电脑的视频接口相连；
本发明的一种观测仪器，其中所述数码照相机至少是1020万像素的数码照相机，
所述电脑为便携式笔记本电脑；
本发明的一种观测仪器，其中所述观测仪器还包括辅助光源，它发出的光线照射 着两个观察孔内试件上的两个标记。
使用本发明的方法及仪器，可以在钢材高温试验中连续跟踪试件在轴向的变形，有效 提高钢材高温试验中试件的变形测量精度。 '
图1为本发明金属材料在高温力学试验中的变形测量方法和所使用的观测仪器的示意
图2为现有技术的一种测量方法的示意图； 图3为现有技术的另一种测量方法的示意图。
具体实施例方式
如图l所示，先将支架7在距加热炉2安全位置即2-5m,最好为5m处架设稳固，将 数码照相机3安装在支架7上，数码照相机3的取景框竖向对准所拍摄的对象，以增加拍 摄精度，并将其视频输出连接至电脑4。此后保持数码照相机3位覽木变。在加热炉2炉 壁上开设两个直径为15-30mm,最好为20mm的观察孔5,孔心间距离为30_50画，最好为 40誦。在试件1上正对炉壁上的观察孔5处做两个标记6，标记6为箍环、小孔或者畢可 见标记，标记间距最好为40mm。试验中用数码照相机3可以清晰地拍摄具有固定尺寸的 图像，该图像包括了加热炉2炉壁上开设的两个观察孔5和试件1上的两个标记6，该图 像通过数码照相机3采集并显示于电脑4屏幕上。在电脑4上通过常用处理软件定时对传 送来的图像进行保存和放大，根据测量对象不同的需求，电脑4在1秒-1分钟的时间范 围内对传送来的图像进行保存和放大。选取从加热炉2炉壁上开设的两个观察孔5向炉内 看到的试件1上的标记6作为参考点，记录这两个参考点的特征信息，如亮度，连通性等。 通过扫描确定两个参考点在图像中的坐标，计算出坐标值增量，即在该时刻参考点之间的 距离。当试件1受热膨胀、受力变形或受热-力偶合作用变形后，这两个参考点在所摄图 像中其位置发生变化，通过对新拍摄的图像扫描，重新确定两个参考点在图像中的坐标， 计算出坐标值增量即两个参考点之间新的距离。通过连续拍摄、扫描标记，计算出两个参 考点在图像中的坐标变化增量，从而观测到试件1在标记点之间的轴向变形。
试件1的轴向变形观测精度应不小于0. 02mm。
当采用1020万像素的数码照相机3，图像分辨率将达到3872X2592，在垂直方向上 将有3872个点，所采集图像垂直方向的实际尺寸将控制在40—60mm，最好为50國的范 围内，这样在垂直方向上的观测精度将能达到50/3872mm，即0.0129mm，满足0. 02mm的 使用要求。
电脑中的常用图象处理软件可自动选取发光体参考点，并转化成试件1轴向变形与时 间的关系曲线。
在使用时，可采用辅助光源9通过观察孔5或另外开设在加热炉2的照射孔照射试件l上的所设的两个标记6。
本发明金属材料在高温力学试验中的变形测量方法所使用的观测仪器包括支架7、
数码照相机3、电脑4和辅助光源9，数码照相机3架设在支架7上，数码照相机3通过 信息线8与电脑4相连，数码照相机3的取景框竖向对准所拍摄的对象，以增加拍摄精度， 辅助光源9发出的光线照射着试件上的两个标记6。 、
数码照相机3至少是1020万像素的数码照相机，电脑4为便携式笔记本电脑。
图2为现有技术的一种测量方法的示意图；用对温度变形较稳定的材料如刚玉等制成 两根引出杆IO，该引出杆10从金属材料试件1内的两个标记6处引出，它们的一端固定 在试件的两个标记6上，另一端刚性地伸出炉外，即把试件的两个标记6间的变形引出到 加热炉外，在常温下用常规的仪器11进行测量，得到两个标记6间的变形。
图3为现有技术的另一种测量方法的示意图，加长试件1，试件1的上下穿过加热炉 2并且伸出到加热炉2之外，在伸出到加热炉2之外的试件1两端的低温处测量试件1的 变形，如在图3中箭头所示处测量试件1的变形,然后通过修正算出两个标记6间的变形。
以上实施例只是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利 要求，在不违背本发明的精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。
权利要求
1.一种金属材料在高温力学试验中的变形测量方法，其特征在于(1)先将支架(7)在距加热炉(2)安全距离处架设稳固，将数码照相机(3)安装在支架(7)上，并将其视频输出通过信息线(8)连接至电脑(4)，此后保持数码照相机(3)位置不变；(2)在加热炉(2)炉壁上开设两个观察孔(5)，在正对炉壁上的观察孔(5)的试件(1)上作两个标记(6)；(3)用数码照相机(3)清晰地拍摄具有固定尺寸图像，该图像包括了加热炉(2)炉壁上开设的两个观察孔(5)和试件(1)上的两个标记(6)，该图像通过数码照相机(3)采集并显示于电脑(4)的屏幕上；(4)将加热炉(2)内的试件(1)上的两个标记(6)作为参考点，记录这两个参考点的特征信息，通过扫描确定两个参考点在图像中的坐标，计算在该时刻两个参考点之间的距离；(5)当试件受热膨胀、受力变形或受热-力偶合作用变形后，这两个参考点在所摄图像中其位置发生变化，通过对新拍摄的图像进行扫描，重新确定两个参考点在图像中的坐标，计算出两个参考点之间新的距离；(6)电脑(4)定时对传送来的图像进行保存和放大，通过连续拍摄和扫描标记，计算出两个参考点之间距离的变化增量，从而观测到试件的轴向变形。
2. 如权利要求1所述的金属材料在高温力学试验中的变形测量方法，其特征在于所 述两个观察孔(5)的直径为15-30mm，观察孔(5)孔心间距离为30-50mm。
3. 如权利要求1所述的金属材料在高温力学试验中的变形测量方法，其特征在于 所述标记(6)为一个箍环、小孔或者是在试件(1)上的可见标记，标记中心间距为40mm。
4. 如权利要求2或3所述的金属材料在高温力学试验中的变形测量方法，其特征在 于所述步骤(4)中的特征信息为亮度和连通性。
5. 如权利要求4所述的金属材料在高温力学试验中的变形测量方法，其特征在于 所述数码照相机(3)设置在两个观察孔(5)之间，它至少是1020万像素的数码照相机， 图像分辨率将达到3872X2592，在垂直方向上有3872个点，采集图像垂直方向的实际尺 寸在50-60mm。
6. 如权利要求5所述的金属材料在高温力学试验中的变形测量方法，其特征在于所述步骤(1)中的安全距离为2-5m。
7. 如权利要求6所述的金属材料在高温力学试验中的变形测量方法，其特征在于-所述步骤(6)中的定时为l秒-l分钟。
8. 如权利要求1所述的金属材料在高温力学试验中的变形测量方法所使用的观测仪器，其特征在于它包括支架(7)、数码照相机(3)和电脑(4)，其中数码照相机(3)架设在支架(7)上，数码照相机(3)通球信息线(8)与电脑(4)的视频接口相 连。
9. 如权利要求8所述观测仪器，其特征在于所述数码照相机(3)至少是1020万 像素的数码照相机，所述电脑(4)为便携式笔记本电脑。
10. 如权利要求8或9所述观测仪器，其特征在于所述观测仪器还包括辅助光源 (9)，它发出的光线照射着加热炉(2)内的试件(l)上的两个标记(6)。
全文摘要
本发明金属材料在高温力学试验中的变形测量方法，先将支架在距加热炉安全位置处架设稳固，将数码照相机安装在支架上，并将其视频输出通过信息线连接至电脑；在加热炉炉壁上开设两个观察孔，在正对炉壁观察孔的试件上作两个标记；将加热炉内的试件上的两个标记作为参考点，记录这两个参考点的特征信息，通过扫描确定两个参考点在图像中的坐标，计算在该时刻参考点之间的距离；当试件受热膨胀、受力变形或受热-力偶合作用变形后，重新确定两个参考点在图像中的坐标，计算出两个参考点之间新距离；从而观测到试件轴向变形；使用本发明方法及仪器，可以在钢材高温试验中连续跟踪试件的轴向变形，有效提高钢材高温试验中试件的变形测量精度。
文档编号G01B11/16GK101201245SQ20071030396
公开日2008年6月18日 申请日期2007年12月24日 优先权日2007年12月24日
发明者屈立军, 王兴波 申请人:中国人民武装警察部队学院