一种非接触水下全场应变测量方法与流程

本发明属于水下应变测量技术，具体涉及一种非接触水下全场应变测量方法。

背景技术：

中国专利201310097955.9公开了一种非接触式平面应变测量方法，该方法是将三个光学鼠标芯片组成传感器，将传感器粘贴到物体表面，利用三个光学鼠标芯片的坐标值来计算应变值。但是该方法只能测试物体的单点应变，无法测得物体全场应变；另一方面传感器粘贴到水下物体表面不太现实，操作比较难做到。

目前应变测量离不开应变传感器。已有的应变传感器，按测量是否接触分为二大类：（1）接触式传感器：如电阻应变片、引伸计、光纤光栅传感器。这类传感器为接触式测量，一般要求传感器与物体紧密接触，并且要求传感器主应变方向与物体应变方向一致。（2）非接触式传感器：如基于散斑测量原理的光学测量系统。

罗志华在应用超声散斑相关法测量水下物的应变（华中科技大学学报）一文中，提出了一种超声散斑相关方法测量物体表面应变的测量系统，将其运用在水下硅橡胶试件表面应变测量，但是测量误差达到7%，误差相对而言比较大，并且必须配合多个聚焦探头才能实现全场应变的要求，实验过程比较复杂，不太方便。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种非接触水下全场应变测量方法，解决了无法测量水下全场应变的问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种非接触水下全场应变测量方法，测量方法步骤如下：

步骤1、将设计好的散斑图将其打印到水转印纸纹上，通过水转印纸纹到待测物体表面；

步骤2、通过水下摄像系统拍摄水下物体变形前后的散斑图像；

步骤3、计算机通过数字散斑软件处理散斑图像，得到水下物体全场变形图。

所述水下摄像系统包括双目相机、相机壳体、2n个照相灯、两片光学玻璃、两个竖向支臂和两个滚动轴承，其中n≥3，相机壳体正面对称设有两个通孔，光学玻璃固定在上述通孔内，构成密封防水的壳体，每个圆孔外圈环形分布n个照相灯，双目相机固定在相机壳体内，双目相机的两个镜头分别对准其对应的光学玻璃，两个竖向支臂分别通过滚动轴承固定在相机壳体顶面，双目相机与步骤3的计算机连接。

步骤1中设计散斑图采用matlab或adobephotoshopcs。

所述数字散斑软件采用gomcorrelate。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：（1）实现了对水下物体非接触即可得到全场应变；（2）通过将设计好的水下散斑图转印到待测物体表面，使得测试更加方便，廉价，可广泛应用到水下力学实验，包括水下飞行器，水下混凝土等领域在线应变监测。

附图说明

图1为本发明非接触水下全场应变测量方法的流程图。

图2为本发明水下摄像系统整体结构示意图。

图3为本发明matlab设计的散斑图结构示意图。

图4为本发明adobephotoshopcs6设计的散斑图结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1，一种非接触水下全场应变测量方法，其特征在于，方法步骤如下：

步骤1、将设计好的散斑图将其打印到水转印纸纹上，通过水转印纸纹到待测物体表面；

步骤2、通过水下摄像系统拍摄水下物体变形前后的散斑图像；

步骤3、计算机通过数字散斑软件处理散斑图像，得到水下物体全场变形图。

结合图2，步骤2中的水下摄像系统包括双目相机1、相机壳体4、2n个照相灯3、两片光学玻璃2、两个竖向支臂5和两个滚动轴承6，其中n≥3，相机壳体4正面对称设有两个通孔，光学玻璃2固定在上述通孔内，构成密封防水的壳体。每个圆孔外圈环形分布n个照相灯3，双目相机1固定在相机壳体4内，双目相机1的两个镜头分别对准其对应的光学玻璃2，通过照相灯3对双目相机1进行补光，两个竖向支臂5分别通过滚动轴承6固定在相机壳体4顶面，竖向支臂5顶面固连支撑架，用于固定水下摄像系统，滚动轴承6可调节相机壳体4的拍摄角度。双目相机1与步骤3的计算机连接。

步骤1中设计散斑图采用matlab或adobephotoshopcs。

所述数字散斑软件采用gomcorrelate。

所述双目相机1为mt9j003型号传感器镜头，像素为水平：1.67µm，垂直：1.67µm。

所述照相灯3采用led。

所述竖向支臂5为碳纤维管。

结合图3，采用matlab设计的散斑图，用于测量范围大的物体，根据公式i(i,j)=sum[i0*exp(-((i-x(k))^2+(j-y(k))^2)/a^2)]，其中散斑图的宽度i=3024，散斑图的长度j=4032，i(i,j)表示散斑点分布图，k表示为散斑点个数，取15000，a为散斑尺寸，取5，i0为光强度，取2，采用高斯分布方法，x(k)为散斑点的横坐标，y(k)为散斑点的纵坐标，得出散斑图，将其打印到水转印纸上，再通过水转印纸纹到待测物体表面。

结合图4，通过adobephotoshopcs（例如adobephotoshopcs6）设计的散斑图，用于测量范围小的物体，首先建立画布尺寸为1800×2800mm，然后根据人工喷漆图，用高分辨率相机拍摄喷漆图，利用adobephotoshopcs图层工具，复制人工喷漆图的图层到新建的白底画布，然后利用图案叠加，同时利用画笔修饰叠加完成的图案，缩放调节图案大小，得出散斑图，将其打印到水转印纸上，通过水转印纸纹到待测物体表面。

经实验，通过水转印纸纹到待测物体表面的散斑图置于水中至少2周不会破损或消失。

本发明优点如下：本发明所述的非接触水下全场应变测量方法弥补了传统应变片测量方法的不足，能够实现水下力学试验的研究，对于工程上水下物体全场变形的监测提供了很好的方法，具有工程意义。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种非接触水下全场应变测量方法，首先通过MATLAB或Adobe Photoshop CS设计散斑图，将其打印到水转印纸纹上，通过水转印纸纹到待测物体表面，再通过水下摄像系统拍摄水下物体变形前后的散斑图像，最后计算机通过数字散斑软件处理散斑图像，得到水下物体全场变形图。本发明实现了对水下物体非接触即可得到全场应变；通过将设计好的水下散斑图转印到待测物体表面，使得测试更加方便，廉价，可广泛应用到水下力学实验，包括水下飞行器，水下混凝土等领域在线应变监测。

技术研发人员：曹志威;徐志洪;朱康伟
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：2017.06.27
技术公布日：2017.09.05