一种基于ct重建材料构件内部位移场的测量系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种材料构件内部位移场的测量系统，具体涉及一种基于CT重建材料构件内部位移场的测量系统。
【背景技术】
[0002]社会生产和生活活动均离不开由各种材料的应用，科学合理的应用这些材料离不开对这些材料的力学性能的研宄。材料构件内部位移场的测量是材料力学性能研宄中的一项重要内容，因此测量材料构件内部位移场具有重要的意义。
[0003]目前测量材料构件内部位移的方法多以埋设位移测量探头来测量内部位移，该类方法为接触式测量，只能获取材料构件内部某些测点处的位移而难以得到材料内部全场的位移分布、操作麻烦、测点探头的布置会影响待测材料构件的力学性能。
【发明内容】
[0004]针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种基于CT重建材料构件内部位移场的测量系统，非接触式测量，操作简单，结果稳定精度高、对被测材料构件的力学性能影响小，实现了材料构件内部整个位移场的测量。
[0005]为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现:
[0006]本发明的一种基于CT重建材料构件内部位移场的测量系统，包括实验台、安装在实验台上的CT机主体、放置在CT机主体上的测量环内部的待测材料构件、在待测材料构件制作成型之前添加到其材料中用于追踪标示待测材料构件在荷载作用下内部位移场变化的铁砂颗粒、与CT机主体相连接并与CT机配套的物质识别与图像处理计算机、与CT机配套用于控制CT机主体运行的控制计算机、用于操作CT机扫描不同实验阶段含有铁砂颗粒的待测材料构件的CT机显示控制台和数据分析计算机；CT机主体用于采集待测材料构件的CT扫描数据；物质识别与图像处理计算机对CT扫描数据进行三维重建可得到铁砂颗粒各时刻的三维位置分布图；数据分析计算机对三维位置分布图进行图形处理，并对不同阶段所有铁砂颗粒的位置进行全场匹配(为已知全场匹配方法，此处不再赘述)，从而确定不同时刻、各个铁砂颗粒的位置变化并连成整个位移场。
[0007]上述控制计算机用于控制CT机主体的射线强度和扫描频率。
[0008]上述CT机显示控制台带有屏幕和按钮，可实时显示扫描结果图和控制CT机。
[0009]通过比较两个相邻时刻铁砂颗粒的三维位置分布图，进行全场匹配后，就可以获取每一个铁砂颗粒在相邻两个时刻发生的位移，从而确定不同时刻、各个铁砂颗粒的位置变化并连成整个位移场。
[0010]上述数据分析计算机对三维位置分布图采用图形处理软件进行图形处理，图形处理软件具体采用的是Photoshop或者origin。
[0011]本发明有益效果如下:
[0012](I)无论是透明材料还是非透明材料均可测量其在荷载作用下的位移场，而非由传统方法测量到的有限个非连续测点的位移值，真正实现材料内部整个位移场的测量；(2)该方法原理简单，计算结果稳定，测量精度高；(3)该方法仅在待测材料构件中加了少量铁砂颗粒，且铁砂颗粒的粒径很小，不会影响待测材料的力学性能；(4)该方法过程简单，对待测材料扰动小，测量精度高，大大提高了材料试验的水平。
【附图说明】
[0013]图1为本发明的一种基于CT重建材料构件内部位移场的测量系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0014]为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合【具体实施方式】，进一步阐述本发明。
[0015]参见图1，本发明的一种基于CT重建材料构件内部位移场的测量系统包括实验台1、安装在实验台I上的CT机主体2、放置在实验台上的待测材料构件3、待测材料构件3内部预先放置的铁砂颗粒4、与CT机主体2相连接并与CT机配套的物质识别与图像处理计算机5、与CT机配套的控制计算机6、CT机显示控制台7和数据分析计算机8。
[0016]其中，待测材料构件3中的铁砂颗粒4是在构件制作成型之前加入待测材料构件3，对于混凝土构件铁砂颗粒可在浇筑之前均匀的混入砂石骨料中，对于土壤试件铁砂可直接混入土壤中，对于塑料构件铁砂可在塑料处于液体形态时加入。这种添加铁砂的方法也决定了该测量方法并不能适用于所有的材料构件，因为有些构件无法在内部添加铁砂颗粒，例如天然木材就无法在内部添加铁砂颗粒。注意添加铁砂颗粒4的粒径和数量要合适，不能影响待测材料的力学特性，也要保证测量位移场的连续性。
[0017]具体的测量方法如下:
[0018]当待测材料构件3成型达到可进行试验的要求时，将该构件放置在CT机主体2的测量环内部，然后安装调试实验装置。
[0019]控制实验加载速率，进行待测材料构件3的力学性能实验。同时通过CT机显示控制台7操作CT机，扫描不同实验阶段含有铁砂颗粒的待测材料构件。
[0020]实验结束后，将不同阶段采集到的材料构件CT扫描数据在CT机配套的物质识别与图像处理计算机5上进行三维重建。由于铁砂颗粒与待测材料在X射线照射下呈现不同的显示特征，采集的材料构件CT扫描数据在进行CT三维重建后可以获取铁砂颗粒的三维位置分布图。
[0021]将CT机配套的物质识别与图像处理计算机5中已经三维重建好的不同阶段的铁砂颗粒三维位置分布图导入数据分析计算机8中进行图形分析，选取一坐标系，计算出每个铁砂颗粒在该坐标系中的坐标。
[0022]在数据分析计算机8中将不同阶段所有铁砂的坐标进行全场匹配，确定不同时刻、各个铁砂颗粒的位置变化并连成整个位移场。
[0023]本发明能真正实现多种材料内部整个位移场的测量，测量过程简单，对待测材料扰动小，测量精度高，大大提高了材料试验的测量水平。
[0024]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【主权项】
1.一种基于CT重建材料构件内部位移场的测量系统，其特征在于，包括实验台(1)、安装在实验台(I)上的CT机主体(2)、放置在CT机主体(2)上的测量环内部的待测材料构件(3)、在待测材料构件(3)制作成型之前添加到其材料中用于追踪标示待测材料构件(3)在荷载作用下内部位移场变化的铁砂颗粒(4)、与CT机主体(2)相连接并与CT机配套的物质识别与图像处理计算机(5)、与CT机配套用于控制CT机主体(2)运行的控制计算机(6)、用于操作CT机扫描不同实验阶段含有铁砂颗粒(4)的待测材料构件(3)的CT机显示控制台(7)和数据分析计算机(8); 所述CT机主体(2)用于采集待测材料构件(3)的CT扫描数据； 所述物质识别与图像处理计算机(5)对CT扫描数据进行三维重建可得到铁砂颗粒(4)各时刻的三维位置分布图； 所述数据分析计算机(8)对三维位置分布图进行图形处理，并对不同阶段所有铁砂颗粒(4)的位置进行全场匹配，从而确定不同时刻、各个铁砂颗粒(4)的位置变化并连成整个位移场。2.根据权利要求1所述的基于CT重建材料构件内部位移场的测量系统，其特征在于，所述控制计算机(6)用于控制CT机主体(2)的射线强度和扫描频率。3.根据权利要求1所述的基于CT重建材料构件内部位移场的测量系统，其特征在于，所述CT机显示控制台(7)带有屏幕和按钮，可实时显示扫描结果图和控制CT机。4.根据权利要求1所述的基于CT重建材料构件内部位移场的测量系统，其特征在于，通过比较两个相邻时刻铁砂颗粒(4)的三维位置分布图，进行全场匹配后，就可以获取每一个铁砂颗粒(4)在相邻两个时刻发生的位移，从而确定不同时刻、各个铁砂颗粒(4)的位置变化并连成整个位移场。5.根据权利要求1所述的基于CT重建材料构件内部位移场的测量系统，其特征在于，所述数据分析计算机(8)对三维位置分布图采用图形处理软件进行图形处理，所述图形处理软件具体采用的是Photoshop或者origin。
【专利摘要】本发明公开了一种基于CT重建材料构件内部位移场的测量系统，包括实验台、CT机主体、待测材料构件、铁砂颗粒、物质识别与图像处理计算机、与CT机配套的控制计算机、CT机显示控制台和数据分析计算机；CT机主体用于采集待测材料构件的CT扫描数据，物质识别与图像处理计算机对待测材料构件的CT扫描数据进行三维重建可得到铁砂颗粒各时刻的三维位置分布图；数据分析计算机对铁砂颗粒的三维位置分布图进行图形处理并对不同阶段所有铁砂颗粒的位置进行全场匹配，确定不同时刻、各个铁砂颗粒的位置变化并连成整个位移场。本发明操作简单，精度高，对被测材料构件的力学性能影响小，实现了材料构件内部整个位移场的测量。
【IPC分类】G01N23/04, G01B15/00
【公开号】CN104914118
【申请号】CN201510313932
【发明人】熊勃勃, 乔一帆, 高世凯
【申请人】河海大学
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年6月9日