定反射光斑1081重合，此时X向光线共面且Y向光线共面。调节光屏1032，使光屏1032沿Z向移动-10毫米，以便使第一 X向衍射光斑1082、第二 X向衍射光斑1083、第一 Y向衍射光斑1084、第二 Y向衍射光斑1085和标定反射光斑1081分开形成五个光斑。
[0060]调节第三反射镜1044，以便使经过半透半反镜1041透射的光经试件20反射到第四反射镜1045上。调节第四反射镜1045，使第三光线1064反射到光屏1032上以便形成消离面位移光斑1086，标记消离面位移光斑1086的初始位置。此时，这六个光斑的位置为初始时刻的光斑位置。
[0061]对试件20进行加载，加载过程中试件20产生离面位移，从而导致光屏1032接收到的消离面位移光斑1086移动。通过调节自由度可调底座101的Z向平移台1013，可以使消离面位移光斑1086回到初始位置，从而可以消除离面位移对测试结果的干扰
[0062]如果试件20在加载过程中产生绕X向(或Y向)的旋转，可以通过使三维旋转台105绕X向(或Y向)的旋转，使标定光线1061再次经半透半反镜1041、反射镜架107上的反射光透光孔1071和光阑1031入射到光屏1032上，从而可以消除试件20旋转造成的干扰。
[0063]利用相机1035分别采集加载(变形)前后的六个光斑图像，将采集到的光斑图像导入计算机30，确定X向衍射光斑和Y向衍射光斑的空间位置。将不同载荷下的光斑位置与初始时刻的光斑位置相减，从而可以得到光斑的移动距离，计算得到X向的应变和Y向的应变。由X向的应变和Y向的应变计算得到泊松比，联合施加的载荷、试件20的截面积和Y向应变计算杨氏模量。
[0064]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0065]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0066]在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0067]在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0068]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0069]尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
【主权项】
1.一种光栅应变测量装置，其特征在于，包括: 自由度可调底座； Z向导轨和X向导轨，所述Z向导轨设在所述自由度可调底座上，所述X向导轨设在所述Z向导轨上； 光阑，所述光阑设在所述Z向导轨上； 光屏，所述光屏沿Z向可移动地设在所述Z向导轨上； 用于发出测量光线的光源，所述光源设在所述X向导轨上， 用于透射测量光线以及将所述测量光线反射到试件上的半透半反镜，所述半透半反镜设在所述X向导轨上，其中所述试件的表面具有光栅，反射到所述试件上的测量光线在所述试件的表面上发生反射以便形成标定光线以及衍射以便形成第一光线和第二光线，所述标定光线经所述光阑透射到所述光屏上以形成标定反射光斑； 反射镜架，所述反射镜架设在所述Z向导轨上； 用于将所述第一光线反射到所述光屏上以形成第一光斑的第一反射镜和用于将所述第二光线反射到所述光屏上以形成第二光斑的第二反射镜，所述第一反射镜和所述第二反射镜可调节地设在所述反射镜架上，所述第一反射镜和所述第二反射镜沿X向和Y向中的一个排列； 用于将透射的测量光线反射到试件上的第三反射镜，所述第三反射镜可调节地设在所述X向导轨上，所述半透半反镜位于所述光源与所述第三反射镜之间，其中通过所述第三反射镜反射到所述试件上的测量光线在所述试件的表面上发生反射以便形成第三光线；用于将所述第三光线反射到所述光屏上以形成消离面位移光斑的第四反射镜，所述第四反射镜可调节地设在所述反射镜架上；和 用于采集所述标定反射光斑、所述第一光斑、所述第二光斑和所述消离面位移光斑的相机。
2.根据权利要求1所述的光栅应变测量装置，其特征在于，通过所述半透半反镜反射到所述试件上的测量光线在所述试件的表面上发生衍射以便形成第四光线和第五光线，所述光栅应变测量装置进一步包括用于将所述第四光线反射到所述光屏上以形成第三光斑的第五反射镜和用于将所述第五光线反射到所述光屏上以形成第四光斑的第六反射镜，所述第五反射镜和所述第六反射镜可调节地设在所述反射镜架上，所述第五反射镜和所述第六反射镜沿X向和Y向中的另一个排列。
3.根据权利要求2所述的光栅应变测量装置，其特征在于，所述第一反射镜和所述第二反射镜沿X向排列，所述第五反射镜和所述第六反射镜沿Y向排列，所述第一反射镜和所述第二反射镜沿X向可移动地设在所述反射镜架上，所述第五反射镜和所述第六反射镜沿Y向可移动地设在所述反射镜架上。
4.根据权利要求3所述的光栅应变测量装置，其特征在于，所述反射镜架沿Z向可移动地设在所述Z向导轨上。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的光栅应变测量装置，其特征在于，所述第一反射镜、所述第二反射镜以及所述第四反射镜至所述第六反射镜法线方向可变地设在所述反射镜架上。
6.根据权利要求1所述的光栅应变测量装置，其特征在于，所述光源、所述半透半反镜和所述第三反射镜沿X向可移动地设置，所述光源、所述半透半反镜、所述第三反射镜、所述光阑、所述光屏和所述相机沿Y向可移动地设置。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的光栅应变测量装置，其特征在于，所述标定光线垂直于所述光源发出的测量光线、所述光阑所在的平面和所述光屏所在的平面。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的光栅应变测量装置，其特征在于，所述光源为激光器。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的光栅应变测量装置，其特征在于，所述自由度可调底座包括: Y向升降台； X向平移台，所述X向平移台设在所述Y向升降台上；和 Z向平移台，所述Z向平移台设在所述X向平移台，所述Z向导轨设在所述Z向平移台上。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的光栅应变测量装置，其特征在于，进一步包括绕X向、Y向和Z向旋转的三维旋转台，所述三维旋转台设在所述自由度可调底座上，所述Z向导轨设在所述三维旋转台上。
【专利摘要】本发明公开了一种光栅应变测量装置，所述光栅应变测量装置包括：自由度可调底座、Z向导轨、X向导轨、光阑、光屏、光源、半透半反镜、反射镜架、第一反射镜至第四反射镜和相机。光阑设在Z向导轨上，光屏沿Z向可移动地设在Z向导轨上，光源设在X向导轨上，反射镜架设在Z向导轨上。半透半反镜设在X向导轨上，反射到试件上的测量光线在试件的表面上发生反射和衍射，标定光线经光阑透射到光屏上。第一反射镜和第二反射镜可调节地设在反射镜架上。第三反射镜可调节地设在X向导轨上，通过第三反射镜反射到试件上的测量光线在试件的表面上发生反射，第四反射镜可调节地设在反射镜架上。所述光栅应变测量装置具有测量精度高等优点。
【IPC分类】G01B11-16
【公开号】CN104613890
【申请号】CN201510067386
【发明人】谢惠民, 戴相录
【申请人】清华大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年2月9日