一种基于紫外成像的超高温应变场-温度场同步测量系统及测量方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111829896A(43)申请公布日2020.10.27(21)申请号202010615114.2(22)申请日2020.06.30(71)申请人北京航空航天大学地址100191北京市海淀区学院路37号(72)发明人董亚丽尚勇顾轶卓马朝利宫声凯(74)专利代理机构北京冠和权律师事务所11399代理人李建华(51)Int.Cl.G01N3/18(2006.01)G01N3/02(2006.01)G01K11/00(2006.01)G01B11/16(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称一种基于紫外成像的超高温应变场-温度场同步测量系统及测量方法(57)摘要本发明涉及一种基于紫外成像的超高温应变场‑温度场同步测量系统及测量方法，该应变场‑温度场同步测量系统包括紫外相机(1)、镜头(2)、同轴紫外光源(3)，与紫外光源波长相对应的窄带通滤波片(4)和用于处理图像得到应变场‑温度场的计算机(6)。在测量应变场‑温度场之前首先在试验件(10)表面制作耐高温散斑(9)，利用高温力学试验机对被试件施加力、热载荷，采用同轴紫外光主动照明试验件，并用该基于紫外成像的超高温应变场‑温度场同步测量系统采集试验件表面图像，利用数字图像相关方法和事先采用黑体炉已标定的系统对试验件表面的应变场‑温度场进行高精度毫米到微米级视场的测量。本发明原理简单、结构紧凑，采用高温力学试验装置配合对从室温到3273K超高温环境下的试验件表面的应变场‑温度场进行同步高精度CN111829896A测量。CN111829896A权利要求书1/2页1.一种基于紫外成像的超高温应变场-温度场同步测量系统，其特征在于：该同步测量系统包括同轴紫外成像系统(8)，力学试验装置(13)和高温炉(11)；其中同轴成像系统(8)包括紫外单色光源(3)、与紫外单色光源波长对应的窄带通滤波片(4)、紫外相机(1)和紫外镜头(2)；所述同轴成像系统(8)用于在超高温的条件下透过光学蓝宝石玻璃观察窗口(9)采集试验件(10)表面的清晰图像；所述力学试验装置(13)用于对试验件(10)施加载荷产生变形；所述高温炉(11)用于对试验件(10)施加高温产生热变形；所述单色紫外光源(3)通过所述同轴成像镜头(2)照射到试验件(10)表面，所述试验件(10)表面的反射光经过镜头(2)进入所述紫外相机(1)；所述与单色光源对应的窄带通滤波片(4)用于过滤掉除紫外波段之外其他波长的光线，保留与所述单色光源(3)波段对应的光线，降低试验件(10)表面热辐射对采集的图像的影响及红外长波段测温对表面发射率的依赖。2.根据权利要求1所述的一种紫外成像的超高温应变场-温度场同步测量系统，其特征在于：所述单色光源(3)位于紫外相机(1)和紫外镜头(2)之间；所述相机(1)用于采集图像，并利用数据传输线(5)将采集到的图像实时传输到所述计算机(6)。3.根据权利要求1所述的一种基于紫外成像的超高温应变场-温度场同步测量系统，其特征在于：所述紫外镜头(2)为长工作距离镜头，具有多个放大倍数的紫外光通过的镜头。4.根据权利要求1所述的一种基于紫外成像的超高温应变场-温度场同步测量系统，其特征在于：所述的单色光源(3)为紫外光源；所述与光源波长对应的窄带通滤波片(4)为与紫外光波长对应的窄带通滤波片。5.根据权利要求2所述的一种基于紫外成像的超高温应变场-温度场同步测量系统，其特征在于：所述相机(1)采集紫外图像，将采集到的图像实时传输到所述计算机(6)，可以同步计算出应变场和温度场。6.根据权利要求1所述的一种基于紫外成像的超高温应变场-温度场同步测量系统，其特征在于：所述计算机(6)用于处理紫外相机(1)采集到的图像和力学实验装置(13)传输的载荷数据，得到试验件(10)的高精度应变数据，并将载荷-时间曲线和应变-时间曲线显示在计算机(6)的显示器上；和/或所述计算机(6)用于处理紫外相机(1)采集到的图像和高温环境装置(11)传输的温度数据，得到试验件(10)的高精度温度场数据，并将温度场-时间曲线显示在计算机(6)的显示器上。7.一种超高温应变场-温度场同步测量方法，其特征在于：使用权利要求1-6任一项所述的一种基于紫外成像的超高温应变场-温度场同步测量系统，包括如下步骤：1)在紫外相机镜头(2)前安装窄带通滤波片(4)，用紫外单色光源(3)对试验件(10)进行主动照明，安装并调整紫外相机(1)，连接数据线(5)和电脑(6)以传输、存储数据，并组成同轴紫外成像系统(8)；2)利用黑体炉(14)对同轴紫外成像系统(8)进行温度预先标定，得出灰度与温度之间关系函数I(T),其中I取值为灰度除以积分时间，T为温度(K)；3