光学三维测量应力应变---三维数字全场（高端）光测力学实验室

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三维数字全场（高端）光测力学实验室

实验室配置：三维相移电子散斑干涉仪*1；三维形貌测量系统（宏观）*1；三维形貌测量系统（细观）*1；三维数字图像相关测量系统*1
实验室介绍：

三维数字全场光测力学实验室是以激光干涉技术、光纤传输技术、计算机数字图象处理技术、微电子技术以及新型传感器等为基础，以物体表面动静态三维变形测量为主要测量内容的一套实验设备，具备国际领先的尖端科技。其非接触、全场性的实验测试方法可用于各种不同场合、不同尺度的材料、结构和零部件的力学性能分析与研究。

该实验室配置一套三维散斑干涉仪，一套宏观形貌测量系统，一套细观形貌测量系统以及一套三维数字图像相关系统，涵盖了从微观到宏观的三维形貌，三维位移场和三维应变场的测量。该实验室能够显著提高高校的硬件设施水平，提升科研能力，同时有助于高校将此类先进技术向更广泛的工业应用领域拓展。

应用价值：

此类仪器不仅可以为航空航天、机械、微电子、生物等领域的科学研究提供有效的测量手段，而且有些也能直接用于工业生产中重要的检测操作。

在高校中布置该实验室，不仅可以提升高校的科研水平，同时可为学生提供全面的教学实验指导，让更多人了解该领域先进的测量技术，掌握先进的测量手段，为高校多出高水平的研究成果打下基础。

业内解决方案：

（1）针对板载芯片封装结构中由于各层材料热膨胀系数的差异引起的热失配现象，可利用数字图像相关法对板载芯片封装结构在热载荷下的表面热变形分布进行实验测量。

（2）通过三维电子散斑干涉法，结合四部相移技术和图像处理技术，将该测量系统应用到柴油机机身部件测量上,得到了机身主轴承孔周的三维位移场,并将此结果作为有限元计算的边界条件,得到了精确的柴油机机身计算结果,证明这一新技术可为柴油机零部件的强度和刚度分析评价提供一种十分有效的方法。

（3）微结构三维形貌测量系统不仅适用于静态测量，而且能应用于在动态测量中，特别是微机电系统(MEMS)器件的运动测量。以微谐振器为测试器件，对其运动梳齿结构进行了静态三维形貌测量，其位移测量精度可达0.5 μm。

（4）使用单个摄像机的二维数字图像相关方法通常仅局限于平面物体的面内变形测量，而使用两个摄像机基于双目立体视觉原理的三维数字图像相关方法克服了这一局限，可对平面和曲面物体表面的三维形貌和载荷作用下的三维变形进行测量。

三维相移电子散斑干涉仪

（TS-SI-3P）

相移电子散斑干涉（ESPI）技术是继光弹性和全息干涉等光测力学方法之后发展起来的一种实验力学新方法。它直接依靠激光干涉和计算机图像采集处理系统获得干涉条纹。这种方法在工程上已得到了较广泛的运用，可用于解决工程中的强度和刚度问题，并可用于残余应力测量。
        三维相移电子散斑干涉仪可满足物体表面面内位移和离面位移同时测量的要求。该仪器采用高性能半导体激光器作光源，并配以电子散斑条纹实时显示和位相处理软件，使得操作方便、测量结果兼容性强（便于通用数据处理软件接口）。
主要技术指标：
1. 光源：半导体激光器，功率20mW，波长532nm
2.相机：1280×1024 USB2.0数字摄像头
3.工作距离：400～800mm
4.条纹分辨率：1/20级条纹
5. 最大范围：Ф250mm
6. 镜头：C接口，f 25mm定焦镜头

主要配置:
1.                     主机
2.                     20mW半导体泵浦固体激光器：1个
3.                     TS-1000USB摄像头（内置）：1只
4.                     C接口25mm定焦镜头：1个
5.                     相移器：1个
6.                     1200mm×800mm自动平衡隔振平台：1套
7.                     品牌液晶台式电脑：1套(双核处理器;2GB内存;500GB硬盘;19寸宽屏液晶显示屏)
8.                     软件：1套
9.                     演示试件:圆盘受均布载荷，悬臂梁

用途：用于物体表面面内位移和离面位移同时测量。
教学

用于材料力学和实验力学课程的实验教学。

可以测量梁的三维变形分布等

三维形貌测量系统

栅线投影三维形貌测量系统可用于物体表面三维形貌和变形测量。由于该系统既可配备10倍变焦远距离显微成像镜头，也可配备普通变焦镜头，使得该系统能同时满足细观及宏观的测量要求。不仅可用于微电子、生物、微机械等微细结构的形貌及变形测量，也可用于混凝土结构、岩土试样等大型构件表面形貌和变形测量。系统配有专用的相移条纹图像处理软件，使得系统测量精度明显提高，并且使用方便、操作简单。

三维形貌测量系统

（宏观）

主要技术指标：
1.       照明系统：光纤冷光源  150W
2.       显示速度：25帧/s
3.       图像采集分辨率：1280×1024
4.       X、Y方向的有效测量范围：100×140mm[sup]2  [/sup]～ 1000×1400mm[sup]2[/sup]。
5.       X、Y方向的测量分辨力：0.1mm～1.0mm
6.       深度（Z）方向测量范围：30mm~300mm
7.       Z方向测量分辨力：0.01mm～0.1mm
8.       采用10倍变焦镜头
基本配置:
1.       TS-1000USB摄像头：1只
2.       C接口10倍变焦镜头：2只
3.       相移正弦栅线投影仪：1套
4.       150W光纤冷光源：1套
5.       1200mm×800mm光学平台：1套
6.       液晶台式电脑：1套(双核处理器;2GB内存;320GB硬盘;19寸宽屏液晶显示屏;独立显卡)
7.       相移三维形貌测量处理软件
用途： 用于物体表面三维形貌和变形测量。
教学

用于材料力学和实验力学课程的实验教学。

可以测量梁的三维大变形等

三维形貌测量系统

（细观）

主要技术指标：
1.       照明系统：光纤冷光源  150W
2.       显示速度：6帧/s
3.       图像采集分辨率：2560×1920
4.       X、Y方向的有效测量范围：0.5×0.7mm[sup]2  [/sup]～ 5×7mm[sup]2[/sup]。
5.       X、Y方向的测量分辨力：0.5um(最大放大倍数)～5.0um(最小放大倍数)
6.       深度(Z)方向测量范围：0.5um~300um(最大放大倍数)~5um~3mm(最小放大倍数)
7.       Z方向测量分辨力：0.01um(最大放大倍数)～0.1um(最小放大倍数)
8.       采用10倍变焦远距离显微镜头
基本配置:
1.       TS-4000USB摄像头：1只
2.       150W光纤冷光源：1套
3.       相移正弦栅线投影仪：1套
4.       C接口10倍变焦远距离显微镜头：2只
5.       1200mm×800mm光学平台：1套
6.       品牌液晶台式电脑：1套(双核处理器;2GB内存;500GB硬盘;19寸宽屏液晶显示屏)
7.       相移三维形貌测量处理分析软件
用途： 用于细微物体表面三维形貌和变形测量。
教学

用于材料力学和实验力学课程的实验教学。

可以测量微梁的三维大变形等

三维云纹干涉仪

TS-MI-3P

三维云纹干涉仪是由云纹干涉光路和泰曼/格林干涉光路组合而成；将高灵敏度正交型光栅复制在试件的表面，并置于光路系统中，经调试后可分别获得两个面内位移场（U和V）和离面位移场（W）；激光是由单模光纤及耦合器分解和传输到光路系统中的；光路中置有PZT压电晶体，通过驱动电源控制和驱动压电晶体和反射镜来实现相移技术，相移技术可以使测量灵敏度提高一个量级，仪器还附有加载系统及调节座；配以高温炉可进行热变形测量。

主要技术指标：

1、位移灵敏度：  面内u & v 场： 0.417mm (1200 线/mm)，
                 离面 w场： 0.316mm (l/2)
2、相移灵敏度:   ∽20nm/V
3、光场尺寸：    35×35mm
4、测试范围：    ≤20×20mm
5、条纹分辨率：  优于1/20级条纹
6、测量应变范围：10me~5%e
7、激光器：      单纵膜，20 mw， λ=532nm  
8、图像采集：    CMOS摄像头，分辨率 1280 x 1024，USB接口
9、加载系统：    拉伸、压缩、弯曲三种加载方式

主要配置：

a)       主机
b)       20mW半导体泵浦固体激光器：1个
c)       TS-1000USB摄像头（内置）：1只
d)      相移器：1个
e)       光纤：3根
f)        光纤耦合器：1套
g)       1200mm×800mm自动平衡隔振平台：1套
h)       品牌液晶台式电脑：1套(双核处理器;2GB内存;500GB硬盘;19寸宽屏液晶显示屏)
i)         拉伸、压缩、弯曲三种加载方式：1套
j)、软件：1套 (主要功能：相移电压标定；放大倍数标定；二维应变计算；离面位移场分析；测量结果显示；结果数据输出等)

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很好的技术创新，大家可以看一看