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专利名称：非接触式光学数字引伸计的制作方法
技术领域：
本发明属于材料力学中测量试件拉伸和压缩变形的装置，尤其是用于金属材料及部分非金属材料的力学性能试验中测量试件微小变形的装置。属于测量装置类。
背景技术：
引伸计是材料试验机的重要部件，用来测量被测试件在拉伸、压缩、振动状态以及断裂过程中的微小形变量，要求引伸计具有高精度、高可靠性，高灵敏度，抗震。当前众知采用电阻应变计式引伸计和光电式引伸计及进行接触式测量，例如中国专利ZL93219143.6电阻应变计式引伸计、中国专利ZL92218236.1不限位光电式引伸计、中国专利ZL02115729.4引伸计使用新方法。这类引伸计具有固定的标距，不能适应材料试验中对标距的不同要求，通常的做法是准备各种标距的引伸计，从而增加了试验设备的备件数量和复杂性。这类引伸计必须与被测试件进行机械连接，试件的震动和温度的变化对测量精度造成影响。这类引伸计将试件的形变量转换成微弱的模拟信号，须配置高精度、高增益模拟信号放大装置，为配合计算机数据采集和控制，还必须配置模拟量/数字量转换装置.附属设备复杂。温度漂移和零点漂移以及机械连接的机械间隙影响测量精度，特别是试验过程中试件的意外断裂和弯曲变形还会导致与之进行了机械连接的引伸计的永久性损坏。

发明内容
为了彻底解决试件振动和试件温度变化以及机械间隙等对测量精度的影响，消除固定标距对引伸计应用的限制，避免试验过程中试件的意外断裂和弯曲变形造成引伸计的永久性损坏，本发明提供了一种非接触式光学数字引伸计装置，该引伸计装置测量标距可以调节，不与试件直接接触，通过光学成像的方法将试件的标距部分的形变量转化为二个反光标志的像的位置的变化，再通过二个线性图像传感器、比较逻辑和计数电路同时检测二个反光标志的像的位置，并将二个反光标志的像的位置数值送微控制器，微控制器将检测到的二个反光标志的像的位置数值与试验开始时二个反光标志的像的位置数值相比较，计算出试件标距部分的形变量，并通过串行通讯接口数字化输出。采用LIS-1024线性图像传感器，配合5倍的光学放大，该引伸计的测量分辨率可达2微米。
一种非接触式光学数字式引伸计，该引伸计包括反光标志、透镜组、成像器成像器调节支架、二个图像传感器线性阵列、比较逻辑和计数电路板和控制器，二组光学透镜将二个反光标志分别成像在二个线性图像传感器上，二个图像传感器分别与二个比较逻辑和计数电路相连接，二个比较逻辑和计数电路与一个微控制器电路相连接。
所说的二组光学透镜是可更换的，可更换的光学透镜组可以使成像比例在1∶5-5∶1的范围内调节。
所说固定在试件上的二个反光标志具有黑白分界的图案。
所说比较逻辑和计数电路将反光标志的像的位置转换为数字信号。
本发明解决其技术问题所采用的是在被测试件标距两端分别固定二个黑白相间的反光标志，固定在调节支架上的二个成像器将反光标志分别成像在二个独立的线性图像传感器的光敏单元组成的线阵像平面上，当试件发生形变时，试件上标距两端两个反光标志间的距离发生微小变化，在像平面上反光标志的像的位置也发生移动，比较逻辑和计数电路实时检测反光标志的像中第一个黑白分界线在图像传感器线性阵列上的位置，将位置数值传送给微控制器，微控制器将检测到的二个反光标志的像的位置数值与试验开始时二个反光标志的像的位置数值相比较，计算出试件上二个反光标志之间部分(标距部分)的形变量。微控制器通过串行通讯口将试件标距部分的形变量直接数字化输出。可更换的透镜组，使反光标志的像放大1--5倍，对应的，测量反光标志位移的分辨率放大了1--5倍。可更换的透镜组，还可以使反光标志的像缩小1--5倍，对应的，测量反光标志位移的量程放大了1--5倍。在透镜组和成像面之间设置活动的反光板及与之相配的成像屏和目镜，用来观察成像质量，调整设备。
本发明的有益效果是实现了对试件的微小变形的非接触数字化测量，避免了机械间隙、试样温度、振动、模拟信号的温度飘移和零点漂移等对测量精度的影响。通过调整二个成像器之间的距离和二个反光标志之间的距离，可以满足多种试件标距的要求。通过更换透镜组，可以调整位移测量的分辨率和量程。彻底解决了试验过程中试件的意外断裂和弯曲变形造成引伸计的永久性损坏的技术难题。精度高，成本地，使用方便、安全。


下面结合附图对该发明作进一步的说明图1是引伸计的光学成像装置示意2是引伸计的光学成像装置左视3是成像器内部结构4是反光标志图5是图像传感器线性阵列的光敏单元排列图6是电路系统框中，1.反光标志，2.透镜组，3.成像器，4.反光标志的像，5.图像传感器线性阵列，6.像平面，7.成像器调节支架，8，紧固装置，9.试件，10.电路板，11.平面镜翻板，12.带刻度线的成像屏，13.目镜，14.转轴，15.信号连接器，16.手柄，17.控制器。
具体实施例方式
在图1中，紧固装置8将二个有黑白相间图案的反光标志1分别固定在试件9的标距两端，将透镜组2与成像器3连接，将图像传感器线性阵列5固定在成像器3内，其中透镜组2与成像器3之间采用螺纹连接，从而，可以调节透镜与图像传感器线性阵列5之间的距离。使反光标志的像处于图像传感器线性阵列5的像平面6上。
在图3中，将电路板10安装在成像器3内，电路板一端与图像传感器线性阵列5连接，另一端与信号连接器15相连。可活动的平面镜翻板11放置在透镜组2和图像传感器线性阵列5之间，经转轴14与成像器相连接。当平面镜翻板与透镜组和图像传感器线性阵列的连线成45°角时，平面镜将反光标志的像成像在成像屏12上，通过目镜13可以直接观察成像质量。调整透镜组及成像器的位置，使反光标志清晰成像在成像屏的中央。
转动手柄16使平面镜翻板与透镜组和图像传感器线性阵列的连线成0°角时，平面镜翻板退出光路，反光标志成像在图像传感器线性阵列5的像平面6上。
参见图1、3、6，将控制器17分别与两个信号连接器15相连接，信号连接器与比较逻辑和计数电路板10相连接。
零点校准参阅图3，在试验开始前，由微控制器同时记录二个反光标志的像的位置，即在第一个亮条的边缘的像的位置处图像传感器线性阵列的光敏单元的序数，作为初始零位置，记做N10和N20。LIS-1024图像传感器线性阵列有1024个光敏单元，可能的光敏单元序数为1-1024。
测量试验开始后，微控制器实时检测二个反光标志的位置，记做N11和N21，由以下公式计算两个反光标志间试件的形变量Hx微米Hx＝(N11-N10+N21-N20)*M/K其中1)M为图像传感器线性阵列的像素间距，LIS-1024图像传感器线性阵列的光敏单元间距为7.8微米(um)，
2)K为光学放大倍数。选透镜组光心到像平面6的距离为20厘米，透镜组的焦距10厘米，则K＝1。
3)当试件伸长时，Hx＞0，当试件压缩时，Hx＜0.
权利要求
1.一种非接触式光学数字式引伸计，其特征在于该引伸计包括反光标志(1)、透镜组(2)、成像器(3)、成像器调节支架(7)、二个图像传感器线性阵列(5)、比较逻辑和计数电路板(10)和控制器(17)，二组光学透镜(2)将二个反光标志(1)分别成像在二个线性图像传感器(5)上，二个图像传感器(5)分别与二个比较逻辑和计数电路(10)相连接，二个比较逻辑和计数电路(10)与一个微控制器电路(17)相连接。
2.根据权利要求书1所述的一种非接触式光学数字式引伸计，其特征在于所说的二组光学透镜(2)是可更换的，可更换的光学透镜组(2)可以使成像比例在1∶5-5∶1的范围内调节。
3.根据权利要求书1所述的一种非接触式光学数字式引伸计，其特征在于所说固定在试件上的二个反光标志(1)具有黑白分界的图案。
4.根据权利要求书1所述的一种非接触式光学数字式引伸计，其特征在于所说比较逻辑和计数电路(10)将反光标志(1)的像的位置转换为数字信号。
全文摘要
本发明涉及一种非接触式光学数字引伸计，包括二组光学透镜、二个成像器、二个线性图像传感器、比较逻辑和计数电路、时钟脉冲发生器、微控制器及固定在被测试样上的二个反光标志构成。本发明是使用二组光学透镜将被测试样上的二个反光标志分别成像在二个线性图像传感器上，将试样上二个反光标志间长度的变化转换为反光标志的像的位置的变化，比较逻辑和计数电路实时检测反光标志的像的位置，由微控制器直接数字化输出，实现了可变标距下对微小位移的非接触精确测量。彻底解决了其他形式的引伸计必须与试件进行机械连接，在大位移及试件意外断裂时极易造成引伸计永久性损坏的技术难题。
文档编号G01N3/00GK1719222SQ20041006227
公开日2006年1月11日 申请日期2004年7月5日 优先权日2004年7月5日
发明者王永春 申请人:首钢总公司