CN102589769A - 基于散射体应变的高灵敏度应力传感检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于散射体应变的高灵敏度应力传感检测系统，包括激光光源、传感装置、检测装置；传感装置包括应力介质，应力介质内均匀分布散射体，应力介质用于感受应力变化；检测装置包括透镜、CCD传感器和数据处理模块；所述透镜用于汇聚从应力介质中出射的散斑图像，用所述CCD传感器对散斑图像进行采集，通过数据处理模块对散斑图像进行分析，实现对应力的高灵敏度传感检测。

Description

基于散射体应变的高灵敏度应力传感检测系统
技术领域
本发明涉及激光传感检测领域，尤其涉及一种基于散射体应变的高灵敏度应力传感检测系统。
背景技术
激光以其高单色性、高亮度和高方向性在激光成像、精密测量等领域中得到广泛的应用。由于激光的高度相干性，使得激光在成像时会产生激光散斑。在此，我们利用激光散斑这一特性，使激光通过特殊散射体后成像，由于散射体的作用会产生激光散斑图像。当有应力作用于散射体时，其内部散射体的密度分布发生变化，从而引起激光相位的变化，相位变化引起散斑图样发生变化，同时外界应力的不同对激光相位的改变不同，从而引起散斑图样的变化不同，同时通过计算机对CCD采集到的散斑图像进行分析，实现对应力的传感检测。散射体应力传感检测系统可应用于一些高灵敏度应力实时监测领域，在实际中具有重要意义。
以往传统的应变式测量系统虽结构简单，成本较低，但其灵敏度低使其实用性受到一定的限制。
发明内容
针对上述问题，本发明是提供一种基于散射体应变的高灵敏度应力传感检测系统。
采用如下技术方案：
一种基于散射体应变的高灵敏度应力传感检测系统，包括激光光源、传感装置、检测装置；传感装置包括应力介质，应力介质内均匀分布散射体，应力介质用于感受应力变化；检测装置包括透镜、CCD传感器和数据处理模块；所述透镜用于汇聚从应万介质中出射的散斑图像，用所述CCD传感器对散斑图像进行采集，通过数据处理模块对散斑图像进行分析，实现对应力的高灵敏度传感检测。
所述的基于散射体应变的高灵敏度应力传感检测系统，所述数据处理模块将采集到的施加应力前和施加应力后的两幅散斑图像进行灰度值相减、图像灰度增强、滤波、二值化和数学形态学处理，最后对图像进行骨架线提取，可以得到散斑图像变化和传感装置形变之间的关系，通过这一关系来实现对应力的传感检测。
所述的基于散射体应变的高灵敏度应力传感检测系统，所述应力介质采用聚甲基丙烯酸甲酯，所述散射体采用占所述应力介质质量分数为0.3wt％的4μm SiO2散射粒子。
本发明的优点和积极效应
该方法很好地利用了激光的高相干性所形成的散斑图样，解决了传统的应变式测量所面临的问题。当传感部分的受力介质受到外界应力时，其内部散射体的密度分布发生变化，这一变化导致激光的相位发生变化，当受力介质受到的外界应力不同时，散射体的密度分布不同，对激光相位的改变不同，激光通过检测部分时所成的像也不同，利用CCD捕捉所成的像到计算机，来检测不同的应力信息。本发明采用上述技术方案，公开了一种可以很好的利用散射体应变来进行传感检测的系统，同时相对于其他传统的应变式测量，这种方法灵敏度高、可靠性强、结构简单，在激光传感检测领域也有很大的优势。
附图说明
图1散斑图样；
图2为本发明的总体结构示意图；
图3为本发明传感部分的示意图；
图4为本发明的实施方式结构示意图；
激光光源，201；传感部分，202；检测部分，203；CCD，401。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
如图2所示，为本发明的总体结构示意图，基于散射体应变的高灵敏度应力传感检测系统包括激光光源201、传感装置202、检测装置203。
传感装置202包括应力介质302，应力介质302内均匀分布散射体301，感受应力变化的应力介质302受到外界应力303时导致散射体301的密度分布发生变化，从而改变了入射激光的相位。受到外界不同的应力时，散射体301的密度分布发生的变化不同，激光相位的改变不同，所形成散斑图样的变化不同，通过散斑图像变化的不同来检测不同的应力信息。
检测装置203包括透镜、CCD传感器401和数据处理模块：利用透镜汇聚从应力介质中出射的激光，用CCD传感器对散斑图像进行采集，通过数据处理模块对散斑图像进行分析，实现对应力的高灵敏度传感检测。
这一发明解决了传统的应变式测量所要面临的问题，具有可靠性高、灵敏度高、结构简单等特点，具有广泛的应用前景。
图3表明了本发明的传感部分的示意图，当从激光光束201通过传感部分202的应力介质302时，由于应力介质受到的外界应力303，应力介质302内部的散射体301密度分布发生变化，激光的相位发生改变。当外界的应力不同的，应力介质302中散射体301的密度分布的变化就不同，对激光的相位的改变就不同。这部分是利用散射体密度的变化来感知外界不同的应力，来达到传感的目的。
图4为本发明工作原理示意图，其中201为激光光源，它通过内有散射体301的应力介质302传输，散射体301是由不同于应力介质302的材料以均匀的密度分布在应力介质内，一般情况下应力介质可采用聚甲基丙烯酸甲酯，而散射体301多采用占应力介质质量分数为0.3wt％的4μm SiO2散射粒子。当应力介质302受到外界应力303时，改变了应力介质302内部的散射体301的密度分布，改变了激光的相位。当应力介质302受到外界应力不同时，散射体301的密度分布不同，对激光相位的改变不同。激光通过传感装置202，经过透镜汇聚后，由CCD传感器401对散斑图像进行采集，通过数据处理模块将采集到的施加应力前和施加应力后的两幅散斑图像进行灰度值相减、图像灰度增强、滤波、二值化和数学形态学处理，最后对图像进行骨架线提取，可以得到散斑图像变化和传感装置形变之间的关系，通过这一关系来实现对应力的传感检测。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于散射体应变的高灵敏度应力传感检测系统，其特征在于，包括激光光源、传感装置、检测装置；传感装置包括应力介质，应力介质内均匀分布散射体，应力介质用于感受应力变化；检测装置包括透镜、CCD传感器和数据处理模块；所述透镜用于汇聚从应力介质中出射的散斑图像，用所述CCD传感器对散斑图像进行采集，通过数据处理模块对散斑图像进行分析，实现对应力的高灵敏度传感检测。
2.根据权利要求1所述的基于散射体应变的高灵敏度应力传感检测系统，其特征在于，所述数据处理模块将采集到的施加应力前和施加应力后的两幅散斑图像进行灰度值相减、图像灰度增强、滤波、二值化和数学形态学处理，最后对图像进行骨架线提取，可以得到散斑图像变化和传感装置形变之间的关系，通过这一关系来实现对应力的传感检测。
3.根据权利要求1所述的基于散射体应变的高灵敏度应力传感检测系统，其特征在于，所述应力介质采用聚甲基丙烯酸甲酯，所述散射体采用占所述应力介质质量分数为0.3wt％的4μm SiO2散射粒子。
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