CN104279977B - 基于光栅连续摄像及图像处理的应变测量设备及测量方法 - Google Patents
基于光栅连续摄像及图像处理的应变测量设备及测量方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104279977B CN104279977B CN201410555742.0A CN201410555742A CN104279977B CN 104279977 B CN104279977 B CN 104279977B CN 201410555742 A CN201410555742 A CN 201410555742A CN 104279977 B CN104279977 B CN 104279977B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- grating
- strain
- mrow
- iron plate
- msubsup
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Abstract
本发明公开了基于光栅连续摄像及图像处理的应变测量设备及测量方法，设备由贴在钢材表面的光栅应变计、吸附于钢材表面的摄像头组件和用于对摄像头组件定位的辅助铁片组成；光栅应变计贴在待测钢材表面，光栅条纹方向与钢材的变形垂直，将摄像头组件吸附在钢材表面，摄像头对准光栅条纹，摄像头组件的第一凹槽位于标记的第二凹槽的位置；处理过程为计算机首先将图像转换为二维数字图像，并计算出数字图像中每条条纹的宽度、计算相邻光栅之间的距离变化，得出局部应变及t时刻的均匀应变。本发明的有益效果是能不受实际场地、距离的限制，实时观测到钢材表面的变形，尤其是表面开裂。
Description
技术领域
本发明属于图像测量技术领域，涉及基于光栅连续摄像及图像处理的应变测量设备及测量方法。
背景技术
现有钢结构或其他均质材料的应变测量方法主要利用电阻应变片来进行。其原理为：通过在受力部位粘贴光栅应变片监测变形，光栅长度的变化会导致其电阻发生变化，然后利用导线将电阻的变化传输到仪器中，通过仪器中电阻的变化值即可得出钢材的变形。这种方法的缺点是不利用现场监测。当现场情况复杂时，需要很长的导线，当任何一个位置的导线发生异常均不能进行监测。且只能监测均匀变形，不能监测不均匀变形。不适用于钢材局部开裂位置的检测。
本发明通过摄像技术来检测光栅之间距离的变化，进而将所得到的图像利用无线局域网络传输到电脑上，利用数字图像处理技术来得出实际位移。本发明可实现观察位置与实际变形位置之间无需导线传输信号，可解决上述使用导线传输的不足。且可实现裂缝处变形的精确测量。
发明内容
本发明的目的在于提供基于光栅连续摄像及图像处理的应变测量设备，解决了现有技术必须采用导线传输信号、且不能监测裂缝尖端处变形的缺点。
本发明的另一个目的是进行应变测量的方法。
本发明所采用的技术方案是由贴在钢材表面的光栅应变计、吸附于钢材表面的摄像头组件和用于对摄像头组件定位的辅助铁片组成；
所述光栅应变计为长方形，其上设置光栅；
所述摄像头组件包括置于组件中间的长方形摄像头，摄像头两边分别布有一排照明灯，摄像头和照明灯周围设置有一圈圆形的磁铁，摄像头、照明灯和磁铁安装在橡胶外壳上，磁铁的表面与橡胶外壳的表面在一个水平面上，摄像头表面与磁铁表面有一定距离，橡胶外壳径向截面为圆形，与摄像头对应的两端设有第一凹槽；
所述辅助铁片为圆形，直径大小与橡胶外壳的直径相同，辅助铁片内部开有一个长方形空槽，长方形空槽的大小与光栅应变计的大小相同，长方形空槽的中心线位于辅助铁片的直径上，辅助铁片与长方形空槽长度方向上重合的一条直径两端设有第二凹槽。
进一步，所述光栅应变计采用polyete材料制成，总长度14mm、宽度为5mm，光栅总长度为10mm，由20个宽度为0.5mm的黑白直线光栅条纹组成。
进一步，所述摄像头的像素为1000万。
进一步，所述辅助铁片厚度为2mm。
进行钢材应变测量的方法按照以下步骤进行：
步骤1：测量设备的设置；光栅应变计贴在待测钢材表面，光栅条纹方向与钢材的变形垂直，在光栅应变计上覆盖辅助铁片，保持辅助铁片中间的空隙与光栅应变计完全吻合，标记第二凹槽的位置，撤走辅助铁片，将摄像头组件吸附在钢材表面，摄像头对准光栅条纹，摄像头组件的第一凹槽位于标记的第二凹槽的位置；
步骤2：钢材形变的计算；将摄像头拍摄的图像实时发送给计算机进行程序处理，处理过程为计算机首先将图像转换为二维数字图像，并计算出数字图像中每条条纹的宽度、计算相邻光栅之间的距离变化，得出局部应变：
式中为初始时刻第i条条纹的宽度，为t、t-1时刻第i条条纹的宽度，为t时刻第i条条纹的应变；
当钢材表面为均匀变形时，计算同一时刻多条相邻光栅之间距离变化的平均值，得出t时刻的均匀应变εt为：
本发明的有益效果是能不受实际场地、距离的限制，实时观测到钢材表面的变形，尤其是表面开裂。
附图说明
图1是本发明光栅应变计1的示意图；
图2是本发明摄像头组件的径向截面示意图；
图3是本发明摄像头组件的轴向剖面示意图；
图4是本发明辅助铁片的示意图；
图5是本发明图像处理过程原理示意图。
图中，1.光栅应变计，2.摄像头组件，3.辅助铁片，101.光栅，102.光栅条纹，201.摄像头，202.照明灯，203.磁铁，204.橡胶外壳，205.第一凹槽，301.长方形空槽，302.第二凹槽。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明基于光栅连续摄像及图像处理的应变测量设备包括贴在钢材表面的光栅应变计1、吸附于钢材表面的摄像头组件2和用于对摄像头组件2定位的辅助铁片3；
所述光栅应变计1为长方形，其上设置光栅101；采用polyete材料制作如附图1所示的光栅应变计1，应变计总长度为14mm，宽度为5mm。光栅101总长度为10mm，由20个宽度为0.5mm的黑白直线条纹102组成。用502胶水将光栅应变计1粘贴于钢材表面，(注意光栅条纹102方向与钢材的变形垂直，否则测量不出最大变形)。
如图2和图3所示，所述摄像头组件2包括置于组件中间的长方形摄像头201，摄像头201的像素为1000万；摄像头201两边分别布有一排照明灯202，用于照亮摄像范围内的光栅应变计1，以取得清晰图像。摄像头201和照明灯202周围设置有一圈圆形的磁铁203，用于将摄像头组件2吸附在钢材表面。摄像头201、照明灯202和磁铁203安装在橡胶外壳204上，磁铁203的表面与橡胶外壳204的表面在一个水平面上，摄像头201表面与磁铁203表面有一定距离，橡胶外壳204用来保护内部装置；橡胶外壳204径向截面为圆形，与摄像头201对应的两端设有第一凹槽205，用于安装摄像头组件2时使其与光栅应变计1对齐；
为保证摄像头组件2与光栅应变计1位置复合要求，制作如图4所示的辅助铁片3，辅助铁片3为圆形，直径大小与橡胶外壳204的直径相同，辅助铁片3内部开有一个长方形空槽301，长方形空槽301的大小与光栅应变计1的大小相同，长方形空槽301的中心线位于辅助铁片3的直径上，辅助铁片3与长方形空槽301长度方向上重合的一条直径两端设有第二凹槽302。整个辅助铁片3厚度为2mm。
其中的摄像头组件2中的摄像头201通过信号线连接外接的图像处理模块和无线数据发射模块，将拍摄的光栅条纹变动图像发送给图像处理模块，图像处理模块通过无线数据发射模块发送给远端的无线数据接收设备，无线数据接收设备将数据送入计算机中进行计算处理。其中的图像处理模块、无线数据发送模块和无线数据接收模块均采用现有设备，只要能实现此种功能即可。比如无线数据发送模块和无线数据接收模块采用无线路由器，计算机接收无线路由器发送来的信号并通过程序进行处理。
光栅连续摄像及图像处理的过程如图5所示，应变测量方法为：
步骤1：测量设备的设置；光栅应变计1贴在待测钢材表面，光栅条纹102方向与钢材的变形垂直，在光栅应变计1上覆盖辅助铁片3，保持辅助铁片3中间的空隙与光栅应变计1完全吻合，标记第二凹槽302的位置，撤走辅助铁片3，将摄像头组件2吸附在钢材表面，摄像头201对准光栅条纹102，摄像头组件2的第一凹槽205位于标记的第二凹槽302的位置；
步骤2：钢材形变的计算；将摄像头201拍摄的图像实时发送给计算机进行程序处理，处理过程为计算机首先将图像转换为二维数字图像，并计算出数字图像中每条条纹的宽度、计算相邻光栅之间的距离变化，得出局部应变：
式中为初始时刻第i条条纹的宽度，为t、t-1时刻第i条条纹的宽度，为t时刻第i条条纹的应变；
当钢材表面为均匀变形时，计算同一时刻多条相邻光栅之间距离变化的平均值，得出t时刻的均匀应变εt为：
采用本发明测量某钢结构桁架优点是：本发明的装置可以很好地用来计算相邻光栅间的距离，得出局部位置(如裂缝尖端)的应变变化；计算多条相邻光栅之间距离的平均值，得出摄像部位的平均应变。可动态观测所测部位每一点的应变，同时可计算出所测部位的平均应变。
以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (5)
1.基于光栅连续摄像及图像处理的应变测量设备，其特征在于：由贴在钢材表面的光栅应变计(1)、吸附于钢材表面的摄像头组件(2)和用于对摄像头组件(2)定位的辅助铁片(3)组成；
所述光栅应变计(1)为长方形，其上设置光栅(101)；
所述摄像头组件(2)包括置于组件中间的长方形摄像头(201)，摄像头(201)两边分别布有一排照明灯(202)，摄像头(201)和照明灯(202)周围设置有一圈圆形的磁铁(203)，摄像头(201)、照明灯(202)和磁铁(203)安装在橡胶外壳(204)上，磁铁(203)的表面与橡胶外壳(204)的表面在一个水平面上，摄像头(201)表面与磁铁(203)表面有一定距离，橡胶外壳(204)径向截面为圆形，与摄像头(201)对应的两端设有第一凹槽(205)；
所述辅助铁片(3)为圆形，直径大小与橡胶外壳(204)的直径相同，辅助铁片(3)内部开有一个长方形空槽(301)，长方形空槽(301)的大小与光栅应变计(1)的大小相同，长方形空槽(301)的中心线位于辅助铁片(3)的直径上，辅助铁片(3)与长方形空槽(301)长度方向上重合的一条直径两端设有第二凹槽(302)。
2.按照权利要求1所述基于光栅连续摄像及图像处理的应变测量设备，其特征在于：所述光栅应变计(1)采用polyete材料制成，总长度14mm、宽度为5mm，光栅(101)总长度为10mm，由20个宽度为0.5mm的黑白直线光栅条纹(102)组成。
3.按照权利要求1所述基于光栅连续摄像及图像处理的应变测量设备，其特征在于：所述摄像头(201)的像素为1000万。
4.按照权利要求1所述基于光栅连续摄像及图像处理的应变测量设备，其特征在于：所述辅助铁片(3)厚度为2mm。
5.按照权利要求1所述基于光栅连续摄像及图像处理的应变测量设备进行钢材应变测量的方法，其特征在于按照以下步骤进行：
步骤1：测量设备的设置；光栅应变计(1)贴在待测钢材表面，光栅条纹(102)方向与钢材的变形垂直，在光栅应变计(1)上覆盖辅助铁片(3)，保持辅助铁片(3)中间的空隙与光栅应变计(1)完全吻合，标记第二凹槽(302)的位置，撤走辅助铁片(3)，将摄像头组件(2)吸附在钢材表面，摄像头(201)对准光栅条纹(102)，摄像头组件(2)的第一凹槽(205)位于标记的第二凹槽(302)的位置；
步骤2：钢材形变的计算；将摄像头(201)拍摄的图像实时发送给计算机进行程序处理，
处理过程为计算机首先将图像转换为二维数字图像，并计算出数字图像中每条条纹的宽
度、计算相邻光栅之间的距离变化，得出局部应变：
<mrow>
<msubsup>
<mi>&epsiv;</mi>
<mi>i</mi>
<mi>t</mi>
</msubsup>
<mo>=</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msubsup>
<mi>l</mi>
<mi>i</mi>
<mi>t</mi>
</msubsup>
<mo>-</mo>
<msubsup>
<mi>l</mi>
<mi>i</mi>
<mrow>
<mi>t</mi>
<mo>-</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
</msubsup>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>/</mo>
<msubsup>
<mi>l</mi>
<mi>i</mi>
<mn>0</mn>
</msubsup>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>i</mi>
<mo>=</mo>
<mn>1</mn>
<mo>~</mo>
<mn>20</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>;</mo>
</mrow>
式中为初始时刻第i条条纹的宽度，为t、t-1时刻第i条条纹的宽度，为t时刻第i条条纹的应变；
当钢材表面为均匀变形时，计算同一时刻多条相邻光栅之间距离变化的平均值，得出t时刻的均匀应变εt为：
<mrow>
<msup>
<mi>&epsiv;</mi>
<mi>t</mi>
</msup>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<munderover>
<mi>&Sigma;</mi>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mo>=</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
<mn>20</mn>
</munderover>
<msubsup>
<mi>&epsiv;</mi>
<mi>i</mi>
<mi>t</mi>
</msubsup>
</mrow>
<mn>20</mn>
</mfrac>
<mo>.</mo>
</mrow>
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410555742.0A CN104279977B (zh) | 2014-10-17 | 2014-10-17 | 基于光栅连续摄像及图像处理的应变测量设备及测量方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410555742.0A CN104279977B (zh) | 2014-10-17 | 2014-10-17 | 基于光栅连续摄像及图像处理的应变测量设备及测量方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104279977A CN104279977A (zh) | 2015-01-14 |
| CN104279977B true CN104279977B (zh) | 2018-04-24 |
Family
ID=52255107
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410555742.0A Active CN104279977B (zh) | 2014-10-17 | 2014-10-17 | 基于光栅连续摄像及图像处理的应变测量设备及测量方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104279977B (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06160046A (ja) * | 1992-11-16 | 1994-06-07 | Toshiba Corp | 長尺材の歪み測定装置 |
| CN101245992A (zh) * | 2008-03-21 | 2008-08-20 | 清华大学 | 一种测量金属互连线力/电耦合作用下表面变形的方法 |
| CN101566465A (zh) * | 2009-05-18 | 2009-10-28 | 西安交通大学 | 一种物体变形的实时测量方法 |
| CN102087101A (zh) * | 2009-12-04 | 2011-06-08 | 清华大学 | 应变测量装置及测量方法 |
| CN102205671A (zh) * | 2011-03-15 | 2011-10-05 | 中国科学技术大学 | 测量材料表面形变的简易贴及其制作方法 |
| CN204142197U (zh) * | 2014-10-17 | 2015-02-04 | 南京建工集团有限公司 | 基于光栅连续摄像及图像处理的应变测量设备 |
-
2014
- 2014-10-17 CN CN201410555742.0A patent/CN104279977B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06160046A (ja) * | 1992-11-16 | 1994-06-07 | Toshiba Corp | 長尺材の歪み測定装置 |
| CN101245992A (zh) * | 2008-03-21 | 2008-08-20 | 清华大学 | 一种测量金属互连线力/电耦合作用下表面变形的方法 |
| CN101566465A (zh) * | 2009-05-18 | 2009-10-28 | 西安交通大学 | 一种物体变形的实时测量方法 |
| CN102087101A (zh) * | 2009-12-04 | 2011-06-08 | 清华大学 | 应变测量装置及测量方法 |
| CN102205671A (zh) * | 2011-03-15 | 2011-10-05 | 中国科学技术大学 | 测量材料表面形变的简易贴及其制作方法 |
| CN204142197U (zh) * | 2014-10-17 | 2015-02-04 | 南京建工集团有限公司 | 基于光栅连续摄像及图像处理的应变测量设备 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Fibre Bragg grating strain sensor and study of its packaging material for use in critical analysis on steel structure;Tarun Kumar Gangopadhyay 等;《Sensors and Actuators A-Physical》;20081231(第150期);78-86 * |
| 用于微观场小应变测量的云纹干涉载波条纹法;曹宇东 等;《应用光学》;20070930;第28卷(第5期);636-640 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104279977A (zh) | 2015-01-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105674880B (zh) | 基于双目原理的接触网几何参数测量方法及系统 | |
| CN104568003B (zh) | 一种输电线路覆冰过程的远程监测系统及方法 | |
| CN106092057B (zh) | 一种基于四目立体视觉的直升机旋翼桨叶动态轨迹测量方法 | |
| CN109297428A (zh) | 一种基于无人机的高精度变形巡测技术方法 | |
| CN206583402U (zh) | 一种形变检测装置 | |
| CN106996748A (zh) | 一种基于双目视觉的轮径测量方法 | |
| CN104567666A (zh) | 轧辊轴承座空间位置的测量方法 | |
| CN103292722A (zh) | 一种非接触式风电叶片全场三维变形测量方法 | |
| CN104215217B (zh) | 一种应用于电力巡线无人机的伪像距单目测距方法 | |
| CN106098124A (zh) | 一种燃料组件水下高度测量系统及其测量方法 | |
| CN109580137A (zh) | 一种基于计算机视觉技术的桥梁结构位移影响线实测方法 | |
| CN108981565A (zh) | 一种城轨列车受电弓中心线偏移监测装置及方法 | |
| CN102914727B (zh) | 一种测试紫外检测仪的紫外可见光重合偏差的系统及方法 | |
| CN111608731B (zh) | 一种盾构隧道安全状态监测预警装置及其监测预警方法 | |
| TWI526670B (zh) | 隧道變形之立體影像量測方法及其裝置 | |
| CN113393530A (zh) | 一种基于双目立体视觉的滑坡位移监测方法、系统及装置 | |
| CN108759678A (zh) | 散热片尺寸及平整度线上自动测量设备及其测量方法 | |
| CN104501733A (zh) | 一种平面对称深埋模型隧道的变形量测装置及其方法 | |
| CN205091278U (zh) | 一种gis内部尺寸的x射线无损检测标定装置 | |
| CN104279977B (zh) | 基于光栅连续摄像及图像处理的应变测量设备及测量方法 | |
| CN104613922A (zh) | 一种物体轮廓的测量系统及方法 | |
| CN205919786U (zh) | 输电线路覆冰厚度图像采集设备及测量装置 | |
| CN207263662U (zh) | 一种刚性接触网检测设备 | |
| CN103552570A (zh) | 一种铁路轨道平顺性检测的车载近景摄影测量方法 | |
| CN113567451A (zh) | 一种电缆线缺陷检测以及直径测量方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |