CN112665519A - 一种激光测径向变形的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种激光测径向变形的装置和方法，用于单轴实验中径向变形的测量，能够有效解决现有测量径向变形装置的误差大、受影响因素多以及不能实时的得到径向变形的不足。其装置包括固定板1、夹板2、激光发射器3、外反射环4、内反射环5。安装简单、能够精准的、实时的测量径向变形。

Description

一种激光测径向变形的装置和方法
技术领域
本发明属于土工试验技术领域，涉及一种利用激光测量径向变形的装置和方法。
背景技术
在土工试验中，测量试块的径向变形来得到泊松比是研究其他内容的前提。目前，测量试块径向变形的主要方法有固定式局部位移传感器和贴应变片法，这类方法的测量误差大，且受实验人员操作影响很大，并且不能很好的测量大变形情况下的径向变形。并且随着动力学研究的普及，径向变形与时间的关系也亟需探索，所以，研究一种可以实时的、精确的测量径向变形的装置和方法是十分重要的。
发明内容
为了克服现有测量径向变形装置的误差大、受影响因素多以及不能实时的得到径向变形的不足，本发明提供一种激光测量径向变形的装置和方法，能够精准的、实时的测量径向变形。
本发明解决其问题所采用的技术方案是：
一种激光测径向变形的装置，能够精准的、实时的测量径向变形，用于单轴实验中径向变形的测量，其装置包括固定板1、夹板2、激光发射器3、外反射环4、内反射环5。激光发射器3、外反射环4通过夹板2固定在固定板1上。
一种激光测径向变形的方法包括以下步骤：
第一步，组装测量装置，将内反射环5套在试块7上，调节固定板1的高度，使得外反射环4与内反射环5大致处于同一水平高度。
第二步，测量内反射环5与外反射环4之间的距离d以及试块半径R。
第三步，打开激光发射器3，外反射环4上出现等间距的光点，选取距离激光发射器3 较远的点N1，记录其位置以及该点与激光发射器3之间的光点数量N。
第四步，通过已知的激光入射角θ(非常小)，计算得到外反射环4上两个相邻光点与试块圆心的夹角φ、弧长S以及到N1点的总弧长S1。计算公式如下：
Figure BDA0002907332720000011
Figure BDA0002907332720000012
S1＝NS
第五步，进行单轴实验，随着实验的进行，外反射环上的光点不断移动，记录N1点移动的距离ΔS。
第六步，计算变形后外反射环4上两个相邻光点与试块圆心的夹角
Figure BDA0002907332720000021
弧长
Figure BDA0002907332720000022
以及到新N1点的总弧长S2。计算公式如下：
Figure BDA0002907332720000023
Figure BDA0002907332720000024
Figure BDA0002907332720000025
第七步，通过测量N1点移动的距离ΔS计算径向变形ΔR。计算公式如下：
Figure BDA0002907332720000026
本发明的有益效果是：组装简单，受实验人员操作影响较小；能够精确的、实时的测量试块的径向变形。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1是本发明的原理图；
图2是本发明的未变形公式推导示意图；
图3是本发明的变形后公式推导示意图；
图4是本发明的三维装置图。
图中1.固定板、2.夹板、3.激光发射器、4.外反射环、5.内反射环、6.光线、7.试块。
具体实施方式
在图1中，激光发射器3、外反射环4通过夹板2固定在固定板1上，激光发射器3以很小的入射角发射激光，在内反射环5以及外反射环4上多次反射，在两个反射板上形成很多个光电(两光点之间的弧长均相等)，在两板之间形成多条光线6。
在图1中，由于内反射环5的半径发生改变，导致反射角发生改变，反射光线6在外反射板上的光点位置也跟着改变。内反射环5的半径变大，反射角变小。两相邻光点之间的弧长减小。
在图4中，内反射环5套在试块7上，在单轴实验时，试块7的径向变形带动内反射环5的径向变形。

Claims (3)

1.一种激光测径向变形的装置和方法，其特征在于：所述的装置和方法能够实时、精准测量单轴试块的径向变形。包括固定板1、夹板2、激光发射器3、外反射环4、内反射环5。
2.根据权利要求1所述的一种激光测径向变形的装置和方法，其特征在于：内反射环5和外反射环4之间经激光发射器3发出的光线6不断反射，形成的光点之间的弧长相等。
3.根据权利要求1所述的一种激光测径向变形的装置和方法，其特征在于：径向变形满足关系式：
Figure FDA0002907332710000011
。
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