CN117249776A - 一种基于位移放大的复合材料早期体积变形测试装置与测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于位移放大的复合材料早期体积变形测试系统与测试方法，属于复合材料体积变形测试技术领域。包括：机械放大装置、光学放大装置、图像采集装置、校准尺和测头，机械放大装置和光学放大装置均包括输入端和输出端，测头与机械放大装置的输入端连接，光学放大装置的输入端与机械放大装置的输出端连接，校准尺设置在光学放大装置的输出端处，图像采集装置设置在能够采集光学放大装置的输出端和校准尺图像的位置上。本发明利用两个放大机构和图像识别测距方法，实现了高精度的位移测量，并通过实时校准提高了结果准确性，适用于不同类型的复合材料早期体积变形测试需求。

Description

一种基于位移放大的复合材料早期体积变形测试装置与测试 方法

技术领域

本发明涉及一种基于位移放大的复合材料早期体积变形测试装置与测试方法，属于复合材料体积变形测试技术领域。

背景技术

混凝土是消耗量最大的建筑材料，具备可塑性好、强度高等优点。然而，这种由水泥、水、骨料及其他外掺剂混合而成的材料，还存在一些“先天性不良”的问题，如韧性差、抗拉强度低、易收缩开裂等。开裂是导致实际混凝土结构耐久性和使用寿命降低的主要因素，也是当前各类混凝土结构面临的普遍问题。研究发现，混凝土材料开裂现象是多方面因素综合作用的结果，绝大多数开裂是因约束条件下的收缩变形引起的。混凝土的收缩可分为塑性收缩、自生收缩、干燥收缩和碳化收缩等。以下主要介绍我国三种混凝土收缩试验方法，具体为：

(1)混凝土干燥收缩

随着混凝土水化作用的进行，各种收缩变形主要发生的时间段并不相同，在混凝土不同阶段中占据主导地位的收缩类型也不相同。干燥收缩在整个混凝土结硬过程中持续存在，28d后依然进行，还有可能继续若干年甚至几十年。研究发现干缩往往是形成混凝土结构裂缝的关键因素，且干缩裂缝成因复杂，与施工、设计、环境条件及材料方面联系紧密，使此类问题不易解决。

混凝土干燥收缩主要发生在硬化脱模后，受到环境影响较大，持续时间较长。国内通常依照GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》中指定的收缩试验装置来测量混凝土的干燥收缩值；即通过测试混凝土棱柱体试件100mm×100mm×515mm在干燥条件下不同龄期的长度进行评价，测试方法具体为：棱柱体试件拆模后测定初始长度，然后在温度为20±2℃，湿度为95％以上的标准养室养护至规定龄期后转移至干缩室中进行养护；试件送至干缩室后立即进行测长，此长度即为试件的基准长度，随后按龄期在干缩室测定试件的长度，测长时至少重复三次读数。由于试件需重复取出放置，易触碰表架及表杆，难以充分保证试件每次放置的位置与方向的一致性，且每次测量前需先用标准杆校正仪器的零点，故而任务量大，测量误差难以避免。

也有研究者采用标架千分表测试混凝土棱柱体试件的干燥收缩，该方法将试块安装在千分表架上，在不同龄期读数，虽然避免了多次搬动试块或移动测量仪器产生扰动，但由于采用接触式，给混凝土试件增加了额外的荷载，这些误差可能会导致检测结果的偏差，采集得到的有效数据较为有限，需要进行校准和修正；且需人工频繁记录，耗时费力。

由于传统监测技术的局限性，已有基于图像处理技术表征混凝土收缩的研究，然而从混凝土表面的图像中提取有关干燥收缩的特征具有一定困难，某些情况下，需要人工参与对图像进行标记、分类或筛选，这需要专业知识和经验，并且增加了人力成本和时间消耗；且对于光照、摄像机角度和环境条件等因素较为敏感。

而如何准确、智能、省时省力的测量混凝土干燥收缩还是行业技术人员亟需解决的问题。

(2)混凝土自生收缩

混凝土自生收缩主要发生在混凝土成型后的3d内，是指初凝以后水泥水化形成水化硅酸钙与水化铝酸钙凝胶导致的表观体积减小，其与因自身物质增减、温湿度变化、外部加载或约束而引起的体积变化无关，是混凝土在恒温恒重且没有受到外力和约束的情况下，由混凝土材料自身的物理和化学变化而引起的体积形变。研究表明，自生收缩占总收缩的比例随着水灰比的下降而增长；现代混凝土为实现高性能而趋于采用低水胶比和高含量胶凝材料，使得混凝土自生收缩显著增大，在约束条件下往往形成较大的拉应力，因此现代混凝土结构开裂问题愈发严重，显著降低了混凝土的耐久性，缩短服役期。由此，自生收缩成为了当今混凝土材料和结构领域研究的热点与重点。

混凝土的自生收缩测定不仅需要精确的测量方法，而且需要从初凝即开始测定，另外还需要保证被测试体系(试件)与外界无水分交换，因此给测试工作带来了很大的难度。国内通常依照GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》中指定的收缩试验装置来测量混凝土的自生收缩值。标准推荐使用非接触法进行自由状态下早龄期混凝土与外界隔绝湿交换的条件下自生收缩变形的测定。该方法采用特定长度的棱柱体试件，将不锈钢测头预埋于端部，置于恒定温度、隔绝湿交换的环境中，采用反射靶与混凝土试件协同变形的方式表征混凝土试件的收缩。该方法只能测试硬化后的收缩变形，忽略了硬化前的早期自生收缩，且对硬件要求较高，如优质的探头及测头金属片等。

我国《水工混凝土试验规程》SL352-2006中的“混凝土自生体积变形试验”提供了测试混凝土自生收缩的参考方法。所用试件密封桶尺寸为直径200mm、高度500mm～600mm，实验前将应变计垂直固定在试件桶中心，试验时筛除拌和物中粒径超过40mm的骨料后，将剩余浆体分多次装入密封容器中，并借助人工插捣器或振动台密实成型，此后密封试件，将其转移到恒温环境静养(温度为20±2℃)。一般情形下，试验员应当在成型后2h、6h、12h、24h测试应变计的电阻参数，以24h测试值为基准值，此后的14d内每天测试1～2次，接着每周测量1～2次，半年之后每月量测1～2次，龄期为一年。但该方法中的浆体在早期不具备足够强度，弹性模量较低，无法与应变计同步移动，而此时恰是浆体收缩程度最大的阶段，最终导致所测数据精确度不足。

(3)混凝土约束收缩

根据约束作用，混凝土收缩一般分为自由收缩和约束收缩。约束收缩时混凝土受到外部约束，当体积变化受外部约束时，混凝土内部产生拉应力，拉应力大于其本身抗拉强度时，可能会导致混凝土出现裂缝，从而降低混凝土结构物的承载能力、耐久性以及防水性，缩短结构寿命。基于此，通常使用混凝土在约束条件下的收缩变形来评价混凝土的开裂潜在风险，混凝土抗裂性试验方法，根据提供约束方式的不同主要分为环形约束试验、条形约束试验、板式约束试验等。

我国GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中关于早期抗裂实验采用了平板式限制收缩开裂试验方法(平板法)。该方法试件形状为方形平板，通过弯起的波浪薄板作为刀口诱导开裂，并且可以在侧面增加铆钉来进行双向约束。平板法的优势在于：开裂速度较快，开裂敏感性高，评价体系较完善；但是存在着外部环境因素难以控制，约束应力不可控，缺乏足够的精度，与实际工程相差较大的缺陷。条形约束试验具有精确度高，试验误差较小的特点，还可分析混凝土的弹性模量、热膨胀系数和徐变等早期混凝土性能参数；但是试验装置造价高，制作工艺麻烦，还需保证其系统线性不偏心、无附加的摩擦力和扭转效应。

环形约束收缩开裂试验方法(圆环法)能保证试件受力均匀、可调节约束程度以及定量分析约束应力，所以使用频率最高、应用范围最广。我国的《混凝土结构耐久性设计与施工指南》CCES01—2018也收录了这种方法，将其定为测试混凝土早期抗裂性的标准方法之一。《指南》规定圆环内径41.3mm、外径66.7mm、混凝土环的厚度和高度分别为25.4mm。试验时，在试件成型(24±1)h后拆去外模。对试件上下表面进行密封处理，试件连同芯模一起做恒温恒湿养护，温度控制在19.5～20.5℃之间，湿度控制在40％～60％之间。通过计算机每隔2min采集一次应变数据，根据所得数据绘制应变曲线，当应变曲线发生突变时，即说明试件开裂。

然而圆环法中混凝土圆环开裂存在发散性问题；混凝土的裂缝不在一个固定位置出现，而是可能在混凝土圆环的任何位置出现。其次混凝土圆环开裂时间难以捕捉；有时混凝土圆环已经发生了开裂，但在自动监测仪上却反映不出来。最后受力状态与实际应用不符，圆环内外侧收缩状态不一致。

目前，市面上采用激光位移传感器的测试设备测试混凝土的早期体积变形，虽然激光测试具有较高的精度，但同时仍存在一些缺陷：1)激光测试的环境要求极高。粉尘是影响激光位移传感器精度的重要因素之一。这是因为粉尘会附着在传感器镜头上，导致反射光直接射向接收器，从而干扰传感器的测量结果。这种影响可能会使传感器的准确度下降，或者在极端情况下使其无法工作。混凝土浇筑体积变形的工作环境中往往具有较多的灰尘，日积月累必然会导致其精度下降以及加快激光位移传感器到达使用寿命；2)精度误差较大。市面上常见的激光位移传感器所宣传的精度多为最小重复精度，具有一定的偶然性，多数激光位移传感器的重复精度在实际使用时无法达到所标精度。如果将其应用到实际测量中，引起的误差会远远大于计算所得。此外，激光探头即使近几年技术取得突破，国产的产品逐渐赶超国外的水平，但是其价格仍很高，一支高精度的传感器一般都在5000元以上，甚至更高。此外，设备仍没有在测试过程中进行实验数据校准的能力。

误差校准是精密仪器应具备的一项重要功能。误差源主要来自以下三个方面：1)时间漂移误差，这一误差是由测量系统的时间稳定性所决定的；2)替换性误差，测量系统中零部件的个体批次差异会影响传感器测量精准度；3)环境条件误差，测量系统会受外界环境电磁场、温度、湿度等因素的干扰而产生较大误差，这通常是测试结果出现问题的主要原因。每个混凝土体积变形测定设备出厂时都进行校准，个别设备在测试前对传感器进行校准，而在测试过程中则没有实时校准的先例。即目前针对环境条件引起的误差并没有合适的解决办法。实验室或实际工程的环境条件处于持续变化状态，在使用过程中突发的电磁干扰会影响电涡流信号的反射与传输；激光技术的应用受到环境光线、灰尘、表面粗糙曲度的干扰。此外，温度、湿度的改变同样会影响探头灵敏度。由于当前缺乏一种实时误差校准的技术，混凝土体积变形测定设备得不到及时校准，以至于测定结果的准确性很难得到保障。

发明内容

本发明提出了一种基于位移放大的复合材料早期体积变形测试装置与测试方法，根据复合材料体积变形特点设计了对应的放大机构，且在现有的光学测距的基础上增加了校准方法，从而确保了结果的准确性，解决了现有技术中存在的复合材料体积变形的微米级位移测量难度大、受干扰大导致误差大的问题。

一种基于位移放大的复合材料早期体积变形测试系统，所述基于位移放大的复合材料早期体积变形测试系统包括：机械放大装置、光学放大装置、图像采集装置、校准尺和测头，所述机械放大装置和光学放大装置均包括输入端和输出端，所述测头与所述机械放大装置的输入端连接，所述光学放大装置的输入端与机械放大装置的输出端连接，所述校准尺设置在所述光学放大装置的输出端处，所述图像采集装置设置在能够采集光学放大装置的输出端和校准尺图像的位置上，其中，

所述机械放大装置，用于通过机械结构将测头的位移放大；

所述光学放大装置，用于将通过机械结构放大后的位移再次进行放大；

所述图像采集装置，用于采集光学放大装置的输出端和校准尺的图像；

所述校准尺，用于校准根据采集到光学放大装置的输出端的图像得到的位移；

所述测头，作为待测复合材料的输出端，用于将待测复合材料变形产生的位移传达给机械放大装置。

进一步的，所述机械放大机构为桥式放大机构或杆式放大机构；

桥式放大机构，包括两个连接梁、固定端、输入端、输出端和限位板，所述输出端同时与两个连接梁的一端铰接，其中一个连接梁的另一端与固定端铰接，另一个连接梁的另一端与输入端铰接，所述固定端安装在限位板上，所述输入端与限位板滑动连接，并同时与待测复合材料的位移输出端连接；

杆式放大机构，包括输入端支架、输出端支架、输入端、输出端、摆杆机构及固定板，所述输入端支架和输出端支架需固定，所述输入端与输入端支架滑动连接，所述输出端与输出端支架滑动连接，所述摆杆机构的一端与固定板铰接，另一端与输出端铰接，输入端铰接于摆杆机构靠近于与固定板铰接点的一根摆杆上，输入端与待测复合材料的位移输出端连接。

进一步的，所述光学放大装置为透镜成像放大装置或小孔成像放大装置，其用于放大机械放大机构输出端的位移；

透镜成像放大装置，包括箱体、光源、挡板和透镜，所述挡板固定安装于所述箱体中，且挡板上开有一通孔，所述透镜安装于所述通孔中，校准尺设置于挡板的一侧，光源设置于挡板的另一侧，所述光源、透镜和校准尺均处于同一轴线上，所述光源作为光学放大机构的输入端与待测复合材料的位移输出端连接，所述图像采集装置设置在能够采集到经透镜放大后的投影的位置上，

小孔成像放大装置，包括所述光学放大机构包括箱体、光源和挡板，所述挡板固定安装于所述箱体中，且挡板上开有一通孔，校准尺设置于挡板的一侧，光源设置于挡板的另一侧，所述图像采集装置设置在能够采集到经透镜放大后的投影的位置上。

进一步的，所述显微校准尺采用刻度为10微米及以上的校准尺。

进一步的，所述图像采集系统包括图像采集设备或显微镜头和图像采集设备组合。。

进一步的，所述测头为刚性杆件，一端与复合材料变形输出端相连，另一端与机械放大结构的输入端连接；测头移动带动机械放大机构的输出端移动，进而带动光学放大投影的改变。

一种基于位移放大的复合材料早期体积变形测试方法，基于上述的一种基于位移放大的复合材料早期体积变形测试系统，所述基于位移放大的复合材料早期体积变形测试方法包括以下步骤：

S100、将复合材料成型，并将每个测头分别安装匹配到一种桥/杆式放大机构中，作为桥/杆式放大机构的输入端；

S200、将桥/杆式放大机构的输出端连接于光学放大装置的输入端；

S300、待测复合材料体积变形的过程中，带动测头产生位移，最终在光学放大装置的输出端侧放置显微尺，通过图像识别显微尺的读数，得到复合材料体积变形过程中经过两次放大的输出端的位移量，计算得到复合材料体积变形的实际位移值，进而得到复合材料的体积变化量/率；同时进行显微尺图片的拍摄并读数，进行位移数据的校准。

一种基于位移放大的复合材料早期体积变形测试方法，基于上述的一种基于位移放大的复合材料早期体积变形测试系统，所述基于位移放大的复合材料早期体积变形测试方法包括以下步骤：

S100、将复合材料成型，并将每个测头分别安装匹配到一种桥/杆式放大机构中，作为桥/杆式放大机构的输入端；

S200、将桥/杆式放大机构的输出端连接于光学放大装置的输入端。

S300、待测复合材料体积变形的过程中，带动测头产生位移，最终光学放大装置的输出端侧放置显微尺，对经过两次放大的输出端的位移进行图像识别测距并通过显微尺测距实现位移校准，对图像测距结果进行校准和比对，获得自校正后的高精度位移值，并进一步计算出复合材料体积变形的实际位移值。

进一步的，在S300中，图像识别测距方法包括以下步骤：

S310、使用图像采集装置按照所需频率进行目标图像的采集，采集投影的图像和校准尺的图像；

S320、对所需要观测的区域，使用边缘检测算法识别图像的边缘特征点；

S330、使用样条插值方法进行亚像素技术定位，细化图像局部特征，增加图像分辨率，应用灰度匹配方法对比运动前后的图像，根据零均值归一化最小距离平方相关函数进行子区匹配，进行迭代计算，计算获得目标区域产生的实际位移；并采集校准尺的数值，校准尺为高精度、刻度小的显微尺；

S340、采用刻度为10微米及以上的校准尺进行位移测量和校准，直接读取刻度数值或通过匹配算法识别目标位置对应的校准尺刻度，并使用直线检测算法找到最小刻度，计算校准尺最小刻度与目标位置所对应的校准尺刻度之间的刻度数量，得到校准尺测得的位移值，

将使用S330仅使用图像测距测得的位移值和S340仅应用校准尺测出的位移进行对比和校准，获得经过自校正后的高精度位移值，经过计算获得经过自校正后的复合材料体积变形实际位移值。

进一步的，在S320中，所述边缘特征点包括圆心、弧心、半径、线宽、夹角、距离和交点。

本发明的有益效果：

1.误差减小：本发明使用机械和光学放大装置，使微小的位移得以有效测量和放大。有助于提高测试的准确性，特别是在复合材料早期体积变形测试中，微米级位移测量难以实现的情况下。

2.高精度测量：采用高分辨率的图像采集装置和显微校准尺，可以实现高精度的位移测量和校准，使得测试结果更加可靠。

3.自校正：通过图像识别测距和校准尺的结合使用，系统具有自校正功能，可以减小位移测量的误差，提供更准确的实际位移值。

4.多种机械放大机构：系统提供了两种不同类型的机械放大机构，即桥式放大机构和杆式放大机构，以适应不同测试需求，增加了系统的灵活性。

5.适用于复合材料：基于位移放大的特性，该系统和方法也适用于复合材料的早期体积变形测试。

6.可视化测量：通过使用图像采集装置和显微校准尺，测试过程得以可视化，使操作更直观，同时减小了人为误差的可能性。

附图说明

图1为目前常见技术混凝土体积变形测试实验结果(a)为干燥收缩(b)为自生收缩

图2为本发明的一种基于位移放大的复合材料早期体积变形测试系统的一实施例的示意图；

图3为本发明的一种基于位移放大的复合材料早期体积变形测试系统的另一实施例的示意图；

图4为本发明中的一种桥式放大机构的结构示意图的一实施例；

图5为本发明中的一种桥式放大机构的结构示意图的另一实施例；

图6为本发明中的一种杆式放大机构的结构示意图的一实施例；

图7为本发明中的一种光学放大机构的结构示意图；

图8为图7的使用原理图；

图9为本发明中的另一种光学放大机构的结构示意图；

图10为图9的使用原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的具体实施例附图中，为了更好、更清楚地描述系统中的各元件的工作原理，表现所述装置中各部分的连接关系，只是明显区分了各元件之间的相对位置关系，并不能构成对元件或结构内的信号传输方向、连接顺序及各部分结构大小、尺寸、形状的限定。

一种基于位移放大的复合材料早期体积变形测试系统，其特征在于，所述基于位移放大的复合材料早期体积变形测试系统包括：机械放大装置、光学放大装置、图像采集装置、校准尺和测头，所述机械放大装置和光学放大装置均包括输入端和输出端，所述测头与所述机械放大装置的输入端连接，所述光学放大装置的输入端与机械放大装置的输出端连接，所述校准尺设置在所述光学放大装置的输出端处，所述图像采集装置设置在能够采集光学放大装置的输出端和校准尺图像的位置上，其中，所述机械放大装置，用于通过机械结构将测头的位移放大；所述光学放大装置，用于将通过机械结构放大后的位移再次进行放大；所述图像采集装置，用于采集光学放大装置的输出端和校准尺的图像；所述校准尺，用于校准根据采集到光学放大装置的输出端的图像得到的位移；所述测头，作为待测复合材料的输出端，用于将待测复合材料变形产生的位移传达给机械放大装置。

具体的，一种机械放大装置为桥式放大机构，包括两个连接梁、固定端、输入端、输出端和限位板，所述输出端同时与两个连接梁的一端铰接，其中一个连接梁的另一端与固定端铰接，另一个连接梁的另一端与输入端铰接，所述固定端安装在限位板上，所述输入端与限位板滑动连接，并同时与待测复合材料的位移输出端连接，

具体的，桥式放大机构通过连接梁和限位板的设置，能够将输入端的位移放大并传递到输出端。该放大结构可以有效增加位移的幅度，使得测量结果更加显著和易于观测。输出端与连接梁以及连接梁与固定端和输入端之间采用铰接，提供了更好的适应性和抗干扰能力，且能够有效减少因位移传递过程中产生的应力和变形，从而提高了测量的精确度和准确性。输出端和两个连接梁均设置于限位板的上方，输入端与限位板滑动连接。这种结构设计使得放大机构整体紧凑，方便安装和操作，并减少了占用空间。

进一步的，参照图4所示，两个连接梁为柔性支链。

具体的，本实施例为桥式放大机构的其中一种形式，采用柔性支链设置在输出端和固定端(固定端为一刚性连接块)之间，输入端和固定端位于同一直线，固定端固定，输入端下装有滑轮、轴承等滑动结构，固定平面上设置滑槽；柔性支链为集中柔度式支链或分布柔度式支链，分布柔度式支链为一整段柔性梁，柔性梁为长梁或簧片，柔性支链长度≥30mm，两柔性支链初始夹角≤179°。输入端提供直线式输入使输出端背离或趋近固定平面运动。由于三角放大原理，输出端的位移大于输入端的位移，从而实现位移放大。

在实际使用中，两柔性支链长度为20cm、初始夹角为176°，位移的放大倍数可根据以下公式进行计算具体放大倍数参照表1所示。

位移(μm)	倍数	位移(μm)	倍数
				-10	37.8	10	24.2
-9	36.5	9	24.6
				-8	35.4	8	25.0
-7	34.3	7	25.4
				-6	33.3	6	25.8
-5	32.4	5	26.3
				-4	31.6	4	26.7
-3	30.9	3	27.2
				-2	30.1	2	27.7
-1	29.5	1	28.3

表1输入位移与放大倍数

通过采用柔性支链作为连接梁，可以增加系统的柔性和适应性。柔性支链能够减少应力和变形，提高系统的精确度和准确性。与常规刚性连接相比，柔性支链能够更好地适应位移放大过程中的变化和不确定性。输入端采用直线式输入，并装有滑轮、轴承等滑动结构。这种设计可以使得输入端的运动更加平稳和准确，有效控制输出端的位移放大比例。同时，滑槽的设置可以提供线性的位移控制和调节功能，增加系统的灵活性和可调性。

进一步的，参照图5所示，两个连接梁为刚性梁，输出端同时与两个连接梁的一端铰接，其中一个连接梁的另一端与固定端铰接，另一个连接梁的另一端与输入端铰接。

具体的，本实施例为桥式放大机构的另一种形式，刚性梁长度≥30mm，初始夹角≤179°；输出端下同样装有滑轮、轴承等滑动结构；两个刚性梁的底端处于同一直线上，固定平面上装有滑槽；刚性梁1在直线上的运动提供直线式输入使输出端(中间铰链)背离或趋近固定平面运动。

本实施例中，两个连接梁采用刚性梁，可以提供结构的稳定性和刚性。刚性梁具有较高的刚度和承载能力，适合用于需要较大力和准确度的应用。输出端同时与两个连接梁的一端铰接，这种设计可以使输出端具有自由度，可以在连接梁的作用下进行旋转运动，由于三角放大原理，输出端的位移大于输入端的位移，从而实现位移放大。

在实际使用中，优选的，刚性梁选用不锈钢管梁，其长度为100mm，初始夹角为159.2°，位移的放大倍数可根据以下公式进行计算：

具体放大倍数参照表2所示。

位移(μm)	倍数	位移(μm)	倍数
				1	5.50	-10	5.59
2	5.49	-9	5.59
				3	5.48	-8	5.58
4	5.47	-7	5.57
				5	5.47	-6	5.56
6	5.46	-5	5.55
				7	5.45	-4	5.54
8	5.44	-3	5.53
				9	5.43	-2	5.52
10	5.42	-1	5.52

表2输入位移与放大倍数

参照图4-图5所示的一种机械放大机构，应用于图7或图9所示的一种光学放大装置，所述光学放大装置如图7所示；包括箱体、光源、挡板、透镜、校准尺和图像采集装置，所述挡板固定安装于所述箱体中，且挡板上开有一通孔，所述透镜安装于所述通孔中，校准尺设置于挡板的一侧，光源设置于挡板的另一侧，所述光源、透镜和校准尺均处于同一轴线上，所述光源作为光学放大机构的输入端与待测复合材料的位移输出端连接，所述图像采集装置设置在能够采集到经透镜放大后的投影的位置上。

参照图4-图5所示的一种机械放大机构，应用于图7或图9所示的一种光学放大机构，所述光学放大装置如图9所示；光学放大机构包括箱体、光源、挡板、校准尺和图像采集装置，挡板固定安装于箱体中，且挡板上开有一通孔，校准尺设置于挡板的一侧，光源设置于挡板的另一侧，图像采集装置设置在能够采集到经透镜放大后的投影的位置上。

基于上述的一种基于位移放大的复合材料早期体积变形测试系统，基于位移放大的复合材料早期体积变形测试方法包括以下步骤：

S100、将复合材料成型，并将每个测头分别安装匹配到一种桥式放大机构中，作为桥式放大机构的输入端；

S200、将桥式放大机构的输出端连接于光学放大装置的输入端；

S300、待测复合材料体积变形的过程中，带动测头产生位移，最终在光学放大装置的输出端侧放置显微尺，通过图像识别显微尺的读数，得到复合材料体积变形过程中经过两次放大的输出端的位移量，计算得到复合材料体积变形的实际位移值，进而得到复合材料的体积变化量/率；同时进行显微尺图片的拍摄并读数，进行位移数据的校准。

具体的，通过放大机构将复合材料体积变形两次放大后，形成可分辨的高分辨率光斑图形。这提供了对复合材料体积变形的细微变化进行高分辨率测量的能力。在图像采集过程中，设置校准尺并进行实时校准，有助于确保测量结果的准确性。这种实时校准可以减少测量误差，提高测量结果的可信度。该方法适用于不同基于位移放大的复合材料早期体积变形测试方法的需求，因为它允许用户根据需要选择不同的测试方法，这增加了方法的灵活性和适用性。通过图像识别和分析，该方法实现了测量的自动化和数字化，降低了人为误差的风险，并提供了可存档和可追溯的测量数据。由于使用了光学放大机构，光斑图形的放大效应有助于提高位移测量的精度，这对于捕捉复合材料体积变形的微小变化非常重要。

基于上述的一种基于位移放大的复合材料早期体积变形测试系统，基于位移放大的复合材料早期体积变形测试方法包括以下步骤：

S100、将复合材料成型，并将每个测头分别安装、匹配到一种桥式放大机构中，作为桥式放大机构的输入端；

S200、将桥式放大机构的输出端连接于光学放大装置的输入端。

S300、待测复合材料体积变形的过程中，带动测头产生位移，最终光学放大装置的输出端侧放置显微尺，对经过两次放大的输出端的位移进行图像识别测距并通过显微尺测距实现位移校准，对图像测距结果进行校准和比对，获得自校正后的高精度位移值，并进一步计算出复合材料体积变形的实际位移值。

具体的，通过放大机构将复合材料位移两次放大后，使用图像识别测距方法，可以实现对复合材料体积变形的高精度测量。同时，结合显微尺的测距和校准，可以提供准确和可靠的位移值，进一步增加测量结果的精度。通过对放大机构输出端位移的图像识别测距，并结合显微尺进行校准，可以实现自校正和校准的过程，这可以减小测量误差，并提供经过校准后的高精度位移值。该方法结合了图像识别测距和显微尺测距的方法，综合使用不同的测量手段进行校准和比对。这种综合测量方法能够提高测量结果的可靠性和准确性。通过获得自校正后的高精度位移值，可以进一步计算出复合材料体积变形的实际位移值。这有助于获得更准确和可靠的复合材料体积变形测试结果。该方法可适用于不同的基于位移放大的复合材料早期体积变形测试方法和实验要求。因为它使用光学放大机构进行测量，可以适应各种实际应用场景的需求。

在S300中，图像识别测距方法包括以下步骤：

S310、使用图像采集装置按照所需频率进行目标图像的采集，采集投影的图像和校准尺的图像；

S320、对所需要观测的区域，使用边缘检测算法识别图像的边缘特征点；

S330、使用样条插值方法进行亚像素技术定位，细化图像局部特征，增加图像分辨率，应用灰度匹配方法对比运动前后的图像，根据零均值归一化最小距离平方相关函数进行子区匹配，使用基于空域的迭代算法和逆组合高斯-牛顿算法收敛准则，计算获得位移板上目标区域产生的实际位移；并采集校准尺的数值，校准尺为高精度、刻度小的显微尺；

S340、采用刻度为10微米及以上的校准尺进行位移测量和校准，直接读取刻度数值或通过匹配算法识别目标位置对应的校准尺刻度，并使用直线检测算法找到最小刻度，计算校准尺最小刻度与目标位置所对应的校准尺刻度之间的刻度数量，得到校准尺测得的位移值，

将使用S330仅使用图像测距测得的位移值和S340仅应用校准尺测出的位移进行对比和校准，获得经过自校正后的高精度位移值，经过计算获得经过自校正后的复合材料体积变形实际位移值。

具体的，通过亚像素技术定位和灰度匹配方法，以及应用显微尺进行位移测量和校准，能够实现高精度的图像测距。这种测量方法提供了对复合材料位移的高精度测量值，增加了测量结果的可信度。而通过使用校准尺进行校准并与图像测距结果对比，实现自校正和校准值的计算。通过校准尺测得的位移值和图像测距测得的位移值对比，得到经过自校正后的高精度位移值。这种自校正过程可以减少测量误差和提高测量结果的准确性。这种图像识别测距方法结合了多种技术，包括边缘检测算法、样条插值方法和灰度匹配方法。这种多功能性使该方法适用于不同类型和规模的测量和实验需求。使用亚像素技术定位、细化图像局部特征以及增加图像分辨率的方法，能够获得更高的图像清晰度和精细度，提高测量结果的精度和分辨率。通过显微尺的使用和校准尺的校准，该方法能够提供稳定可靠的测量结果。对测得的位移值进行对比和校准，通过空间位置变换的映射原理，计算出经过自校正后的复合材料膨胀或收缩实际位移值，进一步增加了测量结果的准确性。

进一步的，在S420中，边缘特征点包括圆心、弧心、半径、线宽、夹角、距离和交点。

具体的，本发明先通过匹配算法，识别目标位置所对应的校准尺刻度，再用直线检测算法，找到最小刻度，计算校准尺最小刻度与目标位置所对应的校准尺刻度之间的刻度数量，即可获得校准尺测得的目标位置的位移值。将仅使用图像测距和仅应用校准尺测出的位移进行对比、校准，就可以获得经过自校正后正确的高精度位移值，最终通过空间位置变换的映射原理，经过计算获得经过自校正后的复合材料体积变形的实际位移值。

一种基于位移放大的复合材料早期体积变形测试系统，其特征在于，所述基于位移放大的复合材料早期体积变形测试系统包括：机械放大装置、光学放大装置、图像采集装置、校准尺和测头，所述机械放大装置和光学放大装置均包括输入端和输出端，所述测头与所述机械放大装置的输入端连接，所述光学放大装置的输入端与机械放大装置的输出端连接，所述校准尺设置在所述光学放大装置的输出端处，所述图像采集装置设置在能够采集光学放大装置的输出端和校准尺图像的位置上，其中，所述机械放大装置，用于通过机械结构将测头的位移放大；所述光学放大装置，用于将通过机械结构放大后的位移再次进行放大；所述图像采集装置，用于采集光学放大装置的输出端和校准尺的图像；所述校准尺，用于校准根据采集到光学放大装置的输出端的图像得到的位移；所述测头，作为待测复合材料的输出端，用于将待测复合材料变形产生的位移传达给机械放大装置。

具体的，一种机械放大装置为杆式放大机构，如图6所示，杆式放大机构包括输入端支架、输出端支架、输入端、输出端、摆杆机构和固定板，输入端支架和输出端支架固定于固定板上，输入端与输入端支架滑动连接，输出端与输出端支架滑动连接，摆杆机构的一端与固定板铰接，另一端与输出端铰接，输入端铰接于摆杆机构靠近于与固定板铰接点的一根摆杆上。

具体的，摆杆机构包括动力臂和阻力臂，在本实施例中，摆杆机构靠近于与固定板铰接点的一根摆杆为阻力臂，即阻力臂的一端与固定板铰接，阻力臂的另一端与动力臂的一端铰接，动力臂的另一端与输出端的一端铰接，摆杆的动力臂短于阻力臂，因此所述输入端的较小行程可以转化为输出端的较大行程。

通过摆杆机构的设计，其中动力臂和阻力臂的比例调整，实现了输入端较小行程转化为输出端较大行程。这种放大机构可以将输入的位移转化为相应放大的输出，从而实现位移的放大。本实施例的放大机构结构紧凑，占用空间相对较小，适用于空间有限的应用场景。输入端支架和输出端支架固定于固定板上，通过滑动连接实现输入端和输出端的运动。同时，摆杆机构的铰接点位置合理，能够提供稳定和平衡的支撑，增加整个放大机构的稳定性。在实际使用中，通过调整摆杆的长度比例，可以控制输出端的运动范围和放大倍数，以满足具体需求。

参照图6所示的一种机械放大机构，应用于图7或图9所示的一种光学放大装置，所述光学放大装置如图7所示；包括箱体、光源、挡板、透镜、校准尺和图像采集装置，所述挡板固定安装于所述箱体中，且挡板上开有一通孔，所述透镜安装于所述通孔中，校准尺设置于挡板的一侧，光源设置于挡板的另一侧，所述光源、透镜和校准尺均处于同一轴线上，所述光源作为光学放大机构的输入端与待测复合材料的位移输出端连接，所述图像采集装置设置在能够采集到经透镜放大后的投影的位置上。

参照图6所示的一种机械放大机构，应用于图7或图9所示的一种光学放大机构，所述光学放大装置如图9所示；光学放大机构包括箱体、光源、挡板、校准尺和图像采集装置，挡板固定安装于箱体中，且挡板上开有一通孔，校准尺设置于挡板的一侧，光源设置于挡板的另一侧，图像采集装置设置在能够采集到经透镜放大后的投影的位置上。

基于上述的一种基于位移放大的复合材料早期体积变形测试系统，基于位移放大的复合材料早期体积变形测试方法包括以下步骤：

S100、将复合材料成型，并将每个测头分别安装匹配到一种杆式放大机构中，作为杆式放大机构的输入端；

S200、将杆式放大机构的输出端连接于光学放大装置的输入端；

S300、待测复合材料体积变形的过程中，带动测头产生位移，最终在光学放大装置的输出端侧放置显微尺，通过图像识别显微尺的读数，得到复合材料体积变形过程中经过两次放大的输出端的位移量，计算得到复合材料体积变形的实际位移值，进而得到复合材料的体积变化量/率；同时进行显微尺图片的拍摄并读数，进行位移数据的校准。

具体的，通过放大机构将复合材料体积变形两次放大后，形成可分辨的高分辨率光斑图形。这提供了对复合材料体积变形的细微变化进行高分辨率测量的能力。在图像采集过程中，设置校准尺并进行实时校准，有助于确保测量结果的准确性。这种实时校准可以减少测量误差，提高测量结果的可信度。该方法适用于不同基于位移放大的复合材料早期体积变形测试方法的需求，因为它允许用户根据需要选择不同的测试方法，这增加了方法的灵活性和适用性。通过图像识别和分析，该方法实现了测量的自动化和数字化，降低了人为误差的风险，并提供了可存档和可追溯的测量数据。由于使用了光学放大机构，光斑图形的放大效应有助于提高位移测量的精度，这对于捕捉复合材料体积变形的微小变化非常重要。

基于上述的一种基于位移放大的复合材料早期体积变形测试系统，基于位移放大的复合材料早期体积变形测试方法包括以下步骤：

S100、将复合材料成型，并将每个测头分别安装匹配到一种杆式放大机构中，作为杆式放大机构的输入端；

S200、将杆式放大机构的输出端连接于光学放大装置的输入端。

S300、待测复合材料体积变形的过程中，带动测头产生位移，最终光学放大装置的输出端侧放置显微尺，对经过两次放大的输出端的位移进行图像识别测距并通过显微尺测距实现位移校准，对图像测距结果进行校准和比对，获得自校正后的高精度位移值，并进一步计算出复合材料体积变形的实际位移值。

具体的，通过放大机构将复合材料位移两次放大后，使用图像识别测距方法，可以实现对复合材料体积变形的高精度测量。同时，结合显微尺的测距和校准，可以提供准确和可靠的位移值，进一步增加测量结果的精度。通过对放大机构输出端位移的图像识别测距，并结合显微尺进行校准，可以实现自校正和校准的过程，这可以减小测量误差，并提供经过校准后的高精度位移值。该方法结合了图像识别测距和显微尺测距的方法，综合使用不同的测量手段进行校准和比对。这种综合测量方法能够提高测量结果的可靠性和准确性。通过获得自校正后的高精度位移值，可以进一步计算出复合材料体积变形的实际位移值。这有助于获得更准确和可靠的复合材料体积变形测试结果。该方法可适用于不同的基于位移放大的复合材料早期体积变形测试方法和实验要求。因为它使用光学放大机构进行测量，可以适应各种实际应用场景的需求。

在S300中，图像识别测距方法包括以下步骤：

S310、使用图像采集装置按照所需频率进行目标图像的采集，采集投影的图像和校准尺的图像；

S320、对所需要观测的区域，使用边缘检测算法识别图像的边缘特征点；

S330、使用样条插值方法进行亚像素技术定位，细化图像局部特征，增加图像分辨率，应用灰度匹配方法对比运动前后的图像，根据零均值归一化最小距离平方相关函数进行子区匹配，使用基于空域的迭代算法和逆组合高斯-牛顿算法收敛准则，计算获得位移板上目标区域产生的实际位移；并采集校准尺的数值，校准尺为高精度、刻度小的显微尺；

S340、采用刻度为10微米及以上的校准尺进行位移测量和校准，直接读取刻度数值或通过匹配算法识别目标位置对应的校准尺刻度，并使用直线检测算法找到最小刻度，计算校准尺最小刻度与目标位置所对应的校准尺刻度之间的刻度数量，得到校准尺测得的位移值，

将使用S330仅使用图像测距测得的位移值和S340仅应用校准尺测出的位移进行对比和校准，获得经过自校正后的高精度位移值，经过计算获得经过自校正后的复合材料体积变形实际位移值。

具体的，通过亚像素技术定位和灰度匹配方法，以及应用显微尺进行位移测量和校准，能够实现高精度的图像测距。这种测量方法提供了对复合材料位移的高精度测量值，增加了测量结果的可信度。而通过使用校准尺进行校准并与图像测距结果对比，实现自校正和校准值的计算。通过校准尺测得的位移值和图像测距测得的位移值对比，得到经过自校正后的高精度位移值。这种自校正过程可以减少测量误差和提高测量结果的准确性。这种图像识别测距方法结合了多种技术，包括边缘检测算法、样条插值方法和灰度匹配方法。这种多功能性使该方法适用于不同类型和规模的测量和实验需求。使用亚像素技术定位、细化图像局部特征以及增加图像分辨率的方法，能够获得更高的图像清晰度和精细度，提高测量结果的精度和分辨率。通过显微尺的使用和校准尺的校准，该方法能够提供稳定可靠的测量结果。对测得的位移值进行对比和校准，通过空间位置变换的映射原理，计算出经过自校正后的复合材料膨胀或收缩实际位移值，进一步增加了测量结果的准确性。

进一步的，在S320中，边缘特征点包括圆心、弧心、半径、线宽、夹角、距离和交点。

具体的，本发明先通过匹配算法，识别目标位置所对应的校准尺刻度，再用直线检测算法，找到最小刻度，计算校准尺最小刻度与目标位置所对应的校准尺刻度之间的刻度数量，即可获得校准尺测得的目标位置的位移值。将仅使用图像测距和仅应用校准尺测出的位移进行对比、校准，就可以获得经过自校正后正确的高精度位移值，最终通过空间位置变换的映射原理，经过计算获得经过自校正后的复合材料体积变形的实际位移值。

与对比文件1(一种混凝土收缩变形测试装置及方法，CN 113433301 A)相比，对比文件1的测试装置由“L”型测试台、激光三维扫描仪和便携式工作站组成，采用激光三维扫描仪进行混凝土表面扫描，然后采用Auto CAD绘图软件中绘制混凝土试件的标准CAD3D模型，再将重构并处理后的三维模型和标准CAD3D模型导入至Polyworks测量软件中，完成三维模型和标准CAD3D模型的对齐拟合，测量三维模型收缩方向的长度，实现非接触的混凝土收缩的测定。但存在较多的问题，如扫描标记点布置，每次测试前激光三维扫描仪需要进行标定校准，需要用到Auto CAD绘图软件和Polyworks软件，并经过多次建模，具有测试过程花费时间长，耗时费力，同时扫描标记点只测表面的收缩，往往不能代表混凝土整个收缩，还存在设备价格昂贵等缺点。本发明则通过引入实时校准方法，可以获得高精度的位移值，同时设计的放大机构，使得位移测试装置在低成本且精度较高的10μm以上进行图像识别，可大幅度提升测试速度和降低设备的成本。

与对比文件2(一种基于DIC方法表征水硬性材料收缩特性的测试装置，202020874929.8)相比，对比文件2是将在新拌的混凝土表面制作具有灰度反差的散斑，并采用DIC的测试方法获取样品的实时图像，并具有测试整个混凝土试件表面的能力。但其需要在试件表面喷洒石墨粉、钛白粉等惰性微粉颗粒进行散斑制作，散斑的存在会影响混凝土水化和水分的散失，影响测量结果的准确性，特别是对于约束收缩，混凝土表面早期含有较多的水分，由于测试过程中散斑必须暴露出来才能进行图像采集，必然会导致较多水分的散失对，对测试结果影响很大。其次散斑的喷涂与从混凝土表面的图像中提取有关收缩的特征具有一定困难，需要人工参与对图像进行标记、分类或筛选，测量产生的误差也只能通过后期人工经验修正，这需要专业知识和经验，并且增加了人力成本和时间消耗。本发明则通过引入实时校准方法，同时采用设计的放大机构，同时采用图像测距的方法对放大后的位移进行测量，可以获得高精度的位移值；本发明不需要进行散斑的制作，仍采用标靶的形式来测试，试件可以密封地很好，保证约束收缩测试过程中不出现水分散失或只有极少的水分散失。

与对比文件3(一种新型混凝土约束收缩试验装置及使用方法，CN 109709313 A)相比，对比文件3中根据混凝土试件的长度改变侧板总长度；通过改变连接板之间的角度，改变混凝土试件开裂的敏感性，并在混凝土内部设置应变计，真实地模拟一些湿度变化较大条件下薄壁混凝土结构在施工期和运行期的约束状态。但存在的问题是，采用应变计一定程度上减小了环境变化对应变计的影响，但仍难改变应变计易受环境因素干扰情况，且应变计灵敏度通常较低，需要在应力范围内进行校准和调整。本发明则采用设计的放大机构，并用图像测距的方法对放大后的位移进行测量，使得位移测试装置在低成本且精度较高的10μm以上进行图像识别，可大幅度提升测试速度和降低设备的成本。

与对比文件4(一种混凝土约束收缩试验装置及其试验方法，CN 113075391 A)相比，对比文件4通过采用螺母连接端板与待测混凝土试件中预埋的纵向钢筋，以此方式对浇筑后的待测混凝土试件长度方向的收缩变形进行主动约束，采用位移传感器自动记录待测混凝土试件两端约束收缩变形数据，并定期观测待测混凝土试件中间部位混凝土段的收缩变形量。但无法模拟混凝土在实际工程中所受约束情况，且约束程度不可直观评定，实验结果与实际工程没有联系。其次位移传感器易受环境因素干扰情况。本发明则可以测试工程中所有可能得约束度的变形，同时采用设计的放大机构，并用图像测距的方法对放大后的位移进行测量，并采用校准尺进行校准，使得位移测试装置在低成本且精度较高的10μm以上进行图像识别，可大幅度提升测试速度和降低设备的成本。

Claims (10)

1.一种基于位移放大的复合材料早期体积变形测试系统，其特征在于，所述基于位移放大的复合材料早期体积变形测试系统包括：机械放大装置、光学放大装置、图像采集装置、校准尺和测头，所述机械放大装置和光学放大装置均包括输入端和输出端，所述测头与所述机械放大装置的输入端连接，所述光学放大装置的输入端与机械放大装置的输出端连接，所述校准尺设置在所述光学放大装置的输出端处，所述图像采集装置设置在能够采集光学放大装置的输出端和校准尺图像的位置上，其中，

所述机械放大装置，用于通过机械结构将测头的位移放大；

所述光学放大装置，用于将通过机械结构放大后的位移再次进行放大；

所述图像采集装置，用于采集光学放大装置的输出端和校准尺的图像；

所述校准尺，用于校准根据采集到光学放大装置的输出端的图像得到的位移；

所述测头，作为待测复合材料的输出端，用于将待测复合材料变形产生的位移传达给机械放大装置。

2.根据权利要求1所述的一种基于位移放大的复合材料早期体积变形测试系统，其特征在于，所述机械放大机构为桥式放大机构或杆式放大机构；

桥式放大机构，包括两个连接梁、固定端、输入端、输出端和限位板，所述输出端同时与两个连接梁的一端铰接，其中一个连接梁的另一端与固定端铰接，另一个连接梁的另一端与输入端铰接，所述固定端安装在限位板上，所述输入端与限位板滑动连接，并同时与待测复合材料的位移输出端连接；

杆式放大机构，包括输入端支架、输出端支架、输入端、输出端、摆杆机构及固定板，所述输入端支架和输出端支架需固定，所述输入端与输入端支架滑动连接，所述输出端与输出端支架滑动连接，所述摆杆机构的一端与固定板铰接，另一端与输出端铰接，输入端铰接于摆杆机构靠近于与固定板铰接点的一根摆杆上，输入端与待测复合材料的位移输出端连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于位移放大的复合材料早期体积变形测试系统，其特征在于，所述光学放大装置为透镜成像放大装置或小孔成像放大装置，其用于放大机械放大机构输出端的位移；

透镜成像放大装置，包括箱体、光源、挡板和透镜，所述挡板固定安装于所述箱体中，且挡板上开有一通孔，所述透镜安装于所述通孔中，校准尺设置于挡板的一侧，光源设置于挡板的另一侧，所述光源、透镜和校准尺均处于同一轴线上，所述光源作为光学放大机构的输入端与待测复合材料的位移输出端连接，所述图像采集装置设置在能够采集到经透镜放大后的投影的位置上，

小孔成像放大装置，包括所述光学放大机构包括箱体、光源和挡板，所述挡板固定安装于所述箱体中，且挡板上开有一通孔，校准尺设置于挡板的一侧，光源设置于挡板的另一侧，所述图像采集装置设置在能够采集到经透镜放大后的投影的位置上。

4.根据权利要求1所述的一种基于位移放大的复合材料早期体积变形测试系统，其特征在于，所述显微校准尺采用刻度为10微米及以上的校准尺。

5.根据权利要求1所述的一种基于位移放大的复合材料早期体积变形测试系统，其特征在于，所述图像采集系统包括图像采集设备或显微镜头和图像采集设备组合。

6.根据权利要求1所述的一种基于位移放大的复合材料早期体积变形测试系统，其特征在于，所述测头为刚性杆件，一端与复合材料变形输出端相连，另一端与机械放大结构的输入端连接；测头移动带动机械放大机构的输出端移动，进而带动光学放大投影的改变。

7.一种基于位移放大的复合材料早期体积变形测试方法，基于权利要求1-6任一项所述的一种基于位移放大的复合材料早期体积变形测试系统，其特征在于，所述基于位移放大的复合材料早期体积变形测试方法包括以下步骤：

S100、将复合材料成型，并将每个测头分别安装匹配到一种桥/杆式放大机构中，作为桥/杆式放大机构的输入端；

S200、将桥/杆式放大机构的输出端连接于光学放大装置的输入端；

S300、待测复合材料体积变形的过程中，带动测头产生位移，最终在光学放大装置的输出端侧放置显微尺，通过图像识别显微尺的读数，得到复合材料体积变形过程中经过两次放大的输出端的位移量，计算得到复合材料体积变形的实际位移值，进而得到复合材料的体积变化量/率；同时进行显微尺图片的拍摄并读数，进行位移数据的校准。

8.一种基于位移放大的复合材料早期体积变形测试方法，基于权利要求1-6任一项所述的一种基于位移放大的复合材料早期体积变形测试系统，其特征在于，所述基于位移放大的复合材料早期体积变形测试方法包括以下步骤：

S100、将复合材料成型，并将每个测头分别安装匹配到一种桥/杆式放大机构中，作为桥/杆式放大机构的输入端；

S200、将桥/杆式放大机构的输出端连接于光学放大装置的输入端。

S300、待测复合材料体积变形的过程中，带动测头产生位移，最终光学放大装置的输出端侧放置显微尺，对经过两次放大的输出端的位移进行图像识别测距并通过显微尺测距实现位移校准，对图像测距结果进行校准和比对，获得自校正后的高精度位移值，并进一步计算出复合材料体积变形的实际位移值。

9.根据权利要求7或8所述的一种基于位移放大的复合材料早期体积变形测试方法，其特征在于，在S300中，图像识别测距方法包括以下步骤：

S310、使用图像采集装置按照所需频率进行目标图像的采集，采集投影的图像和校准尺的图像；

S320、对所需要观测的区域，使用边缘检测算法识别图像的边缘特征点；

S330、使用样条插值方法进行亚像素技术定位，细化图像局部特征，增加图像分辨率，应用灰度匹配方法对比运动前后的图像，根据零均值归一化最小距离平方相关函数进行子区匹配，进行迭代计算，计算获得目标区域产生的实际位移；并采集校准尺的数值，校准尺为高精度、刻度小的显微尺；

S340、采用刻度为10微米及以上的校准尺进行位移测量和校准，直接读取刻度数值或通过匹配算法识别目标位置对应的校准尺刻度，并使用直线检测算法找到最小刻度，计算校准尺最小刻度与目标位置所对应的校准尺刻度之间的刻度数量，得到校准尺测得的位移值，

将使用S330仅使用图像测距测得的位移值和S340仅应用校准尺测出的位移进行对比和校准，获得经过自校正后的高精度位移值，经过计算获得经过自校正后的复合材料体积变形实际位移值。

10.根据权利要求9所述的一种基于位移放大的复合材料早期体积变形测试方法，其特征在于，在S320中，所述边缘特征点包括圆心、弧心、半径、线宽、夹角、距离和交点。