Page 44 - 理化检验-物理分册2025年第二期

吴 琼，等：基于数字图像相关技术的大尺寸叶片动态全场应变测量

角度等参数，并在结果中生成不确定度，不确定度 的位置，调整曝光度低于标定时的曝光度，使图像中
小于0.04被认为是合理的标定不确定度范围 [12] 。搭 的散斑清晰，且不会形成拖影。采集标定图片时曝
建DIC三维动态全场应变测量系统，该系统主要包 光率为300 μs，采集散斑照片时曝光率为150 μs。
括三脚架、两台无频闪LED（发光二级管）光源、标 在一阶弯曲共振状态下开始试验，通过激光位
定组件、散斑制作工具、VIC-Snap图像采集系统和 移传感器和控制仪来控制测定点的振幅，在相同振
VIC-3D图像处理系统等。打开图像采集系统软件， 幅条件下采集散斑照片，使用VIC-3D软件进行标定
保证软件中两台相机视野能获得大尺寸叶片叶背视 和分析。
角下的最大面积，散斑面积占视野的 60%~70%。 1.2 电阻应变计法验证
使用等效焦距为 50 mm的定焦镜头，镜头的摄像 为了验证三维 DIC测量结果的准确性，同时采
角度为 46°， 最近对焦距离为 0.45 m，光圈值F为 用DIC方法和基于电阻应变计的电测法开展对比验
1.8~22，光圈孔径=焦距/F， F越小，进光量越多， 证研究。将应变片安装在被测物体表面，并通过电缆
因此要避免使用最大光圈和最小光圈。设置软件 连接到测量放大器。如果应变片被压缩，其电阻会减
参数，为了保证采集照片的清晰度，需架设无频闪 小。如果应变片被拉伸，其电阻会增大。原因是当测
LED白光光源， 选用F为8的光圈，以获得最佳画质。 量栅丝被拉伸时，电流通过的导体变细，导致电阻增
采用的分辨率为2 048像素×1 952像素。大尺寸叶 大，通过电阻的变化可以确定应变片上的应变。
试验以叶背理论最大应力点为中心，距离为
片的一阶振动频率较低，因此选用帧率为1 000 帧/s
来采集照片，使应变曲线平滑。调整光圈，使视野中 30 mm，安装3行3列共9片电阻应变片， 测量叶片展
散斑图像清晰，且拥有较低的不确定度。要保证大 向应变，电阻应变计采用桥盒半桥连接进行温度补
偿。通过电磁振动台激励叶片，利用Coda应变测试
尺寸叶片在视野中更清晰，需要在开启相机和采集
软件的前提下，对照视野画幅调整相机的位置和角 分析系统采集y方向的应变，进而测得应变。试验采
度。相机布置情况如图2所示。 用的应变片为单向栅型应变片，敏感栅尺寸（长度×
宽度）为2.0 mm×2.2 mm，安装位置如图3所示，应
变片结构如图4所示。

图 2 相机布置情况示意
在标定过程中，使用参数信息已确定的编码型
标定板，采集的标定照片中，标定板上所有的点将
会被自动提取。标定结束后，每一张标定图像都会
有对应的分值，即照片中标定板提取点的位置与数 图 3 应变片安装位置示意
学校正模型上点的理论位置之间的平均误差，计算

的校正结果包含置信区间。试验采用点距为28 mm
的标定板，标定过程中，标定板紧贴视野中散斑位
置，使用无频闪光源倾斜且直接照射于散斑表面，以
提高成像质量，并避免形成反光。调整曝光度参数
略高于正式试验时拍摄散斑照片的曝光度。开始采
集标定照片时，变化标定板各方向的倾斜角度，通过
软件采集30~50组标定照片，标定误差需小于分析
软件中设定的不确定度，标定报告中高速相机夹角
应为15°~60°。标定完成后不应再调整相机及光源 图 4 应变片结构示意
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