激光测距传感器在静强度试验中的应用
激光测距传感器在静强度试验中的应用
作者:刘国祥;邓丽华
激光测距传感器是利用激光的高方向性、高单色性和高亮度等特点可实现无接触远距离测量,激光位移传感器的出现,使位移测量的精度、可靠性得到极大的提高,也为非接触位移测量提供了有效的测量方法。激光位移传感器因其较高的测量精度和非接触测量特性,广泛应用于高校和研究机构、汽车工业、机械制造工业、航空与军事工业、冶金和材料工业的精密测量检测。激光位移传感器可精确非接触测量被测物体的位置、位移等变化,主要应用于检测物的位移、厚度、振动、距离、直径等几何量的测量。
1 激光位移传感器
激光位移传感器的工作原理是激光三角位移测量法,即从光源发射束光到被测物体表面,在另一方向通过成像观察反射光点的位置,从而计算出物点的位移。由于入射和反射光构成一个三角形,所以这种方法被称为三角测量法。按入射光线与被测工件表面法线的关系分为直射式和斜射式,由于本次应用的是 Keyence 公司生产的直射式位移传感器,因此仅对直射式的原理进行介绍。
激光器发出的光线经会聚透镜聚焦后垂直入射到被测物体表面上物体移动或表面变化导致入射光点沿入射光轴移动,接收透镜接收来自入射光点处的散射光并将其成像在光点位置探测器的 CCD 敏感面上。由于只有一个准确的调焦位置,其余位置的像都处于不同程度的离焦状态,降低了测量准确度。因而在结构设计时,可使 CCD平面与接收透镜平面成一倾角。
这样使一定测量范围内的被测点都能聚焦成像在线阵CCD上,扩大了系统的景深,保证了测量准确度。
激光位移传感器系统主要由激光二极管、光学系统、线阵 CCD传感器,CPLD扫描驱动电路、高数数据采集与实施处理电路和外部接口电路组成。
2 激光位移传感器在试验中的应用
本次试验的目的是确定按要求生产制造的复合材料结构平板极限受压承载能力,共6块。对试验过程中平板各个部位的位移变化量进行测量与记录,要求位移测量精度达到 5μm,而且由于试验场地有很强的电磁干扰,原有位移传感器会有很大的数据跳动。为了满足试验要求,采用了日本 Keyence 公司生产的 LK系列激光位移传感器,其可用量程为 200mm,分辨率为1μm。
2.1 试验安装
首先将试验件的一段固定,然后在未固定的一端施加垂直方向的载荷,在与试验件上表面间隔约300mm 的地方布置了 5 个切面共 10 个位移传感器,测量试验件在试验过程中各个切面的位移变形情况,找出达到极限承载载荷时的位移变形量。
2.2 激光位移传感器的设置
由于激光位移传感器是首次在静强度试验中应用,因此需对传感器进行设置,将传感器的数据输出方式设置为电压,电压与位移的对应关系设置线性对应,1V 电压对应 10mm 位移,采样频率设置为20K/S。为了检验传感器的稳定性及线性度,将测长仪做为标准设备对激光位移传感器进行了校验,校验结果表明传感器性能稳定,线性度误差小于0.01%。
2.3 试验系统连接于调试调试
将设置好的激光位移传感器连接到试验数据采集设备上,数据采集系统的测试方式设定为测量电压。数据采集系统同时采集试验件的应变以及施加的载荷等信息,这样就可取得载荷与应变、位移的对应关系。试验系统连接完成后进行整个系统的联合调试,调试过程中发现在施加载荷的过程中3号位移传感器测得的数据有异常跳动现象。经现场分析,确定是由于试验件的表面加工不平整,局部有凹坑,由于试验件在加载过程中会产生变形,这时位移传感器的射出光线会射到凹坑内,造成了试验位移数据的跳动。为了解决这一问题,用医用胶布对试验件的凹坑部位进行了覆盖。再次调试后各项试验数据均正常。
2.4 正式试验
试验调试完成后,进行了正式试验,每件试验件均进行了极限载荷承载能力试验,试验过程正常,取得了满意的试验数据。以第三件试验件的试验数据做出载荷—位移对应曲线。
3 总结
激光位移传感器是一种较新型的设备,在本次试验的使用过程中,充分体现了外形尺寸小,易于安装,设置功能齐全,操作方便,抗干扰能力强,信号输出稳定等特点,值得在今后的强度试验中推广使用。
本文章转自爱学术(aixueshu.com),如有侵权,请联系删除