数字散斑-实验指导书

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1、数字散斑相关法（DSCM）测量物体面内位移一．实验目的1．了解和掌握DSCM测量物体面内位移的方法和技术；2．学会用DSCM方法测试试件的面内位移。二．实验器材和装置实验试件为方形橡皮。试验器材有：光源、CCD、图象卡、监视器、计算机及软件。光源为白光，由光纤灯产生。计算机及软件主要由图象采集、相关运算、数据处理等软件模块组成。实验装置和光路如图1所示。图1数字散斑相关方法测量示意图三．DSCM的基本原理如图1所示，当白光照射到橡皮粗糙表面时，形成随机分布的散斑，用CCD记录散斑图。物体表面的散斑随着物体的变形而运动，分析变形前后的散斑图，得到散斑

2、沿U和V方向的相对位移，既物体沿横向和纵向的相对变形。变形前后的两幅散斑图存在相关性。在变形不大的情况下，物体表面的散斑场的灰度变化可以忽略不计。设（x，y）是变形前的一点，（x*，y*）是变形后的相应点，两者的关系为：用函数F（xi，yi）表示变形前某一点（xi，yi）处的灰度值，G（x*I，y*i）表示变形后对应点（x*I，y*i）处的灰度值，由概率与数理统计理论可知，两者的相关系数为：3其中0≤C≤1；C=1时两者完全相关；C=0时两者完全不相关。分母分别为两者的均方根，分子为两者的相关矩，和分别为和的平均值。只要两者相关，则以位移为变量的相

3、关函数C(u,v)曲面为一单峰曲面。当位移U,V分别固定时，C则为一正态分布曲线。一．实验内容1．光路A。调整光路，将试件中间两倍高度以上的区域放入CCD视场中，在三点弯曲试验过程中采集散斑图，分析三点弯曲过程的材料的变形规律。2．光路B。调整光路，放大视场，仅取试件中部下方的微小区域（宏观上为可也认为是一点）。采集三点弯曲过程中的散斑图，计算V场，此时V场的平均值近似等于试件的弯曲挠度f，则试件的弯曲弹性模量Ef为：式中：ΔP——载荷与挠度曲线上初始直线段的载荷增量，N；Δf——对应于ΔP的试件跨度中点处的挠度增量，mm；本实验用V值代替。L——

4、跨度，mm；b——试件宽度，mm；h——试件厚度，mm。二．实验步骤1．把试件在加载装置上固定好。2．按图1摆好光路。调试光路要求成像清楚，可用带字的纸张成像来判断。3．用图象采集卡采集并存储不同载荷级次下的散斑图（*.bmp）。4．把刻度尺贴近试件表面，刻度图片（scale.bmp）。得到象素和毫米间的换算关系。5．打开DSCM分析软件。6．打开需要计算的两幅散斑图，一幅为变形前的散斑图；另一幅为变形后的散斑图。7．用鼠标在变形后的散斑图上选定一个矩形计算区域，或者通过输入左上角和右下角两点的坐标（象素）来选定计算区域。选择X、Y方向的步距，一般

5、为40，20，10等几种。8．点击计算。程序将对计算区域内以步距为大小的微小子集自动进行相关计算，3计算完成以后，在下面的状态栏可以看到计算的点数和计算的时间。保持数据*.txt文件，其中五列数据（以象素表示），依次为坐标X、坐标Y、U值、V值、C值。一．实DSCM实验报告要求1．采用数字散斑相关软件计算光路A的散斑图，得到U、V位移变形场。画出U场、V场，说明三点弯曲过程的变形规律。2．采用光路A得到的U、V位移变形场，分析、计算试件的三点弯曲应变场：εx、εy。3．采用数字散斑相关软件计算光路B的散斑图，得到V位移变形场。计算V场的平均值，作为

6、试件三点弯曲变形的挠度f值，求试件的弯曲弹性模量Ef，并从材料手册上查找该材料的弯曲弹性模量，给出相对误差，分析误差来源。3