视频测量仪

1. 英国IMETRUM公司英国Imetrum公司，2003年从英国布里斯托大学分出，成立独立的公司。公司15年致力于非接触式视频精确测量领域的研究和开发工作，使其成为这一领域的佼佼者。非接触式应变位移视频测量仪于2007年投入市场，以其非接触式、实时监测和高精度等优势，很快被广泛应用于各大院校、科学研究所和企事业单位，在国防和军工单位也有大量的客户。比如：NPL（英国国家物理实验室）AWE（英国原子武器研究所）MBDA（欧洲导弹集团）Airbus（欧洲空中客车公司）Rolls Royce（劳斯莱斯）ThyssenKrupp（蒂森克虏伯）2. 工作原理采用高分辨数字工业摄像机，并选用合适的镜头，视频测量仪器可以对小到1mm、大到超过100m的被测物进行测量。此仪器采用亚像素技术。亚像素技术，是一种图像计算方法，一般情况下，图像的最小单位是像素，即是说，图像是有一系列的像素点组成。但是，利用这种亚像素技术，可以将一个像素再进行细分，认为一个像素是有多个亚像素组成。比如：通过一种计算方法，可以把一个像素细分成10个亚像素，这样的话，可以识别的最小单位由原来的一个像素，变成1/10个像素，那么测量精度也就提高了10倍。此仪器在测量小试样的时候，可分辨1/500个像素。视频测量仪器利用英国Imetrum公司专利的图像计算方法，利用亚像素技术，可精确测量摄像机图像上目标点的位置。不需要设定专门的目标点。比如以下特征点都可以用做测量的目标点。l 自然的纹理（比如：建筑物的表面特征）l 标记笔做的标记l 喷漆产生的斑点在Imetrum视频分析软件中，用户可以任意指定一系列的目标点，系统将准确跟踪视频中这些目标点的位置，从而达到测量应变和位移的目的。3. 使用意义3.1 功能准确跟踪视频中指定的目标点的位置，一个目标点相当于一个位移传感器，两个目标点相当于一个应变传感器。2 可实时精确测量二维参数：• 位移 应变• 距离 角位移• 速度 加速度• 泊松比• 应力/应变曲线、模数（需要另外提供载荷信号）2 可实时测量多个目标点，目标点的最大数量取决于所用计算机的性能。2 可同步测量多个参数；比如：同时测量位移、变形、泊松比等等。2 可拍摄实验过程，后期对录像进行再分析。3.2 优点（与传统接触式传感器相比）非接触式应变位移测量仪与传统的传感器相比，在保证测量精度高（应变精度5个微应变，位移精度0.05微米）的情况下，可以进行： 非接触式测量 动态实时测量 同步多点测量 同步测量多个参数 此仪器可以解决接触式传感器普遍遇到的一些问题。比如：小试样、大变形、表面光滑等等。具体区别见下表： 非接触式应变位移测量仪传统传感器（如：引伸计、应变片等）性能可能遇到的问题工作方式非接触式接触式打滑（特别是在疲劳试验时）无法固定在试样上试样断裂可能损坏传感器测量对象所有材质的试样；试样尺寸范围广常规尺寸的材料特殊材料无法测量小试样无法测量大试样需要贴大量应变片测量量程任意设定标距：从几个毫米，到几米均可容易超出量程测量环境宽泛：高温、潮湿、高速等常规条件测量方向平面内任意方向多点同时测量单一方向测量不同方向需要更多的应变片可测参数位移、应变、泊松比等等一种传感器实现一种功能 非接触式应变位移测量仪，可以解决接触式传感器存在的以上问题。4. 用途及测量案例非接触式应变位移测量仪可以动态实时测量应变、位移、泊松比等等。广泛应用于：材料测试领域、结构检测领域、组合件测量领域。4.1 材料测试领域4.1.1 测量精度（材料力学测试）在材料领域里，主要是用于测量小试样的变形。广泛应用于各种力学试验机上，作为一种非接触式的多点式引伸计进行使用。这时采用材料测试专用镜头，非接触式应变位移测量仪的测量精度为： 应变：5个微应变位移：0.05微米测量误差：在拉伸机上，测量铝制试样的变形。 与传统的应变片相比，误差在0.5%。同时测量了泊松比为0.33, 铝的标准值。具有英国皇家认可委员会认证书。 4.1.2 应用领域l 各种材料的力学测试（可与试验机相连）。比如：金属、塑料、橡胶、复合材料、高分子材料、混凝土、皮革、光纤、薄膜、木材、岩土、生物材料等等l 可调整标距l 可实现测量信号的反馈控制比如：与疲劳试验机相连，实现应变信号的反馈控制。l 特殊条件下的测量：高温测量：800度以上时，可能需要滤光片 高速冲击、高频振动：需要高速摄像机 损伤和破坏性实验： 疲劳试验、测泊松比、裂纹的繁衍 等等4.1.3与各种试验机结合使用非接触式应变位移测量仪能够与试验机结合使用，可测量：应力-应变曲线 弹性模量 泊松比等等。 视频测量仪利用一个数字/模拟输入/输出模块，可以将测量数据以数字或者模拟信号的方式实时输出，以供其它设备使用。从而能够与大多数力学实验机结合使用 4.1.4 材料力学测试案例（1）小尺寸试样 优势：• 标距可调；标距可以小于1毫米。因此可以测量小尺寸试样。• 非接触式；因为采用非接触的方式进行测量，所以，安装方便，并且不会在被测物上附加任何重量，可以测量柔软的材料。 （2）压缩试验优势：n 这种材料很难使用引伸计或者应变片进行测量。n 视频测量仪可以同时测量多个部位的应变。如上图，测量4个部位的变形。 （3）疲劳试验 优势：2 视频测量仪不会出现打滑现象；传统的引伸计容易出现打滑2 视频测量仪可长时间的工作；传统的应变片无法长时间工作2 视频测量仪可实现测量信号的反馈控制。（4）高温试验测量高温试验，需要在加热炉上开观察窗，视频测量仪通过观察窗进行测量。说明：从上图中可以看到，在1000度的情况下，视频测量仪仍然可以捕捉到清晰的图像，即，视频测量仪可以完成测量工作。 （5）断裂、高速冲击力学测量非接触式应变位移测量仪与高速摄像机相结合，可用于研究断裂瞬间试样变形、高速冲击碰撞瞬间变形。非接触式视频测量仪的分析软件，可以对高速摄像机拍摄的非压缩avi格式的视频进行测量，可很容易得到实验过程中的应变和位移。下图6显示的数据来自于一个碳纤维布料在大约每秒400％的变形速度下的测试实验。此实验利用25000帧/秒的高速摄像机采集图像。 图6 与高速摄像机结合，测量变形说明：目前，测量瞬态力学是一个难题，因为需要超高的采集频率。普通的采集设备很难达到这么高的采集频率。视频测量仪为您提供了一种新的测量方法。 （6）混凝土材料 说明：上图中红色框即为被测点，同时测量7个点，可以测量每个点的水平和垂直方向的位移。说明：利用视频测量测量两个被测点（上图中两个红色框）的应变。 说明：动态测量图中4个被测点的位移。 （7）微观力学测试非接触式视频测量仪与显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、扫描探针显微镜（SPM）相结合，可以实现纳米测量。通过采集这类显微镜下的图像，结合视频分析软件，可以对这些微观图像进行测量分析。从而达到测量变形的目的。4.2 结构监测 利用非接触式应变位移测量仪，可以测量几米甚至上百米的结构件的变形和位移。具有一下优势： 非接触式 测量精度高 多角度多点同步动态测量 可同时连接8台摄像机，即可同时对8个面进行测量。4.2.1 功能：l 24小时监测可以实现测量数据的长距离光纤传输或者无线传输。l 不定期监测可保证每次测量数据的连贯性。4.2.2监测参数：l 动态挠度l 位移、应变l 速度、加速度、弯曲度 4.2.3测量精度（大型结构监测）非接触式应变位移测量仪的测量精度和摄像机采集的视场大小有关，位移分辨率为视场大小的十万分之一，最高可达到二十万分之一。比如：采用焦距为50mm的镜头(镜头可根据实际需求，进行调配)，则测量精度为：物距/米（摄像机到被测物距离）位移测量精度（毫米）1m0.0012mm10m0.012mm100m0.12mm1000m1.2mm 4.2.4应用领域举例：l 风洞试验 振动台l 桥梁、建筑、钢结构、井架l 航空航天l 堤坝、烟囱、电站4.2.5结构监测案例（1）风洞试验在航空航天领域、土木结构领域，需要研究空气动力学、建筑桥梁抗风性能，这些都需要做风洞试验，以便在模拟的气流条件下，测量飞行器的飞行能力；或者建筑、桥梁等的抗风能力。为了减轻对风洞中气流的影响，采用非接触式的测量仪是最好的选择。非接触式应变位移测量仪可以在风洞外，透过透明的玻璃，对风洞内的被测物进行测量。采用多个摄像机，可实现多角度，多点同步测量。 （2）震动台 （3）钢结构、建筑、桥梁在测量钢结构、桥梁、建筑的时候，无需在被测物体上做标记点，因为这些大型结构表面的天然纹理就可以当做标记点。 测量距离：目测在1公里以上。 测量过程：塔吊所吊重物的下降过程，即被测点4的下降过程。利用视频测量仪可以非常方便的测量桥梁上各个点的动态挠度。4.2.6优势(a) 安装省时、简单（安装少于30分钟）非接触式应变位移测量仪是属于便携式测量仪，非常方便携带及安装。 (b) 同步测量上百个点目前，市场上有其它类型的非接触式的测量仪，但是，能够同时测量多个被测点的测量仪却非常少。 (c) 可测量X、Y两个方向上的参数视频测量仪可以测量二维平面上任何方向上的参数。 (d) 无需做标记点此仪器采用图像散斑识别技术跟踪被测点，在进行结构监测时，一般被测物表面存在灰度不均匀的纹理，这些天然的纹理就可以作为被测目标点，而无需再贴任何标记。当然，也可以贴标记点作为被测点。 (e) 测量精度高被测距离100米的时候，测量精度可达到0.12毫米。 (f) 测量数据处理简单非接触式应变位移测量仪测量得到的结果，可以以文本格式存储，可利用Excel、Original等软件进行作图或处理。 (g)可对拍摄的录像，进行后续处理，使您能够对被测物进行更为详细的分析。5. 技术指标5.1． 设备工作环境电源：交流电220V 50Hz操作系统：Windows2000/XP5.2． 工作方式非接触式5.3． 测量精度测量位移和应变的精度取决于：摄像机的有效像素和视场的大小。• 大型结构测试的分辨率（采用高分辨镜头）：1/100至1/200个像素 位移分辨率：10微米（以1米的视场为例） 应变分辨率：20个微应变• 材料测试的分辨率（用特制的材料测试专用镜头，25mm的视场）：1/500个像素 位移分辨率：0.05微米 应变分辨率：5个微应变5.4． 测量准确性仪器测量的准确性分为位移和应变两个方面。1．位移的准确性在测量位移方面，视频测量仪器与一个已校准的千分表相对比，两个设备的测量结果误差在1％。此实验有空客公司独立操作。2．应变的准确性在测量应变方面，视频测量仪器与一个已校准的应变片相对比，两个设备的测量结果误差在0.5％。5.5． 采样频率设备的采样频率取决于摄像机的拍摄频率，可根据实际需求进行调整。标准配置设备的采样频率为15Hz。5.6． 测量数据处理- 测量结果可以通过数模转换模块，与拉伸机相连。- 可以文本方式记录测试结果，便宜导入Excel，进行分析。- 可以以数据曲线的方式，实时显示测量结果。- 测量结果，数据简单，部分参数的测量，无需进行标定。5.7． 可扩展性- 系统支持8个视频通道的输入，即可同时连接8台摄像机。- 支持的摄像机端口：USB2.0以上接口或者Fireware接口5.8． 与其他设备结合使用USB数字&模拟 输入&输出模块：利用此模块，可以将外部其他设备的测量信号输入进来，也可以将此设备的测量结果以数字或者模拟信号的方式，输出给其他设备，以供外部设备使用。利用此模块可以与拉伸机或MTS机结合使用。5.9． 软件分析功能(a)实时动态分析实时同步测量多个参数。比如：同步测量不同点的位移和应变。(b)后处理功能利用设备的分析软件，可以对任何非压缩式AVI格式的视频文件，进行分析处理。6. 主要设备的技术参数整套设备包括：• 英国Imetrum视频分析软件• 视频采集部分• 其他配件 以下是主要设备的技术参数：1) 专用CCD部件性能指标：- 成像设备：1/2’’黑白 逐行扫描 CCD- 有效成像：1280×960像素- 像素尺寸：4.65mm×4.65mm像素大小- 帧率：每秒钟15，7.5，3.75，或者1.875帧。- 曝光时间：快门速度1/10000s到17.5s- 触发输入：TTL，10ms脉冲时间- 1394a Fireware接口连接电脑 2) 镜头整套设备将配备高分辨镜头和材料测试专用镜头。高分辨镜头：主要应用于测试大型结构或者组合件。高分辨镜头焦距 (mm)最小物距 (mm)最大物距 (mm)最小物距1m物距视场 (mm)位移分辨率 (μm)应变分辨率 (με)测量长度(mm)视场 (mm)位移分辨率 (μm)应变分辨率 (με)测量长度 (mm)25148.3∞35.30.35209-262382.42060-17950191.8∞22.80.23206-171191.22030-89材料测试专用镜头：专门应用于材料实验，它比高分辨镜头提供更高的分辨率和测量精度。材料测试专用镜头物距 (mm)视场(mm)最小测量长度 (mm)最大测量长度 (mm)最大异面距离 (mm)应变分辨率 (με)5432561955 3) USB数字&模拟 输入&输出此设备提供数字和模拟信号的输入和输出模拟输入：通道：16单/8双分辨率：16位电压范围：+/-0.2V到+/-10V模拟输出：通道：2 分辨率：16位 电压范围：+/-10V数字输入：通道：4 逻辑电平：TTL数字输出：通道：4 逻辑电平：TTL

LSA 200全自动视频光学接触角测量仪是一款专家级的接触角测量仪器。它不仅具有功能多样化的特点，而且实现了仪器的智能化全自动控制。全自动俯视/侧视的双视测量把接触角的测量从二维测量提升到三维测量；全自动双液滴同框测量使固体表面自由能的计算更快速、更便捷；独特的全自动滞留天平法使滞留力的测量和动态接触角测量同时完成，并拓宽了动态接触角的测量范围，使其不仅适合疏水材料的测量，也适合于亲水材料的测量。 LSA 200全自动视频光学接触角测量仪的主要测量性能：— 测量静态接触角— 测量动态接触角（前进角、后退角）— 同步测量垂直粘附力、水平滞留力和动态接触角— 配备360°全自动倾斜台测量滚动角、前进角和后退角等— 非接触式注射功能— 测量单一纤维的接触角— washburn法分析亲水粉末的润湿性并计算接触角— 高速视频系统完成粉末或多孔材料对液体吸收过程的连续录像，并自动计算全过程的接触角数值— 俯视法和侧视法联用同时对同一液滴进行接触角测量— 固体表面自由能和粘附功的计算分析— 一键式双液滴接触角测量功能— 测量液体的表面张力或界面张力— 振荡滴方式测量界面扩张流变— 全自动临界胶束浓度测量— 测量超浸润表面特点和优势：— 功能齐全：软件包含所有的测量功能。— 采用模块化设计，可配备多种自动测量配件和功能强大的扩展模块，使所有的应用均可用一台仪器来完成，仪器可根据您的需要进行定制。— 自动化程度高，测量结果准确、可靠— 先进性：提供许多当前其它仪器根本不具备的功能和性能— 软件采用一键式测量模板，多复杂的测量任务往往可通过单次点击来实现。......技术指标：1. 接触角测量范围:0~180°，精度:±0.1°，分辨率:0.01°2. washburn法接触角测量范围:0~90°，9分辨率:0.01°3. 表面/界面张力测量范围:0.01---2000mN/m，分辨率: 0.01mN/m4. 水平滞留力:max离心力:40g(对应加速度)，转速范围:0---750 rpm5. 垂直粘附力：测量分辨率0.1μN6. 界面扩张流变测量：测量弹性模量/ 粘性模量 /复合模量调制波形：正弦型/台阶型/锯齿形振荡频率范围0.001Hz～4Hz周期连续可调 分辨率1ms最大振幅20μl4. 视频图像系统:基础配置(可选更高配置)镜头:1.9倍变焦光学镜头分辨率:1440×1080 pixel相机速度:227fps @1440×1080 pixel视野范围:1.1×0.8~9.6×7.1（mm×mm）※ 备注：LSA200的视频系统可选配6.5/8.6/12.9/45倍变焦光学镜头和高速相机，适合于复杂功能的应用5. 视频调焦台调节方式:X轴方向精密导轨调节调焦范围:100mm(X轴)6. 样品台调节方式:X/Y/Z三轴精密导轨调节移动行程:100/100/50mm(X/Y/Z轴)尺寸:100x100mm载重(max):12Kg7. 加液单元调节台调节方式:X/Y/Z三轴精密导轨调节移动行程:85/76/60 mm8. 自动倾斜台角度范围:0---360°速度范围:0.05°--- 7°/s9. 样品尺寸(max):∞×290x76 mm(L×W×H)10. 光源:高亮度高均匀 LED 冷光源,图像亮度可手动和软件调节11. 电源 :50/60Hz 110/240V 90 W12. 仪器尺寸(基座)及重量:600×160×543mm(L×W×H) 19 Kg LSA200全自动视频光学接触角测量仪为界面化学、材料科学等专业实验室提供了更专业、更多样化、更高效的解决方案。

LSA100视频光学接触角测量仪由德国LAUDA Scientific公司研发生产，是一款功能全面、性能优异的测量仪器。LSA100不仅可以准确可靠地完成接触角、滚动角、表面自由能和表界面张力等常用的测量任务，而且LSA100灵活的配置可以完成滞留力测量、粘附力测量、单一纤维接触角测量，俯视法接触角测量，界面扩张流变测量，全自动临界胶束浓度测量（CMC）等测量任务。LSA100广泛应用于材料科学、界面化学和胶体化学等专业实验室，是科研工作者的有力工具。LSA100视频光学接触角测量仪的测量功能：---接触角自动测量---动态接触角测量---滞留力和动态接触角同步测量---非接触式注射功能---全自动倾斜台测量滚动角---单一纤维的接触角测量---两种方法计算粉末或多孔材料的接触角并分析润湿性 1. washburn法分析清水粉末的润湿性并并计算接触角 2.高速视频系统可以完成粉末或多孔材料对液体吸收过程的连续录像，并自动计算全过程的接触角变化数值---俯视法测量接触角---表面能的计算和粘附功的分析---双液滴接触角测量---表面张力的测量---振荡滴方式测量界面扩张流变---全自动临界胶束浓度(CMC)测量LSA100的基础功能：- 静态/动态接触角测量- 粉末或多孔材料的吸收过程分析- 表面自由能测量和粘附功分析LSA100的选配功能：- 视频系统升级 - 表面界面张力测量 - 水平滞留力旋转台- 垂直粘附力升降台 - 非接触式注射功能 - 全自动倾斜台 - 双液滴注射功能- 温度控制单元 - 单一纤维接触角测量模块- 俯视法测量模块 - 振荡滴扩张流变模块- 超润湿表面测量模块- 全自动临界胶束浓度测量模块(CMC)技术参数：--接触角测量范围：0---180°；精度：±0.1°；分辨率：0.01°--表面/界面张力测量范围：1×10-2---2×103mN/m；分辨率：0.01mN/m--视频图像系统： 镜头：1.3倍变焦光学镜头 高速相机：USB3.0高速相机 分辨率：752×480 pixel 相机速度：87 fps @752×480 视野范围：8.5×5.3~10.5×6.6（mm×mm） 视频系统可选配多款更高 级别的镜头和相机，适合于所选配复杂功能的应用。 --样品台 调节方式：X/Y/Z三轴精细导轨调节； 移动行程：100/100/50mm 尺寸：100x100mm 载重：不低于12Kg--视频调焦台 调节方式：X轴方向精细调节行程100mm--加液单元调节台：双加液单元承载机构 调节方式：X/Y/Z三轴精细调节；移动行程：85/76/60mm--样品尺寸：∞×290×76mm（L×W×H）--光源：高亮度高均匀LED冷光源，亮度可手动/软件调节--电源：50/60Hz 110/240V 90W--仪器尺寸（基座）及重量：600×160×543mm（LxWxH） 19Kg