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：

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，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：

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：

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/XP

5.2．     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。

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。

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