传统方法有所不足
测量材料应变的传统方法是通过将设备连接到样本的表面来进行的。我们将这些用精确的内部应变仪或者光学尺度来测量的仪器统称为引伸计。然而，尽管这些仪器极其精确，依然有三个关键的问题难以解决。首先，对于质量相对小的样本来说，仪器本身的重量可能会导致样本接触面的变形，从而影响到测量结果的准确性。其次，接触面不能太光滑——光滑的接触面会造成仪器测量时发生打滑的现象，这也会影响测量结果。一种典型的情况就是仪器的金属接触面往往和刀刃一样锋利，用来测量塑料和橡胶这类样本时，会因为表面的破坏而导致测量结果低于样本的实际强度。第三、接触式引伸计的精度依赖于敏感的电子元件，而许多材料在试验过程中发生断裂的话，断裂时释放的能量（特别是复合材料或脆性金属）足以损坏这些电子元件。
  光学引伸计,帮助试验结果更精确
接触式引伸计的一种替代品就是光学引伸计。有了光学引伸计，我们在对样本进行测量的过程中，就不需要依据经验再将样本进行分组了，因为光学引伸计在使用时是不需要接触样本的。因此，我们也就不需要担心试验结果会受到影响而变得不精确，也不用担心材料断裂释放的能量会损坏引伸计内部的电子元件，从而导致试验失败。
  此外，在测量处于温度过高或者过低状态下的样本时，使用光学引伸计就不需要我们再去接触设备。由于在试验或测试中无需打开温控设备的门，使用光学引伸计就可以最大限度地减少温度改变造成的测量失误，以及节省我们等待的时间——因为我们不必等待样品回复到室温再测量。
 
光学引伸计的工作过程
非接触式引伸计有很多种，包括一些使用激光测量的引伸计，但目前最常见的设备是光学引伸计。

使用光学引伸计的第一步是对传感器进行校准。虽然镜头使用像素作为单位，但为了符合材料测试的标准，我们在使用前，必须准确测量长度单位的位移和计量长度。 我们必须稳定放置镜头和校准杆，以便后续的操作可以将像素转换成真实长度。校准杆上标有相同大小的精确标记，镜头在拍摄一幅或一系列的图像之后，通过对比已知距离和标记间的关系，来确定像素和标记的关系。

当该位置的视频传感器已被校准时，如果我们移动镜头离开当前位置，就必须重新调整校准，因为镜头和样本之间距离的改变，会引起像素和距离之间关系变化。正因为如此，在使用过程中，设备的固定安装优于使用活动三角架，主要是由于三角架容易被撞倒，而且每次被撞之后都需要重新校准。

在每次使用光学引伸计测试之前，我们必须放置一些标记在样本的表面，比如彩绘圆点或贴纸。首选的方法是使用油漆来做标记，因为贴纸不会随着贴在下面的材料发生变形，并有可能最终影响测量结果。
  当测量开始时，镜头会测量出初始分离点来作为标距长度。为了保证测量的精度，我们必须保证试样不是弯曲的或是有弧度的。一种预防措施就是在试验前给样本加上足够的力来去除各种弯曲的可能。最通用的测试软件允许我们通过预负载来实现这种情况。而当预负载不能通过软件实现时，为了获得准确的数据，我们就得手动加上预负载。

在测试过程中，镜头将拍摄图像，并计算每个标记的中心——无论是绘上去的还是贴纸的标记。以像素为单位测量点与点之间的距离，然后依据先前校准时获得是关系数据来计算长度。接着将所得的长度数值与标距长度对比，来测量样本上的位移和应变。进行计算的时间虽然很短，但是对整个测量过程尤为重要。从引伸计中得到的应变数据会滞后于从试验装置中加载的数据。由于负载和应变数据需要与精确的结果进行适当的同步，我们必须采取特别措施来完成这一步骤。大多数系统使用同步脉冲来修正镜头与载体框架之间的数据——虽然这类系统相对便宜和简单，但在计算过程中的滞后性将使应变控制成为虚妄的存在。更先进的测量系统则使用专门的电子设备来实时计算标记点的中心位置，从而避免使用同步脉冲并执行应变控制的情况出现。

其实光学引伸计已经面世很长一段时间了，由于光学和电子技术的进步，其精度已经可以匹敌甚至超过许多传统的接触式测量方案。此外，这些光学引伸计还可以应用于更先进的应变测量技术中，如数字图像相关技术（DIC）。由于这些方面的优势，光学引伸计变得越来越常用。或许，当你在做材料测试时，也应当考虑改用光学引伸计了！

译者：顾清漪
译自：Quality

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