仪器仪表
从探测器参数到可用实验数据:Gloria 6504背照式sCMOS相机的系统价值 科研成像系统的评价标准,不只是能否拍到图像。对于弱光或快速动态实验,研究人员还需要判断:图像中的信号能否分辨,连续采集是否稳定,实验时序能否复现,数据是否适合后续定量分析。千眼狼(Revealer)Gloria6504是一款基于GSENSE6504BSI背照式传感器的制冷型sCMOS科学相机。它的系统价值,需要从传感器特性、整机采集、实验同步和数据处理几个环节综合理解。弱光成像首先是系统问题弱光条件下,传感器量子效率会影响光子转换为电子信号的比例,读出噪声影响低信号的识别,暗电流则会在长曝光中逐步累积。与此同时,镜头、滤光片、样品发光强度、背景光和照明效率也会改变最终图像的信噪比。GSENSE6504BSI具有2048×2048像素、6.5μm像元,峰值量子效率为95%@450nm。芯片低噪声模式读出噪声约为0.43e⁻rms,高速模式最高帧率为300fps。上述数值描述的是传感器能力;相机整机还需完成信号读出、数据传输、温度控制和软件接入,才能进入实际实验流程。因此,科学相机的评价需要从“芯片指标”进一步落到“实验条件下的数据表现”。例如,评估单分子荧光成像时,应同时考虑发射波段、样品背景和曝光条件;评估长曝光弱光成像时,应检查整机温度、暗场背景和连续采集稳定性。从芯片读出到实验采集链路Gloria6504提供USB3.2Gen2和CXP-12×2接口,以适配不同的数据带宽和系统集成需求。整机在CXP接口、2048×2048全画幅12bit高速高灵敏模式下最高可达291fps;16bitHDR输出模式最高可达170fps。USB接口的全画幅帧率与CXP不同,用户应按接口和工作模式选择主机、采集卡及存储配置。高速采集也不等于所有实验都需要最高帧率。对于快速过程,帧率需要与曝光时间、照明脉冲和实验触发配合;对于弱光过程,缩短曝光可能减少单帧光子数。合理的工作点取决于目标过程的速度、样品亮度和所需信噪比。千眼狼Gloria6504sCMOS相机提供的不同采集模式,适合研究人员根据这些约束选择参数。读出噪声指标如何转化为科研价值Gloria6504标准版与Pro版分别给出约0.7e⁻和约0.4e⁻的典型读出噪声指标,但不同读出模式及统计口径不能混为一谈。低读出噪声有助于降低弱信号成像中的电子学噪声影响,却不意味着相机在任意光路或样品上都能实现单光子计数。更稳妥的实验评价方式,是在真实条件下对比暗场噪声、弱信号分布、信噪比和重复采集结果。对于TIRF、PALM/STORM、冷原子荧光观测或微弱发光检测,研究人员还应记录曝光时间、增益、温度、照明功率和后处理流程。这样得到的结果,才能说明相机在该实验任务中的实际贡献。制冷、校正与数据可重复性长曝光实验中,暗电流和背景稳定性会影响弱信号测量。GSENSE6504BSI芯片公布的暗电流约为0.004e⁻/pixel/s,对应−30℃芯片温度条件;相机整机表现则应依据实际制冷设置和暗场采集结果评估。Gloria6504采用TEC制冷设计,帮助控制传感器温度,但仍需结合具体曝光时间和实验环境进行校准。定量成像还需要适当的数据校正。暗场可用于评估偏置和暗信号,平场可用于评估像素响应与照明不均匀性,缺陷像素处理则有助于改善图像质量。校正方法应与实验目标相匹配,并保留原始数据和关键采集参数。对科研用户而言,记录处理链路与成像条件,是提高结果可追溯性的重要环节。哪些应用值得评估Gloria6504?在生命科学领域,Gloria6504可用于宽场荧光、TIRF、超分辨率、转盘共聚焦、光片显微、钙成像和活细胞动态观测等系统。应用适配性取决于荧光发射波段、成像视场、物镜倍率和样品光子通量。图1-Gloria6504sCMOS相机用于斑马鱼成像(左-斑马鱼骨架100stack_绿色FL-5.6x,右-斑马鱼免疫细胞100stack_红色FL-5.6x)在量子物理与冷原子实验中,低噪声、高量子效率、外部触发和状态输出可作为相机选型时的考量因素。是否满足原子团荧光、占据率观测或快速动力学测量的要求,需要结合视场、曝光和实验时序验证。图2-千眼狼(Revealer)Gloria6504sCMOS相机用于并行捕获原子阵列的单原子荧光信号,解析量子态空间分布在天文与光谱检测中,制冷和暗电流控制有利于评估长曝光弱光任务;在半导体弱发光检测中,则需要同时考虑目标波段、镜头配置、背景控制和检测节拍。上述应用均应以系统级测试为准,不能仅由相机的峰值量子效率或最高帧率推断结果。结语:用可复现数据评价相机从GSENSE6504BSI芯片到千眼狼Gloria6504整机,科研成像能力由多个环节共同形成:传感器负责光电转换,相机完成读出、传输和温度控制,软件与实验平台则负责采集、校正、同步和数据管理。对用户而言,Gloria6504的选型重点不只是单项指标,而是确认目标应用所需的波段、帧率、读出噪声、曝光时间、接口和同步方式,并在实际光路中进行测试。只有当设备能够稳定地产生可解释、可重复且适用于定量分析的数据,sCMOS相机的参数优势才真正转化为实验价值。

第48届世界技能大赛焊接项目观察 千眼狼高速相机如何记录焊接过程

第48届世界技能大赛正在上海举行。焊接是制造与工程技术领域的重要赛项。按照2026版世界技能组织职业标准,项目涉及SMAW(111)、GMAW(135)、FCAW-G(136)和GTAW(141)等工艺,考查范围覆盖接头准备、参数设定、焊接操作、质量控制与最终检验。焊缝外观、尺寸测量、无损检测和破坏性试验能够判断结果是否符合要求,却很难还原缺陷形成瞬间的电弧、熔滴和熔池状态。高速相机的价值,正是把毫秒甚至微秒尺度的焊接过程转化为可回放、可对时、可分析的图像。高速相机能够看见什么在GMAW过程中,高速相机可以记录熔滴形成、长大、颈缩、脱落及进入熔池的过程,用于分析短路过渡、颗粒过渡和喷射过渡的稳定性。CMT属于具有焊丝回抽控制特征的短路过渡类GMAW工艺。高速相机可以分辨熔滴与熔池接触、焊丝回抽、液桥颈缩、熔滴分离和再引弧等阶段,并统计过渡周期、短路持续时间和飞溅事件。通过适当的辅助照明和滤光,高速相机还可观察电弧长度与摆动、熔池边界与表面波动,以及激光焊中的匙孔开口变化。这些影像能够为参数优化和异常溯源提供过程线索。图1-千眼狼(Revealer)S1315M型高速相机对焊接过程中电弧、熔滴及熔池的同步清晰观测焊接高速成像不只是提高帧率焊接高速成像首先要解决强弧光干扰。背光法适合获得熔滴轮廓,前向照明法则有利于观察熔池表面。工程系统通常根据电弧光谱选择照明波段,并结合窄带滤光片、短曝光和高动态成像提高信噪比。帧率与曝光时间是两个不同参数。帧率决定时间采样间隔,曝光时间决定运动模糊程度。电流电压同步采集系统为何关键通过高速相机记录的瞬态过程慢放视频,工程师们可以看见发生了什么,接入电流电压同步采集系统后,才能分析异常发生时参数如何变化。千眼狼(Revealer)电流电压同步采集系统让高速相机、辅助光源、焊接电流和电弧电压使用统一时间基准,使每一帧图像都能对应到电流、电压波形的确定位置。图2-千眼狼(Revealer)电流电压同步采集在短路过渡分析中,可通过同步影像与电信号识别熔滴接触、短路期间的电流电压变化、液桥颈缩与断裂以及电弧重燃之间的时序关系;在脉冲GMAW中,可分析电流脉冲相位与熔滴脱落时刻的对应关系,判断过渡是否稳定;在GTAW中,可对照焊接电流变化,分析熔池尺寸及表面振荡的动态响应。图3-千眼狼(Revealer)电流电压分析系统千眼狼电流电压同步采集系统还可进行U-I特性、概率密度、平均值、有效值和标准差等统计分析,用于比较不同工艺参数下的过程稳定性。从竞赛训练到焊接生产在选手训练中,高速相机可以把焊枪工作角、行走角、运条方式和停顿位置与熔池响应对应起来。配合电流电压同步采集系统,还可确认操作变化是否引起电弧、熔滴和电信号波动,使训练复盘从经验描述转向过程分析。在生产和科研现场,千眼狼高速相机可与电流电压同步采集系统、机器人轨迹、热像及焊后检测数据联合使用,回答三个具体问题:异常从何时开始,当时电流电压与熔池如何变化,最终对应了什么质量结果。高速相机的作用是记录肉眼无法连续观察的瞬态过程,并把熔滴、电弧、熔池与电流电压放在同一时间轴上,为技能训练、缺陷溯源和工艺优化提供可复核的过程证据。
仪器仪表 2026-09-24 19:12

高速摄像机在柔性功能材料冲击实验中的测量价值

1.柔性功能材料的冲击实验为何需要高速成像?柔性冲击传感器需要同时满足结构稳定、能量吸收和机电感知等要求,但这些性能在实际冲击过程中往往相互关联。传统准静态力学测试能够获得应力—应变曲线和加载—卸载特征,却难以完整反映瞬态冲击下的整体弯曲、失稳及恢复过程。对于具有波纹、晶格或其他复杂几何形态的功能材料,冲击过程中的宏观变形方式直接关系到结构设计能否发挥预期作用。如果仅依据冲击前后的静态形貌,试样即使最终恢复原状,也可能掩盖冲击瞬间发生的大幅度弯曲。因此,动态冲击实验需要引入具有时间分辨能力的视觉观测手段,记录材料从加载、变形到恢复的过程,并提取相应的运动学与形态参数。高速摄像机正是完成这类测量任务的重要设备。2.实验案例:高速摄像机验证波纹—互穿相复合架构在发表于《AdvancedFunctionalMaterials》的一项研究中,研究团队构建了融合波纹结构与三维互穿相的柔性冲击传感器。外部波纹结构用于改善整体稳定性,内部互穿相材料通过协同承载与变形实现能量耗散,并利用导电网络变化产生压阻响应。研究采用千眼狼(Revealer)高速摄像机,对落锤和高速弹丸冲击过程进行记录,结合力学、电学测试评价复合架构的综合性能。该实验展示了高速摄像机在功能材料测试中的三个具体测量价值。图1-高速摄像机与落锤冲击实验系统2.1捕获瞬态变形,验证结构设计的有效性落锤实验采用200g冲击质量、2m释放高度,实测撞击速度约6.2m/s。研究通过高速摄像机记录两种结构的冲击形态,并提取试样上下端轴线之间的弯曲角。高速图像显示,无波纹结构在冲击中发生明显整体弯曲,弯曲角约69.8°;波纹结构的弯曲角约170.5°,卸载后接近完全恢复。这一结果表明,外部波纹结构能够有效降低瞬态冲击下的整体侧向弯曲倾向。对于功能材料的结构设计验证,高速摄像机提供的价值在于:将仿真与准静态测试所表征的稳定性差异,进一步落实到真实冲击工况下可观察的动态变形证据。图2-千眼狼高速摄像机参与的200g落锤冲击实验及柔性传感器变形对比:2m释放高度、撞击速度约6.2m/s,无波纹与波纹结构的冲击弯曲角分别约69.8°和170.5°。2.2区分瞬态变形与残余变形,评价重复冲击稳定性冲击过程中的最大变形与卸载后的残余变形,是评价柔性吸能结构时需要分别考虑的两个指标。在该研究中,无波纹结构冲击后的残余弯曲角约172.7°,而波纹结构接近180°,显示出不同的形状恢复能力。进一步开展最多200次重复冲击实验后,研究发现波纹结构的抗冲击变形能力出现一定程度的下降,但形状恢复能力衰减较小。这说明,形状恢复良好并不必然意味着材料的抗冲击变形能力始终保持不变。高速摄像机通过记录不同冲击次数下的结构形态,使研究人员能够分别分析冲击时的变形程度和卸载后的恢复程度,为材料的动态结构稳定性及耐久性评价提供依据。图3-最多200次重复落锤冲击中的柔性传感器弯曲角、残余弯曲角及形态对比,高速图像为分别评价动态结构稳定性与形状恢复能力提供依据。2.3观察弹丸反弹,建立冲击运动与传感响应的实验联系为验证材料在高速冲击条件下的功能表现,研究人员以30m/s的速度发射弹丸,分别撞击配置波纹传感器、无波纹传感器及普通钢板的模型人偶。高速摄像机记录弹丸撞击、反弹及模型人偶运动行为。实验显示,两种柔性复合结构条件下人偶保持站立,普通钢板条件下人偶发生倾倒。波纹结构对应的弹丸反弹距离小于无波纹结构,研究将其作为改善冲击缓冲与吸能表现的依据之一。与此同时,电信号测试发现,波纹结构传感器产生较为集中的显著电流响应,而无波纹结构出现多个幅值较低的响应峰。高速摄像机在其中承担运动行为观测任务,电信号采集装置承担传感响应测量任务。通过联合分析,可以从不同维度评价功能材料在冲击工况下的表现。图4-30m/s弹丸冲击实验的高速图像与电流曲线:对比波纹传感器、无波纹传感器及钢板条件下的弹丸反弹和模型运动,并展示两种传感器的电流响应差异。3.高速摄像机在功能材料实验中的测量边界从上述案例可以看出,高速摄像机的作用并非替代力学试验机或电信号采集设备,而是提供不同测量手段难以直接获得的序列图像信息。测量任务高速摄像机的作用冲击条件记录获取落锤撞击速度等运动学信息结构变形分析观察瞬态弯曲及整体变形模式形状恢复评价比较冲击状态与卸载后的几何形态重复冲击测试分析多次冲击后的宏观结构响应变化高速弹丸实验记录反弹位置及模型运动行为与此同时,比吸能、材料密度及应变灵敏系数等性能指标,需要通过相应力学和电学测试获得。4.从材料性能测试走向动态过程分析随着柔性传感器、缓冲复合材料及多功能吸能结构向复杂冲击工况拓展,仅依靠静态测试结果已难以完整评价材料的实际动态响应。本研究中,千眼狼高速摄像机通过记录落锤冲击、重复冲击及高速弹丸实验,提供了结构变形形状恢复与反弹行为的动态视觉证据。这些数据不仅用于比较不同结构的抗冲击表现,也帮助研究人员验证几何设计对宏观变形模式的影响,并与力学、电学结果形成互补。对于柔性功能材料研究而言,高速成像的价值正在于将冲击过程本身纳入实验评价,使材料设计、动态变形与功能表现之间建立更完整的证据联系。详细研究成果请查阅原论文链接:https://doi.org/10.1002/adfm.202419882
仪器仪表 2026-09-21 18:58

数字图像相关DIC测量系统选型白皮书 ——从尺度到极端工况/多相机阵列/振动到疲劳测试解决方案

材料与结构力学试验中,传统应变片、引伸计仅能够输出有限单点数据,面对应变局部化、裂纹扩展、大变形、微观翘曲、高速冲击等复杂试验场景,单点测量手段极易丢失关键力学信息。数字图像相关(DIC)结合双目立体视觉,依靠追踪试件表面散斑/标记点图像序列,获取三维形貌、全场位移、应变、运动姿态等完整信息,实现从微米级微观试样到米级大型构件的多尺度测量。新拓三维XTDIC系列构建起常规DIC/高速DIC/动态DIC/显微DIC完整产品矩阵,覆盖时空均衡、时间主导、空间主导、刚体轨迹追踪四大类试验矛盾。本文围绕被测对象空间尺度、物理过程时间尺度、光学成像能力、散斑/标记点稳定性、现场环境扰动五大选型核心要素,解析不同试验工况下的选型逻辑,给出对应的DIC选型建议,为科研院所、工业研发人员提供可落地的DIC选型参考。XTDIC三维应变测量系统软件计算界面引言:从单点测量走向全场多尺度测量在材料拉伸、断裂冲击、焊接变形、高温蠕变、土木结构加载、航空风洞试验中,大量失效行为集中在局部区域。应变片只能获取贴片位置平均应变,引伸计仅得到标距段结果,无法捕捉裂纹萌生位置、应力集中区、非均匀变形分布。尤其微观芯片翘曲、毫秒级冲击断裂、大型构件动态振动场景,接触式传感器还会引入附加载荷,干扰试件真实变形。DIC测量系是一套时空采样测量系统,设备能力不等于相机像素与帧率的简单叠加。高像素不等于高空间分辨率,高帧率也并非全部试验的最优解;过高帧率会缩短曝光时间,降低图像信噪比,破坏散斑相关稳定性;大像素会带来海量数据,增加后期处理压力。选型的核心是结合真实试验约束,搭建匹配的时空采样体系,解决试验的主导矛盾:时空均衡型:常规准静态材料、结构试验;时间主导型:冲击、爆炸、高速断裂瞬态过程;空间主导型:微观介观尺度微小试样测试;刚体轨迹主导型:旋转、投抛、六自由度姿态追踪;环境主导型:高温、多测头同步、复杂现场工况。振动模态分析(时间主导型)一、XTDIC系列技术原理与核心能力XTDIC系列基于双目立体视觉+数字图像相关算法,分为散斑式全场DIC与标记点式刚体追踪两大技术路线:1)散斑DIC(CONST/Micro):在试件表面制备随机散斑,连续采集变形前后图像,亚像素算法追踪散斑纹理变化,解算三维坐标、位移、全套应变场;2)标记点追踪STROBE/SPARK:识别编码/非编码标记点,不依赖散斑纹理,重点解算刚体六自由度6-DOF轨迹、速度、加速度,适配旋转、投抛、风洞姿态测量。整套软件统一具备丰富物理量解算能力:XYZ坐标、位移、速度、加速度、角位移;ex/ey/exy剪切应变、主应变、Mises/Tresca应变、厚度减薄率;材料本构参数(弹性模量、泊松比、n/r值);裂纹COD、热膨胀系数CTE;模态ODS/OMA;视频引伸计;疲劳闭环控制等。硬件预留多测头同步、试验机载荷信号同步、红外温度耦合等扩展接口。大型结构件360°全周测量(空间主导型)二、分系列产品解析与适用工况XTDIC-CONST|时空均衡型・常规准静态全场应变系统主导矛盾:兼顾空间分辨率与采样时间,面向绝大多数实验室标准力学试验硬件划分SD/HR/HS配置,应变测量精度最高20με,应变测量范围0.005%-2000%。依靠双目散斑DIC,适配静态、准静态加载场景,可扩展红外温度场、探针测量、显微模块、疲劳监测模块。✅典型测试工况:单向拉伸、压缩、三点弯曲;裂纹扩展断裂;焊接热变形;高低温炉内力学试验;岩石、墙体土木构件加载;车桥、轮胎零部件载荷测试;航空机翼、柔性结构准静态荷载试验。选型提示:标准试样优先HR高分辨率版本;需要中等采集速率、大视场构件选用HS配置;可外接试验机实现力-位移-应变多物理量同步。透明凝胶力学-低模量、大变形及高度非线性(时空均衡型)XTDIC-SPARK|时间主导型・高速动态DIC系统主导矛盾:瞬态短时物理过程,需要高采样速率图像,XTDIC-SPARK三维高速测量系统搭载高速成像单元,最高采集帧率20000fps,最小曝光时间可达100ns,解决冲击、爆炸下变形转瞬即逝,普通相机无法捕捉的难题。高速场景图像信噪比会显著下降,硬件配套大功率频闪光源保障散斑成像质量。✅典型测试工况:霍普金森杆动态试验、构件高速冲击破坏、汽车零部件碰撞瞬态变形、材料动态断裂研究。选型提示:冲击裂纹扩展类,优先评估裂纹传播速度反推最低需要帧率,避免盲目追求超高帧率造成信噪比恶化。冲击力学-霍普金森压杆、高速冲击(时间主导型)XTDIC-STROBE|刚体轨迹姿态追踪系统(标记点路线,非散斑DIC)主导矛盾:刚体运动、旋转物体,重点关注标记点的空间位置与姿态变化区别散斑全场应变,依靠编码/非编码标记点立体重建;跟踪精度可达0.005px;独有锁相环技术,实现高速旋转构件亚音速目标稳定追踪;支持多相机任意组合同步采集,大空间现场部署。输出标记点三维坐标、位移、速度、加速度、6-DOF姿态轨迹。✅典型测试工况:风洞模型姿态测量;直升机旋翼、风机叶片旋转测试;投抛/弹射物体轨迹;地震模拟振动台试验;大型天线、塔架结构变形;虚拟装配对位校准;汽车碰撞振动测试。选型提示:只需要刚体姿态,不需要表面应变场,优先选用STROBE;分析高速瞬态位移与变形,建议SPARK高速测量系统搭配标记点采集。汽车部件振动与碰撞试验(时间主导型)XTDIC-Micro|空间主导型・显微DIC微观应变测量系统主导矛盾:微小视场下的空间分辨率,微观尺度变形观测DIC算法与双目体式显微镜融合,面向毫米级介观试样,弥补普通DIC无法开展微小样品测试短板,可对接原位拉伸台、冷热台,实现微米亚微米级三维位移、应变场求解。✅典型测试工况:微型材料试样拉伸弯曲;IC芯片热翘曲;焊点高低温变形;薄膜、纤维复合材料微观力学;CTE热膨胀系数测定;生物力学微观试验。选型提示:微观试验需要严格控制散斑颗粒尺寸,匹配显微放大倍率;优先搭配光刻标定板完成系统标定。微小尺寸PCB板不同温度翘曲测试(空间主导型)三、典型测试场景选型对照表四、DIC测量系统选型要点不唯参数论:不是像素越高、帧率越高就越好,优先匹配试验物理过程,兼顾图像信噪比与散斑统计稳定性;区分“散斑DIC”与“标记点追踪”:需要表面应变场选散斑DIC;仅需要刚体位置姿态,选用XTDIC-STROBE/XTDIC-SPARK标记点追踪;二者不可互相替代;重视扩展接口价值:高温、疲劳、材料本构、仿真对标,依赖软件高级模块与外部设备通讯接口,选型同步确认模块授权;环境约束前置评估:高温、强光、振动、狭小安装空间,会直接决定光源、镜头、标定方案,不能仅看实验室理想指标;输出数据可用性优先:确认软件可输出可用于仿真对标、报告归档的原始网格、UFF、等标准化格式。疲劳拉伸扭转实验(时间主导型)五、DIC测量系统选型白皮书总结DIC测量系统选型本质是识别试验的主导物理矛盾,从时间尺度、空间尺度、成像条件、散斑/标记点、现场环境五大维度综合评估,而不是简单比对宣传册指标。新拓三维XDIC系统通过XTDIC-CONST三维应变测量、XTDIC-SPARK三维高速DIC、XTDIC-STROBE三维动态DIC、XTDIC-Micro显微DIC测量等几大系列,完整覆盖从微观介观试样,到实验室标准件,再到高速瞬态冲击、大型结构刚体姿态追踪的多尺度测试需求,可为材料研发、结构强度验证、仿真对标提供完整的非接触式光学测量解决方案。
仪器仪表 2026-09-17 18:32

维萨拉推出首款本质安全型露点仪表DMP370,目标锁定不断增长的氢气和可再生气体市场

DMP370专为氢气、生物甲烷和工业气体基础设施而设计,能够在危险区域持续监测露点。测量仪表与智能化设备生产厂商维萨拉今日推出适用于危险区域的维萨拉DMP370本质安全型露点仪表,这款新仪表代表着维萨拉业已成熟的DRYCAP®露点技术的延伸。维萨拉本质安全露点仪表DMP370能够在氢气生产、可再生气体及天然气基础设施、化工流程以及其他可能存在可燃气体或粉尘的工业应用中,实现连续、可补偿漂移的露点测量。图:适用于危险区域的维萨拉DMP370本质安全型露点仪表对露点测量可靠性的需求随工业气体市场的持续增长而不断提升根据国际能源署《2026年全球氢气评估》,2025年全球氢气需求已突破1亿吨,其中大部分需求来自于气体质量直接影响安全性、设备性能和运营可靠性的工业流程。随着氢气、生物甲烷生产及其他脱碳气体应用的不断扩大,可靠的露点测量在新旧气体基础设施中变得愈发重要。微量水分在多种气体工艺中发挥着重要作用。微量水分过高会损害燃料电池性能,降低工艺效率,缩短设备寿命,并增加气体基础设施、电解槽和工业流程设施的运营风险。在很多类似的环境中,只能使用经过危险区域认证的设备。现有测量解决方案通常需要各种妥协在危险区域进行露点测量时,传统做法上需要作出权衡。一些解决方案需要额外的防护外壳,或存在安装上的限制,具体视保护形式和应用而定。其他技术在再生或加热过程中会发生周期性的测量中断,造成监测数据的空白。维萨拉新推出的DMP370将本质安全与不间断测量相结合,有效解决了这些挑战。该解决方案基于维萨拉业已成熟的DRYCAP®露点技术和漂移补偿解决方案。维萨拉首次将DRYCAP®技术应用于危险区域DMP370将DMP37X探头和HMT370EX变送器相结合,形成了一体化的本质安全型解决方案。本质安全通过设计限制仪表的电能,防止仪表在爆炸性环境中成为点火源。DMP370可实现连续测量,兼具快速响应性与长期稳定性,为操作员提供持续且无间断的气体质量数据,避免了测量数据空白。“随着氢气和可再生气体项目从试点安装向广泛的工业运营推进,对气体质量监测可靠性和持续性的需求也日益增长。操作员需要能够同时支持工艺性能和危险区域安全的测量解决方案,”维萨拉工业脱碳产品线经理AnttiHeikkilä表示。“DMP370将维萨拉久经考验的DRYCAP®测量技术带入了危险区域,在极度关注爆炸安全的应用场景中能够实现连续露点测量,”他补充道。为新兴和成熟工业应用设计DMP370支持在多种危险工业环境中进行气体质量测量和气体纯度监测,包括:·氢气:氢气生产、储存、燃料电池、电解槽相关的输出监测应用·天然气和生物甲烷:沼气提纯为生物甲烷、管网注入,以及对气体基础设施(包括天然气管道)的监测·化学和工业流程:包括eSAF在内的合成燃料、甲醇生产、制药、电子制造以及石油和天然气·电池制造:可能存在可燃碳粉尘的干电极工艺应用·压缩空气和氮气:惰化保护、置换气体以及危险区域露点监测关键信息·产品:维萨拉DMP370本质安全型露点仪表·配置:维萨拉DMP37X探头加HMT370EX变送器,以一体化本质安全型装置获得认证·技术:维萨拉DRYCAP®露点传感器配备漂移补偿解决方案·测量范围:−70°C至+10°CTd/f·测量准确度:±2°CTd/f(典型值)·温度范围:−40至+60°C·压力范围:0至40bar(绝压)·本质安全型(Exi),最高适用于Zone0/20(ATEX、IECEx)·FM认证I级、II级、III级,1区,A、B、C、D、E、F和G分区,T4(美国和加拿大)·可溯源的校准(包含维萨拉公司出具的证书)·交付计划:2027年第一季度开始首批交付·市场:氢气、天然气、生物甲烷、化学和工业流程、电池制造、压缩空气和氮气如需进一步了解维萨拉DMP370本质安全型露点仪表,请访问:https://www.vaisala.cn/zh/products/dmp370-intrinsically-safe-dew-point-instrument引用信息:·国际能源署《2026年全球氢气评估》:https://www.iea.org/reports/global-hydrogen-review-2026维萨拉提供测量仪器和智能化应用,我们是应对气候变化的积极探索者和行动者。我们提供可靠的测量设备和数据,助力客户提高资源利用效率,并推动能源转型,同时也致力于保障大众的安全以及提升社会福祉,让世界变得更美好。我们拥有近90年创新和专业知识的深厚积淀,更拥有一支超过2,500名专业人员组成的精英团队,我们尽心竭力保护地球家园。维萨拉A股股票在纳斯达克赫尔辛基证券交易所上市。www.vaisala.cn微信公众平台:维萨拉工业测量微信号:Vaisala-VIM
仪器仪表 2026-09-16 16:12

高速摄像机与高速DIC在岩石裂纹演化及极端岩土力学实验中的应用

近日,2026年“陈宗基讲座”暨极端地质灾害与重大工程安全论坛在成都举行。论坛围绕极端地质灾害形成演化、重大工程安全、岩石力学与工程防灾等方向展开。滑坡、岩爆、深部工程失稳等问题虽然发生尺度和边界条件不同,但均涉及一个基础岩石力学过程:局部损伤如何萌生并逐步演化为裂纹扩展、分叉和贯通,最终形成宏观失稳。图1-2026陈宗基讲座极端地质灾害与重大工程安全论坛现场,聚焦岩石力学、工程安全与极端地质灾害研究对于岩石力学实验而言,关键问题已经不只是测得峰值强度和观察最终破坏形态,而是进一步回答:裂纹首先在哪里萌生,何时进入加速扩展阶段,局部损伤又如何逐步演化为整体失稳。这推动岩土力学实验从载荷、轴向位移等宏观响应测量,进一步转向高时间分辨成像、全场变形测量与裂纹时序演化分析。从点式测量走向高速DIC全场测量传统应变片和位移计能够获得局部或整体变形信息,但对于岩石破坏过程中高度非均匀的变形和应变局部化,其空间表征能力有限。数字图像相关技术(DigitalImageCorrelation,DIC)通过跟踪试样表面散斑图像,可非接触获取位移场和应变场;与高速摄像机结合形成高速DIC测量后,则能够进一步解析裂纹萌生、扩展和贯通前后的快速变形过程。高速摄像机解决的是快速过程的时间采样问题,高速DIC则进一步将连续高速图像转化为可定量分析的位移场和应变场。对于裂纹研究而言,应变局部化区域可以作为损伤集中和潜在裂纹发展的重要表征;结合原始高速图像、裂纹识别算法及AE等测量手段,还可进一步建立应变场异常与实际裂纹演化之间的对应关系。典型案例一:高速3D-DIC追踪凝灰岩裂纹演化一项凝灰岩干湿循环损伤研究中,试样设置0、1、5、10、15和20次干湿循环,两台千眼狼(Revealer)M230高速摄像机组成双目3D-DIC系统,在单轴压缩过程中连续获取三维位移场与应变场。未经干湿循环的试样在加载初期位移场较均匀;进入稳定裂纹扩展阶段后,中部开始出现局部应变集中,对应微裂纹萌生;接近峰值时,应变集中区迅速强化并发展为贯通性主裂纹,整体以轴向拉伸破坏为主。随着干湿循环增加,裂纹演化明显复杂化。10次循环后,应变局部化出现更早,主裂纹两侧出现次生裂纹;15次循环时,裂纹带进一步出现倾斜与分叉,破坏由张拉主导向张剪混合模式发展。图2-高速3D-DIC测量凝灰岩干湿循环损伤,显示位移场、应变局部化及裂纹分叉演化过程不同循环次数的峰值阶段对比进一步显示,随着干湿循环增加,裂纹几何形态由相对简单的贯通裂纹逐步发展为多分支、多方向裂隙网络。高速3D-DIC因此不仅能够表征最终破坏形态,还能够将观测窗口前移至应变局部化和损伤累积阶段,并与AE计数、AE能量及b值等指标进行阶段对应,为岩石表面全场变形与内部损伤的联合分析提供实验依据。典型案例二:高速DIC进一步走向裂纹时序识别高速DIC获得全场位移和应变数据之后,裂纹分析还可进一步由人工观察向时序自动识别发展。一种基于稀疏光流算法的DIC时序裂纹检测方法,通过计算参考帧与当前帧之间的像素位移,对参考图像进行插值变形,再通过差分提取裂纹区域;随后利用匈牙利算法完成不同时刻裂纹点的时序匹配,并进一步计算裂纹端点及张开角。这一过程使裂纹由静态图像中的几何特征进一步转化为具有时间信息的动态测量对象,可分析裂纹萌生时刻、扩展方向、分叉行为及几何参数变化。对于岩石断裂研究而言,高速DIC由传统的位移—应变场测量进一步向裂纹时序与裂纹几何参数测量拓展。图3-高速DIC时序裂纹检测,利用稀疏光流和差分算法识别裂纹位置、端点及裂纹张开特征典型案例三:基于超高速摄像机的高速DIC解析冲击损伤在工程爆破、冲击和高应变率载荷下,裂纹演化时间尺度可缩短至微秒级,此时高速成像的时间分辨率直接决定能否识别关键损伤节点。在一项霍普金森压杆实验中,两台千眼狼NEO25M超高速摄像机与DIC系统组成双目动态测量系统,以100,000帧/秒采集试件冲击全过程。在10μs时间分辨率下,实验识别出多个动态响应阶段:190~390μs主要表现为动态弹性响应;400~1290μs应变曲线出现非线性波动,对应损伤累积及微裂纹发展;1290μs后试件在已有损伤基础上继续响应载荷;1510μs后宏观裂纹形成并出现局部断裂。基于超高速摄像的高速DIC测量,使原本只能比较加载前—破坏后的实验过程进一步展开为连续的动态弹性响应—损伤累积—裂纹发展—宏观断裂阶段,为高应变率条件下材料损伤演化及动态本构研究提供更高时间分辨率的实验数据。图4-双目超高速摄像机与高速DIC测量SHPB冲击过程,解析微秒尺度动态应变、损伤累积与宏观裂纹形成典型案例四:高速摄像机延伸至地质灾害过程观测高速摄像机和高速视觉测量的应用对象并不限于标准岩石试样,还可进一步延伸至颗粒流、侵蚀及地质灾害物理模型实验。在岩石—冰屑雪崩侵蚀实验中,三台高速摄像机分别记录流动体进入可侵蚀区前的动力学状态、局部侵蚀瞬态以及整体床面演化。其中,一台高速摄像机以5000帧/秒采集图像并结合PIV量化基底附近流速与剪切率;另一台以1500帧/秒记录颗粒—床面物质交换及侵蚀剖面变化;第三台覆盖完整侵蚀床,用于计算实时侵蚀速率。实验表明,冰含量对侵蚀速率表现出明显非线性控制:侵蚀速率随冰含量增加先升高后降低,并在40%~60%范围附近达到较高水平,其背后涉及流速增加与混合物流动密度下降之间的竞争作用。这一案例说明,高速摄像机的测量对象正在由单一试样破坏进一步扩展至颗粒迁移、侵蚀界面演化与灾害过程,通过高时间分辨图像把快速、非均匀且难以重复的过程转化为可进一步量化分析的数据。图5-高速摄像机观测岩石冰屑雪崩侵蚀实验,结合PIV分析颗粒流速度、基底剪切率及侵蚀剖面演化从记录破坏走向极端岩土力学全过程测量从本届论坛关注的问题看,极端岩土力学实验正在从峰值强度、最终裂纹形态等结果表征,转向对损伤萌生—应变局部化—裂纹扩展—宏观失稳全过程的高时空分辨测量。在冲击、强震、干湿循环、冻融及多场耦合作用下,许多关键破坏信息发生在极短时间和局部区域内,传统点式传感往往难以完整捕捉。高速摄像机提供微秒至毫秒尺度的高时间分辨观测能力,高速DIC则进一步将连续高速图像转化为位移场、应变场及应变局部化等定量信息。二者结合,并与AE、载荷及数值模拟进行统一时基下的多源关联,可将原本主要依赖定性观察的瞬态破坏过程转化为可测量、可比较、可建模的实验数据。凝灰岩干湿循环和SHPB实验均表明,高速摄像机与高速DIC能够更细致地识别损伤累积、应变局部化、裂纹发展及阶段转换。因此,高速摄像机与高速DIC对极端岩土力学实验的价值,已不只是提高可视化水平,而是在补足传统实验最难获得的破坏前与破坏瞬间的时空演化信息。其发展方向也将从单一高速成像,进一步走向高时空分辨、全场测量、多源同步与智能解析融合,为裂纹扩展机理、损伤本构模型、数值模型验证及工程失稳判据研究提供更直接的实验依据。
仪器仪表 2026-09-16 15:22

海上全工况适配!瑞典Easy-Laser易乐模块化激光测量系统,助力船舶精密检测与预防性运维管控

在船舶建造与海事维修工作中,精密对中是保障设备可靠运行、提高作业效率以及延长设备使用寿命的重要环节。从螺旋桨轴、齿轮箱、柴油机到起重机、泵类及辅助机械设备,设备位置偏差都会影响振动、轴承磨损及能耗。来自瑞典的激光测量品牌Easy-Laser易乐,专注高精度激光对中与几何测量领域超过30年,产品覆盖全球80多个国家。针对造船厂、海事维修服务商以及设备安装人员的多样化需求,Easy-Laser易乐海事行业测量系统采用模块化设计,可根据不同测量任务灵活组合,用于船舶轴对中、孔对中、平面度及直线度等多项测量工作。系统优势:模块化设计,一套平台适配多类海事测量任务EasyLaser易乐海事专用测量系统的核心亮点为模块化设计,各功能组件支持灵活组合调用,技术人员依靠一套通用测量平台,即可完成多项不同类型的检测作业。这套测量方案拥有极强的场景适配能力,无论船舶处于干船坞、码头停泊,或是服役航行状态,均可开展测量作业。例如轴对中系统搭配激光发射器,就可以拓展实现平面度测量、传动链直线度检测,充分满足船厂及海事服务商多变的现场作业需求。螺旋桨轴对中:保障传动链对中精度螺旋桨轴传动链是船上对中作业难度较高的工况之一。船舶设计不同,传动链包含驱动轴、轴承支座、艉轴管、齿轮箱、原动机以及联轴器。作业目标通常是将上述零部件沿直线完成对中,或按照规定的对中曲线进行装配,实现合理的载荷分配,保障传动链正常运行。在螺旋桨轴与主机或齿轮箱的对中作业中,测量单元分别安装在联轴器两侧。根据现场条件,可通过环绕轴体或联轴器的链条夹具,或强力磁座进行安装。部分设备工况下,其中一个测量单元也可以直接安装在电机飞轮上。轴对中作业时,测量单元分别安装在联轴器两侧船舶现场往往受到管道、船体结构以及轴体尺寸的限制,作业空间较为狭小。Easy-Laser易乐测量程序支持轴仅旋转40°即可完成对中测量。测量完成后,系统可给出电机或齿轮箱横向、垂直方向的垫片增减与调整方案,实时数值可指导现场完成最终定位。孔对中:精准校验艉轴管与轴承中心线轴体拆卸后,可以借助激光测量检查艉轴管与轴承轴颈的中心线,该工序即为孔对中,适用于各类不同直径的轴系。开展孔对中检测作业时,可将激光发射器安装在艉轴管一端的轴向端面,也可以安装在齿轮箱法兰或末端支撑轴承处,探测器则放置于轴承轴颈内部。测量程序采集数据后,计算垂直与水平方向的位置,必要时同步输出倾斜度数值。Easy-Laser易乐的XT24激光发射器兼具高精度与长测量距离的优势,适配孔对中作业。Easy-Laser易乐XT24激光发射器多数调整作业在陆地或干船坞内完成,此时可以输入补偿数值,模拟船舶下水浮起后轴承位置的变化。船体浮态运行工况与安装、维修阶段的船体状态存在差异,这也是海事对中工作中的关键因素。此外,相关检测还包括轴承圆度和轴承间隙检测。轴承圆度一般搭配夹具与测量探针完成;检测轴承间隙时,一个测量单元安装在轴上,另一个固定在设备本体,使用专用工具抬升轴体后,系统可以直接读取间隙数值。基座平面度与直线度检测:保障电机与柴油机长期稳定运行电机与柴油机需要平整、稳固的基座。如果支撑平面存在凹凸不平或不平行,装配过程中会产生内应力,破坏对中精度,并影响设备长期运行性能。针对基座平面度检测,可采用旋转激光发射器,例如Easy-Laser易乐XT22,搭配平面度测量软件进行检测,该方式同时适用于电机与柴油机。柴油机拆除主轴承、凸轮轴承对应的轴件后,还可以采用镗孔直线度测量系统检测主轴承与凸轮轴承的直线度。检测发动机基座直线度属于间接但具有参考价值的测量方式,可以在故障发生前识别装配设置缺陷。扩展应用:皮带传动、起重机及辅助设备对中船舶对中作业对象不限于螺旋桨轴与主机。汽车轮渡等船舶的传动系统会配置大型皮带轮,激光测量系统同样适用于这一场景。皮带轮精准对中可以降低振动、提升效率并延长皮带使用寿命。对于船舶上的其他旋转机械设备,包括柴油机、发电机、舱底泵、原油泵等,也可以沿用同类测量原理。可靠的轴对中可以用于船舶辅助系统的稳定运行,基座平面度检测则可以应用于舵机、泵、电缆绞车、绞盘等设备。特种工况灵活适配:模块化配置适应不同测量需求造船厂与海事维修服务商经常会遇到特殊对中难题,包括单轴承传动系统、橡胶水润滑轴承等设备装配。针对不同工况,模块化测量系统可以根据实际测量任务进行组合,而不是让不同工况去适配固定成套设备。通过整合孔对中和轴对中系统组件,可以用于不同海事应用。对于需要辗转不同船舶、处理多种机械与测量环境的维修及安装人员,该灵活性尤为重要。回转支承轴承检测:守护起重机安全作业岸基起重机以及船舶固定式货运起重机的底座均配置回转支承轴承。轴承端面需要保持平整,起重机才能安全可靠运行。微小偏差也会改变载荷分布,影响机械性能。起重机回转支承轴承需要开展平面度检测针对回转支承轴承,可使用法兰平面度软件,搭配旋转激光发射器与探测器完成测量。发射器依靠强磁直接固定在轴承上,探测器放置在轴承周边指定点位进行数据采集。软件计算最优拟合结果并给出调整参考,零点还可以手动偏移,从而减少工装作业量。部分起重机沿轨道运行,轨道需要保证平行与水平。同一套激光测量平台还可以完成轨道校验与调整,使测量范围从传动链对中拓展至结构与机械设备检测。行业价值:推动船舶向预防性运维转型对于造船厂和维修团队而言,测量工作的价值不仅在于测量精度,也体现在数据可复现性与操作便捷性。统一的测量平台便于不同项目、不同船型之间实现作业流程标准化、人员培训以及测量结果归档。随着船舶结构日趋复杂,设备可用率要求不断提高,对中作业也逐渐从故障后的修正维护转向预防性质量管控。激光测量能够提前识别偏差,为精准安装提供数据支撑,并验证调整作业是否到位。Easy-Laser易乐将持续为造船厂和海事维修服务商提供模块化激光测量解决方案,满足船舶轴系、机械设备及相关结构的精密测量需求。如需了解其产品详情,可通过品牌官方渠道或中国经销商泛泰克斯进行咨询。地址:北京市东城区东四十条甲22号南新仓国际大厦A509室电话:010-64096067/400-818-5622Easy-Laser中国网址:www.easy-laser.cn
仪器仪表 2026-09-15 13:40

高速相机与DIC如何支撑3C电子产品可靠性研发与仿真验证

手机、折叠屏及电脑屏幕等3C产品持续向轻薄化、高集成度和复杂机构方向发展,结构设计中的可用空间不断压缩,局部连接、屏幕模组、中框、转轴和铰链等部件对可靠性验证提出了更高要求。传统可靠性测试往往关注产品最终是否损坏,但在新品研发阶段,仅有“通过/失效”的结果已经难以满足结构优化和仿真模型验证需求。研发工程师需要进一步获得真实工况、运动过程以及局部结构响应等实验数据。高速相机、高速DIC和3D-DIC的价值,正体现在这一过程测量与模型验证环节。图1-小米18Fold折叠屏旗舰手机发布会现场,千眼狼(Revealer)高速相机保障81210次真实跌落手机跌落:从结果判断转向过程测量手机跌落属于典型的冲击瞬态现象。跌落测试中,不同初始姿态可能导致不同的真实触地方式。面接触、边框接触和角部接触对应不同的冲击载荷传递路径,因此,真实触地姿态本身就是有限元模型验证的重要边界条件。千眼狼(Revealer)高速相机可以连续记录手机从释放、下落、触地到回弹的高速过程,并为目标跟踪和6DoF运动学分析提供图像数据。由此可以得到轨迹、位移、速度、加速度和姿态角等参数,进一步判断真实触地工况。图2-千眼狼(Revealer)高速相机采集倾角初始姿态工况下手机跌落实验滚转角变化曲线图,触地瞬间滚转角14.319°在此基础上,千眼狼(Revealer)高速DIC可继续测量碰撞瞬间的局部变形。通过在屏幕、背板或其他关注区域制备散斑,高速相机采集连续变形图像,再利用数字图像相关算法获得动态位移场和应变场。母文中的实际测试显示,二维高速DIC可分析面内位移和应变分量,双目高速3D-DIC则可以获得三维坐标、三维位移和拉格朗日应变。图3-千眼狼(Revealer)高速DIC测量的正面Y方向应变高速相机与高速DIC参与的手机跌落实验形成两类测量互补结果:一类用于描述整机运动状态;另一类用于描述触地部位的局部结构响应。两类测量结果与仿真模型对照,可进一步检查仿真中的初始姿态、接触条件以及高应变区域是否合理。折叠屏转轴重点观测局部变形转轴、插销座和固定结构在开合过程中存在复杂的三维运动和局部载荷传递,研发工程师需要判断不同位置之间的位移和应变差异,同时识别潜在的应变集中区域。3D-DIC采用双目成像,通过空间标定和散斑相关计算,获得被测区域的三维位移和应变分布。与应变片、位移计等单点测量方式相比,它可以直接获得连续区域内的全场结果,尤其适合分析未知应变集中位置和复杂载荷传递路径。已有折叠屏金属铰链3D-DIC实验表明,不同结构位置具有不同的应变响应,位移和应变会随着往返开合呈现周期变化。这类结果可以用于识别主要受力位置、应变集中区域以及不同零部件之间的载荷传递关系。对于结构工程师而言,3D-DIC的价值并不在于获得一张彩色云图,而在于能够将实验得到的三维位移场和应变场,与仿真数值模型进行空间对应和趋势比较。图4-千眼狼(Revealer)3D-DIC测量的折叠屏转轴铰链连接处插销的Y方向运动变形情况(左)折叠屏转轴铰链连接处插销的主应变变化趋势(右)从实验测量到仿真模型验证3C结构研发中的一个明显趋势,是实验和仿真逐渐从两个独立环节转向相互验证。仿真可以提前预测潜在高风险区域,但模型结果受到材料参数、接触设置、边界条件和装配关系等因素影响。实验测量则可以提供真实结构响应,用于判断模型是否具有可信度。高速相机提供真实运动工况;6DoF分析提供整机运动参数;高速DIC提供冲击状态下的动态位移和应变场;3D-DIC则提供复杂结构的三维全场变形数据。这些实验数据与仿真结果结合后,可用于复核真实工况、验证数值模型、定位高风险区域,并为3C新品结构验证和研发迭代提供测试依据。因此,对于手机、折叠屏手机、笔记本电脑以及其他显示终端的研发,高速相机和DIC仪器设备的作用已经不只是观察实验现象,而是逐步进入结构设计—可靠性测试—仿真验证—设计迭代这一完整研发链条。
仪器仪表 2026-09-09 18:30

汇辰H7-1200系列PLC规模化部署,筑牢乡镇供水“生命线”

水,是最基础的民生。让乡镇居民喝上放心水,是乡村振兴的题中之义。而作为“乡村振兴”战略的重要组成部分,乡镇水源井工程近年来正在全国范围内持续加码推进。在江苏徐州,就有一项覆盖百余座乡镇水源井工程,让“放心水”流进了千家万户。而守护这条民生水脉的“神经系统”,正是汇辰自动化H7-1200系列RROFINET主站PLC。百余座水源井的民生考题乡镇供水工程服务于千家万户,对自动化控制系统而言,有着区别于一般工业场景的特殊要求:规模大、分布广——百余座水源井分布于各乡镇,井与井之间相距数千米,设备体量大、覆盖范围广,要求方案具备批量部署与统一运维的基础;可靠性要求高——乡镇供电条件相对薄弱,电压波动、雷击感应、电磁干扰等现场因素复杂,控制柜往往部署在户外或简易机房内,温湿度环境也较为严酷,控制系统要稳得住、扛得住;自主可控——民生工程关乎群众生产生活安全,覆盖百余座水源井的规模化部署,对方案的自主可控提出了直接要求。简而言之,项目需要的不是单台设备的性能参数,而是一套可标准化复制、长期稳定、整体成本可控的成熟方案。以PN总线架构构建标准化控制答卷面对百余座水源井的规模化部署需求,汇辰自动化以H7-1200系列PLC为核心,给出了完整的技术方案。每座水源井配置一套标准化的控制电控柜,以H7-1200系列1214C型作为主控制器,通过Profinet总线与IM155系列远程IO模块通信,实现现场信号的分布式采集和设备控制。现场电气柜实拍图◎H7-1200系列1214C型承担水泵的启停控制、全井逻辑联锁、数据处理以及与触摸屏和调度中心的通信任务。在统一的Profinet总线架构下,根据每座水源井的I/O点位数和控制复杂度差异,项目推出了两种标准化配置模板:标准井型配置方案适用于配备单台水泵、液位和压力监测需求相对基础的水源井。综合井型配置方案适用于配备多台水泵(需轮换运行)、多路阀门联动以及需要同时监测多个管网参数的综合水源井。这套以Profinet分布式架构为基础、两种配置模板为输出的标准化方案,在百余座水源井的规模化部署中,体现了直接的工程价值:部署效率提升——统一的电气原理图、柜内布局、程序框架,使设计、成套、编程和调试全流程标准化,工程师只需针对个别井的特殊工艺要求进行少量参数调整,大幅缩短交付周期;运维成本可控——百余座井分布在各乡镇,运维人员只需掌握一套控制逻辑,即可覆盖全部井站的故障排查与日常维护;备件管理同步简化,全项目仅需储备CPU、电源、I/O模块和通信板卡等通用备件;一名运维人员、一套工具、一份备件清单,即可从容应对百余座井站的运维保障;长期可靠运行——H7-1200系列PLC的模块化设计支持通道级诊断功能,模拟量模块具备滤波与抗干扰能力,继电器输出模块可直接驱动220VAC负载,适配工业现场的常规控制回路,在乡镇供水复杂的电磁环境下始终保持稳定运行。涓滴之水,汇流成河百余座水源井、两套标准化配置模板,H7-1200系列PLC在乡镇供水项目中的规模化应用,验证了国产控制系统在民生基础设施领域的技术成熟度与工程适用性。未来,汇辰自动化将继续以自主可靠的工业控制技术,积极响应国家政策,守护每一条民生水脉、每一户烟火人家。
仪器仪表 2026-09-03 21:20

从整体位移到全场变形:高速DIC在岩体蠕变失稳研究中的测量价值

在岩石力学和岩土工程长期稳定性研究中,蠕变试验是认识岩体时间效应、损伤积累和渐进破坏的重要手段。传统试验通常依赖加载系统、轴向位移计或引伸计记录整体变形,并结合声发射、超声波等方法判断内部损伤演化。这些方法能够回答“岩样变形了多少”“蠕变速率是否增加”“内部裂纹活动是否增强”等问题,但对于非均质岩体,仍有一个关键问题难以解决:整体变形增加之前,岩样表面不同区域是否已经出现局部异常?这也是数字图像相关DIC技术在岩石蠕变研究中的价值所在。中国科学院山地灾害与地表过程重点实验室研究团队针对不同初始损伤条件下的变质砂岩、千枚岩及变质砂岩—千枚岩互层组合岩样开展分级蠕变试验,在常规力学加载和声发射监测基础上,引入基于千眼狼(Revealer)高速摄像机的高速DIC系统,对岩样表面变形进行连续测量。实验结果表明,DIC将传统的整体蠕变量进一步展开为具有空间分布、区域差异和时间演化信息的表面变形场。1传统整体位移为什么不足以描述软硬互层岩体的渐进破坏不同岩层在弹性模量、强度和变形能力方面存在差异,层间界面附近容易形成应力集中。在长期荷载作用下,损伤往往不是整个岩样同步发生,而是经历局部裂纹萌生、变形集中、区域变形失配、裂纹贯通,最终发展为宏观破坏。对于软硬互层、节理裂隙、预损伤岩体等典型非均质对象,这种空间差异本身就是研究破坏机制的重要信息。因此,岩体蠕变测量的核心问题,是位移发生在哪里、不同区域是否同步、变形是否开始局部化。2DIC把“一个位移值”扩展为“一个变形场”本实验中,DIC系统采用千眼狼(Revealer)X113M/C高速摄像机作为图像采集单元,实验实际采集频率为40Hz,分辨率为1280×1024pixel。高速摄像机作为DIC图像采集单元所提供的稳定、连续和可量化图像序列。通过DIC算法,研究人员将图像中的散斑运动转换为表面位移信息,并沿试样轴向设置Z1—Z5五个监测区域。测量维度由“时间—位移”二维关系,扩展到了“位置—时间—位移”全场时空关系,这是DIC相对于传统单点位移测量差异化所在。图1-千眼狼(Revealer)高速DIC系统测量软硬互层岩样表面变形场,并沿轴向设置Z1-Z5五个位移监测区域,用于分析蠕变过程中的局部非均匀变形3实验真正捕捉到的,不是“变形增大”,而是“变形开始不同步”在蠕变初期,Z1—Z5不同区域的最大轴向位移差异较小,说明岩样表面整体仍处于相对协调的变形状态。随着蠕变持续,不同区域的位移开始逐渐分化。部分区域变形增长更快,部分区域则相对滞后,岩样表面由相对同步变形逐渐转变为明显的空间非均匀变形。对于渐进破坏而言,真正具有前兆意义的是原本同步的区域开始失去同步。整体位移曲线可能仍保持连续变化,但局部区域之间的变形关系已经发生改变。这类信息,如果仅依赖加载系统或单点位移传感器,很难直接获得。DIC可通过整个表面位移场,将这种空间失配显性化。图2-千眼狼(Revealer)高速DIC系统测得软硬互层岩体Z1—Z5监测区域最大轴向位移随蠕变时间演化,不同区域位移逐渐分化,反映表面非均匀变形的发展4从全场位移进一步提取“变形差异系数”为了进一步描述区域之间的非协调程度,研究根据Z1—Z5不同监测区域的最大轴向位移构建了“变形差异系数”。这一处理方式的意义在于:它不是单纯比较某一区域位移大小,而是关注不同区域之间的相对变形关系如何随蠕变过程变化。实验结果显示,这种区域变形关系具有较明显的阶段性。第一阶段,不同区域整体变形较为同步。第二阶段,区域变形差异逐渐扩大,表面变形局部化趋势开始增强。第三阶段,部分局部区域变形重新快速增长,变形差异系数由下降转为上升,岩样逐渐接近临界破坏状态。这说明DIC价值已经从“测位移”进一步提升到:从全场变形数据中提取能够反映失稳演化阶段的特征参数。图3-千眼狼(Revealer)高速DIC表征变质砂岩MR、千枚岩PR及软硬互层岩体IR不同区域最大轴向位移关系和变形差异系数三阶段演化,StageII向StageIII转折对应局部裂纹贯通及岩样临近宏观失稳5为什么DIC和声发射适合联合使用DIC和AE监测的不是同一个物理量。AE主要反映岩体内部微裂纹活动;高速DIC反映这些内部损伤最终表现到试样表面的变形响应。二者结合,可建立:内部裂纹活动→表面局部变形→区域变形失配→宏观破坏完整的证据链。6高速摄像机是高速DIC系统中的数据入口千眼狼(Revealer)高速DIC系统中,高速摄像机属于图像采集单元。本实验采用1280×1024pixel图像、40Hz采集频率获得连续散斑序列,再由DIC算法计算表面位移。因此,高速摄像机解决“连续获取高质量图像”的问题,高速DIC解决“从图像中得到全场变形数据”的问题。7对岩土工程实验测量的启示该研究表明,高速DIC适合以下几类岩石力学问题:岩体蠕变、软硬互层及层状岩体、节理或裂纹岩样、局部破坏和应变局部化、动态加载破坏,以及需要同时分析裂纹演化与全场变形的试验。对于上述研究,仅依靠单点传感器往往难以描述空间非均匀性,而高速DIC能够在保持非接触测量的同时提供连续全场数据。其价值是将高速视觉进一步转化为可定量分析、可时空关联、可与AE等多物理量联合的全场力学数据。这是高速DIC在岩土工程和实验岩石力学中较核心的技术价值。
仪器仪表 2026-09-03 15:48
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