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Licensed Unlicensed Requires Authentication Published by Oldenbourg Wissenschaftsverlag September 25, 2009

Laser-Speckle-Dehnungsmessung und deren Anwendung in der Materialwissenschaft (Laser Speckle Strain Measurement and its Application in Material Science)

Laser Speckle Strain Measurement and its Application in Material Science
T. Thurner, S. C. Schneider and B. G. Zagar
From the journal tm - Technisches Messen

Abstract

In diesem Artikel werden Prinzip, Aufbau und Einsatzmöglichkeiten sowie ausgewählte Messergebnisse für zwei auf Laser-Speckle-Verfahren beruhende Sensorsysteme erläutert und gegenübergestellt. Der grundsätzliche Unterschied zwischen den Systemen besteht in der optischen Anordnung. Im ersten System werden zwei kleine, mit Laserlicht beleuchtete Oberflächenbereiche maßstabsgetreu auf eine Kamera mit genau definierter Geometrie (CCD) abgebildet und deren belastungsbedingte Verschiebung mit hoher Auflösung ermittelt. Der Laser übernimmt dabei die Funktion der Erzeugung eines kontrastreichen Musters, welches charakteristisch für die betrachteten Oberflächenbereiche der Probe ist (Fingerabdruck der Oberfläche). Die Differenz der beiden Verschiebungswerte, bezogen auf die durch den Abstand der beobachteten Bereiche definierte Basislänge, ergibt die gesuchte Dehnung der Probe. Da die Auflösung des Systems mit zunehmender Basislänge besser wird und das Messprinzip aber über eben diese Basislänge mittelt und viele Anwender einen Sensor benötigen, der die Messgröße ortsmäßig auflösen kann, wurde ein in dieser Hinsicht verbessertes Verfahren basierend auf einer Idee von Yamaguchi entwickelt. In diesem Artikel werden Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten beider Systeme gegenübergestellt und diskutiert.

Abstract

In this paper we report on the principle, the measurement set-up, and the applicability of two different laser-speckle strain sensor systems and present selected measurement results. The essential difference between both systems is in their optical set-up. The first system images precisely two laser-illuminated surface spots onto a CCD-camera, which has a well defined geometry and determines with high resolution the load-dependent shift of the surface with respect to the illuminated spots. The laser illumination is used to produce a high contrast speckle pattern which is characteristic for the part of the surface under test (fingerprint of the surface). The difference between both calculated shift values of the surface spots divided by the base length, defined by the distance of the two illuminated surface spots, gives the desired strain value. The achievable resolution of the system improves with increasing base length, but strain values also will be more spatially averaged. Many users require a sensor, which gives local strain information. Therefore our research is aimed at improving this sensor in this respect following up an idea of Yamaguchi. We compare and discuss the features and applicability of both systems.

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Published Online: 2009-09-25
Published in Print: 2003-02-01

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