用于截瘫FES行走的三维上肢力动态测量系统

功能性电刺激(FES)技术已被广泛用于截瘫病人行走能力的恢复,但作为评估截瘫FES行走效率的重要指标,三维上肢力状况的研究至今仍十分有限,亟待深入开展。本文研制出了一套可用于截瘫FES行走的三维上肢力动态测量系统,该系统在一个标准步行器框架上装备有 12个应力应变片电桥,通过专用的隔离放大及A/D转换装置与计算机相连,经过标定后,截瘫FES行走时的上肢支撑力数据就可以被系统实时获得并显示。测力系统在应变片位置的确定以及“冗余-优化”方法的采用等多个方面保证了测量的可靠性和准确性,后续的校准实验显示系统的非线性、交互干扰和力学精度误差分别小于 2. 901%, 3. 188%和 1. 01%。研究中,一例截瘫患者作为志愿者按照正常的FES行走训练程序进行了相关测试,以验证新系统在行走能力评估方面的临床前景,结果表明其可用于: 1)截瘫FES行走效率的评估; 2)病人自我训练的控制指导; 3)作为反馈信号选择一种有效的FES模式和阵列。

基于双目视觉测量技术的三维数字图像相关系统及其应用研究

在对双目视觉技术测量原理以及数字图像相关技术的研究基础之上,借助两台摄像机完成了能够进行结构动态三维变形观测的以双目视觉技术为基础的三维数字图像相关系统,并点出技术应用环节需要注意的要素。进一步地,以10Cr17为对象,通过拉伸实验的开展对系统的应用性能进行了验证。

三维数字图像相关法测量氧化锆陶瓷的弹性模量

利用三维光学应变测量系统(ARAMIS 3D)采集不同载荷下的氧化锆陶瓷的数字图像,并进行相关计算获得了三维应变云图,测得了氧化锆陶瓷的压缩弹性模量。实验结果表明,利用数字图像相关技术可以为脆性的陶瓷材料力学性能提供一个可靠的研究途径。

基于ARAMIS的铝合金拉伸过程声发射特性分析

对5052铝合金板材进行了单向拉伸试验,利用ARAMIS应变测量系统获得了铝合金材料在拉伸过程中的应变场,并同时用声发射检测仪检测了铝合金拉伸过程中的声发射信号。通过分析试件拉伸过程中各个阶段声发射特征信号,对比同时刻ARAMIS所得的应变云图,结合金属学原理,分析了5052铝合金在拉伸过程中各个阶段声发射信号产生的机制。结果表明:ARAMIS应变测量系统和声发射检测仪均能较好地测得5052铝合金在拉伸过程的变形破坏特征,利用ARAMIS应变测量系统测得试件表面吕德斯带的变化规律可以进一步解释试件在拉伸过程中声发射信号产生原因。

低碳钢单轴拉伸实验颈缩段的应力分析

为了深入研究塑性材料在单轴拉伸过程中的颈缩应力分布,结合Aramis三维应变测量系统对Q235钢和Q345钢进行了单轴拉伸实验。基于已有文献的颈缩外形理论,结合实验数据提出了颈缩阶段几何尺寸的变化规律公式,并与传统经验公式进行了对比。采用本文给出的颈缩阶段几何尺寸的变化规律公式计算,Q235钢误差率为27.73%,Q345钢误差率为20.49%;采用传统经验公式计算,Q235钢误差率为64.33%,Q345钢误差率为70.78%。结果表明,本文提出的变化规律公式精确度远高于传统公式精确度。基于此,在考虑材料系数的基础上推导出了包含材料系数的半解析半经验应力分布方程。

数字图像应用于疲劳监测的测量参数研究

钢构件的疲劳监测是钢结构健康监测系统的重要组成部分,而在近年图像采集和数据远程传输技术迅速发展的大环境下,将非接触式数字图像测量和识别技术应用于疲劳监测的研究和进展,受到各方专业人士的关注。为实现通过对数字图像中某种参数变化的识别,在出现可辨识的裂纹之前监测到疲劳异常的目标,设计并加工了Q345qD试件进行疲劳试验。试验过程中采用ARAMIS非接触式三维光学测量系统对观测区域进行动态连续拍照,获得疲劳全过程图像,并将图像在测量系统内部转换为数字作为检测量。对比分析疲劳全过程图像所能够获取的力学指标和获取方法,研究数字图像应变及位移参数的形态和应用可行性;对比静载试验中电测应变片与图像应变测量结果,确定非接触式数字图像测量是否满足应用精度要求;研究试件疲劳过程的应变和位移变化规律,对图像的各种数据进行疲劳过程敏感性分析,研究最优参数指标,确定特征点数据提取方案;验证数字图像技术应用于疲劳监测的可行性和实施方案,兼顾客观性和自动化。研究表明:通过ARAMIS三维数字图像测量系统能够非接触动态采集测量表面的图像数据,所获取的三维应变值满足精度要求;采用提取截面线均值方法能够有效获取钢构件截面名义应变;通过位移指标得到的疲劳异常信息相对较晚,不适合作为疲劳监测的测量参数;确定采用数字图像的应变参数进行疲劳监测具有可行性,提出可在应变等值云图上截取最大应变特征值作为疲劳监测数值系列。所得到的测量数据客观有效、实施性强,是数字图像应用于疲劳监测的最优测量参数。