测试背景

某国家重点实验室承担某超高层建筑缩尺模型的抗震性能研究项目，需在大型液压振动台上模拟地震作用。传统位移传感器（如LVDT、加速度计）仅能获取局部点数据，难以捕捉结构整体变形、扭转效应及关键节点动态响应，亟需高精度、非接触式全场位移测量方案。

技术挑战

高频动态捕捉：地震波主频可高达15Hz，结构响应需≥1000fps采样率

大视场精度：模型尺寸较大（底座3m、高约7m），位移分辨率要求高

复杂工况：强振动导致标记点脱落风险，光照剧烈波动

数据融合：需与传感器数据时空同步，并捕捉结构裂缝萌生、局部屈曲等非线性行为。

新拓三维XTDIC-SPARK三维高速测量系统，高速数字图像相关技术（DIC）实现非接触式位移场高精度动态捕捉。底座位置处布有接触式位移计，对比两种测量方法测试结果，验证高速DIC测量技术的可靠性。

测试目标

高速数字图像相关DIC技术，获取模型关键区域（支撑底座）的三维位移场与应变场；识别结构在破坏性振动中的工作振型与变形模式；与接触式位移计结果交叉对比，量化高速DIC测量精度，建立可靠性标准。

实验设备

实验采用国产先进的超高速数字图像相关DIC系统，高速采集设备由2台高速摄像机组成，用于捕捉振动台结构模型动态图像，并消除反光现象；亚光笔用于在叶片表面制作散斑：DIC软件，用于分析三维位移与振动。

技术实施要点与过程

高速数字图像相关DIC系统与振动台控制系统、接触式位移传感系统，实现精确时域信号同步触发，确保数据时间轴一致。

高速动态拍摄：振动台按照预设地震波进行模拟地震振动。高速摄像机在试验过程中连续高速采集模型表面图像序列。

实验结果

为验证高速DIC测量技术的可靠性，选取了底座、主梁、横梁几个关键位置，将高速DIC提取的关键点位移时程数据，与现场安装的LVDT在同一位置测量结果进行比对。

比对指标：

  • 数据曲线吻合度（包括峰值、相位、波形特征）。
  • 关键位移峰值差值的绝对值和相对误差。
  • 相关性分析（Pearson相关系数等）。

高度一致的时程曲线：高速DIC编码点测量的位移时程曲线，与对应的LVDT曲线在波形、相位上展现出极高的同步性与相似性（见下方典型曲线图）。

位移计测量值

高速DIC测量系统测量值（329-349）差值

实验结论

实验验证：利用超高速数字图像相关DIC系统，可获取振动台动态载荷下结构模型的三维位移与振动数据，实测结果与LVDT测量结果趋势高度一致，有效验证了高速DIC技术测试的可靠性，为研究振动台模型振动特性，规避策略避免共振提供实验依据。

高速数字图像相关DIC技术的应用，单次试验获取数据量相当于大量传统传感器，节省布设时间，并实现振动台试验中‘看得见’的位移与振动振型演化过程，为可恢复性抗震设计提供了全新观测维度。