이 작업은 JSPS KAKENHI, 교부금 번호 JP16K17988 및 JP16K05996 및 내각부가 운영하는 구조적 재료 (SIP-IMASM)에 대한 혁신적인 측정 및 분석의 D66 부서 간 전략적 혁신 진흥 프로그램에 의해 지원되었습니다. 저자는 또한 Drs에게 감사하고 있습니다. NIMS의 Kishimoto Satoshi와 Naito Kimiyoshi의 CFRP 자료.

1. 시편의 미세 나노 눈금 확인 <ol><li> 시편의 가공 <ol><li> 현미경 ( 예 : 1x5x30mm3)에서 사용되는 특정 로딩 장치에 필요한 크기로 표본을 자르고 관찰 할 표면을 관심 영역보다 1.5x 크게 만듭니다. </li><li> 자동 폴리싱 기계 ( 예 : SiC 호 320 번을 3 분간, # 800을 150 rpm으로 1 분간 사용)에 거친 미세한 모래지를 사용하여 관측 할 표본 표면을 관찰합니다 ( 예 : 1 x 30mm 2 ). 30 N). 각 연마 단계 후에 물을 사용하여 시험편을 청소하십시오. </li><li> 동일한 시험편 표면을 자동 연마기 ( 예 : 5 분 동안 DP- 스프레이 P 15 μm, 8 분 동안 P 1 μm, 150 rpm에서 10 분 동안 P 0.25 μm 사용)에 대해 거친 연마제 및 미세 연마제를 사용하여 연속 연마합니다. 30 N). 각 연마 후 물로 표본을 닦으십시오.g 단계. </li></ol></li><li> 샘플에주기적인 패턴이 없다면 Micro / Nano-scale Grid의 제작 참고 : 자연스러운주기 패턴이 시편 표면의 마이크로 / 나노 스케일에 존재하는 경우이 단계를 생략 할 수 있습니다. 자외선 (UV) 또는 가열 나노 임프린트 리소그래피 (NIL) 26 , 전자 빔 리소그래피 (EBL) 2 및 집속 이온 빔 (FIB) 밀링 6 에서 그리드 제조 방법을 선택하십시오. 참고 : 예를 들어 UV NIL을 사용하여 그리드 제조 프로세스를 소개합니다. <ol><li> 피펫을 사용하여 시료 표면에 UV 레지스트 2 mL를 떨어 뜨립니다. </li><li> 스핀 코터를 사용하여 1,500 rpm에서 60 초 동안 시편 표면의 레지스트를 코팅합니다. </li><li> 0.2 MPa의 압력에서 나노 임프린트 금형을 레지스트 층에 눌러 라. 30 초 동안 375 nm 파장의 UV에 레지스트를 노출 시키십시오. </li><li> 나노 임프린트 금형을 시편 표면과 분리하십시오. </li></ol&gt; </li><li> 현미경을 이용한 시편 격자의 관찰 <ol><li> 이온 코터를 사용하여 그리드 표면에 3-10 nm 두께의 백금 또는 금층을 코팅합니다 ( 예 : 3 Pa에서 30 초 동안 스퍼터링 전류 30 mA로 코팅). </li><li> 표본을 레이저 스캐닝 현미경 (LSM) 23에 놓습니다. 참고 : 투과 전자 현미경 (TEM) 5 , 원자력 현미경 (AFM) 12 또는 주사 전자 현미경 (SEM) 7 과 같은 다른 현미경도 사용할 수 있습니다. </li><li> 현미경의 이미지 레코딩 소프트웨어에서 &quot;Capture&quot;및 &quot;File | Export | Image File&quot;을 클릭하여 현미경을 사용하여 포커스를 조정하고 하나의 격자 이미지를 저장합니다. </li></ol></li><li> 격자 이미지로부터 표본의 격자 피치 (nm 또는 μm) 계산 <ol><li> 10 gr 이상의 평균값 계산ID는 주사 또는 렌즈 왜곡의 잠재적 인 영향을 피하기 위해 그리드 이미지의 중앙 영역에 투구됩니다. 참고 : 표본의 그리드는 실온에서 며칠 동안 저장할 수 있습니다. </li></ol></li></ol> 2. 적재 시험에서 격자 이미지 획득 <ol><li> 현미경으로 하중 시험 준비 <ol><li> 현미경으로 인장, 압축, 가열 또는 전기 적재 장치와 같은 로딩 장치에 시편을 고정시킵니다. 참고 : 그리드 피치가 20 nm보다 작 으면 TEM 또는 AFM을 사용해야합니다. 그리드 피치가 20nm 내지 10㎛이면, SEM이 사용될 수있다. 그리드 피치가 400 nm보다 크면 LSM을 사용할 수 있습니다. </li><li> 특정 요구 사항에 따라 하중 속도 ( 예 : 0.01 mm / s)와 하중 또는 변위 증분 단계 ( 예 : 0.5 N / 단계 또는 0.024 mm / 단계)를 설정하십시오. 하중과 변위를 모두 0으로 미리 설정하십시오. </li><li> 그리드 서핑 만들기관측 평면에 에이스. 현미경의 샘플 스테이지를 움직이거나 회전시켜 낮은 배율에서 관심 영역을 선택하십시오. </li><li> 이미지의 격자 피치를 1.8 x 1 픽셀 크기보다 크게하여 적절한 배율을 선택하십시오. 참고 : 일반적으로 이미지의 격자 피치를 2 픽셀 이상으로 만드는 것이 좋습니다. 하나의 격자 피치가 더 많은 픽셀에 해당할수록, 변형 측정의 정확도가 높아지지만 측정 시야가 더 작아집니다. </li></ol></li><li> 로딩 테스트에서 그리드 이미지 모음 <ol><li> 현미경의 이미지 레코딩 소프트웨어에서 &quot;Capture&quot;및 &quot;File | Export | Image File&quot;을 클릭하여로드하기 전에 관심 영역의 그리드 이미지를 저장하십시오. </li><li> 로드 장치의 운영 소프트웨어를 사용하여 첫 번째로드 단계 ( 예 : 0.5 N 또는 0.024 mm)를 실행하여 현미경에 시편을로드하기 시작합니다. </li><li> 기록현미경의 이미지 기록 소프트웨어에서 &quot;Capture&quot;및 &quot;File | Export | Image File&quot;을 클릭하여 첫 번째로드 단계 ( 예 : 0.5 N 또는 0.024 mm) 후 관심 영역의 그리드 이미지를 정렬하십시오. 현미경의 배율과 작동 거리가 변하지 않도록하십시오. </li><li> 적재 장치를 사용하여 각 적재 단계를 수행하여 시험편을 계속 적재하십시오. 시편이 깨지거나 일정 값에 도달 할 때까지 ( 예 : 1 N, 1.5 N, 2.0 N, ..., 10 N, 19 간격으로로드하고 0.5 간격으로 19 개 격자 이미지를 기록 할 때까지) N, 또는 0.048mm, 0.072mm, 0.096mm, ..., 0.48mm, 0.024mm 간격). 현미경의 배율과 작동 거리가 변하지 않았는지 확인하십시오. 참고 : 그리드 이미지는 임의의 시간 동안 저장할 수 있습니다. </li></ol></li></ol> 3. Def 전후 모아레 무늬 샘플링 생성정사 <ol><li> 격자 이미지의 격자 피치 (픽셀) 추정 <ol><li> 이미지 처리 소프트웨어 ( 예 : Microsoft 그림판)에서 인접한 두 격자 점의 중심 사이의 거리를 측정하여로드하기 전에 격자 이미지의 격자 피치 (단위 : 픽셀)를 계산합니다. </li><li> 최대 부하에서 그리드 이미지의 그리드 피치를 추정합니다. </li></ol></li><li> 샘플링 피치 (픽셀)의 결정 <ol><li> 변형 전후의 그리드 피치가 1.8 ~ 2.5 픽셀 일 때 3.2.2 단계로 이동합니다. 변형 전후의 그리드 피치가 2.4 ~ 3.6 픽셀 인 경우 3.2.3 단계로 건너 뜁니다. 변형 전후의 그리드 피치가 3.2 픽셀보다 큰 경우 3.2.4 단계로 건너 뜁니다. </li><li> 샘플링 피치를 T = 2 픽셀로 설정하십시오. 3.3 단계로 건너 뜁니다. </li><li> 샘플링 피치를 T = 3 픽셀로 설정하십시오. 3.3 단계로 건너 뜁니다. </li><li> 샘플링 피치 T 를 양수로 설정하십시오.풍부한 시뮬레이션 결과로 결정된, 변형 전후의 그리드 피치의 0.75 배와 1.25 배의 정수. 참고 : 3.2.1 및 3.2.4 단계의 요구 사항을 충족하는 2 개의 양의 정수가있는 경우 큰 정수를 샘플링 피치로 선택하는 것이 좋습니다. 요구 사항을 충족시키는 3 개 이상의 양의 정수가있는 경우 샘플링 피치보다 약간 큰 중간 정수를 선택하는 것이 좋습니다. </li></ol></li><li> 변형 전 샘플링 모아레 줄무늬 생성 <ol><li> 변형되기 전에 그리드 이미지를 엽니 다. x 방향을 우측으로, y 방향을 수직 방향으로하고, 좌표 (0, 0)를 좌상 구석으로하고, x 방향의 화상 폭 W 및 y 방향의 상 높이 H 를 산출한다 . 참고 : y 방향은 다음과 같이 정의 할 수도 있습니다.수직 상향으로. </li><li> 3.3.3 단계로 이동하여 모아레 무늬를 y 방향으로 생성합니다. x 방향으로 모아레 무늬를 생성하려면 3.3.7 단계로 건너 뜁니다. </li><li> 저역 통과 필터 (LPF)를 사용하여 그리드 이미지를 격자 이미지로 처리합니다. 예를 들어 FT 알고리즘을 사용하여 주 방향이 x 인 격자를 억제합니다. 주 방향은 격자 선에 수직 인 방향으로 정의됩니다. 필터 크기를 그리드 피치에 가깝게 설정하십시오. </li><li> y = k 픽셀 ( k = 0) ( 그림 1 )에서 샘플링 피치 T ( T ≥2)의 간격을 사용하여 여러 가로선의 회색 값만 추출하여 그리드 이미지를 엷게 만듭니다. y = k 픽셀, y = k + T 픽셀, ..., y = k + iT 픽셀의 샘플링 라인에서의 값, 여기서 i 는 a양의 정수). 마지막 샘플링 라인 k + iT 의 좌표를 이미지 높이 H 보다 작게 만듭니다. </li><li> 수평 샘플링 라인으로 이미지의 전계 강도 보간 (선형 또는 B 스플라인)을 수행하여 y 방향으로 샘플링 모아레 패턴을 생성합니다. </li><li> 1 픽셀의 증분 단계에서 k 를 변경하여 3.3.4 및 3.3.5 T -1 번 단계를 반복하여 y 방향으로 다른 T -1 샘플링 모아레 패턴을 생성합니다 ( 예 : 시닝의 시작점을 y = k로 이동). k = 1, ..., T -1)을 생성한다. </li><li> 단계 3.3.3에서 x 를 y 로 변경하고, 이미지 높이 H 를 이미지 너비 W 로 변경하여 3.3.3-3.3.6 단계와 동일한 절차를 사용하여 x 방향으로 T- 스텝 공간 위상 이동 샘플링 모아레 패턴을 생성합니다 단계 3.3에서 y 를 x 로 변경합니다.4-3.3.6. 참고 : x 방향의 샘플링 피치는 y 방향의 샘플링 피치와 다를 수 있습니다. </li></ol></li><li> 변형 후 샘플링 모아레 줄무늬의 생성 <ol><li> 다른로드에서 모든 그리드 이미지를 엽니 다. 격자 이미지의 수가 N 이라고 가정합니다. </li><li> 3.3.3-3.3.6 단계를 반복하여 Y 방향으로 T- 스텝 공간 위상 이동 모아레 무늬의 N 그룹을 생성합니다. </li><li> 3.3.7 N 단계를 반복하여 x 방향으로 T- 스텝 공간 위상 이동 모아레 무늬의 N 그룹을 생성합니다. </li></ol></li></ol> 4. 하중 시험시 시편의 변형 측정 <ol><li> 변형 전후의 모아레 무늬의 강도 측정 <ol><li> t에서 변형되기 전에 T- step 모아레 무늬의 강도를 추출합니다.3.3.5 및 3.3.6 단계에서 y 방향; 단계 3.3.7에서 x 방향의 므와 르 강도를 결정한다. 다음 방정식 23을 사용하여 j ( j = x , y ) 방향으로 변형하기 전의 T- 스텝 (T≥2) 모아레 강도를 기술하십시오. <img alt="방정식 1" src="/files/ftp_upload/55739/image001.jpg" /> (1) 여기서 p j 는 j ( j = x , y ) 방향에서 변형되기 전의 그리드 피치, A 는 변조 된 진폭, D 는 배경 및 고주파 강도를 포함합니다. </li><li> 단계 3.4.2에서 y 방향 변형 후 T- 스텝 모아레 무늬의 강도를 추출하고 3.4.3 단계에서 x 방향의 모아레 강도를 결정합니다. 변형 후 T- step (T≥2) 모아레 강도를 기술하십시오.J ( k ), pj, A 및 D 를 I &#39;m, j ( k ), p &#39;로 변경함으로써 상기 식 (식 1)과 동일한 방정식을 사용하여 j ( j = x , y ) j , A &#39;, D &#39;와 같이 나타낼 수있다. 참고 : 샘플링 피치가 3 픽셀 이상인 경우이 단계를 무시하고 4.3 단계로 건너 뜁니다. </li></ol></li><li><ol><li> 다음의 식 23을 사용하여 변형 이전에 2 단계 샘플링 모아레 강도 ( 그림 1a ) 간의 곱셈 간섭으로부터 곱셈 모아레 무늬를 재구성합니다 <img alt="등식 2" src="/files/ftp_upload/55739/image002.jpg" /> (2) 여기서 나는 멀티, j 는 강도 o를 의미한다.f : 변형 전의 j ( j = x , y ) 방향으로 재구성 된 곱셈 모아레 줄무늬. </li><li> 프린지 센터링 기술을 사용하여 변형하기 전에 재구성 된 다중화 모아레 줄무늬를 처리합니다 24 . 연속 된 정수와 반 정수 fj = [1, 1.5, 2, 2.5, ...]를 재구성 된 곱셈 모아레의 중심선에서 프린지 순서에 할당하십시오. 참고 : 곱셈 모아레 무늬가 너무 조밀하면 두 단계 샘플링 모아레의 프린지 순서가 먼저 결정될 수 있습니다 ( 즉, f j ( 0) = [1, 0, 2, 0, 3, 0, ...] 및 fj (1) = [0, 1.5, 0, 2.5, 0, 3.5, ...]). 곱셈 모아레 줄무늬의 프린지 순서는 fj = fj (0) + fj (1) = [1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, ...]가 될 것이다. 강체 변위는 변형률 결과에 영향을 미치지 않습니다. </li><li> 다음 식 23을 사용하여 샘플링 피치에 대한 변형 이전의 시험편의 상대 변형률을 측정합니다 <img alt="등식 3" src="/files/ftp_upload/55739/image003.jpg" /> (삼) <img alt="등식 4" src="/files/ftp_upload/55739/image004.jpg" /> (4) 여기서 u j _rela 와 ε j _rela 는 각각 j ( j = x , y ) 방향에서의 변형 전의 시편의 상대 변위와 상대 변형률을 나타내고, γ xy _rela는 변형 전의 상대 전단 변형률을 나타낸다. </li><li> I multi, j , I m, j (0), I m, j를 변화시켜 N 회 동안 x 및 y 방향으로 변형시킨 후 시험편의 상대 변형을 결정하기 위해 4.2.1-4.2.3 단계를 반복 한다. </(2) - (4)에서 I &#39; multi, j , I &#39; , j &#39; , j &#39; , j &#39; y &#39;), ε&#39;j_rela , 및 γ &#39; xy_rela 를 각각 사용하여, 각각 m, j (0), I &#39;m, j (1), p&#39;j , A &#39;, D &#39; 여기서 위 첨자 단일 인용 부호는 변형 이후를 의미합니다. </li><li> j ( j = x , y ) 방향의 실제 수직 변형량 ε j 를 결정합니다.이 방향은 격자 피치와 전단 변형률 γ xy 의 상대 변화입니다.e 변형 전후의 상대 변형률에 의한 하중에 의한 시험편의 그리드 각도 변화 20 . <img alt="등식 5" src="/files/ftp_upload/55739/image005.jpg" /> (5) <img alt="등식 6" src="/files/ftp_upload/55739/image006.jpg" /> (6) </li></ol></li><li> 변형 측정 샘플링 피치가 T ≥ 3 픽셀 인 경우 <ol><li> 공간 위상 이동 기술을 사용하여 k = 0 일 때 변형 이전에 j ( j = x , y ) 방향으로 샘플링 모아레 무늬의 위상을 계산합니다 ( 그림 1b ). <img alt="등식 7" src="/files/ftp_upload/55739/image007.jpg" /> (7) </li><li> φ = m 을 대입하여 k = 0 일 때 변형 후 j ( j = x , y ) 방향으로 샘플링 모아레 무늬의 위상을 얻는다 . <e위첨자 단일 인용 부호가 변형 이후를 의미하는 φ &#39; m, j 및 I &#39;m, j ( k )로 각각 식 (7)에서 I m, j 및 I m, j ( k ) N 개의 로드에 대해 N 번 반복합니다. 참고 : 4.3.1 및 4.3.2 단계의 위상 분포에 너무 많은 무작위 노이즈가있는 경우 sin / cos 필터 25 를 사용하여 위상을 평활화 할 수 있습니다. </li><li> 변형 전후의 j ( j = x , y ) 방향 ( 즉, Δ φ m, j = φ m, j - φ m, j )에서의 샘플링 모아레 무늬의 위상차를 결정한다. </li><li> 변위의 분포 u j , 정상 변형 ε j 를 <em&gt; j ( j = x , y ) 방향과 하중에 의한 시편의 전단 변형률 γ xy 를 구한다. 다음 방정식 6 , 21을 사용하십시오. <img alt="등식 8" src="/files/ftp_upload/55739/image008.jpg" /> (8) <img alt="등식 9" src="/files/ftp_upload/55739/image009.jpg" /> (9) <img alt="등식 10" src="/files/ftp_upload/55739/image010.jpg" /> (10) 참고 : 변형률 분포에 너무 많은 노이즈가있는 경우 필터 크기가 2 그리드 피치보다 작은 평균 평활화 필터를 사용할 수 있습니다. </li></ol></li><li> 결과 저장소 <ol><li> .tif 또는 .bmp 파일과 같은 이미지 형식 및 .txt 또는 .csv와 같은 텍스트의 모아레 무늬, 위상 (샘플링 피치가 T ≥3 픽셀 일 때), 변위 및 변형을 저장합니다. 파일. </li></ol></li></ol>

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Technol. 24 (3), 035402 (2013).</li><li>Wang, Q., Ri, S., Takashita, Y., Ogihara, S., Yoshida, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chapter+33:+Full-field+measurements+of+principal+strains+and+orientations+using+moir&#233;+fringes.">Chapter 33: Full-field measurements of principal strains and orientations using moir&#233; fringes.</a> Advancement of Optical Methods in Experimental Mechanics. 3, 251-259 (2017).</li><li>Wang, Z., Han, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advanced+iterative+algorithm+for+phase+extraction+of+randomly+phase-shifted+interferograms.">Advanced iterative algorithm for phase extraction of randomly phase-shifted interferograms.</a> Opt. Lett. 29 (14), 1671-1673 (2004).</li><li>Wang, Q., Xie, H., Hu, Z., Zhang, J., Sun, J., Liu, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Residual+thermo-creep+deformation+of+copper+interconnects+by+phase-shifting+SEM+moir&#233;+method.">Residual thermo-creep deformation of copper interconnects by phase-shifting SEM moir&#233; method.</a> Appl. Mech. Mater. 83, 185-190 (2011).</li><li>Ri, S., Fujigaki, M., Morimoto, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sampling+moir&#233;+method+for+accurate+small+deformation+distribution+measurement.">Sampling moir&#233; method for accurate small deformation distribution measurement.</a> Exp. Mech. 50 (4), 501-508 (2010).</li><li>Ri, S., Muramatsu, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Theoretical+error+analysis+of+the+sampling+moir&#233;+method+and+phase+compensation+methodology+for+single-shot+phase+analysis.">Theoretical error analysis of the sampling moir&#233; method and phase compensation methodology for single-shot phase analysis.</a> Appl. Opt. 51 (16), 3214-3223 (2012).</li><li>Wang, Q., Ri, S., Tsuda, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Digital+sampling+Moir&#233;+as+a+substitute+for+microscope+scanning+Moir&#233;+for+high-sensitivity+and+full-field+deformation+measurement+at+micron/nano+scales.">Digital sampling Moir&#233; as a substitute for microscope scanning Moir&#233; for high-sensitivity and full-field deformation measurement at micron/nano scales.</a> Appl. Opt. 55 (25), 6858-6865 (2016).</li><li>Dai, F., Wang, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automatic+fringe+patterns+analysis+using+digital+processing+tehniques:+I+fringe+center+method.">Automatic fringe patterns analysis using digital processing tehniques: I fringe center method.</a> Acta Photonica Sinica. 28, 700-706 (1999).</li><li>Gutmann, B., Weber, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phase-shifter+calibration+and+error+detection+in+phase-shifting+applications:+a+new+method.">Phase-shifter calibration and error detection in phase-shifting applications: a new method.</a> Appl. Opt. 37 (32), 7624-7631 (1998).</li><li>Wang, Q., Kishimoto, S., Tanaka, Y., Kagawa, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micro/submicro+grating+fabrication+on+metals+for+deformation+measurement+based+on+ultraviolet+nanoimprint+lithography.">Micro/submicro grating fabrication on metals for deformation measurement based on ultraviolet nanoimprint lithography.</a> Opt. Lasers Eng. 51 (7), 944-948 (2013).</li><li>Min-Jin, T., Hui-Min, X., Yan-Jie, L., Xiao-Jun, L., Dan, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+grating+fabrication+technique+on+metal+films+using+UV-nanoimprint+lithography.">A new grating fabrication technique on metal films using UV-nanoimprint lithography.</a> Chin. Phys. Lett. 29 (9), 098101 (2012).</li></ol>

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설명 된 기술에서 표본에 주기적 패턴이없는 경우 도전 과제 중 하나는 도전 과제 인 마이크로 / 나노 스케일 그리드 또는 격자 (그리드로 약칭 ) 입니다. 그리드 피치는 변형 측정에 중요한 매개 변수이기 때문에 변형 전에 일정해야합니다. 재료가 금속, 금속 합금 또는 세라믹 인 경우, UV 또는 가열 나노 임프린트 리소그래피 (NIL) ( 27) , 전자빔 리소그래피 (EBL) ...

마이크로 / 나노 스케일 변형 측정은 기계적 특성, 불안정한 거동, 잔류 응력 및 첨단 소재의 균열 발생을 평가하는 데 필수적입니다. 광학 기술은 비접촉, 전계 및 비파괴이므로 지난 수십 년 동안 변형 측정을 위해 다양한 광학 방법이 개발되었습니다. 최근, 마이크로 / 나노 스케일 변형 측정 기술은 주로 모아레 법 1 , 2 , 3 , 4 , 기하 위상 분석 (GPA) 5 , 6 , 푸리에 변환 (FT), 디지털 이미지 상관 (DIC) 전자 스펙 클 패턴 간섭계 (ESPI). 이 기술들 중에서 GPA와 FT는 다중 주파수가 존재하기 때문에 복잡한 변형 측정에 적합하지 않습니다. DIC 방법은 sim입니다.변형 캐리어가 랜덤 스페 클 (random speckle)이기 때문에 소음에 대한 무력감. 마지막으로 ESPI는 진동에 매우 민감합니다. 마이크로 / 나노 스케일의 모아레 법 중에서 가장 일반적으로 사용되는 방법은 전자 스캐닝 모아레 7 , 8 , 9 , 레이저 스캐닝 모아레 10 , 11 및 원자 힘 현미경 (AFM) 모아레 12 와 같은 현미경 스캐닝 모아레 법입니다 , 디지털 / 겹침 모아레 13 , 14 , 15 방법 및 곱셈 / 분수 모아레 방법 16 , 17 과 같은 현미경 기반의 모아레 방법이 있습니다. 스캔 모아레 방법은 넓은 시야, 높은 해상도lution, 무작위 소음에 둔감합니다. 그러나 기존의 스캔 모아레 방법은 샘플 스테이지 또는 스캔 방향을 90 ° 회전시키고 두 방향으로 모아레 무늬를 생성하기 위해 두 번 스캔해야하기 때문에 2D 변형 측정에 불편합니다 18 . 회전 및 이중 스캐닝 프로세스는 회전 오차를 유발하고 오랜 시간이 걸리며 2D 변형의 측정 정확도, 특히 전단 응력에 심각하게 영향을 미칩니다. 시간 위상 시프트 기술 19 , 20 은 변형 측정 정확도를 향상시킬 수 있지만 동적 테스트에 부적합한 시간 및 특수 위상 시프트 장치가 필요합니다. 샘플링 모아레 법 (21 , 22) 은 변위 측정에서 높은 정확도를 가지며, 현재 자동차 p나귀. 샘플링 모아레 법을 마이크로 / 나노 스케일 2D 스트레인 측정으로 확장하기 위해 2 픽셀 샘플링 모아레 무늬로부터 재구성 된 멀티 플라이어 모아레 법이 새로 개발되었으며이 측정법은 측정 값이 두 배로 민감하며 스캔 모아레 법이 유지된다. 또한 공간 위상 편이 샘플링 모아레 법은 다중 픽셀 샘플링 모아레 무늬로부터 개발되어 고정밀 변형률 측정이 가능합니다. 이 프로토콜은 상세한 변형률 측정 절차를 소개하며 연구원 및 엔지니어가 변형 측정 방법을 배우고 재료 및 제품의 제조 프로세스를 개선하는 데 도움이 될 것으로 기대됩니다.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="737">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:208px;">Automatic Polishing Machine</td>
			<td style="width:161px;">Marumoto Struers K.K.</td>
			<td style="width:201px;">LaboPol-30, Labor Force-100</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="34">
			<td height="34" style="height:34px;width:208px;">Carbon Fiber Reinforced Plastic</td>
			<td style="width:161px;">Mitsubishi Plastics, Inc.&#160;</td>
			<td style="width:201px;">HYEJ16M95DHX1</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="85">
			<td height="85" style="height:85px;width:208px;">Computer</td>
			<td style="width:161px;">DELL Japan</td>
			<td style="width:201px;">VOSTRO</td>
			<td style="width:167px;">Can be replaced with another computer with C++ programming language</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:208px;">Image Recording Software</td>
			<td style="width:161px;">Lasertec Corporation</td>
			<td style="width:201px;">LMEYE7</td>
			<td style="width:167px;">Installed in a laser scanning microscope</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:208px;">Ion Coater</td>
			<td style="width:161px;">Japan Electron Optics Laboratory Ltd.</td>
			<td style="width:201px;">JEC3000F</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:208px;">Laser Scanning Microscope</td>
			<td style="width:161px;">Lasertec Corporation</td>
			<td style="width:201px;">OPTELICS HYBRID</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="90">
			<td height="90" style="height:90px;width:208px;">Nanoimprint Device</td>
			<td style="width:161px;">Japan Laser Corporation&#160;</td>
			<td style="width:201px;">EUN-4200</td>
			<td style="width:167px;">Can be replaced with a electron beam lithography device or a focused ion beam milling device</td>
		</tr>
		<tr height="90">
			<td height="90" style="height:90px;width:208px;">Nanoimprint Mold</td>
			<td style="width:161px;">SCIVAX Corporation</td>
			<td style="width:201px;">3.0&#956;m pitch</td>
			<td style="width:167px;">Customized</td>
		</tr>
		<tr height="90">
			<td height="90" style="height:90px;width:208px;">Nanoimprint Resist</td>
			<td style="width:161px;">Toyo Gosei Co., Ltd&#160;</td>
			<td style="width:201px;">PAK01</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:208px;">Polishing Solution</td>
			<td style="width:161px;">Marumoto Struers K.K.</td>
			<td style="width:201px;">DP-Spray P 15&#956;m, 1&#956;m, 0.25&#956;m</td>
			<td>Use from coarse to fine</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:208px;">Pipet</td>
			<td style="width:161px;">AS ONE Corporation</td>
			<td style="width:201px;">10mL</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:208px;">Sand Paper</td>
			<td style="width:161px;">Marumoto Struers K.K.</td>
			<td style="width:201px;">SiC Foil #320, #800</td>
			<td>Use from coarse to fine</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:208px;">Spin Coater</td>
			<td>MIKASA Corporation</td>
			<td style="width:201px;">MS-A100</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

micro/nano-scale strain distribution measurement from sampling moir&#233; fringes

이 연구는 전장 마이크로 / 나노 스케일 변형 측정을위한 샘플링 모아레 기법의 측정 절차와 원리를 설명합니다. 개발 된 기법은 두 가지 방식으로 수행 될 수 있습니다 : 재구성 된 곱셈 모아레 법 또는 공간 위상 변이 샘플링 모아레 법 사용. 표본 그리드 피치가 약 2 픽셀 인 경우, 2- 픽셀 샘플링 모아레 무늬가 생성되어 변형 측정을위한 곱셈 모아레 패턴을 재구성합니다. 변위 및 변형 감도는 동일한 넓은 시야에서 기존 스캐닝 모아레 방법보다 두 배 높습니다. 표본 그리드 피치가 3 픽셀 이상이거나 또는 그보다 크면 다중 픽셀 샘플링 모아레 무늬가 생성되고 공간 위상 변이 기술이 전체 필드 변형 측정을 위해 결합됩니다. 변형률 측정 정확도가 크게 향상되고 자동 배치 측정을 쉽게 수행 할 수 있습니다.두 가지 방법 모두 기존의 모아레 기법과 같이 표본 또는 주사선을 회전시키지 않고 단일 샷 그리드 이미지에서 2 차원 (2D) 변형률 분포를 측정 할 수 있습니다. 예를 들어 두 탄소 섬유 강화 플라스틱 시험편의 전단 변형률을 포함한 2D 변위 및 변형률 분포를 3 점 굽힘 시험에서 측정했습니다. 제안 된 기술은 다양한 재료의 기계적 성질, 균열 발생 및 잔류 응력의 비파괴적인 정량 평가에 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.

2 개의 탄소 섬유 강화 플라스틱 (CFRP) 시편 (# 1 및 # 2)의 2D 변위 및 변형률 분포는 모아레 형성 원리 23 및 측정 프로세스 ( 그림 1 )에 따라 측정되었습니다. CFRP 시험편은 직경이 10-11 μm 인 K13D 탄소 섬유와 에폭시 수지로 만들어졌다. CFRP # 1의 변형은 2 단계 샘플링 모아레 무늬에서 재구성 된 곱셈 모아레 법을 사용하여 결정되었고, ...

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Micro/Nano-scale Strain Distribution Measurement from Sampling Moir&#233; Fringes

마이크로 / 나노 스케일에서 고정밀 변형률 분포 측정을위한 2 픽셀 및 다중 픽셀 샘플링 방법을 특징으로하는 샘플링 모아레 기법이 여기에 제시됩니다.

샘플링 모아레 프린지에서의 마이크로 / 나노 스케일 변형률 측정

This work describes the measurement procedure and principles of a sampling moir&#233; technique for full-field micro/nano-scale deformation measurements. ...

micronano-scale-strain-distribution-measurement-from-sampling-moir

Research

JoVE Journal

Engineering

12.2K 조회수.  National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST).  마이크로 / 나노 스케일에서 고정밀 변형률 분포 측정을위한 2 픽셀 및 다중 픽셀 샘플링 방법을 특징으로하는 샘플링 모아레 기법이 여기에 제시됩니다. 

비디오: Micro/Nano-scale Strain Distribution Measurement from Sampling Moiré Fringes

Measurement of Scattering Nonlinearities from a Single Plasmonic Nanoparticle

Plasmonics, which are based on the collective oscillation of electrons due to light excitation, involve strongly enhanced local electric fields and thus have potential applications in nonlinear optics, which requires extraordinary optical intensity. One of the most studied nonlinearities in plasmonics is nonlinear absorption, including saturation and reverse saturation behaviors. Although scattering and absorption in nanoparticles are closely correlated by the Mie theory, there has been no report of nonlinearities in plasmonic scattering until very recently. 
Last year, not only saturation, but also reverse saturation of scattering in an isolated plasmonic particle was demonstrated for the first time. The results showed that saturable scattering exhibits clear wavelength dependence, which seems to be directly linked to the localized surface plasmon resonance (LSPR). Combined with the intensity-dependent measurements, the results suggest the possibility of a common mechanism underlying the nonlinear behaviors of scattering and absorption. These nonlinearities of scattering from a single gold nanosphere (GNS) are widely applicable, including in super-resolution microscopy and optical switches. 
In this paper, it is described in detail how to measure nonlinearity of scattering in a single GNP and how to employ the super-resolution technique to enhance the optical imaging resolution based on saturable scattering. This discovery features the first super-resolution microscopy based on nonlinear scattering, which is a novel non-bleaching contrast method that can achieve a resolution as low as l/8 and will potentially be useful in biomedicine and material studies.

Saturable and reverse saturable scattering were discovered in isolated plasmonic particles and adopted as a novel non-bleaching contrast method in super-resolution microscopy. Here the experimental procedures of detecting and extracting nonlinear scattering are explained in detail, as well as how to enhance resolution with the aid of saturated excitation microscopy.

단일 플라즈몬 나노 입자에서 비선형 산란 측정

Plasmonics, which are based on the collective oscillation of electrons due to light excitation, involve strongly enhanced local electric fields and thus ...

연구

공학

Experimental Methods for Investigation of Shape Memory Based Elastocaloric Cooling Processes and Model Validation

Shape Memory Alloys (SMA) using elastocaloric cooling processes have the potential to be an environmentally friendly alternative to the conventional vapor compression based cooling process. Nickel-Titanium (Ni-Ti) based alloy systems, especially, show large elastocaloric effects. Furthermore, exhibit large latent heats which is a necessary material property for the development of an efficient solid-state based cooling process. A scientific test rig has been designed to investigate these processes and the elastocaloric effects in SMAs. The realized test rig enables independent control of an SMA&#39;s mechanical loading and unloading cycles, as well as conductive heat transfer between SMA cooling elements and a heat source/sink. The test rig is equipped with a comprehensive monitoring system capable of synchronized measurements of mechanical and thermal parameters. In addition to determining the process-dependent mechanical work, the system also enables measurement of thermal caloric aspects of the elastocaloric cooling effect through use of a high-performance infrared camera. This combination is of particular interest, because it allows illustrations of localization and rate effects &#8212; both important for efficient heat transfer from the medium to be cooled.
The work presented describes an experimental method to identify elastocaloric material properties in different materials and sample geometries. Furthermore, the test rig is used to investigate different cooling process variations. The introduced analysis methods enable a differentiated consideration of material, process and related boundary condition influences on the process efficiency. The comparison of the experimental data with the simulation results (of a thermomechanically coupled finite element model) allows for better understanding of the underlying physics of the elastocaloric effect. In addition, the experimental results, as well as the findings based on the simulation results, are used to improve the material properties.

Experimental methods for investigation of solid state cooling processes and characterization of elastocaloric material properties of Shape Memory Alloys (SMA) are presented. A custom-built test rig has been designed for controlling and comprehensive monitoring of elastocaloric cooling processes. Furthermore, it provides a validation platform for thermomechanically coupled modeling approaches.

형상 기억의 조사를 기반으로 Elastocaloric 냉각 프로세스 및 모델 검증을위한 실험 방법

Shape Memory Alloys (SMA) using elastocaloric cooling processes have the potential to be an environmentally friendly alternative to the conventional vapor ...

Strain Sensing Based on Multiscale Composite Materials Reinforced with Graphene Nanoplatelets

The electrical response of NH2-functionalized graphene nanoplatelets composite materials under strain was studied. Two different manufacturing methods are proposed to create the electrical network in this work: (a) the incorporation of the nanoplatelets into the epoxy matrix and (b) the coating of the glass fabric with a sizing filled with the same nanoplatelets. Both types of multiscale composite materials, with an in-plane electrical conductivity of ~10-3 S/m, showed an exponential growth of the electrical resistance as the strain increases due to distancing between adjacent functionalized graphene nanoplatelets and contact loss between overlying ones. The sensitivity of the materials analyzed during this research, using the described procedures, has been shown to be higher than commercially available strain gauges. The proposed procedures for self-sensing of the structural composite material would facilitate the structural health monitoring of components in difficult to access emplacements such as offshore wind power farms. Although the sensitivity of the multiscale composite materials was considerably higher than the sensitivity of metallic foils used as strain gauges, the value reached with NH2 functionalized graphene nanoplatelets coated fabrics was nearly an order of magnitude superior. This result elucidated their potential to be used as smart fabrics to monitor human movements such as bending of fingers or knees. By using the proposed method, the smart fabric could immediately detect the bending and recover instantly. This fact permits precise monitoring of the time of bending as well as the degree of bending.

The integration of conductive nanoparticles, such as graphene nanoplatelets, into glass fiber composite materials creates an intrinsic electrical network susceptible to strain. Here, different methods to obtain strain sensors based on the addition of graphene nanoplatelets into the epoxy matrix or as a coating on glass fabrics are proposed.

The electrical response of NH2-functionalized graphene nanoplatelets composite materials under strain was studied. Two different manufacturing methods are ...

Optical Trap Loading of Dielectric Microparticles In Air

We demonstrate a method to trap a selected dielectric microparticle in air using radiation pressure from a single-beam gradient optical trap. Randomly scattered dielectric microparticles adhered to a glass substrate are momentarily detached using ultrasonic vibrations generated by a piezoelectric transducer (PZT). Then, the optical beam focused on a selected particle lifts it up to the optical trap while the vibrationally excited microparticles fall back to the substrate. A particle may be trapped at the nominal focus of the trapping beam or at a position above the focus (referred to here as the levitation position) where gravity provides the restoring force. After the measurement, the trapped particle can be placed at a desired position on the substrate in a controlled manner. 
In this protocol, an experimental procedure for selective optical trap loading in air is outlined. First, the experimental setup is briefly introduced. Second, the design and fabrication of a PZT holder and a sample enclosure are illustrated in detail. The optical trap loading of a selected microparticle is then demonstrated with step-by-step instructions including sample preparation, launching into the trap, and use of electrostatic force to excite particle motion in the trap and measure charge. Finally, we present recorded particle trajectories of Brownian and ballistic motions of a trapped microparticle in air. These trajectories can be used to measure stiffness or to verify optical alignment through time domain and frequency domain analysis. Selective trap loading enables optical tweezers to track a particle and its changes over repeated trap loadings in a reversible manner, thereby enabling studies of particle-surface interaction.

A protocol for launching and stably trapping selected dielectric microparticles in air is presented.

공기에서 유전체 미세 입자의 광학 트랩로드

We demonstrate a method to trap a selected dielectric microparticle in air using radiation pressure from a single-beam gradient optical trap. Randomly ...

Standardized Method for Measuring Collection Efficiency from Wipe-sampling of Trace Explosives

One of the limiting steps to detecting traces of explosives at screening venues is effective collection of the sample. Wipe-sampling is the most common procedure for collecting traces of explosives, and standardized measurements of collection efficiency are needed to evaluate and optimize sampling protocols. The approach described here is designed to provide this measurement infrastructure, and controls most of the factors known to be relevant to wipe-sampling. Three critical factors (the applied force, travel distance, and travel speed) are controlled using an automated device. Test surfaces are chosen based on similarity to the screening environment, and the wipes can be made from any material considered for use in wipe-sampling. Particle samples of the explosive 1,3,5-trinitroperhydro-1,3,5-triazine (RDX) are applied in a fixed location on the surface using a dry-transfer technique. The particle samples, recently developed to simulate residues made after handling explosives, are produced by inkjet printing of RDX solutions onto polytetrafluoroethylene (PTFE) substrates. Collection efficiency is measured by extracting collected explosive from the wipe, and then related to critical sampling factors and the selection of wipe material and test surface. These measurements are meant to guide the development of sampling protocols at screening venues, where speed and throughput are primary considerations.

Optimized sampling protocols and the development of new wipe materials can be facilitated by standardized measurements of collection efficiency from wipe-sampling. Our approach for sampling trace explosives uses an automated device to control speed, force, and distance during wipe-sampling followed by extraction of collected explosives.

추적 폭발물 닦아 샘플링에서 수집 효율을 측정하는 표준화 된 방법

One of the limiting steps to detecting traces of explosives at screening venues is effective collection of the sample. Wipe-sampling is the most common ...

Generation of Size-controlled Poly (ethylene Glycol) Diacrylate Droplets via Semi-3-Dimensional Flow Focusing Microfluidic Devices

Uniform and size-controllable poly (ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) droplets could be produced via the flow focusing process in a microfluidic device. This paper proposes a semi-three-dimensional (semi-3D) flow-focusing microfluidic chip for droplet formation. The polydimethylsiloxane (PDMS) chip was fabricated using the multi-layer soft lithography method. Hexadecane containing surfactant was used as the continuous phase, and PEGDA with the ultraviolet (UV) photo-initiator was the dispersed phase. Surfactants allowed the local surface tension to drop and formed a more cusped tip which promoted breaking into tiny micro-droplets. As the pressure of dispersed phase was constant, the size of droplets became smaller with increasing continuous phase pressure before dispersed phase flow was broken off. As a result, droplets with size variation from 1 &#181;m to 80 &#181;m in diameter could be selectively achieved by changing the pressure ratio in two inlet channels, and the average coefficient of variation was estimated to be below 7%. Furthermore, droplets could turn into micro-beads by UV exposure for photo-polymerization. Conjugating biomolecules on such micro-beads surface have many potential applications in the fields of biology and chemistry.

Generation of Size-controlled Poly ethylene Glycol Diacrylate Droplets via Semi-3-Dimensional Flow Focusing Microfluidic Devices

Here, we present a protocol to illustrate the fabrication processes and verifying experiments of a semi-three-dimensional (semi-3D) flow-focusing microfluidic chip for droplet formation.

크기 제어 폴 리 (에틸렌 글리콜) 빛 방울 장치를 통해 세미 3 차원 흐름 초점 미세의 세대

Uniform and size-controllable poly (ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) droplets could be produced via the flow focusing process in a microfluidic device. ...

Cutting Procedures, Tensile Testing, and Ageing of Flexible Unidirectional Composite Laminates

Many body armor designs incorporate unidirectional (UD) laminates. UD laminates are constructed of thin (&#60;0.05 mm) layers of high-performance yarns, where the yarns in each layer are oriented parallel to each other and held in place using binder resins and thin polymer films. The armor is constructed by stacking the unidirectional layers in different orientations. To date, only very preliminary work has been performed to characterize the ageing of the binder resins used in unidirectional laminates and the effects on their performance. For example, during the development of the conditioning protocol used in the National Institute of Justice Standard-0101.06, UD laminates showed visual signs of delamination and reductions in V50, which is the velocity at which half of the projectiles are expected to perforate the armor, after ageing. A better understanding of the material property changes in UD laminates is necessary to comprehend the long-term performance of armors constructed from these materials. There are no current standards recommended for mechanically interrogating unidirectional (UD) laminate materials. This study explores methods and best practices for accurately testing the mechanical properties of these materials and proposes a new test methodology for these materials. Best practices for ageing these materials are also described.

The goal of the study was to develop protocols to prepare consistent specimens for accurate mechanical testing of high-strength aramid or ultra-high-molar-mass polyethylene-based flexible unidirectional composite laminate materials and to describe protocols for performing artificial ageing on these materials.

Many body armor designs incorporate unidirectional (UD) laminates. UD laminates are constructed of thin (&#60;0.05 mm) layers of high-performance yarns, ...

Intermediate Strain Rate Material Characterization with Digital Image Correlation

The mechanical response of a material under dynamic load is typically different than its behavior under static conditions; therefore, the common quasistatic equipment and procedures used for material characterization are not applicable for materials under dynamic loads. The dynamic response of a material depends on its deformation rate and is broadly categorized into high (i.e., greater than 200/s), intermediate (i.e., 10&#8722;200/s) and low strain rate regimes (i.e., below 10/s). Each of these regimes calls for specific facilities and testing protocols to ensure the reliability of the acquired data. Due to the limited access to high-speed servo-hydraulic facilities and validated testing protocols, there is a noticeable gap in the results at the intermediate strain rate. The current manuscript presents a validated protocol for the characterization of different materials at these intermediate strain rates. Strain gauge instrumentation and digital image correlation protocols are also included as complimentary modules to extract the utmost level of detailed data from every single test. Examples of raw data, obtained from a variety of materials and test setups (e.g., tensile and shear) is presented and the analysis procedure used to process the output data is described. Finally, the challenges of dynamic characterization using the current protocol, along with the limitations of the facility and methods of overcoming potential problems are discussed.

Here we present a methodology for the dynamic characterization of tensile specimens at intermediate strain rates using a high-speed servo-hydraulic load frame. Procedures for strain gauge instrumentation and analysis, as well as for digital image correlation strain measurements on the specimens, are also defined.

The mechanical response of a material under dynamic load is typically different than its behavior under static conditions; therefore, the common ...

Method Development for Contactless Resonant Cavity Dielectric Spectroscopic Studies of Cellulosic Paper

The current analytical techniques for characterizing printing and graphic arts substrates are largely ex situ and destructive. This limits the amount of data that can be obtained from an individual sample and renders it difficult to produce statistically relevant data for unique and rare materials. Resonant cavity dielectric spectroscopy is a non-destructive, contactless technique which can simultaneously interrogate both sides of a sheeted material and provide measurements which are suitable for statistical interpretations. This offers analysts the ability to quickly discriminate between sheeted materials based on composition and storage history. In this methodology article, we demonstrate how contactless resonant cavity dielectric spectroscopy may be used to differentiate between paper analytes of varying fiber species compositions, to determine the relative age of the paper, and to detect and quantify the amount of post-consumer waste (PCW) recycled fiber content in manufactured office paper.

A protocol for the non-destructive analysis of the fiber content and relative age of paper.

비접촉식 공진성 유전체 분광연구용 셀룰로오스 종이 공진법 개발

The current analytical techniques for characterizing printing and graphic arts substrates are largely ex situ and destructive. This limits the amount of ...

Production of a Strain-Measuring Device with an Improved 3D Printer

A traditional strain measurement sensor needs to be electrified and is susceptible to electromagnetic interference. In order to solve the fluctuations in the analog electrical signal in a traditional strain gauge operation, a new strain measurement method is presented here. It uses a photographic technique to display the strain change by amplifying the change of the pointer displacement of the mechanism. A visual polydimethylsiloxane (PDMS) lens with a focal length of 7.16 mm was added to a smartphone camera to generate a lens group acting as a microscope to capture images. It had an equivalent focal length of 5.74 mm. Acrylonitrile butadiene styrene (ABS) and nylon amplifiers were used to test the influence of different materials on the sensor performance. The production of the amplifiers and PDMS lens is based on improved 3D printing technology. The data obtained were compared with the results from finite element analysis (FEA) to verify their validity. The sensitivity of the ABS amplifier was 36.03 &plusmn; 1.34 &#181;&epsilon;/&#181;m, and the sensitivity of the nylon amplifier was 36.55 &plusmn; 0.53 &#181;&epsilon;/&#181;m.

This work presents a strain measurement sensor consisting of an amplification mechanism and a polydimethylsiloxane microscope manufactured using an improved 3D printer.

A traditional strain measurement sensor needs to be electrified and is susceptible to electromagnetic interference. In order to solve the fluctuations in ...