当前基于视场分离技术的光学引伸计只能提高单个方向的应变测量精度，而在与之垂直方向上的测量精度不够高，即无法同时实现双向高精度应变测量，限制了其应用范围。因此，提出了一种双向视场分离技术，该技术由4个相同斜方棱镜旋转而成，并与远心镜头结合，设计了一种双向高精度光学引伸计。开展了不锈钢试样的循环加载实验来验证上述光学引伸计相较于普通光学引伸计的优越性。此外，还进行了不锈钢试件的4次单轴拉伸实验，该双向光学引伸计与电测法所测得的弹性模量和泊松比的最大误差分别为0.62%和2.86%，4次平均误差分别为0.41%和1.38%，表明该光学引伸计具有很高的应变测量精度。

针对现有视场分离技术在实现过程中存在的复杂调节问题，提出了一种基于双斜方棱镜成像的视场分离方法，并形成一种高精度光学引伸计。该方法在简化调节步骤的同时，能够将引伸计的标距提高数倍，并与远心镜头结合，减少离面位移对二维数字图像相关（2D-DIC）的影响。分别开展了单轴拉伸实验和连续加载-卸载实验来验证该方法的可行性和准确性。实验结果表明：该方法得出的应变与电测法结果非常吻合，应变均方根误差均不超过3 με。因此所提出的基于双斜方棱镜的视场分离式光学引伸计是一种易于安装集成的高精度应变测量技术。

受相机分辨率的限制和离面刚体位移的影响, 基于二维数字图像相关(2D-DIC)的光学引伸计的应变测量精度往往不高。为解决由相机分辨率不足而带来的问题, 提出了一种视场分离装置, 该装置利用一块直角棱镜与两块反射镜, 将相机的连续视场分离成相隔一定距离的两个独立视场, 大大增加了光学引伸计的标距, 从而有效减小相机分辨率不足给光学引伸计带来的应变误差。此外, 选取远心镜头成像以减少离面运动对2D-DIC引伸计的影响。最后, 分别开展了静态实验和单轴拉伸实验来验证该引伸计的可行性。实验结果表明, 应变结果的均方根误差都在6 με以内, 基于视场分离的光学引伸计是一种高精度的应变测量技术。

基于数字图像相关(DIC)方法的光学引伸计在应变测量领域有着广泛的应用。为了提高数字图像相关方法的测量精度, 本文采用二维DIC与三维DIC的光学引伸计、基于双45°反射镜成像的二维光学引伸计以及电测法, 对单轴拉伸试验中不锈钢试件的应变进行同时测量, 比较分析了各个光学引伸计在测量轴向与横向应变方面的优劣以及误差产生的原因。实验结果表明: 试件离面运动的存在大幅降低了普通二维光学引伸计的应变精度; 基于双45°反射镜成像的二维光学引伸计可以有效消除离面刚体位移对测量结果的影响, 其应变测量精度(尤其是横向应变精度)高于其他光学引伸计, 且测量结果与电测法的测量结果高度吻合; 三维DIC光学引伸计的横向应变精度明显不如轴向应变精度。

随着低维材料的广泛应用,有关低维材料力学性能的研究成为当前热点之一。在低维材料实时应变测量中,大标距试件表面上的跟踪目标移出图像跟踪范围,会导致跟踪目标的丢失,影响材料的实时应变测量。利用基于数字图像跟踪技术的光学引伸计将大标距转换成小标距,不仅可以在应变测量时保持跟踪目标在视场范围内移动,实现实时跟踪,而且可以动态了解低维材料应变变化规律。利用微力学万能试验机和光学引伸计同时进行低维材料的应变测量,实验结果表明,二者规律基本吻合且后者利用双线性插值可以将目标定位在0.01 pixel上,说明光学引伸计完全可以应用于低维材料的实时应变测量中,并为探讨低维材料动态力学性能提供了一种新的实验方法。