本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)廢棄物處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及的是一種蠅蛆泊松比的測試方法，通過利用畜禽糞便養(yǎng)殖蠅蛆，進而研究蠅蛆的動力學問題。

背景技術(shù)：

我國是世界上最大的養(yǎng)豬大國，世界上一半的存欄豬在中國飼養(yǎng)，隨著我國規(guī)?；B(yǎng)殖業(yè)的迅猛發(fā)展，帶來了巨大的經(jīng)濟效益，隨之而來的畜禽糞便對我國環(huán)境造成了巨大的污染，利用固體畜禽糞便養(yǎng)殖蠅蛆不但可以解決環(huán)境污染問題，而且可以為畜禽養(yǎng)殖業(yè)提供高蛋白的餌料。利用固體畜禽糞便養(yǎng)殖蠅蛆是目前解決固體糞便造成環(huán)境污染的一種十分具備前景的方法，但是等到蠅蛆成熟的時候，蠅蛆與固體糞便分離又是一個技術(shù)難題，目前基本是采用水分離、人工分離等方法，不僅造成了二次污染，而且需要耗費大量的人力財力資源。目前提出了一種利用振動篩進行蠅蛆與固體畜禽糞振動篩選分離的方法，但是前提需要獲得蠅蛆的泊松比參數(shù)。

泊松比是材料力學中一個重要參數(shù)，其定義是在材料的比例極限內(nèi)，由均勻分布的縱向應力所引起的橫向應變與相應的縱向應變之比的絕對值，泊松比一般通過試驗方法測定。傳統(tǒng)的泊松比測試方法有機械接觸法、聲學法等等；機械接觸法就是通過在測試的對象表面均勻貼應變片的接觸式法測定泊松比，而聲學法是利用超聲反射的原理測定泊松比。本試驗的對象是成熟的蠅蛆，比較特殊，其本身具有自己的特性，即易于抱團、蠕動、一旦接觸就成團等生物學特性，所以本試驗不能采用機械接觸法、聲學法、電測法等傳統(tǒng)的測試方法進行測定。

本發(fā)明提出的一種基于數(shù)字圖像的蠅蛆泊松比的測試方法，針對成熟蠅蛆這種非均勻的、、一旦碰觸就發(fā)生變形、抱團、蠕動的特殊試驗對象，提供了一種適用于成熟蠅蛆泊松比的更加準確的非接觸式測試方法，彌補傳統(tǒng)泊松比測試方法在測試類似蠅蛆這種容易變形的軟體昆蟲對象上技術(shù)的不足之處，在農(nóng)業(yè)方面以及生物學研究方面都具有十分重要的現(xiàn)實意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供了一種基于數(shù)字圖像的蠅蛆泊松比的測試方法，本發(fā)明的方法可以解決針對蠅蛆這一特殊試驗對象，其一旦發(fā)生碰觸就會抱團、蠕動變形等生物特性，采用非接觸式測試方法測定其泊松比參數(shù)，對成熟蠅蛆、甚至是類蠅蛆的軟體昆蟲的動力學的研究具有現(xiàn)實意義。

本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案得以實現(xiàn)的：一種蠅蛆泊松比的測試方法，包括通過順次連接的初始加載系統(tǒng)、數(shù)字圖像采集系統(tǒng)和數(shù)字圖像分析系統(tǒng)；包括以下幾個步驟：

步驟a)試驗條件設(shè)定：測試環(huán)境溫度設(shè)定為20～30℃，濕度為50％～60％；實驗設(shè)備：材料試驗樣機sans、ccd相機、a/d轉(zhuǎn)換器、照明系統(tǒng)、flycapture軟件、計算機、vic-2d軟件、上壓板和下壓板；

步驟b)將步驟a涉及到的試驗設(shè)備按照順序進行連接具體為：材料試驗樣機sans與輸入電源相連接，調(diào)節(jié)ccd相機的高度，使得ccd相機的拍攝中心與材料試驗樣機sans上壓板和下壓板的中心平齊，ccd相機的輸出端連接a/d轉(zhuǎn)換器一端，將a/d轉(zhuǎn)換器的另一端與裝有vic-2d和flycapture軟件的計算機連接；

步驟c)將蠅蛆安放在材料試驗機sans的下壓板上，開啟材料試驗樣機sans測定蠅蛆的原始尺寸，假設(shè)蠅蛆的身長方向為水平方向，則蠅蛆的水平尺寸ds，蠅蛆的垂直尺寸dh；ccd相機拍攝中心與蠅蛆水平，并利用ccd相機對蠅蛆變形前的色斑進行生成，得到變形前的拍攝圖片；然后，啟動材料試驗機sans，使得上壓板與蠅蛆均勻接觸過程中，在計算機中得到蠅蛆的單軸抗壓強度-位移關(guān)系，從而找到彈性變形階段；同時，在上壓板與蠅蛆均勻接觸的過程中，打開照明系統(tǒng)的光源，調(diào)整光源照射角度方向，啟動flycapture軟件，再次利用ccd相機對蠅蛆變形后的色斑進行生成，得到變形后的拍攝圖片；

步驟d)根據(jù)步驟c中得到彈性變形階段，從而對步驟c中變形后的拍攝圖片進行選擇，得到彈性變形階段的圖片，將上述彈性變形階段的圖片經(jīng)過a/d轉(zhuǎn)化得到灰度場，對該灰度場進行圖像處理相關(guān)性計算，得到灰度場的相關(guān)系數(shù)極值點和相對應的位移信息和應變信息；將上述信息導入vic-2d軟件進行相關(guān)分析，從而得到：

初始彈性階段狀態(tài)下蠅蛆左側(cè)的水平位移sl0和右側(cè)的水平位移sr0分別為：

其中，公式中的n是測線上測試點的數(shù)目，sli0和sri0是測線上測點的左側(cè)水平位移與右側(cè)水平位移；

蠅蛆在初始彈性階段狀態(tài)下的水平位移：

s0＝sr0-sl0，(2)

其中，sr0為右側(cè)的水平位移，sl0為左側(cè)的水平位移；

蠅蛆的水平最大位移為slmax，右側(cè)水平最大位移為srmax的公式為：

其中，slimax和srimax為初始彈性階段結(jié)束時測線上測點的左側(cè)最大水平位移和右側(cè)最大水平位移；

在彈性階段結(jié)束狀態(tài)時，蠅蛆的最大水平位移smax公式為：

smax＝srmax-slmax，(4)

彈性階段垂直位移的計算公式為：

h0-初始彈性階段狀態(tài)下蠅蛆的垂直位移，hmax-彈性階段結(jié)束狀態(tài)下垂直位移；

從而得到：蠅蛆在彈性階段狀態(tài)下的水平位移s、蠅蛆在彈性階段的垂直方向的位移h即

s＝smax-s0；h＝hmax-h0，

綜上，由泊松比的定義可以得到蠅蛆的泊松比公式的變形公式為

本發(fā)明的蠅蛆泊松比的測試方法，試驗系統(tǒng)包括三大部分，初始加載系統(tǒng)、數(shù)字圖像采集系統(tǒng)和數(shù)字圖像分析系統(tǒng)；初始加載系統(tǒng)主要是材料試驗機sans，可以實現(xiàn)對蠅蛆單軸抗壓試驗；數(shù)字圖像采集系統(tǒng)包括ccd相機、照明系統(tǒng)、flycapture軟件，可以實現(xiàn)對單軸抗壓試驗過程中的數(shù)字圖像進行同步記錄；數(shù)字圖像分析系統(tǒng)包括計算機、vic-2d軟件，可以實現(xiàn)對采集到的數(shù)字圖像進行分析處理，并且利用最佳化先關(guān)性運算法則以及白光散斑相關(guān)技術(shù)，可以測算出蠅蛆表面任意一點的位移，進而計算出蠅蛆的水平位移和垂直位移，最終得出蠅蛆的泊松比的數(shù)值。

本發(fā)明的蠅蛆泊松比的測試方法，初始加載系統(tǒng)包括材料試驗樣機sans；初始階段，開機并且調(diào)試好加載系統(tǒng)，使其處于正常工作狀態(tài)，為接下來的試驗工作做好準備工作；試驗初始階段，假設(shè)蠅蛆的身長方向為水平方向，蠅蛆的水平尺寸，蠅蛆的垂直尺寸，首先需要對初始狀態(tài)下的蠅蛆的原始尺寸大小進行測定以及初始狀態(tài)下的色斑進行生成；調(diào)試材料試驗機sans，使其處于正常工作狀態(tài)，將已經(jīng)生成的色斑的蠅蛆安放在試驗機sans的下壓板上，蠅蛆的中心應該與試驗機sans下壓板中心對準，啟動試驗機sans，使得上壓板與蠅蛆均勻接觸。

本發(fā)明的蠅蛆泊松比的測試方法，數(shù)字圖像采集系統(tǒng)包括ccd相機、照明系統(tǒng)、flycapture軟件；初始階段，開機并且調(diào)試數(shù)字圖像采集系統(tǒng)，調(diào)整使其處于正常工作狀態(tài)；調(diào)整ccd相機的高度，讓相機拍攝的中心線能夠處于水平狀態(tài)；照明系統(tǒng)只是需要普通的白光照射，無需特殊光源；打開照明系統(tǒng)，調(diào)整光源的照射方向，使得蠅蛆受光均勻；啟動flycapture軟件，調(diào)整ccd相機的焦距鏡頭，要求ccd相機拍攝的圖片清晰可見，不得影響試驗拍攝效果。

本發(fā)明的蠅蛆泊松比的測試方法，數(shù)字圖像分析系統(tǒng)包括計算機、vic-2d軟件；初始階段，開機并且打開vic-2d軟件使得其處于正常工作界面；將數(shù)字圖像采集系統(tǒng)獲得的圖片導入vic-2d軟件，利用最佳化相關(guān)性運算法則和白光散斑的相關(guān)技術(shù)，分析出蠅蛆在彈性階段的表面位移測算出蠅蛆表面任一點的位移，得到初始狀態(tài)時，蠅蛆左側(cè)位移、右側(cè)位移以及垂直位移。

本發(fā)明的蠅蛆泊松比的測試方法，試驗平臺包括初始加載系統(tǒng)、數(shù)字圖像采集系統(tǒng)和數(shù)字圖像分析系統(tǒng)組成的；按照試驗儀器的相關(guān)操作規(guī)范連接好電源以及數(shù)據(jù)傳輸線路，調(diào)試好相應的試驗器材，使其能夠滿足試驗所需的調(diào)試要求以及正常工作需要；調(diào)試初始加載系統(tǒng)，使其處于正常工作狀態(tài)，為下面的試驗做好準備工作，對蠅蛆進行原始尺寸的測定以及色斑的生成；調(diào)試材料試驗機sans，使其處于正常工作狀態(tài)，將已經(jīng)生成的色斑的蠅蛆安放在試驗機sans的下壓板上，蠅蛆的中心應該與試驗機sans下壓板中心對準，啟動試驗機sans，使得上壓板與蠅蛆均勻接觸；調(diào)試數(shù)字圖像采集系統(tǒng)，調(diào)試好ccd相機的高度，ccd相機拍攝圖片的中心線處于水平狀態(tài)，打開照明系統(tǒng)的白光光源，調(diào)整光源照射角度方向，使得被測試的蠅蛆受到的照射均勻，啟動flycapture軟件，調(diào)整ccd相機的焦距，使得拍攝的圖片清晰可見，不能影響后面的試驗；初始加載系統(tǒng)和數(shù)字圖像采集系統(tǒng)一起進行，獲得蠅蛆的單軸抗壓強度—位移關(guān)系，找出得出結(jié)果的彈性范圍階段，根據(jù)時間同步關(guān)系，確定彈性階段的起始圖片范圍；將所有的圖片導入vic-2d軟件進行相關(guān)分析計算，分析測試對象蠅蛆的彈性階段的表面位移，得到初始彈性階段狀態(tài)下，蠅蛆的左側(cè)的水平位移，蠅蛆的右側(cè)水平位移為，彈性階段狀態(tài)結(jié)束時，蠅蛆的水平最大位移，右側(cè)水平最大位移，垂直位移，垂直最大位移。

本發(fā)明的蠅蛆泊松比的測試方法，測試環(huán)境溫度設(shè)定為20℃～25℃，濕度為50％～60％；試驗設(shè)備儀器都是按照一定的連接順序連接，按照初始加載系統(tǒng)、數(shù)字圖像采集系統(tǒng)以及數(shù)字圖像分析系統(tǒng)順次搭建試驗平臺的。

本發(fā)明的蠅蛆泊松比的測試方法，所述照明系統(tǒng)以及計算機輸入電源都是220v電壓。

有益效果：

1.本發(fā)明的蠅蛆泊松比參數(shù)的測試方法，由于測試對象的特殊性，即一旦受到外界環(huán)境的接觸或者碰撞就發(fā)生變形、抱團、發(fā)生蠕動等生物學特性反應，因此不能采用傳統(tǒng)的測試泊松比的方法進行測試，傳統(tǒng)的接觸式測試法存在很多問題，若是采用接觸式測試方法會導致測試結(jié)果出現(xiàn)很大誤差，甚至可能發(fā)生試驗過程中采集的數(shù)據(jù)發(fā)生重大錯誤，本發(fā)明的測試方法可以彌補傳統(tǒng)泊松比測試方法在測試類似蠅蛆這種容易變形的軟體昆蟲對象上的不足之處，在農(nóng)業(yè)方面以及材料方面都具有十分重要的現(xiàn)實意義。

2.本發(fā)明的蠅蛆泊松比參數(shù)的測試方法，采用數(shù)字圖像這種區(qū)別于傳統(tǒng)的接觸式的測試方法，因為傳統(tǒng)的接觸式泊松比測試法，例如貼應變片，需要在測試對象的表面貼應變片，一個應變片只能測得測試對象表面的一個點或者是一個方向的應變，本測試對象是蠅蛆這種特殊的非均質(zhì)的易于發(fā)生變形蠕動的對象，需要更多更加全面的測試點或者測試方向，因此本發(fā)明提出的針對蠅蛆的泊松比的測試方法十分有必要。

3.本發(fā)明的蠅蛆泊松比參數(shù)的測試方法，針對蠅蛆這一特殊的試驗對象，提出了一種實時監(jiān)測的測試方法，是一種更加精確、可靠、簡便、誤差小等優(yōu)點的測試方法。

附圖說明

圖1所示測試系統(tǒng)組成示意圖；

圖2所示為試驗的工作原理圖。

具體實施方式

實驗設(shè)備：材料試驗樣機sans；ccd相機；a/d轉(zhuǎn)換器；照明系統(tǒng)(白光光源)；flycapture軟件；計算機；vic-2d軟件；上壓板；下壓板。

實驗對象：蠅蛆。

測試環(huán)境溫度設(shè)定為20～30℃，濕度為50％～60％。

實驗步驟1：本發(fā)明的試驗系統(tǒng)平臺包括初始加載系統(tǒng)、數(shù)字圖像采集系統(tǒng)和數(shù)字圖像分析系統(tǒng)；按照試驗儀器的相關(guān)操作規(guī)范連接好電源以及數(shù)據(jù)傳輸線路，調(diào)試好相應的試驗器材，使其能夠正常工作并且滿足試驗所需的調(diào)試要求。

實驗步驟2：調(diào)試初始加載系統(tǒng)，使其處于正常工作狀態(tài)，為下面的試驗做好準備工作，對蠅蛆進行原始尺寸的測定(假設(shè)蠅蛆的身長方向為水平方向，ds是蠅蛆的水平尺寸，dh是蠅蛆的垂直尺寸，)以及色斑的生成；調(diào)試材料試驗機sans，使其處于正常工作狀態(tài)，將已經(jīng)生成的色斑的蠅蛆安放在試驗機sans的下壓板上，蠅蛆的中心應該與試驗機sans下壓板中心對準，啟動試驗機sans，使得上壓板與蠅蛆均勻接觸。

實驗步驟3：調(diào)試數(shù)字圖像采集系統(tǒng)，調(diào)試好ccd相機的高度，ccd相機拍攝圖片的中心線處于水平狀態(tài)，打開照明系統(tǒng)的光源，調(diào)整光源照射角度方向，使得被測試的蠅蛆受到的照射均勻，啟動flycapture軟件，調(diào)整ccd相機的焦距，使得拍攝的圖片清晰可見，不能影響后面的試驗，為了使得測試的數(shù)據(jù)更加精確，設(shè)定圖片的拍攝速度是15張/s；初始加載系統(tǒng)和數(shù)字圖像采集系統(tǒng)一起進行，獲得蠅蛆的單軸抗壓強度—位移關(guān)系，確定彈性階段壓力的變化范圍大小，并且找到此范圍內(nèi)對應的加載時間段，找出得出結(jié)果的彈性范圍階段，根據(jù)時間同步關(guān)系，確定彈性階段的起始圖片范圍。

實驗步驟4：將ccd相機拍攝的成熟蠅蛆變形前后的散斑圖像，經(jīng)過a/d轉(zhuǎn)換得到不同的數(shù)字散斑的灰度場，并且對兩個數(shù)字散斑的灰度場作一定的相關(guān)運算，同時找出其相關(guān)系數(shù)極值點和相對應的位移信息和應變信息，導入vic-2d軟件進行相關(guān)分析計算，分析測試對象蠅蛆的彈性階段的表面位移，得到初始彈性階段狀態(tài)下，蠅蛆的左側(cè)的水平位移和初始彈性階段結(jié)束時的水平最大位移，右側(cè)的水平位移和初始彈性階段結(jié)束時的最大位移，垂直方向的位移和初始彈性階段結(jié)束時的最大位移。

實驗步驟5：設(shè)定在試驗的初始彈性階段狀態(tài)下，蠅蛆的左側(cè)的水平位移為sl0，蠅蛆的右側(cè)水平位移為sr0；彈性階段狀態(tài)結(jié)束時，蠅蛆的水平最大位移為slmax，右側(cè)水平最大位移為srmax；在試驗的初始彈性階段狀態(tài)下，垂直位移為h0，彈性階段狀態(tài)結(jié)束時，垂直最大位移為hmax。

實驗步驟6：

初始彈性階段狀態(tài)下活體蠅蛆左側(cè)的水平位移sl0和右側(cè)的水平位移sr0分別為：

其中，公式中的n是測線上測試點的數(shù)目，sli0和sri0是測線上測點的左側(cè)水平位移與右側(cè)水平位移；

活體蠅蛆在初始彈性階段狀態(tài)下的水平位移：

s0＝sr0-sl0，

其中，sr0為右側(cè)的水平位移，sl0為左側(cè)的水平位移；

活體蠅蛆的水平最大位移為slmax，右側(cè)水平最大位移為srmax的公式為：

其中，slimax和srimax為初始彈性階段結(jié)束時測線上測點的左側(cè)最大水平位移和右側(cè)最大水平位移；

在彈性階段結(jié)束狀態(tài)時，活體蠅蛆的最大水平位移smax公式為：

smax＝srmac-slmax，

彈性階段垂直位移的計算公式為：

h0-初始彈性階段狀態(tài)下活體蠅蛆的垂直位移，hmax-彈性階段結(jié)束狀態(tài)下垂直位移；

從而得到：活體蠅蛆在彈性階段狀態(tài)下的水平位移s、活體蠅蛆在彈性階段的垂直方向的位移h即s＝smax-s0；h＝hmax-h0，

綜上，由泊松比的定義可以得到活體蠅蛆的泊松比公式的變形公式為

其中，μ是泊松比，ds是蠅蛆的水平尺寸，dh是蠅蛆的垂直尺寸。

綜上所述的試驗步驟，采用基于數(shù)字圖像的方法測定了蠅蛆的泊松比數(shù)值。

本發(fā)明的工作過程如下：按照試驗儀器的相關(guān)操作規(guī)范連接好電源以及數(shù)據(jù)傳輸線路，調(diào)試好相應的試驗器材，使其能夠正常工作并且滿足試驗所需的調(diào)試要求；調(diào)試初始加載系統(tǒng)，使其處于正常工作狀態(tài)，為下面的試驗做好準備工作，對蠅蛆進行原始尺寸的測定以及色斑的生成；調(diào)試材料試驗機sans，使其處于正常工作狀態(tài)，將已經(jīng)生成的色斑的蠅蛆安放在試驗機sans的墊板上，蠅蛆的中心應該與試驗機sans下壓板中心對準，啟動試驗機sans，使得上壓板與蠅蛆均勻接觸；調(diào)試數(shù)字圖像采集系統(tǒng)，調(diào)試好ccd相機的高度，ccd相機拍攝圖片的中心線處于水平狀態(tài)，打開照明系統(tǒng)的白光光源，調(diào)整光源照射角度方向，使得被測試的蠅蛆受到的照射均勻，啟動flycapture軟件，調(diào)整ccd相機的焦距，使得拍攝的圖片清晰可見，不能影響后面的試驗，并且設(shè)定圖片的拍攝速度是15張/s；初始加載系統(tǒng)和數(shù)字圖像采集系統(tǒng)一起進行，獲得蠅蛆的單軸抗壓強度—位移關(guān)系，找出得出結(jié)果的彈性范圍階段，根據(jù)時間的同步關(guān)系，確定彈性階段的起始圖片范圍；將所有的圖片導入vic-2d軟件進行相關(guān)分析計算，分析測試對象蠅蛆的彈性階段的表面位移，得到初始彈性階段狀態(tài)下，蠅蛆的左側(cè)的水平位移為sl0，蠅蛆的右側(cè)水平位移為sr0，彈性階段狀態(tài)結(jié)束時，蠅蛆的水平最大位移為slmax，右側(cè)水平最大位移為srmax，垂直位移為h0，垂直最大位移為hmax；根據(jù)相關(guān)計算得到蠅蛆在彈性階段狀態(tài)下的水平位移s，在彈性階段的垂直方向的位移h，根據(jù)相關(guān)運算，求得蠅蛆的泊松比μ的具體數(shù)值。

所述發(fā)明的試驗方法是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，在不改變本發(fā)明測試方法的實質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見的改進、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。