[發明專利]一種基于視覺的磁懸浮轉子振動測量方法

有效

• 申請號: 201910246595.1
• 申請日: 2019-03-29
• 公開（公告）號: CN110084127B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 彭聰;曾聰;江駒;王雁剛
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/46;G06T7/269;G06T7/42;G01H9/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 向妮

本發明公開一種基于視覺的磁懸浮轉子振動測量方法，首先通過安裝有光學透鏡的高速相機采集磁懸浮轉子在不同工作狀態下的振動視頻；然后采用以Gabor濾波器為基礎構建的方向可控金字塔將圖像空間域信息轉換得到不同尺度、不同方向的圖像頻域信息，再根據圖像頻域信息中的局部相位變化提取磁懸浮電機的振動位移信號；接著采用LOG算子對所述振動位移信號進行二階求導，計算得到加速度信號；最后對所述加速度信號進行快速傅立葉變換得到目標頻譜圖。本發明充分發揮了視覺測量的優點，能夠全場測量，可以在不改變現有設備的配置以及安裝條件下，只改變算法就可以獲得不同維度的信息，適應性強。

技術領域

本發明涉及一種基于視覺的磁懸浮轉子振動測量方法，屬于視覺測量技術領域。

背景技術

隨著磁懸浮技術的日益成熟，磁懸浮轉子在磁懸浮風機、磁懸浮壓縮機等高速旋轉機械領域得到了廣泛的應用。轉子是磁懸浮設備中最重要的部件之一，由于其復雜的機電結構而產生機械振動。振動是影響設備工作狀態和使用壽命的重要因素。如果沒有有效抑制，可能會對設備造成嚴重損壞，甚至造成破壞性后果。振動的有效測量是有效抑制振動的前提。旋轉設備的振動測量可以識別系統參數，監測設備的工作狀態，診斷設備的故障。因此，振動測試分析在工程領域占有越來越重要的地位，然而，開發一個適應性強、自動化程度高、精度高的振動測量系統仍然是一個巨大的挑戰。

從現有的振動測量技術來看，有兩種測量方法：一種是接觸式測量，另一種是非接觸測量。接觸式測量需要將傳感器按一定的規則布置在測量對象之上，并連接上配套的上位機軟件。然而，接觸測量會產生質量負載效應，在不提供全場空間分辨率的情況下，只能測量單個點位置的相應信號。此外，對于一些大型結構，處理所有的布線和儀表費時且耗費人力。非接觸測量通常依靠某種電磁輻射來傳輸信息，該方法與傳統的接觸測量方法不同，可以在不改變現有設備配置和安裝的情況下獲得不同的尺寸信息。例如，用于振動測量的激光測振儀，不需要安裝在結構上的傳感器和任何質量荷載效應。然而，激光測振儀相對來說比較昂貴，對大的低頻振動處理效率也較低。數字相機結合圖像處理算法是另一種非接觸測量方法，又稱基于視覺的振動測量。相較于激光振動儀，數字相機具有低成本、適用于全場測量的優點。但現有技術中，三維數字圖像相關(DIC)和基于光照強度的光流法等常用于大振幅振動的測量，而轉子振動屬于亞像素級別微小運動，難以與噪聲區分開,且用三維數字圖像相關(DIC)和基于光照強度的光流法測得的精度較低。因此，如何高精度的提取轉子振動信號是研究的重點和難點。

發明內容

為解決上述問題，本發明在現有的視覺測量方法下，根據基于相位的計算機理論，提出一種基于視覺的磁懸浮轉子振動測量方法。該方法根據高速相機采集到的電機振動視頻序列，設計方向可控金字塔將圖像從空間域轉換到頻域，并利用參考幀和運動幀的相位變化關系解得幀間的位移運動信息，進而得到振動的加速度信號并轉換成頻譜圖，測得磁懸浮轉子的頻率信號。

具體技術方案如下：

一種基于視覺的磁懸浮轉子振動測量方法，包括以下步驟：

S1.通過安裝有光學透鏡的高速相機采集磁懸浮轉子在不同工作狀態下的振動視頻；

S2.采用以Gabor濾波器為基礎構建的方向可控金字塔將所述振動視頻包含的圖像空間域信息轉換得到不同尺度、不同方向的圖像頻域信息，根據圖像頻域信息中的局部相位變化提取磁懸浮電機的振動位移信號；

S3.采用LOG算子對所述振動位移信號進行二階求導，計算得到加速度信號；

S4.對所述加速度信號進行快速傅立葉變換得到目標頻譜圖。

優選的，所述步驟S2具體包括：