[發明專利]基于組合條紋的梁結構模態振型測量裝置及方法

有效

• 申請號: 202011625005.5
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112697259B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 鐘舜聰;林云粦;鐘劍鋒;徐帖
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00;G06T7/00
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 丘鴻超;蔡學俊

1.一種基于組合條紋的梁結構模態振型測量裝置的測量方法，其特征在于，包括待測梁結構、視覺傳感器、光學鏡頭、可調支架和具有圖像處理模塊的計算機，所述待測梁結構表面附有組合條紋圖案，所述視覺傳感器安裝于可調支架上，以對待測梁結構表面的組合條紋圖案進行實時成像，所述光學鏡頭安裝于視覺傳感器前端，以通過調節光學鏡頭得到結構表面清晰的組合條紋圖像，所述視覺傳感器通過數據連接線與計算機連接，以上傳采集到的圖像信息，所述計算機通過圖像處理模塊對采集到的圖像信息進行處理分析，進而計算得到待測梁結構的振動信息；

所述組合條紋圖案的外形為長方形，所述組合條紋圖案由兩種不同方向的單密度正弦條紋組成，包括設于中部沿寬度方向分布的測量條紋以及設于其兩側沿長度方向的定位條紋，兩種條紋的分布方向呈90°角，所述定位條紋為周期為a的單密度正弦條紋，所述測量條紋為周期為b的單密度正弦條紋；

基于所述測量裝置的梁結構模態振型測量方法，包括以下步驟：

步驟S1：根據待測梁結構的尺寸設計組合條紋圖案的大小，將組合條紋圖案貼附或噴涂在待測梁結構表面；

步驟S2：將視覺傳感器安裝于可調支架上，調整好組合條紋的成像位置，并調整光學鏡頭，使組合條紋圖案清晰地呈現在視覺傳感器的中心；

步驟S3：當待測梁結構受到激勵發生振動時，視覺傳感器實時采集待測梁結構振動時的組合條紋圖像，并上傳到計算機；

步驟S4：計算機通過圖像處理模塊對采集到的組合條紋圖像進行處理分析，通過定位與測量相結合的方法，計算得到待測梁結構的多點振動信息，進而得到共振頻率和模態振型；

所述步驟S4中，對組合條紋圖像進行處理分析的具體步驟為：

步驟S41：對每幀組合條紋圖像兩側的定位條紋進行插值重采樣以提高定位精度，然后進行快速傅里葉變換，得到定位條紋的頻譜，提取頻譜中最大組成部分的頻率，濾去部分噪聲頻譜；

步驟S42：對步驟S41得到的頻譜進行逆傅里葉變換得到清晰的定位條紋的包裹相位信息，對包裹相位信息進行相位解調以得到未包裹的相位信息；將定位條紋的相位信息與圖像的像素點一一對應，實現每幀條紋的定位；

步驟S43：在每幀組合條紋圖像中提取一數值相位點處的測量條紋，處理得到各幀測量條紋在該相位點處的條紋密度，并將第一幀的測量條紋作為參考，通過與參考幀的條紋密度進行對比分析，進而得到待測梁結構上該點垂直于成像平面方向的振動信息；

步驟S44：通過對不同數值相位點的測量條紋進行處理，得到待測梁結構的多點振動信息，進而得到共振頻率和模態振型。

2.根據權利要求1所述的基于組合條紋的梁結構模態振型測量裝置的測量方法，其特征在于，整個圖案打印在紙張上得到具有組合條紋圖案的圖片，再將圖片貼附于待測梁結構表面，或者整個圖案不打印在紙張上而直接噴涂在待測梁結構表面，作為振動傳感器。

3.根據權利要求1所述的基于組合條紋的梁結構模態振型測量裝置的測量方法，其特征在于，所述步驟S43中，待測梁結構Z方向的時域位移振動信號Δz(t)的計算方法為：

其中Δz(t)為待測梁結構在t時刻的Z方向位移，f為光學鏡頭組的焦距，A為待測梁結構表面的測量條紋實際寬度，p為視覺傳感器的像素點點大小，n為參考幀條紋圖像中長度為A的測量條紋所占的像素個數，d₀為參考幀條紋圖像中的測量條紋密度，d(t)為t時刻條紋圖像中的測量條紋密度。