[發明專利]一種圖像特征匹配的轉子葉片動頻測量方法

有效

• 申請號: 202110983964.2
• 申請日: 2021-08-25
• 公開（公告）號: CN113781411B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 徐自力;辛存;王存俊;李康迪
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/246;G06T7/262;G06V10/54;G06V10/52;G06V10/75
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

本發明公開一種圖像特征匹配的轉子葉片動頻測量方法。該方法利用高速攝影機對轉動狀態下的葉片振動進行視頻記錄；將視頻不同時刻的圖像劃分成若干子域，在不同子域內采用多尺度差分空間方法檢測像素灰度的極值點，作為該子域的特征點；基于特征點鄰域圍像素的梯度方向、幅值，構建特征點描述符；計算特征點描述符間的歐式距離，基于最小歐氏距離原則對相鄰時刻特征點為代表的區域進行匹配，獲得特征點的時域運動；利用轉軸上特征點的時域運動計算轉軸的旋轉速度，并結合葉片上特征點的時域運動計算轉子葉片結構的振動時域信息，通過頻域分析，獲取轉子葉片結構的動頻。本發明所提出的測量方法，測量裝置安裝簡單，無需對結構進行物理標記。

技術領域

本發明屬于機械結構振動測量技術領域，特別涉及一種圖像特征匹配的轉子葉片動頻測量方法。

背景技術

轉子葉片作為機械動力裝置中的負責能量轉換的核心部件，其日益向高轉速、高效率及高可靠性的趨勢發展，葉片的工作環境也愈加嚴峻，在離心力、氣動力及熱應力等服役載荷下容易發生疲勞失效。因此，對轉子葉片動頻進行非接觸式測量可以有效的掌握葉片振動情況，為設備安全監測和故障診斷提供可靠地依據。

對于轉子葉片動頻的測量方法主要有應變遙測法、頻率調制法、激光全息法、激光多普勒法和葉尖定時法，其中應用最廣泛的是應變遙測法和葉尖定時法。應變遙測法即在葉片上粘貼應變片或壓電晶體片，把葉片振動時產生的應變，通過機械量—電量的轉換，經由發射器發射出來，再由固定在靜止部件上的接收天線接收，其限制在于設備安裝復雜，電池容量小，測試時間短，信號容易被淹沒，且而傳感器的導線在旋轉過程中容易脫落等，給測量帶來挑戰。葉尖定時法的核心原理是將數個定時傳感器沿圓周方向安置在葉輪殼體上，采集葉片經過傳感器時產生的脈沖信號。正常狀態下，葉尖到達傳感器的時間可根據葉片分布角度和轉速計算得出，而振動狀態下，葉尖到達則會引起相對時間差。通過處理時間差序列，可得到葉片實時的振動信息，其主要受制于葉尖定時傳感技術和振動參數識別技術的發展，目前測量精度并不高。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，解決目前對旋轉結構振動測量裝置安裝復雜，連接導線在旋轉過程中容易脫落等問題，本發明的目的在于提供一種圖像特征匹配的轉子葉片動頻測量方法，在現有特征匹配算法的基礎上，計算了特征點區域內像素的亮度均值、亮度極大值、亮度極小值、標準差，進一步提高了特征匹配算法的精度，并將該方法應用于轉子葉片的動頻測量。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種圖像特征匹配的轉子葉片動頻測量方法，包括以下步驟：

步驟1)，利用高速攝影機對轉動狀態下的葉片振動進行視頻記錄；

步驟2)，將視頻各幀圖像劃分成若干子域，在不同子域內采用多尺度差分空間方法檢測像素灰度的極值點，作為該子域的特征點；

步驟3)，基于特征點周圍像素的梯度方向、梯度幅值、灰度均值、灰度標準差構建特征點描述符，該描述符是采用了132個元素的向量，使該特征點具有唯一性；

步驟4)，計算相鄰時刻特征點描述符間的歐式距離，基于最小歐氏距離原則對相鄰時刻特征點進行匹配，獲取特征點在不同時刻的位置，進而獲得特征點的時域運動；

步驟5)，利用轉軸上特征點的時域運動計算轉軸的旋轉速度；

步驟6)，利用葉片上特征點的時域運動和轉軸旋轉速度計算轉子葉片的振動時域信息；

步驟7)，對葉片振動的時域信息進行頻域分析，得到轉子葉片的動頻。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

1)測量效率很高，可實現任意葉片動頻的測量。

2)該算法針對圖像尺度、旋轉、光照變化等噪聲也具有良好的穩定性，測量精度也更高。