[發明專利]一種基于移動終端與圖像處理的振動監測方法和裝置

在審

• 申請號: 202210544482.1
• 申請日: 2022-05-19
• 公開（公告）號: CN114862809A
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 王天宇;蘇燁;張江豐;鄭可軻;丁俊宏;華麗云;張新勝;蔡鈞宇;陳巍文;蔡萍萍
• 申請（專利權）人: 杭州意能電力技術有限公司;國網浙江省電力有限公司電力科學研究院
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T3/60;G06T5/00;G06T7/246;G06T7/73;G06V10/74;G01H9/00
• 代理公司: 浙江翔隆專利事務所(普通合伙) 33206
• 代理人: 許守金;張建青

本發明公開了一種基于移動終端與圖像處理的振動監測方法和裝置，屬于振動設備監測技術領域。本發明的一種基于移動終端與圖像處理的振動監測方法，構建圖像相似度及頻譜校正模型，預估待測圖像和模板圖像之間的旋轉角度；以漢明距離為基準，對待測圖像和模板圖像中的特征點進行對應匹配，并對匹配成功的特征點對進行數據擬合，求得待測圖像與模板圖像之間的位置變化，實現旋轉部件的振動監測，方案科學、合理，具有普遍適用性，解決了現有傳感器布點布線困難的問題，在保證能夠獲得連續有效的振動信息的同時，提高傳感器的抗干擾能力、動態響應能力、穩定性和可靠性，減少維修和校準成本。

技術領域

本發明涉及一種基于移動終端與圖像處理的振動監測方法和裝置，屬于振動設備監測技術領域。

背景技術

振動監測技術廣泛應用于工業生產過程中，例如對一些重要的機械設備的狀態監測，如發電機、電動機、磨煤機、風力渦輪機等。振動是反映旋轉機械運行狀況的重要參數之一。實時、準確的振動監測，不僅有助于及時掌握旋轉機械的運行狀態，而且為設備檢修、故障診斷提供關鍵信息。據統計，利用振動特征可以診斷旋轉機械70％以上的故障狀況。現有的振動檢測傳感器包括壓電式加速度傳感器、電渦流傳感器、激光多普勒儀電磁式速度傳感器等。盡管這些傳感器在實際應用中都取得了一定的效果，但在精度、量程、適用性等方面均存在一定的局限性。

壓電式加速度傳感器受安裝方式的限制，無法實現旋轉部件的非接觸式測量，長期使用易產生磨損。另外，擬測量的對象需和它保持機械形式的相互接觸，相應地限制測量對象的安裝布局，同時也使被測對象承受額外的質量，可能會對其動態特性和最終測量結果造成不利影響。特別是，對于輕質機械結構與精細微小設備，如微機電系統、轉子軸承等器件，該類裝置的影響尤為嚴重。

激光多普勒儀、電子散斑干涉等非接觸式監測方法，在一定程度上克服了接觸式測量技術的缺陷，但是該類設備價格昂貴，系統復雜，往往需要配備復雜的光路及輔助裝置。

電渦流位移傳感器和電磁式速度傳感器受其測量原理的制約，對環境要求苛刻，特別是對磁干擾敏感，無法實現非金屬或合金材料的直接測量。另外，該類裝置一般需要固定安裝在被測旋轉部件周邊，盡管能夠保證測量的準確性和可靠性，但會造成額外的裝配成本，便攜性差，無法進行遠場測量。這些裝置的現場布線也不利于工業場合的廣泛應用。

近年來，國內外很多學者開始研究基于圖像的非接觸式振動監測方法。其研究思路是在被測對象上預設標記，通過相機跟蹤標記的位置變化信息來推算出運動學參數。現有的視覺測量系統一般需要采用價格昂貴的高速相機，設置極小的曝光時間，以獲取清晰的圖像，減少運動模糊對圖像質量的影響。該類方法對圖像分辨率和幀率要求高，并且容易受到目標遮擋和噪聲等不利因素的影響。鑒于移動終端所攜帶攝像頭一般幀率和分辨率較低，現有的視覺監測方法很難克服運動模糊帶來的不利影響，不能應用于移動終端這類便攜式設備。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的一在于提供一種將基于移動終端拍攝的旋轉部件的若干圖像，進行篩選：選擇若干圖像中的一張圖像作為模板圖像，選擇除模板圖像之外的一張或多張圖像，作為待測圖像；然后構建圖像相似度及頻譜校正模型，利用歸一化互相關系數和能量重心校正方法，預估待測圖像和模板圖像之間的旋轉角度；再根據旋轉角度，將待測圖像旋轉復位，形成復位圖像，以減少旋轉對振動測量的不利影響；進而構建非線性擴散濾波模型，對復位圖像以及模板圖像進行特征點提取，并形成特征點描述符；從而可根據特征描述符，以漢明距離為基準，對待測圖像和模板圖像中的特征點進行對應匹配，并對匹配成功的特征點對進行數據擬合，求得待測圖像相比模板圖像的位置變化；最后根據圖像像素與實際位移之間的標定系數，將位置變化轉化為旋轉部件的實際振動位移，實現旋轉部件的振動監測，方案科學、合理，具有普遍適用性，解決了現有傳感器布點布線困難的問題，在保證能夠獲得連續有效的振動信息的同時，提高傳感器的抗干擾能力、動態響應能力、穩定性和可靠性，減少維修和校準成本的基于移動終端與圖像處理的振動監測方法。