基于运动放大和数字图像相关的高频振型识别方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于运动放大和数字图像相关的高频振型识别方法及系统，解决现有振型测试方式存在安装不便捷、定位精度低；测试过程慢、效率低；对高阶振型测试准确性低的问题。该方法包括1)将被测结构件固定并在表面喷涂散斑；2)在被测结构件外侧布置激光多普勒测振仪；3)向被测结构件施加激励信号，触发激光多普勒测振仪采集被测结构件的响应速度信号；4)对激励信号与响应速度信号采用估计法处理，获得频响函数，从中找出突频点并表示为f1,f2

【技术实现步骤摘要】
基于运动放大和数字图像相关的高频振型识别方法及系统


[0001]本专利技术属于模态测试
，具体涉及一种基于运动放大和数字图像相关的高频振型识别方法及系统，适用于轻质管路及薄壁结构的高阶模态振型辨识。

技术介绍

[0002]在液体火箭发动机中，由于振荡燃烧激励、流体激振和声学共振存在，导致液体火箭发动机内部在很宽的频率范围内存在激励能量。液体火箭发动机在实际工作过程中，若管路的频率与液体火箭发动机内部激励频率耦合时，会使管路发生共振，导致管路在短时间内疲劳破坏。为了避免管路在发动机工作过程中的疲劳破坏，需要对管路的高阶振型进行测试，根据实测振型管路振动方向对管路采取增强和改进措施，以提高发动机工作可靠性。
[0003]目前，对管路振型的测试方式主要有传统接触式测试、激光多普勒测振仪测试和DIC(数字图像相关)技术测试。
[0004]传统接触式是在管路上粘贴加速度传感器，由于管路外表面为曲面，加速度传感器安装不便捷，以及加速度传感器空间定位精度低；另外，粘贴加速度传感器的测试方法在应用于管路模态测试(模态测试包括频率和振型)时，存在附加质量影响，进而影响测试结果。
[0005]激光多普勒测振仪基于激光的多普勒效应获取被测物体的振动速度，采用逐点扫描测量，获取高分辨率振型时测点数量增加导致耗时很长，效率很低。
[0006]与传统接触式测试和激光多普勒测振仪测试相比，DIC技术测试提供了更高的空间测点密度。现有DIC技术可以获得被测结构的低阶振型，但对于高阶振型来说，由于高阶振型对应的高频振动位移很小，DIC技术测试的准确度降低，往往无法得到准确的测试结果。

技术实现思路

[0007]为了解决现有管路振型测试方式或存在安装不便捷、定位精度低，影响测试结果；或测试过程慢、效率低；或对于高阶振型测试准确性低的技术问题，本专利技术提供了一种基于运动放大和数字图像相关的高频振型识别方法及系统。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案是：
[0009]一种基于运动放大和数字图像相关的高频振型识别方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0010]1)将被测结构件的至少一端固定，并在被测结构件表面喷涂高对比度散斑；
[0011]2)在被测结构件外侧布置激光多普勒测振仪，并使激光多普勒测振仪瞄准被测结构件的激光测振点；
[0012]3)向被测结构件施加激励信号f，同步触发激光多普勒测振仪采集被测结构件的响应速度信号x；
[0013]4)对激励信号f与响应速度信号x采用估计法进行处理，获得激光测振点的频响函数H(ω)，从中找出频带B1～B2范围内的所有突频点，每个突频点对应于被测结构件的峰值频率，所有突频点表示为f1，f2
……
，fn；
[0014]其中，B1比A1小5～10Hz，B2与A2大10～20Hz，被测结构件所安装的发动机激励频带范围为A1～A2；
[0015]5)对被测结构件分别施加定频为f1，f2
……
，fn的正弦激励信号，同时待被测结构件振动稳定后拍摄每个正弦激励下的摄影视频，且摄影视频的视野包含完整的被测结构件，共获得n段不同激励频率下的摄影视频；
[0016]6)对拍摄的各段摄影视频以相对应的激励频率为中心频率进行运动放大，获得n段运动放大后的摄影视频；
[0017]7)对n段运动放大后的摄影视频分别进行DIC分析，得到高频振型。
[0018]进一步地，步骤4)中，所述估计法为H1估计法，频响函数H(ω)的公式如下：
[0019][0020]其中，G
xf
表示x与f的互功率谱估计，G
ff
表示f的自功率谱估计。进一步地，步骤1)中，所述被测结构件表面为被测结构件摄影可见的外侧表面；所述对比度散斑为黑白散斑。
[0021]进一步地，步骤3)中，所述激励信号为脉冲激励信号或扫频激励信号。
[0022]进一步地，步骤4)中，所述发动机激励频带覆盖燃烧激励频带和泵转速的1～12倍频；
[0023]步骤5)中，定频为fi时，其对应拍摄摄影视频的帧速率≥2*fi，i＝1,2
……
，n。
[0024]进一步地，步骤2)中，所述激光多普勒测振仪为多个，分别瞄准被测结构件的多个激光测振点。
[0025]同时，本专利技术提供了一种基于运动放大和数字图像相关的高频振型识别系统，其特殊之处在于：包括激光多普勒测振仪、激振设备、拾振单元、高速摄像机、运算放大单元和DIC处理单元；
[0026]所述激振设备用于向被测结构件施加激励信号和定频的正弦激励；
[0027]所述激光多普勒测振仪用于采集被测结构件激光测振点的响应速度信号；
[0028]所述拾振单元用于根据激励信号和响应速度信号获取激光测振点的频响函数，并中找出频带B1～B2范围内的各所有突频点；其中，B1比A1小5～10Hz，B2与A2大10～20Hz，被测结构件所安装的发动机激励频带范围为A1～A2；
[0029]所述高速摄像机用于拍摄每个定频正弦激励下被测结构件的摄影视频；
[0030]所述运算放大单元用于对每个摄影视频以相对应的正弦激励频率为中心频率进行运动放大；
[0031]所述DIC处理单元用于对运动放大后的摄影视频分别进行DIC分析，得到高频振型。
[0032]进一步地，所述高速摄像机的数量为1个时，用于获取被测结构件面内高频振型，数量大于2个时，用于获取被测结构件三维空间高频振型。
[0033]进一步地，所述激光多普勒测振仪为多个，分别采集被测结构件多个激光测振点的响应速度信号；
[0034]进一步地，所述激振设备包括激振器。
[0035]进一步地，所述激振设备还包括力锤。
[0036]与现有技术相比，本专利技术的优点是：
[0037]1、本专利技术基于激光多普勒测振仪获得激励下被测结构件的频响函数，频响函数各峰值对应结构的固有频率；以各个识别得到的固有频率对被测结构件施加定频正弦激励载荷，拍摄在各个定频激励下响应的视频，采用放大后的视频进行DIC分析，可以获得周期性激励下的高质量位移图，对应于被测结构件的各阶模态。由于高频振动对应的位移很小，传统的DIC方法识别高频位移效果很差，因此本专利技术可以清晰的识别被测结构件的高频振型。
[0038]2、与激光多普勒测振仪相比，本专利技术能够大幅缩短测试时间，获取具有极高空间分辨率的被测结构件高频振型，且避免了多次激励对待测结构件造成的损伤积累。
[0039]3、本专利技术以被测结构件的峰值响应频率作为激励频率，得到该阶模态的纯响应，结合运动放大，能够以很小的激励力对被测结构件进行激励获取高频振型，避免了激励设备高量级激振可能对被测结构件造成的损伤。
[0040]4、与DIC模态测试技术相比，本专利技术基于激光多普勒测振仪获取频率函数，可以获得淹没在图像本底噪声下的固有频率，结合运动放大进行结构定频响本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于运动放大和数字图像相关的高频振型识别方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将被测结构件(7)的至少一端固定，并在被测结构件(7)表面喷涂高对比度散斑(4)；2)在被测结构件(7)外侧布置激光多普勒测振仪(1)，并使激光多普勒测振仪(1)瞄准被测结构件(7)的激光测振点；3)向被测结构件(7)施加激励信号f，同步触发激光多普勒测振仪(1)采集被测结构件(7)的响应速度信号x；4)对激励信号f与响应速度信号x采用估计法进行处理，获得激光测振点的频响函数H(ω)，从中找出频带B1～B2范围内的所有突频点，每个突频点对应于被测结构件(7)的峰值频率，所有突频点表示为f1,f2
……
,fn；其中，B1比A1小5～10Hz，B2比A2大10～20Hz，被测结构件(7)所安装的发动机部件激励频带范围为A1～A2；5)对被测结构件(7)分别施加定频为f1,f2
……
,fn的正弦激励信号，同时待被测结构件(7)振动稳定后拍摄每个正弦激励下的摄影视频，共获得n段不同激励频率下的摄影视频；6)对拍摄的各段摄影视频以相对应的激励频率为中心频率进行运动放大，获得n段运动放大后的摄影视频；7)对n段运动放大后的摄影视频分别进行DIC分析，得到高频振型。2.根据权利要求1所述基于运动放大和数字图像相关的高频振型识别方法，其特征在于：步骤4)中，所述估计法为H1估计法，频响函数H(ω)的公式如下：其中，G
xf
表示x与f的互功率谱估计，G
ff
表示f的自功率谱估计。3.根据权利要求2所述基于运动放大和数字图像相关的高频振型识别方法，其特征在于：步骤1)中，所述被测结构件(7)表面为被测结构件(7)摄影可见的外侧表面；所述散斑(4)为黑白散斑。4.根据权利要求3所述基于运动放大和数字图像相关的高频振型识别方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫松，张志伟，薛杰，赵瑞国，张留欢，王珺，刘子俊，
申请(专利权)人：西安航天动力研究所，
类型：发明
国别省市：