[发明专利]一种多维振动测试系统

说明书

技术领域

本发明属于结构动力学分析和测试技术领域，具体涉及一种多维振动测试系统。

背景技术

结构试验是一门试验科学和技术，是研究和发展土木工程结构新材料、新结构、新施工工艺以及检验结构计算分析和设计理论的重要手段，在土木工程结构科学研究和技术创新等方面起着重要作用。动力试验是结构试验的内容之一，其具体项目较多，主要的项目有动力特性试验、颤振试验、摆振试验、落震试验和振动冲击环境试验。结构振动测试系统对于动力试验系统的测试是十分关键。

传统的测试技术已经比较成熟，并且成功运用多年，但是它也有局限性。以往的振动测试技术无法测试带显著扭转效应的结构位移量。以位移传感测试为例，传统的位移传感器是直接连在结构上的，当结构有x、y方向的位移时，位移传感器会跟着有位移响应，从而转化成电信号测出这个位移响应。当出现扭转效应的时候则会出现致命的误差。真实结构在地震、风、海浪等随机激励荷载作用下，扭转效应往往是不可避免的。因此科学地测试结构物空间运动的线位移和角位移，是实验测试技术面临的挑战。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，一种新的结构振动测试系统，解决传统测试方法在结构有显著扭转效应时有较大误差问题，该方法取材简单，成本低廉。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种多维振动测试系统，包括振动源、结构模型，所述振动源用于向结构模型施加激励；还包括设于结构模型，跟随结构模型运动并能实时反映结构模型运动状态的投射装置；用于接收从投射装置发出的投射光线的投影接收装置；用于收集投射在投影接收装置上的图像的视频收集装置；用于建立视频收集装置成像几何模型的位置标定辅助件；以及用于对视频收集装置收集到的图像进行分析处理的图像提取分析模块。本发明将图像处理技术引进振动测试系统中，在结构模型上设置投射装置，通过投射装置将结构模型受到振动源激励后产生的各方向上的实时位移状态投射到投影接收装置上。收集投影接收装置上图像，获取一定时间内投射点的位移信息，反算出结构模型的位移运动信息。

进一步地，所述结构模型一侧设有两个或两个以上的投射装置，相邻侧设有一个或一个以上的投射装置，每侧的投射装置皆设有对应的投影接收装置。三个投影接收装置设置于结构模型上，三个投射点的位移信息即为结构模型三个位置的位移信息，根据投射点位移信息反算出结构模型的两个平动位移量和一个角位移量。当结构模型形状不规则，或需要振动测试提供更精确的结果时，应根据实际需要增加投射装置和投影接收装置。

作为一种可选方案，所述投影装置为激光投射器，所述投影接收装置为投影屏，所述激光投射器设于结构模型，跟随结构模型运动，并将运动轨迹投射于投影屏。激光投射器与投影屏配合成像，再通过图像处理技术计算结构模型多个维度上的位移量，无需如传统振动测试系统那样使用大量传感器数据线，简化系统结构和测试、计算步骤，同时获得较高的测试精度。且激光投射器和投影屏容易获得，价格低廉。

优选地，所述位置标定辅助件为标定纸，所述标定纸上印有若干个标定点。使用标定纸作为位置标定辅助件，简单方便。

优选地，所述标定纸中的标定点为正方形/圆形，边长/直径为4~10mm，5行5列分布，共25点。标定点过大，不宜提高标定精度；选用标定点过少，不仅不宜提高精度，且标定范围受到限制变小，不利于测试。 

优选地，所述标定纸中相邻两个标定点间距为40~80mm。标定点宜紧凑布置；标定点间距过大，降低标定精度。

优选地，所述投射装置与相应的投影接收装置之间的距离为500~1000mm，且投射装置发出的光线投射到投影接收装置所形成的点直径大小为1~3mm。由于激光发射器投射出的激光束具有发散性，如果距离过大，则投影接收装置激光靶点过大，不利于靶点位置信息的提取；且距离控制在500~1000mm，利于系统装置布置，不占用大量空间。点直径大小控制在1~3mm同样是为了精确提取点的位置信息。

作为一种可选方案，所述视频收集装置为CCD摄像机，图像提取分析模块为安装有视频采集卡的计算机。普通CCD摄像机和视频采集卡等容易获得，取材简单，成本低廉。

作为一种可选方案，所述结构模型为多层结构，且每层皆设有投射装置。结构模型各层皆可设置投射装置，以满足对复杂结构的振动测试。

多维振动的测试方法，包括以下步骤：