[发明专利]一种基于单目视觉的低频多轴加速度计灵敏度校准方法

说明书

本发明公开了一种基于单目视觉的低频多轴加速度计灵敏度校准方法，该方法包括：利用摄像机采集与低频多轴加速度计具有相同位移的特征标志运动序列图像，基于单目视觉方法测量特征标志的位移；通过测量的特征标志位移获取低频多轴加速度计的激励加速度，并采集低频多轴加速度计的输出电压信号；然后基于时空同步技术实现低频多轴加速度计激励加速度信号与其输出信号的空间域对齐；最后基于灵敏度矩阵实现低频多轴加速度计的灵敏度幅值与相位校准。相比于现有的校准方法，本方法在保证校准精度的前提下，可避免重复安装、提高校准效率、实现宽频率范围内的低频多轴加速度计校准。

技术领域

本发明属于振动计量与测试领域，更为具体地讲，尤其涉及一种低频多轴加速度计灵敏度校准方法。

背景技术

低频加速度计正越来越多地广泛用于风力发电、地震、桥梁及建筑结构安全领域的振动监测。为更好地满足实际环境的振动监测需求，低频多轴加速度计常用于振动监测。低频多轴加速度计的灵敏度在其实际应用中作为已知值，直接影响其振动测量结果的可靠性。因此，研究一种高精度的低频多轴加速度计灵敏度校准方法以保证其振动测量精度变得尤为重要。

目前，常用的低频多轴加速度计校准方包括基于单分量振动台的激光干涉法，基于三分量振动台的激光干涉法以及基于重力发生装置的地球重力法。基于单分量振动台的激光干涉法校准系统简单、方便，可实现频率低频0.1Hz的校准，但其需要重复多次安装低频多轴加速度计，重复安装增加校准时间，且引入额外的校准误差。基于三分量振动台的激光干涉法利用三分量振动台为低频多轴加速度计提供多个轴向的激励加速度，仅需一次即可实现低频多轴加速度计多个轴向的灵敏度校准，但其校准系统复杂、成本高，且只能实现频率高于5Hz的校准。基于重力发生装置的地球重力法通过转台向低频多轴加速度计提供峰值恒定为当地重力加速度的正弦激励，该方法可同时实现低频多轴加速度计两个轴向的灵敏度校准。但受到转台离心加速度的影响，其校准频率通常受限于DC-5Hz。传统的振动校准方法无法满足宽频率范围内高精度的低频多轴加速度计校准需求。基于单目视觉的测量方法因其具有高效、灵活、高精度而广泛用于精密测量领域，故可通过单目视觉方法实现低频多轴加速度计灵敏度的高精度校准。

因此，针对目前振动校准方法对于低频多轴加速度计校准存在重复安装误差、校准时间长，或频率范围有限、无法实现较低频率校准的不足，本发明提出一种可提升校准效率，多个轴向仅需单次安装，且校准频率范围宽、频率低的低频多轴加速度计校准方法。

发明内容

针对目前对低频多轴加速度计的校准存在重复安装误差、校准时间长、或校准频率范围有限、无法适用于低频率校准、系统复杂且成本高等不足，本发明提供一种高效、低频率的低频多轴加速度计校准方法，包括：

基于MV方法的特征标志位移测量：用于确定低频多轴加速度计的激励位移；包括：基于Zernike矩的亚像素边缘检测方法提取特征标志运动序列图像的特征边缘，利用最小二乘法拟合特征边缘直线，并计算拟合边缘直线的位移；

低频多轴加速度计激励加速度测量与其输出电压信号的采集：摄像机采集序列图像的同时开始采集低频多轴加速度计的输出电压信号，通过测量的特征标志位移解算低频多轴加速度计的激励加速度；

低频多轴加速度计激励加速度信号与其输出电压信号空间对齐位置的相位解算：利用低频两分量振动台回零位置的激励加速度与该振动台零编码输出脉冲时刻的输出电压信号位置相对应实现激励加速度信号与输出电压信号的空间域对齐，采用SAM拟合激励加速度信号与输出电压信号，计算空间对齐位置的激励加速度信号与输出电压信号的相位；

低频多轴加速度计的灵敏度解算：利用计算的空间对齐位置激励加速度信号与输出电压信号的相位实现基于灵敏度矩阵的低频多轴加速度计灵敏度幅值与相位求解。

一种基于单目视觉的低频多轴加速度计灵敏度校准方法，所述校准方法包括以下步骤，