[发明专利]一种基于机器视觉原理的加速度传感器

说明书

本发明公开了一种基于机器视觉原理的加速度传感器，包括壳体（1）及设置于壳体（1）内的弹簧（2）、质量块（3）和限位板（7）；弹簧（2）与限位板（7）的底端均固定于壳体（1）的内部的底部，弹簧（2）的顶端固定有质量块振子（3）；弹簧（2）位于壳体（1）的内部的后侧壁（11）与限位板（7）之间；质量块振子（3）在靠近限位板（7）的一侧面上固定有标识物（6）；壳体（1）的内部的前侧壁（12）上设置有光源（4）及摄像头（5），摄像头（5）捕捉标识物（6）的振动视频图像，光源向壳体（1）内提供照明；限位板（7）为摄像头（5）预留足够的成像空间。本发明加速度传感器，具有结构简单，成本低，稳定性高的特点。

技术领域

本发明属于土木工程结构健康监测领域，尤其涉及一种基于机器视觉原理的加速度传感器。

背景技术

在土木工程领域，测量结构构件的加速度对于了解结构的安全性能以及结构的服役状态具有重要意义。因此，获得结构在荷载作用下的加速度信息是结构健康监测工作的常规内容之一。对于整体结构来说，我们会关心其在动荷载作用下的结构响应参数，所以需要对结构进行实时监测，获得并分析结构响应和模态参数等，而这些反映结构静力与动力特性的参数主要有加速度与位移等。对于结构的构件来说，往往需要知道其在工作状态下的加速度响应情况，为后续评价构件的性能分析提供依据，对于此类问题，常常通过加速度来进行分析。

加速度传感器目前已经在各个领域取得了广泛而成熟的应用。在土木工程领域较为常见的加速传感器种类包括压电式加速度传感器，力平衡式加速度传感器。其中，压电式加速度传感器对于高频的振动信号监测敏感较为准确，力平衡式加速度传感器对于监测长柔类型结构，例如大跨桥梁的低频振动加速度信号较为敏感，准确，但是存在造价高的问题，一台力平衡式加速度传感器的造价数千元人民币，且容易收到环境噪声的影响。因此，目前需要研发一种低成本，抗噪能力强，且对低频信号敏感的加速度传感器。

发明内容

针对加速度的监测，本发明公开了一种基于机器视觉原理的加速度传感器，采用视觉传感器采集振动信息，具有很好的稳定性，对低频振动信号较为敏感。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于机器视觉原理的加速度传感器，包括壳体，还包括设置于所述壳体内的弹簧、质量块振子、及限位板；所述弹簧与限位板的底端均固定于所述壳体的内部的底部，所述弹簧的顶端固定有所述质量块振子；所述弹簧位于所述壳体的内部的后侧壁与所述限位板之间；所述质量块振子在靠近所述限位板的一侧面上固定有标识物；所述壳体的内部的前侧壁上设置有光源及摄像头，所述摄像头捕捉所述标识物的振动视频图像，所述光源向所述壳体内提供照明；所述限位板不遮挡所述摄像头与标识物，并为所述摄像头预留足够的成像空间。

优选地，所述限位板为透明结构。

优选地，所述质量块振子的最大边长小于5cm。

使用本发明技术方案，其中，壳体用来封装加速度传感器内置的振动敏感结构，弹簧用来支撑质量块振子维持其在一个平衡位置保持振动，质量块振子在结构振动时，可以在弹簧支撑下在一个平衡位置随结构一起振动。光源可以在壳体内部的封闭空间内提供一个稳定的光照环境，以方便摄像头采集影响数据；摄像头用来采集随质量块振子振动的标识物的振动视频信息。本方案中，采用限位板将质量块振子的振动空间约束，为摄像头观测预留足够的空间。该方法采用摄像头采集视频信号，可以直接将振动模拟量转成数字信号，不受外界电信号噪声干扰具有稳定性。与现有技术相比，本发明技术方案所采用机器视觉原理，具有结构简单，成本低，稳定性高的特点。

附图说明

图1为本发明的基于机器视觉原理的加速度传感器。

图中：100—加速度传感器；1—壳体；11—后侧壁；12—前侧壁；2—弹簧；3—质量块振子；4—光源；5—摄像头；6—标识物；7—限位板。

具体实施方式