[发明专利]基于组合条纹的梁结构模态振型测量装置及方法

权利要求书

1.一种基于组合条纹的梁结构模态振型测量装置的测量方法，其特征在于，包括待测梁结构、视觉传感器、光学镜头、可调支架和具有图像处理模块的计算机，所述待测梁结构表面附有组合条纹图案，所述视觉传感器安装于可调支架上，以对待测梁结构表面的组合条纹图案进行实时成像，所述光学镜头安装于视觉传感器前端，以通过调节光学镜头得到结构表面清晰的组合条纹图像，所述视觉传感器通过数据连接线与计算机连接，以上传采集到的图像信息，所述计算机通过图像处理模块对采集到的图像信息进行处理分析，进而计算得到待测梁结构的振动信息；

所述组合条纹图案的外形为长方形，所述组合条纹图案由两种不同方向的单密度正弦条纹组成，包括设于中部沿宽度方向分布的测量条纹以及设于其两侧沿长度方向的定位条纹，两种条纹的分布方向呈90°角，所述定位条纹为周期为a的单密度正弦条纹，所述测量条纹为周期为b的单密度正弦条纹；

基于所述测量装置的梁结构模态振型测量方法，包括以下步骤：

步骤S1：根据待测梁结构的尺寸设计组合条纹图案的大小，将组合条纹图案贴附或喷涂在待测梁结构表面；

步骤S2：将视觉传感器安装于可调支架上，调整好组合条纹的成像位置，并调整光学镜头，使组合条纹图案清晰地呈现在视觉传感器的中心；

步骤S3：当待测梁结构受到激励发生振动时，视觉传感器实时采集待测梁结构振动时的组合条纹图像，并上传到计算机；

步骤S4：计算机通过图像处理模块对采集到的组合条纹图像进行处理分析，通过定位与测量相结合的方法，计算得到待测梁结构的多点振动信息，进而得到共振频率和模态振型；

所述步骤S4中，对组合条纹图像进行处理分析的具体步骤为：

步骤S41：对每帧组合条纹图像两侧的定位条纹进行插值重采样以提高定位精度，然后进行快速傅里叶变换，得到定位条纹的频谱，提取频谱中最大组成部分的频率，滤去部分噪声频谱；

步骤S42：对步骤S41得到的频谱进行逆傅里叶变换得到清晰的定位条纹的包裹相位信息，对包裹相位信息进行相位解调以得到未包裹的相位信息；将定位条纹的相位信息与图像的像素点一一对应，实现每帧条纹的定位；

步骤S43：在每帧组合条纹图像中提取一数值相位点处的测量条纹，处理得到各帧测量条纹在该相位点处的条纹密度，并将第一帧的测量条纹作为参考，通过与参考帧的条纹密度进行对比分析，进而得到待测梁结构上该点垂直于成像平面方向的振动信息；

步骤S44：通过对不同数值相位点的测量条纹进行处理，得到待测梁结构的多点振动信息，进而得到共振频率和模态振型。

2.根据权利要求1所述的基于组合条纹的梁结构模态振型测量装置的测量方法，其特征在于，整个图案打印在纸张上得到具有组合条纹图案的图片，再将图片贴附于待测梁结构表面，或者整个图案不打印在纸张上而直接喷涂在待测梁结构表面，作为振动传感器。

3.根据权利要求1所述的基于组合条纹的梁结构模态振型测量装置的测量方法，其特征在于，所述步骤S43中，待测梁结构Z方向的时域位移振动信号Δz(t)的计算方法为：

其中Δz(t)为待测梁结构在t时刻的Z方向位移，f为光学镜头组的焦距，A为待测梁结构表面的测量条纹实际宽度，p为视觉传感器的像素点点大小，n为参考帧条纹图像中长度为A的测量条纹所占的像素个数，d₀为参考帧条纹图像中的测量条纹密度，d(t)为t时刻条纹图像中的测量条纹密度。