[发明专利]一种图像特征匹配的转子叶片动频测量方法

说明书

本发明公开一种图像特征匹配的转子叶片动频测量方法。该方法利用高速摄影机对转动状态下的叶片振动进行视频记录；将视频不同时刻的图像划分成若干子域，在不同子域内采用多尺度差分空间方法检测像素灰度的极值点，作为该子域的特征点；基于特征点邻域围像素的梯度方向、幅值，构建特征点描述符；计算特征点描述符间的欧式距离，基于最小欧氏距离原则对相邻时刻特征点为代表的区域进行匹配，获得特征点的时域运动；利用转轴上特征点的时域运动计算转轴的旋转速度，并结合叶片上特征点的时域运动计算转子叶片结构的振动时域信息，通过频域分析，获取转子叶片结构的动频。本发明所提出的测量方法，测量装置安装简单，无需对结构进行物理标记。

技术领域

本发明属于机械结构振动测量技术领域，特别涉及一种图像特征匹配的转子叶片动频测量方法。

背景技术

转子叶片作为机械动力装置中的负责能量转换的核心部件，其日益向高转速、高效率及高可靠性的趋势发展，叶片的工作环境也愈加严峻，在离心力、气动力及热应力等服役载荷下容易发生疲劳失效。因此，对转子叶片动频进行非接触式测量可以有效的掌握叶片振动情况，为设备安全监测和故障诊断提供可靠地依据。

对于转子叶片动频的测量方法主要有应变遥测法、频率调制法、激光全息法、激光多普勒法和叶尖定时法，其中应用最广泛的是应变遥测法和叶尖定时法。应变遥测法即在叶片上粘贴应变片或压电晶体片，把叶片振动时产生的应变，通过机械量—电量的转换，经由发射器发射出来，再由固定在静止部件上的接收天线接收，其限制在于设备安装复杂，电池容量小，测试时间短，信号容易被淹没，且而传感器的导线在旋转过程中容易脱落等，给测量带来挑战。叶尖定时法的核心原理是将数个定时传感器沿圆周方向安置在叶轮壳体上，采集叶片经过传感器时产生的脉冲信号。正常状态下，叶尖到达传感器的时间可根据叶片分布角度和转速计算得出，而振动状态下，叶尖到达则会引起相对时间差。通过处理时间差序列，可得到叶片实时的振动信息，其主要受制于叶尖定时传感技术和振动参数识别技术的发展，目前测量精度并不高。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，解决目前对旋转结构振动测量装置安装复杂，连接导线在旋转过程中容易脱落等问题，本发明的目的在于提供一种图像特征匹配的转子叶片动频测量方法，在现有特征匹配算法的基础上，计算了特征点区域内像素的亮度均值、亮度极大值、亮度极小值、标准差，进一步提高了特征匹配算法的精度，并将该方法应用于转子叶片的动频测量。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种图像特征匹配的转子叶片动频测量方法，包括以下步骤：

步骤1)，利用高速摄影机对转动状态下的叶片振动进行视频记录；

步骤2)，将视频各帧图像划分成若干子域，在不同子域内采用多尺度差分空间方法检测像素灰度的极值点，作为该子域的特征点；

步骤3)，基于特征点周围像素的梯度方向、梯度幅值、灰度均值、灰度标准差构建特征点描述符，该描述符是采用了132个元素的向量，使该特征点具有唯一性；

步骤4)，计算相邻时刻特征点描述符间的欧式距离，基于最小欧氏距离原则对相邻时刻特征点进行匹配，获取特征点在不同时刻的位置，进而获得特征点的时域运动；

步骤5)，利用转轴上特征点的时域运动计算转轴的旋转速度；

步骤6)，利用叶片上特征点的时域运动和转轴旋转速度计算转子叶片的振动时域信息；

步骤7)，对叶片振动的时域信息进行频域分析，得到转子叶片的动频。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)测量效率很高，可实现任意叶片动频的测量。

2)该算法针对图像尺度、旋转、光照变化等噪声也具有良好的稳定性，测量精度也更高。