[发明专利]用于电力巡检机器人的非接触式振动信号采集系统及方法

权利要求书

1.一种用于电力巡检机器人的非接触式振动信号采集系统，其特征在于，包含：

机器人本体，

采集分析装置，所述采集分析装置位于所述机器人本体上，用于采集并分析被测设备的高速视觉图像，以得到被测设备的振动特征值；

终端监控平台，其与所述机器人本体通讯连接，用于根据被测设备的振动特征值进行显示、预警处理。

2.如权利要求1所述的非接触式振动信号采集系统，其特征在于，所述机器人本体上设有通讯平台，所述通讯平台与所述终端监控平台无线通讯连接。

3.如权利要求1所述的非接触式振动信号采集系统，其特征在于，所述采集分析装置包含：

图像采集模块，其用于非接触式采集被测设备的高速视觉图像；

数据处理模块，其与所述图像采集模块连接，用于对所述被测设备的视觉图像信息进行处理，以得到被测设备的振动特征值；

通讯模块，其与所述机器人本体通讯连接，用于将被测设备的振动特征值传输至所述机器人本体上。

4.如权利要求3所述的非接触式振动信号采集系统，其特征在于，所述采集分析装置还包含光照模块，其用于在采集被测设备的高速视觉图像时对被测设备进行补光，所述光照模块与图像采集模块同步工作。

5.如权利要求3所述的非接触式振动信号采集系统，其特征在于，所述采集分析装置还包含：

存储模块，其用于储存被测设备的振动特征值，减少所述通讯模块的数据传输数量，并避免在采集分析装置通讯失效时造成数据的丢失；

电源模块，电源模块用于对采集分析装置进行供电。

6.如权利要求3所述的非接触式振动信号采集系统，其特征在于，所述通讯模块与所述机器人本体无线通讯连接或有线通讯连接。

7.一种利用权利要求1-6任一项所述的非接触式振动信号采集系统进行振动信号采集的方法，其特征在于，包含以下步骤：

采集并分析被测设备的高速视觉图像，以得到该设备的振动特征值；

将该振动特征值传输至终端监控平台进行显示及预警处理。

8.如权利要求7所述的非接触式振动信号采集方法，其特征在于，所述分析被测设备的高速视觉图像以得到该设备的振动特征值的方法，包含：

a、对所采集的高速视觉图像进行滤波去噪处理；

b、对滤波后的图像进行增强处理；

c、对增强后的图像进行设备的振动位移提取，得到该设备的原始振动信号；

d、根据该设备的原始振动信号，并结合该设备的振动特性，计算得到设备的振动特征值。

9.如权利要求8所述的非接触式振动信号采集方法，其特征在于，所述对增强后的图像进行设备的振动位移提取，以得到该设备的原始振动信息的方法，包含以下步骤：

对增强后的图像进行卷积运算，获得t₀时刻的图像θ方位的局部相位φ_θ(x,y,t₀)和局部振幅A_θ(x,y,t₀)：

φ_θ(x,y,t₀)＝m(4)

式中，I(x,y,t₀)表示在空间位置(x,y)处和t₀时刻的增强后的图像的亮度，表示复数滤波器，m表示常数，意味着随着时间的推移相位的局部相位恒定轮廓不变；

公式(4)两边分别对时间t求偏导，得到：

式中，u和v分别表示图像x，y轴方向上的速度；

求解式(5)可得：

式中，和

再对式(6)进行积分求解，即可得到该设备的原始振动信号Δy：

式中，η表示一个极小的正数，目的是防止分母为0；α表示位移系数，用于将速度转换为位移，β为下采样倍率。

10.如权利要求8所述的非接触式振动信号采集方法，其特征在于，所述设备的振动特征值包括：主频、主频比重及频率复杂度，其中，

主频表示频域信号最大幅值对应的频率：

A₁＝argmax(X_f)

其中，X_f表示频率振动信号；

主频比重表示频域信号最大幅值占频谱总能量比重：

其中，X_fi表示第i频点的振动幅值；

频率复杂度表示各频率下谐波比重与其自然对数的加权和，反映的是设备整体机械稳定性状态：

其中，表示50Hz及其谐波频点的振动幅值。