LDV辅助下的全场振动测量(1):3D-DIC测量分辨率提升方法

进入21世纪之后,随着计算机处理能力的快速提升,基于高速相机的三维数字图像相关(3D-DIC)测振技术开始逐步被应用于不同的科研和工程领域。其优点是能实现全场振动测量,对测量环境的要求比较低,但在时间采样率和测量分辨率上无法满足大部分的振动测量需求。另外一类成熟的振动测量方法是基于单像素光电探测器的激光多普勒测振技术(LDV),这类基于干涉的测量技术具有极高的时间采样率和测量分辨率,测量时对隔振要求也不高,但主要的问题是在空间域上只能实现单点或者少量稀疏点的测量。激光多普勒测振技术在应对稳态振动时,虽然可以采用扫描的方式,但受限于设备的光学景深,扫描范围非常有限,其空间采样率远不如基于图像的方法。本文提出了一种新型的振动测量方法,即利用LDV辅助3D-DIC实现全场振动测量,利用两者各自在测量分辨率和全场测量上的优势,从硬件和数据处理两个方面提升全场3D-DIC的振动测量分辨率,由特征尺寸的10^(-4)量级提升至10^(-6)~10^(-7)量级。所提方法在采用普通帧率相机和没有隔振措施的情况下仍然可以实现干涉量级的全场振动测量,满足大部分结构振动测量的需求。

基于数字图像相关的动态结构损伤位置检测

结构损伤严重威胁各类装备和设施的安全性,如何准确检测结构损伤位置成为一个亟待解决的问题。传统基于结构模态的损伤检测方法有着空间采样率低、依赖无损状态的基线数据等缺点。为了克服传统方法的不足,提出一种基于数字图像相关的全场振动测量方法,利用所提方法测量结构在固有频率激励下的模态振型,进而识别损伤导致的振型异常。借助图像测量高空间采样率优势,所提方法可以高精度定位损伤区域。通过切比雪夫多项式拟合获得结构的基线数据,进而计算结构损伤模态与基线数据的残差,实现对结构损伤的准确定位,无需结构无损伤时的基线数据。并采用频域噪声解耦技术分离振动信号和噪声,有效提高了模态数据的信噪比。最后通过在固有频率激励下悬臂板的损伤检测,验证了所提方法的有效性。