基于视频的振动测量技术研究进展

振动测量是保障结构安全和良好状态的基本手段。高精度的振动测量可为结构设计、安装调试、健康管理等振动试验提供精确的输入与响应测试。相较于传统的振动测量手段,基于视频的振动测量技术将相机的全部像素转化为高精度振动传感器,利用视频图像方式让人们肉眼可视结构在物理世界的真实振动形态,具有非接触、全视场、高空间分辨率、灵活方便等优点,近年来受到业界的广泛关注。该文主要介绍了视频振动测量技术的系统构成与测量过程、当前主要方法和相关技术最新进展,并总结了视频振动测量技术与其他技术相比存在的优势。通过分析与对比,肯定了视频方法是解决振动测量问题的有效手段和对传统测量方法的有力补充,随着相关技术和硬件设备的发展,视频振动测量方法将具有越来越大的研究意义和应用价值。

基于单高速相机3D-DIC的涡轮叶片全场振动测量

采用成本较低、结构紧凑且使用便捷的单高速相机三维数字图像相关方法(single-camera high-speed three-dimensional digital image correlation,简称SCHS 3D-DIC)对涡轮叶片的振动特性进行试验研究。首先,介绍了测量装置和原理,以悬臂铝板为对象开展验证试验,结果证明了该测量系统的准确性与有效性;其次,开展了叶片的全场振动特性测量,得到了其三维形貌、模态特性、全场位移与应变分布,获得了叶片在振动载荷作用下的高应变区域位置及应变分布特点。研究表明,SCHS 3D-DIC方法相比常规双高速相机3D-DIC方法具有更高的视场利用率,适合于细长型的涡轮叶片的振动测量试验。

一种用于振动测量的MEMS电磁式加速度计

基于电磁感应原理,设计并制备了一种用于振动测量的微机电系统(MEMS)电磁式加速度计,其具有无源、集成度高、对加工工艺精度要求低及不受温度、湿度影响等优势。首先通过有限元分析软件对加速度计敏感结构及永磁体磁场进行仿真分析,然后利用MEMS微加工工艺制备敏感结构及电磁线圈等主要部件,将加速度计芯片与嵌有永磁体的陶瓷基板进行键合封装。通过敏感结构受到振动并带动线圈相对永磁体发生位移产生电压信号。最后通过振动测试系统对电磁式加速度计的灵敏度、量程、线性度及抗过载能力等动态参量进行评估。实验结果表明,在0~3g量程范围内,加速度计可实现对63~69 Hz频率振动的测量,灵敏度最高为263 mV/g,非线性误差为3.3%,可用于恶劣环境下低g值的振动测量。

微型化三轴FBG振动传感器的角振动测量研究

针对微型三轴振动传感器研制,可用空间小且结构复杂和结构零件组合装配困难等问题,提出采用3个一体化模块交错组合的传感器设计方法,提高了空间利用率和装配精度。通过理论分析和有限元仿真,完成15 mm×15 mm×15 mm微型化传感器的优化设计,搭建显微镜成像封装系统和振动测试系统完成传感器的封装和性能测试。实验表明,该传感器X、Y、Z轴的谐振频率分别为990、975和960 Hz,且在0~700 Hz频率范围内平坦度好,灵敏度分别为19.10、19.28和20.01 pm/g,具有轻量化和三轴测试性能一致性高的优点。搭建微角振动测试系统,验证传感器的性能,其角位移测量分辨率优于0.21μrad,线性度为0.998。

自由落体绝对重力仪中参考棱镜振动测量技术

精确测量绝对重力仪参考棱镜的振动信号并将其用于补偿绝对重力测量值是提高绝对重力仪测量精度的一种解决方案。对此,本文介绍了参考棱镜振动测量的原理,设计了参考棱镜振动加速度测量装置,推导参考棱镜振动测量装置的传递函数。研究表明,可以将测量装置等效为加速度计,通过成熟的加速度计测量方法,可获得等效的加速度计传递函数参数,从而得到测量装置输出电压对参考棱镜振动加速度的传递函数,该函数能够解算出参考棱镜的振动加速度,以补偿绝对重力测量值。在实验室测得的数据与理论数据相符的基础上,通过在北京国家地球观象台做垂直振动摆的振动实验得出,实验曲线与理论模型公式刻画的幅频特性曲线重合,验证了参考棱镜振动测量装置在实际中使用的可靠性。

FPSO低压火炬管线现场振动测量分析方法

本文以某新建FPSO的低压火炬管线为研究对象,使用加速度计测量的方法,采集了现场特定运行工况下工艺系统管道的振动信号,并对其进行处理,结合国际标准进行结果对比,判断关键管路系统的振动特性是否符合要求。本文所使用的振动测量及分析方法对FPSO调试环节判断设备运行状态起到了很好的支撑作用。

一种全国产化分布式振动测量系统的设计

为了能够准确、实时的监测船舶燃气轮机多个关键部位在关注频率段内的振动数据,设计了一种全国产化分布式振动监测系统。该系统由振动传感器、单点全国产化分布式振动测量装置、船用上位监控系统和振动频谱分析仪组成。其中单点全国产化分布式振动监测装置以GD32F405RGT6为核心处理器,利用振动传感器对振动加速度信号进行采集,辅助有限长冲激响应滤波器进行频率段内振动数据的提取。试验结果表明该系统应用灵活、频率段提取准确、性能稳定可靠,能够有效满足实际工程中振动测量的要求。

船舶动力机械的振动测量技术探讨

现阶段,船舶动力机械的振动问题日益凸显,已严重威胁航行安全。为确保船舶动力系统的安全可靠运行,开展振动测量与分析刻不容缓。基于此,本文系统探讨了船舶动力机械振动测量技术。先后分析了船舶动力机械振动的特点及对船舶的影响,并详细介绍了各种振动测量技术的工作原理与应用,阐述这些技术的集成应用,最后展望了船舶动力机械振动测量技术的发展趋势。希望通过系统地分析,能够为相关从业者提供一定参考,以指导船舶动力机械的安全稳定运行。

空间站太阳翼振动测量中的动态杂光快速仿真方法

针对空间站柔性太阳翼振动测量相机的动态杂光快速分析需求,基于全轨道周期下日月地3种环境光源与相机光轴夹角关系、大面积柔性阵面的动态振动位移的模拟,并从点光源和面光源两类光源特性、直接入射和经太阳翼阵面一次反射后再入射两类杂光干扰途径出发,给出了大幅降低运算量的动态杂光判别算法,提升了杂光轨迹随被测对象动态变化时的仿真效率.仿真结果表明,该算法的实时性和准确性均可满足大型柔性太阳翼振动测量相机的杂光分析需求.

一种振动测量用电容式硅基MEMS加速度计

为了解决目前微电子机械系统(MEMS)加速度计在振动测量领域量程小和振动测量精度低等问题,基于绝缘体上硅(SOI)加工工艺,设计并制作了一款梳齿电容式MEMS加速度计。通过提高工作模态频率和干扰模态频差,提升了加速度计振动环境适应性;加速度计量程达到±50g,非线性度0.2%,横向灵敏度0.17%,分辨率优于0.5mg,体积9 mm×9 mm×2.7 mm,功率损耗30 mW。针对随机振动环境对加速度计的输出精度进行了实验验证,结果表明,MEMS加速度计与标准传感器的输出误差为2.69%,能够满足大部分工程应用需求。

基于欧拉运动放大的微小振动测量技术综述

在工程振动测量领域,近年基于机器视觉的振动测量方法是最常用的技术手段。针对微小幅度振动测量问题,依赖于传统图像处理算法的视觉测量方法难以测准测精,对此,基于机器视觉的运动放大方法是很好的解决方案。这种方法将人眼难以察觉的微小运动进行放大,再结合图像运动信息提取方法,实现了更准确的运动信息测量。本文总结了目前常用的基于机器视觉的振动测量方法,重点围绕基于机器视觉的运动放大技术展开详细介绍。运动放大技术主要分为拉格朗日放大方法及欧拉放大方法,本文介绍了拉格朗日放大技术和欧拉放大技术方法的起源发展,对两类方法的核心进行了对比分析,阐述了欧拉运动放大技术的优越性,进一步详细介绍了多种欧拉放大技术的改进方法,分析了各类改进方法的特点和局限性。最后,总结了基于欧拉运动放大的微小振动测量技术的发展前景。

基于图像相位的视频微振动测量分析方法

对低频微振动的测量在机械监测、故障诊断方面有着广泛的需求,而非接触式测量由于具有无需接触工件、可测量柔软易碎工件等特点,具有更加广阔的使用场景。视频振动测量方法作为非接触式测量方法的一种,因其具有安装方便、非接触测量、面阵扫描等优点,在低频测振场景下具有一定的优势。介绍了基于图像相位的视频测振原理和方法,采用高帧率的工业相机拍摄待测物体的振动画面,用图像序列中的像素位移表征振动信号,利用Riesz变换结合图像金字塔求解特定尺度下的局部相位,并基于图像相邻序列的相位变化对高速振动信号进行编码,再通过频谱分析振动的动态特性和模态,设计带通滤波器提取感兴趣的振动模态,通过图像分解和重组算法进行可视化放大。通过实验表明,即使是微弱到肉眼无法观测到的振动信号,图像的局部相位依旧有较强的特征表达能力,可以提取振动的波形,准确地分析振动频谱和模态。能够快速扫描出场景中存在振动的具体位置,实现亚像素级微振动信号的测量,并为振动的成分分析提供参考。

FPSO低压火炬管线现场振动测量分析方法

该文以某新建FPSO的低压火炬管线为研究对象,使用加速度计测量的方法,采集了现场特定运行工况下工艺系统管道的振动信号,并对其进行处理,结合国际标准进行结果对比,判断关键管路系统的振动特性是否符合要求。该文所使用的振动测量及分析方法对FPSO调试环节判断设备运行状态起到了很好的支撑作用。

叶尖定时旋转叶片实时振动测量技术

设计了一套基于叶尖定时传感的旋转叶片振动测量系统。系统主要由光电传感系统、数据采集与预处理系统、叶片振动数据处理系统三部分组成。叶尖定时传感器采用单根光纤发射、多光纤接收的 Y 型结构,并用高性能专用集成芯片完成弱光信号的放大检测,使传感器信噪比大于500,信号带宽大于 50MHz。利用 CPLD 和 DSP 技术,实现了叶尖定时信号的高速实时采集与处理;建立了同步共振条件下叶片振动的数据处理模型,实现了叶片振动的实时监测。整套测量系统在现场某大型压气机上进行了原理性验证,在转速高达 9210rpm的情况下测得的同步共振最大幅值为 0.4231mm,接近于同等条件下国外的测量结果,从而验证了整套测量系统的可靠性。

基于外差干涉的微振动测量技术研究

针对外差干涉的微振动测量存在稳定性低、严重受环境噪声影响等缺点,提出了对光路的改进方案。根据差分原理将其改为双光路,消除环境噪声的干扰;通过偏振分光棱镜(PBS)将椭圆偏振光变为线偏光,提高干涉信号幅值;改进频移装置(AOM),抑制频率漂移;增加光阑,滤除杂散光,提高系统信噪比。通过探测5kHz压电陶瓷振动信号,以及2.5 MHz高频激光超声信号进行实验验证,结果表明:信号稳定且无纹波,系统分辨率为2.3nm,信噪比提高16.7倍。两路干涉信号幅值分别为552mV和736mV,较传统外差干涉信号幅值提高近10倍,有利于纳米量级微振动信号的检测。

冰致自激振动测量与机理解释

在海洋平台上观测到了冰致结构的稳态振动,以及冰力和平台响应间的频率锁定现象.通过对实测数据和冰与结构相互作用的破碎机理分析,证明冰致稳态振动属于自激振动.给出了产生冰致自激振动的条件,提出了冰致自激振动的物理机制,指出冰致自激振动发生在冰加载速率的韧脆转变区,整个过程中冰内裂纹的形成与扩展受到了结构运动速度的控制.冰内部的微裂纹行为是解释与描述冰致自激振动的关键要素.

非接触式高速旋转叶片振动测量新技术的研究

基于叶尖定时原理开发了一套旋转叶片振动监测系统,该系统主要由光纤传感、数据采集、振动分析三个部分组成.光纤传感的核心是叶尖定时传感器和光电转换模块的设计,数据采集实现对转换后的脉冲数据进行高速采集、预处理和与计算机之间的高速通信,振动分析则由计算机软件进行实时处理并显示分析结果.整套系统在现场某大型压气机上进行了原理性验证,同时在高速模拟转子上通过了实时性验证,分析得到的结果与应变片监测的数据完全吻合,保证了整套系统最终应用于压气机叶片振动的在线实时监测.

浅析TSI振动测量信号的保护逻辑组合

介绍了火电厂常规汽轮机监视仪表(TSI)振动测量保护逻辑的组合方式,提出了保护逻辑组合的方法。华能辛店电厂5号、6号机组对TSI振动测量信号的保护逻辑组合方式进行了修改和完善,完善后保护控制系统运行安全、可靠。

基于虚拟仪器的机械振动测量技术

介绍了虚拟仪器技术及其软件、硬件的组成 ,以精密小轴承为研究对象 。

基于压电加速度传感器的振动测量系统研究

为实现对振动的有效测量,构建了压电加速度传感器的振动测量系统;对压电加速度传感器的力学模型及基本原理进行了有效地分析,并采用灵敏度比较法标定传感器,提高了整个测试系统的测量精度和可靠性;并应用了信号处理中的相关滤波原理;测试系统由压电加速度传感器、高速数据采集卡及Labview2010软件开发平台构成;软件功能主要有信号采集、历史数据读取、数据滤波、时频域分析等;搭建了工程实际测振的实验模型,并根据其频谱特性判断内部缺陷;实验结果表明,该测振系统运行稳定,操作简单,具有很好的可扩展性及可移植性,能实现准确、高效、实时的振动测量。