数字散斑相关法非接触动态位移与振动测量技术研究

【摘要】：动态位移和频率是工程结构和机械装置动力特性分析的基本参数,是保证施工、运行安全的重要监测量。论文针对低频运动的测量对象,用数字散斑相关测量方法,发展了非接触位移、频率测量的技术,取得了有实质性推进意义的初期成果,为该光测力学新方法应用打下了一个方面的基础。 论文由文献调研入手,分析了动态条件下由于环境、工况的特殊性对位移和频率测量提出的新要求;较充分地论证了现代光测力学领域中主要方向的研究进展,选择对测量环境和对象表面光学条件要求不高,分辨力强、有实现非接触测量前景的数字散斑相关测量方法,开发ZM-DF-1型动态位移与频率测量系统。 论文期间,协同完成了变焦镜、CCD、图像采集卡和相关操作机构组成的硬件系统,试用表明,其光学性能、操作调节性能均达到了图像采集要求。针对散斑图像随对象运动而变化的新问题,重点开发了ZM-DF-1的软件部分,其中使用二次曲面拟合达到了相关匹配的亚像素精度,用谱估计方法实现了在图像数较少(30幅)的情况下频率测量精度达到1.0%水准。测试表明软件与现用硬件相匹配,图像传输速度25帧/秒,该系统适用于工作频率在0～12Hz区段的位移、频率分析。 作为深化分析和实用化研究的必要环节,作者通过仿真图像模拟和实验室真实图像采集时相关系数的分析,获得了标记点形态、环境光照、测量角度、测量距离和对象工作频率等因素对测量结果影响的规律,同时标定了新系统的若干测量精度。 最后,基于研究体会,提出了在技术上深化改进和产品转化中的思路与建议。