[发明专利]用于高速视频振动分析的模块化设备

说明书

技术领域

本公开通常涉及振动分析的领域。更具体地，本公开涉及一种用于结构的高速视频振动分析的技术。

背景技术

当今，在工业中的振动和结构健康测试、并且更具体地在航空工业中的地面和飞行测试基本上是基于被称为加速度计的设备。尽管非常精确和可靠，但是加速度计需要长的准备和安装时间，要求有高资质的操作员，用它们自己的质量加载待测结构(因此改变了结构的振动响应)并且仅可以在离散点处测量。

更现代化的非接触技术以激光多普勒振动仪(LDVs)为代表。LDVs主要应用在汽车工业中，尽管航空、民用、声学、国防和安全领域也可以在某些程度上使用该技术。LDVs的主要缺点是可购性(非常高的价格)，可操作性(LDVs的性能随着暴露至外部日光而变坏并且当至目标的距离增大时快速降低)，以及多功能性(它们是有源光学系统，特征在于高功耗并且通常“大体积”，也即它们无法工作在有限空间中或者距离表面太远而无法观测)。

此外，仅可以用LDVs测试具有有限大小(通常大约一平方米)的目标，并且待观测表面必须垂直于激光束。

因此，需要用于结构的振动分析的改进技术。

发明内容

根据第一方面，提供了一种用于结构的高速视频振动分析的设备。该设备包括摄像机装置和数据分析器单元。摄像机装置适于生成该结构的至少两个高速视频流。数据分析器单元连接至摄像机装置并且包括处理单元。处理单元适于从至少两个高速视频流中的至少一个估计被捕获的结构的至少一部分沿着第一平面的变形。处理单元进一步适于从至少两个高速视频流确定被捕获的结构的至少一部分沿着不同于第一平面的第二平面、或者沿着包括在第二平面中的轴线的深度信息。处理单元进一步适于通过考虑所估计的被捕获的结构的至少一部分沿着第一平面的变形和所确定的被捕获的结构的至少一部分沿着第二平面或沿着包括在第二平面中的轴线的深度信息而提取被捕获的结构的至少一部分的振动数据。

以此方式，可以实现基于高速视频处理的结构的振动分析。在此处，术语“高速视频”可以理解为用高的时间分辨率记录的任何视频，例如是结构的感兴趣振动的最大时间频率的至少两倍。用于高速视频振动分析的设备可以基于高速视频处理而执行无接触/非接触振动分析。换言之，设备可以适于执行结构的基于高速视频的非接触振动分析。用于高速视频振动分析的设备也可以被称为用于高速视频振动分析的模块化设备。

前述结构的部分可以是相同的，例如可以具有相同大小、形状和/或位置。例如，处理单元可以适于从至少两个高速视频流中的确切一个估计被捕获的结构的至少一部分沿着第一平面的变形。包括在第二平面中的轴线可以是外平面轴线，或者可以平行于外平面轴线。以下将更详细描述外平面轴线。

变形可以涉及结构的变形，其可以由在可以导致振动数据的任意种类变化、运动或振动的高速视频流中被捕获的结构的变形来表示。

处理单元可以适于通过将被捕获的结构的该至少一部分沿着第一平面的变形和被捕获的结构的该至少一部分沿着第二平面的深度信息进行组合，提取被捕获的所述结构的该至少一部分的振动数据。

考虑变形的估计和深度信息的确定(例如其组合)，使其可以从两个正交平面提取振动数据。结果，能够在空间中沿任意方向检测结构的任何振动，其中摄像机装置(例如一个或多个高速摄像机)能够也在日光条件下工作。摄像机装置的一个或多个高速摄像机可以是光学无源传感器，其中无需能量散发并且可以通过简单地调节光学设置(例如焦距和视场)而处理至结构和/或结构空间延伸的距离。

在一个或多个实施例中，数据分析器单元可以进一步包括采集单元，该采集单元适于控制摄像机装置和/或同步至少两个高速视频流。

处理单元可以进一步适于将至少两个高速视频流修正至第一平面上。

处理单元可以进一步被配置成检测与所估计的被捕获的结构的该至少一部分沿着第一平面的变形相关联的振动模式。

处理单元可以进一步被配置成通过将所估计的被捕获的结构的该至少一部分沿着第一平面的变形、所检测与所估计的被捕获的结构的该至少一部分沿着第一平面的变形相关联的的振动模式、以及所计算的被捕获的结构的该至少一部分沿着第二平面的变形进行组合，提取被捕获的结构的该至少一部分的振动数据。

摄像机装置可以包括至少一个高速摄像机。例如，摄像机装置可以包括至少两个高速摄像机。每个摄像机可以被设置成并且适于捕获该结构并且生成至少两个高速视频流的高速视频流。