[发明专利]追踪旋转叶片的振动测量装置及方法

说明书

本发明实施例公开了一种追踪旋转叶片的振动测量装置及方法，属于振动检测技术领域，该装置包括：激光源，所述激光源能够发射激光；X‑Y导向镜片，所述X‑Y导向镜片设置于所述激光源之外，用于引导所述激光源发射的激光；高速摄像机，所述高速摄像机采用低分辨率模式实时捕捉所述旋转叶片的旋转图像；控制器，所述控制器分别与所述X‑Y导向镜片及所述高速摄像机通信连接，所述控制器通过所述旋转图像实时的确定所述旋转叶片的振动测试位置，并控制所述X‑Y导向镜片引导激光实时的跟踪所述振动测试位置。通过本申请的方案，提高了振动检测的准确性。

技术领域

本发明涉及振动检测技术领域，尤其涉及一种利用高速摄像机和激光多普勒测振仪的振动测量处理技术。

背景技术

机械设备的振动信息常被用于评估机械的运行状态，诊断机械运行故障，或者校正机械的计算机仿真模型。因此，准确测量机械设备的振动信息显得尤为重要。振动的测量可分为接触式和非接触式。接触式测量方法需要把振动传感器附着于待测物体表面，但附加的质量往往会破坏被测物体原有的振动状态，影响测量精度。因此，接触式测量方法不适合测量薄壁、轻质物体的振动。非接触测量包括利用金属感应的位移传感器，其局限是安装要求高，探头需要靠近被测物体表面，且测量精度有限。

近年来，高速摄像机常被当做一种非接触测量方法，用于测量物体的振动。其原理是连续采集数万甚至数十万帧高分辨率图像，利用图像识别算法，计算连续两帧图像中物体的位置差别，从而获得物体的振动信息。此种测量方法的优点是试验设置简单，可以追踪运动中的物体的振动(如正在工作的风能发电机叶片)。其缺点是测量精度取决于图像的分辨率(像素大小)和拍照的频率。因此，对摄像机与被测物体的距离，以及摄像机的内存大小都有较高的要求，且振动信息提取需要离线处理。

激光多普勒测振仪也是近年来使用较多的非接触式测量设备，其测量精度高，不受被测物体的尺寸、温度、振动频率等限制。使用控制信号驱动一对导向镜片(高速响应扫描镜片)，可以引导激光在被测物体上进行单点依次扫描或者连续扫描，实现快速振动测量。与高速摄像机相比，激光多普勒测振仪的优点是测量精度高，缺点是不能追踪运动物体。以旋转的涡轮叶片或者风能发电机叶片为例，若要采用激光多普勒测量叶片在运行状态下的振动，现行的做法是利用转速编码器获得叶片的转速/位置，将叶片的转速/位置信号通过一系列数学运算转换为镜片的控制信号，引导激光追踪转动的叶片。这种追踪测量方法要求激光源放置在旋转中心的轴线上，同时，由于叶片通常会在旋转平面内的摆动，若摆动幅度过大，激光点甚至会落到叶片表面以外，影响测量精度。由于风机叶片通常安装在几十米甚至上百米的高空，而激光源通常放在地面，因此激光源无法在叶片旋转轴线上，从而无法测量工作状态下的风机叶片的振动。

因此，亟待一种全新的振动检测技术。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种追踪旋转叶片的振动测量装置及方法，至少部分的解决现有技术中存在的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种追踪旋转叶片的振动测量装置，包括：

激光源，所述激光源能够发射激光；

X-Y导向镜片，所述X-Y导向镜片设置于所述激光源之外，用于引导所述激光源发射的激光；

高速摄像机，所述高速摄像机采用低分辨率模式实时捕捉所述旋转叶片的旋转图像；

控制器，所述控制器分别与所述X-Y导向镜片及所述高速摄像机通信连接，所述控制器通过所述旋转图像实时的确定所述旋转叶片的振动测试位置，并控制所述X-Y导向镜片引导激光实时的跟踪所述振动测试位置。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述控制器内包括可编程逻辑门阵列,所述可编程逻辑门阵列内烧录有针对所述旋转叶片的图像识别算法。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述控制器实时获取所述高速摄像机拍摄的旋转图像，基于所述旋转图像确定所述旋转叶片的边缘位置。