CN108195533B - 一种精确定位数据采集时刻的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种精确定位数据采集时刻的系统和方法，该系统包括：系统时间总控模块，将基准时间发送给时间电信号发生模块和触发模块；时间电信号发生模块基于基准时间产生时间电信号，时间电信号为以特定规律随时间变化的电信号，各时间电信号的特定规律不同；触发模块基于基准时间产生第一触发信号，电信号采集设备被第一触发信号触发，同步接收各时间电信号、物理量电信号，以获得测量数据；电信号处理模块，接收测量数据，并将时间电信号数据转换为采集电信号的时刻信息，以获测量结果。测量结果为标记时刻信息的物理量电信号。本申请通过利用电信号对时间进行编辑，能够对数据采集时间进行精确定位。

Description

一种精确定位数据采集时刻的系统和方法

技术领域

本发明属于数据采集技术领域，具体涉及一种精确定位数据采集时刻的系统和方法。

背景技术

在研究材料或结构动态力学性能的实验中，常需要联合多种测量设备来定量测量结构动态受载过程中的应变、位移、加速度等力学量，基于此可深入研究冲击载荷作用下结构的动态变形及破坏机理等问题。

当数据采集设备联合工作时，通常的做法将一个触发信号并联分成多路来触发不同采集设备。但是，由于不同数据采集设备对触发信号的响应时间不一致以及设备存在走时误差等原因，各测量设备采集数据的时间并不同步，如果在后续的数据分析时，如果各个设备采集的数据没有在同一个时间轴上一一对应，将会给实验分析结果引入较大的误差甚至错误。

目前确定设备采集数据时刻的方式是使用数据序号推算出对应的采集时刻，即设备采集第1个数据的时刻记为0点，假定设备的采集速率为m，则第n个数据的采集时刻为(n-1)/m。以上这种确定数据采集时刻的方法是基于两个假设：

(1)设备的启动延时为零，即设备接收到触发信号后立即开始采集工作；

(2)设备连续采集数据的过程中采集的时间间隔是均匀的。

但是，已有研究表明，即使是相同型号的采集设备之间也存在启动时差。即上述假设(1)不成立。此外，设备在采集及存储数据时，偶然会出现错存数据、丢落数据的情况。即上述假设(2)不严格成立。

因此，提供一种精确定位数据采集时刻的系统和方法，是本技术领域亟待解决的技术问题。

发明内容

了解决背景技术中的问题，本发明提供了一种精确定位数据采集时刻的系统和方法，通过对电信号进行编辑，能够精确定位数据采集的时刻。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种精确定位数据采集时刻的系统，包括：

系统时间总控模块，提供基准时间，并将所述基准时间发送给时间电信号发生模块和触发模块；

所述时间电信号发生模块，与所述系统时间总控模块相耦接，接收所述基准时间，并基于所述基准时间产生至少一个时间电信号，所述时间电信号为以特定规律随时间变化的电信号，各所述时间电信号的所述特定规律不同；

所述触发模块，分别与所述系统时间总控模块、电信号采集设备相耦接，接收所述基准时间，并基于所述基准时间产生第一触发信号，

所述电信号采集设备，至少为一台，分别与被测物和所述电信号发生模块相耦接，被所述第一触发信号触发，并同步接收并记录各所述时间电信号、所述的物理量电信号，以获得测量数据，所述测量数据包括所述时间电信号和所述物理量电信号；

电信号处理模块，与所述电信号采集设备相耦接，接收所述测量数据，并将所述时间电信号转换为采集电信号的时刻信息以获测量结果，所述测量结果为标记所述时刻信息的所述物理量电信号。

进一步地，所述的精确定位数据采集时刻的系统，还包括：图像采集及处理子系统，包括：

光源矩阵控制模块，包括：

逻辑控制子模块，与所述系统时间总控模块相耦接，接收所述基准时间，并基于所述基准时间，产生电参数控制信号和周期控制信号；

电参数子模块，与逻辑控制子模块相耦接，接收所述电参数控制信号，并根据所述电参数控制信号向所述光源矩阵子模块输出恒定电信号，所述恒定电信号为恒定电压或电流；

光源矩阵子模块，包括：至少一个发光单元，所述光源矩阵子模块分别与所述逻辑控制子模块和所述电参数子模块相耦接，接收所述恒定电信号和所述周期控制信号，所述周期信号控制所述光源矩阵子模块中的每个所述发光单元以设定的周期进行亮暗闪烁；

所述触发模块，与所述系统时间总控模块相耦接，接收所述基准时间，还基于所述基准时间产生第二触发信号，并将所述第二触发信号发送给相机，所述第二触发信号为单次触发信号或连续触发信号；

所述相机，与所述触发模块相耦接，被所述第二触发信号触发，对被测物和光源矩阵进行图像采集以获得第一图像，所述第一图像包括被测物图像信息和所述光源矩阵的灰度信息，其中，所述光源矩阵包括所述发光单元；

图像处理模块，与所述相机相耦接，接收所述第一图像，并将所述光源矩阵的灰度信息转换为所述相机进行图像采集的时刻信息，以获得第二图像，所述第二图像为标记时刻信息的所述第一图像。

进一步地，所述光源矩阵子模块位于所述被测物与所述相机之间；

所述光源矩阵子模块包括微透镜组，所述微透镜组位于所述光源矩阵子模块靠近所述相机的一侧，以使所述光源矩阵子模块发出的光能够被所述相机的镜头采集。

进一步地，所述电信号采集设备，同步接收并记录各所述时间电信号、所述物理量电信号，进一步为：每隔单位时间对所述各所述时间电信号、所述物理量电信号采集并记录一次，所述单位时间小于或者等于亮暗周期最小的所述发光单元的半周期。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种精确定位数据采集时刻的方法，包括：

系统安装步骤，包括：

将系统时间总控模块分别与电信号发生模块、触发模块相耦接，将所述电信号发生模块、所述触发模块分别与电信号采集设备相耦接，将电信号采集设备分别与被测物、电信号处理设备相耦接，所述电信号采集设备至少为一台；

数据采集步骤，包括：

启动所述系统时间总控模块，所述系统时间总控模块提供基准时间，并将所述基准时间发送给所述电信号发生模块和所述触发模块；

所述电信号发生模块接收所述基准时间，并基于所述基准时间产生至少一个时间电信号，所述时间电信号为以特定规律随时间变化的电信号，各所述时间电信号的所述特定规律不同；

所述触发模块接收所述基准时间，并基于所述基准时间产生第一触发信号；

所述电信号采集设备被所述第一触发信号触发，并同步接收并记录各所述时间电信号、所述的物理量电信号，以获得测量数据，所述测量数据包括所述时间电信号和所述物理量电信号；

数据处理步骤，包括：

电信号处理模块，与所述电信号采集设备相耦接，接收所述测量数据，并将所述时间电信号转换为采集电信号的时刻信息以获测量结果，所述测量结果为标记所述时刻信息的所述物理量电信号。

进一步地，述的精确定位数据采集时刻的方法，

所述系统安装步骤，还包括：图像采集及处理子系统的安装，包括：

安装光源矩阵控制模块，包括：将逻辑控制子模块分别与电参数子模块、光源矩阵子模块相耦接，将所述电参数子模块与速所述光源矩阵子模块相耦接，其中，包括：至少一个发光单元；

将所述逻辑控制子模块、触发模块分别与所述系统时间总控模块相耦接；

将所述触发模块与相机相耦接；

将所述相机与图像处理模块相耦接；

所述数据采集步骤，还包括：图像采集，包括：

所述逻辑控制子模块接收所述基准时间，并基于所述基准时间，产生电参数控制信号和周期控制信号；

所述电参数子模块接收所述电参数控制信号，并根据所述电参数控制信号向所述光源矩阵子模块输出恒定电信号，所述恒定电信号为恒定电压或恒定电流；

所述光源矩阵子模块接收所述恒定电信号和所述周期控制信号，其中，所述恒定电信号为所述发光单元提供电能，所述周期信号控制所述光源矩阵子模块中的每个所述发光单元以设定的周期进行亮暗闪烁；

触发模块，还基于所述基准时间产生第二触发信号，并将所述第二触发信号发送给相机，所述第二触发信号为单次触发信号或连续触发信号；

所述相机被所述第二触发信号触发，对被测物和光源矩阵进行图像采集以获得第一图像，所述第一图像包括被测物图像信息和所述光源矩阵的灰度信息，其中，所述光源矩阵包括所述发光单元；

所述数据处理步骤，还包括：所述图像处理模块接收所述第一图像，并将所述光源矩阵的灰度信息转换为所述相机进行图像采集的时刻信息，以获得第二图像，所述第二图像为标记时刻信息的所述第一图像。

进一步地，将光源矩阵子模块设置于所述被测物与所述相机之间；

所述光源矩阵子模块包括微透镜组，所述微透镜组位于所述光源矩阵子模块靠近所述相机的一侧，以使所述光源矩阵子模块发出的光能够被所述相机的镜头采集。

进一步地，所述图像处理模块，利用灰度二值化法或灰度线性插值法将所述光源矩阵的灰度信息转换为所述相机采集图像的时刻信息。

进一步地，所述灰度二值化法，进一步为：根据设定的阈值，将所述发光单元的灰度信息分为亮、暗两种状态，所述发光单元的灰度小于该所述发光单元的阈值，判定该所述发光单元为暗，并以0表示，

所述发光单元的灰度大于该所述发光单元的阈值，判定该所述发光单元为亮，并以1表示，

将所述发光单元的亮暗情况形成一组由0和1组成的数值，并根据所述光源矩阵的每个所述发光单元的周期和亮暗次数，将该组由0和1组成的数值转换为所述时刻信息；

所述灰度线性插值法，进一步为：根据设定的阈值上限和阈值下限，将发光单元的亮暗情况分为亮、暗和灰三种状态，所述发光单元的灰度小于或等于该所述发光单元阈值下限，判定该发光单元为暗，用0表示；

所述发光单元的灰度大于或等于该所述发光单元的阈值上限，判定该所述发光单元为亮，用1表示；

所述发光单元的灰度位于该所述发光单元的所述阈值上限和所述阈值下限之间，判断该所述发光单元为灰，通过线性插值计算，该所述发光单元的亮暗情况用大于0且小于1实数表示；

将所述发光单元的亮暗情况形成一组由0～1是实数组成的数值，并根据所述发光单元矩阵的每个所述发光单元的周期和亮暗次数，将该组由0～1是实数组成的数值转换为采集此图的时刻。

进一步地，所述电信号采集设备，同步接收并记录各所述时间电信号、所述物理量电信号，进一步为：每隔单位时间对所述各所述时间电信号、所述物理量电信号采集并记录一次，所述单位时间小于或者等于亮暗周期最小的所述发光单元的半周期。

与现有技术相比，本申请所述的精确定位数据采集时刻的系统和方法，达到了如下效果：

(1)本发明提供的精确定位数据采集时刻的系统和方法，通过对电信号进行编辑，能够精确定位数据采集的时刻；

(2)本发明提供的精确定位数据采集时刻的系统和方法，能够多台电信号采集设备同时进行数据采集，并对各电信号采集设备之间的启动误差进行采集；

(3)本系统对被测物体无损伤，且测量精度高，能够满足多种恶劣条件下对多种被测物体的测量；

(4)能够对电信号采集设备及相机的走时误差进行校准，避免了由于走时误差引起的测量精度较低的问题。

当然，实施本发明的任一产品必不特定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例1中精确定位数据采集时刻的系统；

图2为本发明实施例2中精确定位数据采集时刻的系统；

图3为相机镜头对对光源矩阵子模块发出的光进行采集的原理图

图4为本发明实施例3中的精确定位数据采集时刻的方法流程图

图5为本发明实施例4中的精确定位数据采集时刻的方法流程图

图6为实施例5中的精确定位数据采集时刻的系统图；

图7给出了时间电信号的特定规律示意图；

图8为实施例6中的精确定位数据采集时刻的系统图；

图9为实施例6中时间电信号的特定规律示意图；

图10为实施例6中各发光单元的周期控制信号的示意图。

具体实施方式

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。此外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电性耦接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表所述第一装置可直接电性耦接于所述第二装置，或通过其他装置或耦接手段间接地电性耦接至所述第二装置。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

另外，本说明书并没有将权利要求书公开的构件和方法步骤限定于实施方式的构件和方法步骤。特别是，在实施方式中记载的结构部件的尺寸、材质、形状、其结构顺序和邻接顺序以及制造方法等只要没有具体的限定，就仅作为说明例，而不是将本发明的范围限定于此。附图中所示的结构部件的大小和位置关系是为了清楚地进行说明而放大示出。

以下结合附图对本申请作进一步详细说明，但不作为对本申请的限定。

实施例1

图1为本发明实施例1中精确定位数据采集时刻的系统。请参见图1，本实施例提供的精确定位数据采集时刻的系统，包括：系统时间总控模块1、时间电信号发生模块2、至少一台电信号采集设备3、电信号处理模块4、触发模块6和被测物9。

系统时间总控模块1，提供基准时间，并将基准时间发送给时间电信号发生模块2和触发模块6。

时间电信号发生模块2，与系统时间总控模块1相耦接，接收基准时间，并基于基准时间产生至少一个时间电信号，时间电信号为以特定规律随时间变化的电信号，各时间电信号的特定规律不同；特定规律可以是时间电信号随时间呈线性变化、幂函数变化、指数函数变化、正余弦变化等，需要说明的是，时间电信号不能为恒定值；各时间电信号的特定规律不同是指，例如，各时间电信号均成线性变化，但变化速率不同，或者，各时间电信号分别呈线性变化、幂函数变化、指数函数变化、正余弦变化等，对此，本发明不作限制。

触发模块6，分别与系统时间总控模块1、电信号采集设备3相耦接，接收基准时间，并基于基准时间产生第一触发信号；其中，第一触发信号为单次触发信号，以触发电信号采集设备进行数据采集。

被测物9，包括被测物主体和至少一个感应单元，感应单元与被测物主体相关联，感应单元对被测物主体进行数据采集以产生物理量电信号。在本发明中，感应单元与被测物主体的关联，可以是感应单元与被测物组主体接触关联，例如：感应单元为压变片，应固定在被测物主体表面对被测物主体进行数据采集以产生物理量电信号；感应单元与被测物主体的关联，也可以是感应单元与被测物组主体非接触关联，例如，感应单元为超声波、激光等电磁波传感器，可以与被测物主体非接触式进行数据采集以产生物理量电信。

电信号采集设备3，分别与被测物9和时间电信号发生模块2相耦接，被第一触发信号触发，并同步接收并记录各时间电信号、的物理量电信号，以获得测量数据，测量数据包括时间电信号和物理量电信号。

电信号处理模块4，与电信号采集设备3相耦接，接收测量数据，并将时间电信号转换为采集数据电信号的时刻信息以获测量结果，测量结果为标记时刻信息的物理量电信号。

本实施例提供的精确定位数据采集时刻的系统，通过对电信号进行编辑，能够精确定位数据采集的时刻；能够多台电信号采集设备同时进行数据采集，并对各电信号采集设备之间的启动误差进行采集；能够满足多种恶劣条件下对多种被测物体的测量；避免了由于走时误差引起的测量精度较低的问题。

实施例2

图2为本发明实施例2中精确定位数据采集时刻的系统。请参见图2，本实施例提供的精确定位数据采集时刻的系统，包括：系统时间总控模块1、时间电信号发生模块2、至少一条电信号采集设备3、电信号处理模块4、触发模块6和被测物9和图像采集及处理子系统，包括光源矩阵控制模块5、相机7和图像处理模块8。

系统时间总控模块1，提供基准时间，并将基准时间发送给时间电信号发生模块2和触发模块6；

时间电信号发生模块2，与系统时间总控模块1相耦接，接收基准时间，并基于基准时间产生至少一个时间电信号，时间电信号为以特定规律随时间变化的电信号，各时间电信号的特定规律不同；特定规律可以是时间电信号随时间呈线性变化、幂函数变化、指数函数变化、正余弦变化等，需要说明的是，时间电信号不能为恒定值；各时间电信号的特定规律不同是指，例如，各时间电信号均成线性变化，但变化速率不同，或者，各时间电信号分别呈线性变化、幂函数变化、指数函数变化、正余弦变化等，对此，本发明不作限制。

触发模块6，分别与系统时间总控模块1、电信号采集设备3相耦接，接收基准时间，并基于基准时间产生第一触发信号和第二触发信号；其中，第一触发信号为单次触发信号，以触发电信号采集设备进行数据采集3，第二触发信号为单次触发信号或连续触发信号，以触发相机7。

被测物9，包括被测物主体和至少一个感应单元，感应单元对被测物主体进行数据采集以产生物理量电信号；

电信号采集设备3，分别与被测物9和时间电信号发生模块2相耦接，被第一触发信号触发，并同步接收并记录各时间电信号、的物理量电信号，以获得测量数据，测量数据包括时间电信号和物理量电信号；

电信号处理模块4，与电信号采集设备3相耦接，接收测量数据，并将时间电信号转换为采集数据电信号的时刻信息以获测量结果，测量结果为标记时刻信息的物理量电信号。

光源矩阵控制模块5，包括：

逻辑控制子模块501，与系统时间总控模块1相耦接，接收基准时间，并基于基准时间，产生电参数控制信号和周期控制信号；

电参数子模块502，与逻辑控制子模块501相耦接，接收电参数控制信号，并根据电参数控制信号向光源矩阵子模块输出恒定电信号，恒定电信号为恒定电压或电流；

光源矩阵子模块503，包括：至少一个发光单元，光源矩阵子模块分别503与逻辑控制子模块501和电参数子模块502相耦接，接收恒定电信号和周期控制信号，周期信号控制光源矩阵子模块中的每个发光单元以设定的周期进行亮暗闪烁；

相机7，与触发模块6相耦接，被第二触发信号触发，对被测物9和光源矩阵进行图像采集以获得第一图像，第一图像包括被测物图像信息和光源矩阵的灰度信息，其中，光源矩阵包括发光单元；

图像处理模块8，与相机7相耦接，接收第一图像，并将光源矩阵的灰度信息转换为相机进行图像采集的时刻信息，以获得第二图像，第二图像为标记时刻信息的第一图像。

本实施例提供的精确定位数据采集时刻的系统，通过对电信号进行编辑，能够精确定位数据采集的时刻；能够多台电信号采集设备同时进行数据采集，并对各电信号采集设备之间的启动误差进行采集；能够满足多种恶劣条件下对多种被测物体的测量；避免了由于走时误差引起的测量精度较低的问题；增加了图像采集及处理子系统，能够同时实现对被测物的图像采集，能够获得更多的被测物信息。

可选地，光源矩阵子模块503位于被测物9与相机7之间；在光源矩阵子模块503包括微透镜组，微透镜组位于光源矩阵子模块503靠近相机7的一侧，以使光源矩阵子模块503发出的光能够被相机7的镜头采集。以下对此情况下相机镜头对光源矩阵子模块503发出的光进行采集的原理进行说明。

图3为相机镜头对对光源矩阵子模块发出的光进行采集的原理图。请参见图3，光源矩阵子模块503上设有多个发光单元，发光单元位于光源矩阵子模块503靠近相机7的一侧，发光单元发出的光将微透镜组5031的折射后，能够被相机7的镜头701采集。

请继续参见图2，可选地，电信号采集设备3，同步接收并记录各时间电信号、物理量电信号，进一步为：每隔单位时间对各时间电信号、物理量电信号采集并记录一次，单位时间小于或者等于亮暗周期最小的发光单元的半周期。通过将单位时间设置为小于或者等于亮暗周期最小的发光单元的半周期，可以在对被测物进行后续处理时，将同一时刻或者相近时刻的物理量电信号与被测物图像信息进行处理，以便于获得同一时刻或者相近时刻的被测物的最多信息，从而提高对被测物的综合测量结果的精度。

实施例3

图4为本发明实施例3中的精确定位数据采集时刻的方法流程图。请参见图4，本实施例中的精确定位数据采集时刻的方法，包括：

步骤S101：系统安装步骤，包括：

将系统时间总控模块分别与电信号发生模块、触发模块相耦接，将电信号发生模块、触发模块分别与电信号采集设备相耦接，将电信号采集设备分别与被测物、电信号处理设备相耦接，电信号采集设备至少为一台，其中，被测物，包括被测物主体和至少一个感应单元，感应单元与被测物主体相关联，感应单元对被测物主体进行数据采集以产生物理量电信号；

步骤S102：数据采集步骤，包括：

启动系统时间总控模块，系统时间总控模块提供基准时间，并将基准时间发送给电信号发生模块和触发模块；

电信号发生模块接收基准时间，并基于基准时间产生至少一个时间电信号，时间电信号为以特定规律随时间变化的电信号，各时间电信号的特定规律不同；

触发模块接收基准时间，并基于基准时间产生第一触发信号；

电信号采集设备被第一触发信号触发，并同步接收并记录各时间电信号、的物理量电信号，以获得测量数据，测量数据包括时间电信号和物理量电信号；

步骤S103：数据处理步骤，包括：

电信号处理模块，与电信号采集设备相耦接，接收测量数据，并将时间电信号转换为时刻信息以获测量结果，测量结果为标记时刻信息的物理量电信号。

本实施例提供的精确定位数据采集时刻的方法，通过对电信号进行编辑，能够精确定位数据采集的时刻；能够多台电信号采集设备同时进行数据采集，并对各电信号采集设备之间的启动误差进行采集；能够满足多种恶劣条件下对多种被测物体的测量；避免了由于走时误差引起的测量精度较低的问题。

实施例4

图5为本发明实施例4中的精确定位数据采集时刻的方法流程图。请参见图5，本实施例中的精确定位数据采集时刻的方法，包括：

步骤S201：系统安装步骤，包括：将系统时间总控模块分别与电信号发生模块、触发模块相耦接，将电信号发生模块、触发模块分别与电信号采集设备相耦接，将电信号采集设备分别与被测物、电信号处理设备相耦接，电信号采集设备至少为一台，其中，被测物，包括被测物主体和至少一个感应单元，感应单元与被测物主体相关联，感应单元对被测物主体进行数据采集以产生物理量电信号。

步骤S201还包括：图像采集及处理子系统的安装，包括：

安装光源矩阵控制模块，包括：将逻辑控制子模块分别与电参数子模块、光源矩阵子模块相耦接，将电参数子模块与速光源矩阵子模块相耦接，其中，包括：至少一个发光单元；

将逻辑控制子模块、触发模块分别与系统时间总控模块相耦接；

将触发模块与相机相耦接；

将相机与图像处理模块相耦接。

步骤S202：数据采集步骤，包括：启动系统时间总控模块，系统时间总控模块提供基准时间，并将基准时间发送给电信号发生模块和触发模块；

电信号发生模块接收基准时间，并基于基准时间产生至少一个时间电信号，时间电信号为以特定规律随时间变化的电信号，各时间电信号的特定规律不同；

触发模块接收基准时间，并基于基准时间产生第一触发信号；

电信号采集设备被第一触发信号触发，并同步接收并记录各时间电信号、的物理量电信号，以获得测量数据，测量数据包括时间电信号和物理量电信号。

步骤S202还包括：图像采集，包括：

逻辑控制子模块接收基准时间，并基于基准时间，产生电参数控制信号和周期控制信号；

电参数子模块接收电参数控制信号，并根据电参数控制信号向光源矩阵子模块输出恒定电信号，恒定电信号为恒定电压或恒定电流；

光源矩阵子模块接收恒定电信号和周期控制信号，其中，恒定电信号为发光单元提供电能，周期信号控制光源矩阵子模块中的每个发光单元以设定的周期进行亮暗闪烁；

触发模块，还基于基准时间产生第二触发信号，并将第二触发信号发送给相机，第二触发信号为单次触发信号或连续触发信号；

相机被第二触发信号触发，对被测物和光源矩阵进行图像采集以获得第一图像，第一图像包括被测物图像信息和光源矩阵的灰度信息，其中，光源矩阵包括发光单元；

步骤S203：数据处理步骤，包括：

电信号处理模块接收测量数据，并将时间电信号转换为时刻信息以获测量结果，测量结果为标记时刻信息的物理量电信号；

步骤S203还包括：图像处理模块接收第一图像，并将光源矩阵的灰度信息转换为相机进行图像采集的时刻信息，以获得第二图像，第二图像为标记时刻信息的第一图像。

本实施例提供的精确定位数据采集时刻的系统，通过对电信号进行编辑，能够精确定位数据采集的时刻；能够多台电信号采集设备同时进行数据采集，并对各电信号采集设备之间的启动误差进行采集；能够满足多种恶劣条件下对多种被测物体的测量；避免了由于走时误差引起的测量精度较低的问题；增加了图像采集及处理子系统，能够同时实现对被测物的图像采集，能够获得更多的被测物信息。

可选地，图像处理模块，利用灰度二值化法或灰度线性插值法将光源矩阵的灰度信息转换为相机采集图像的时刻信息。以下对灰度二值化法和灰度线性插值法进行详细说明。

灰度二值化法为：根据设定的阈值，将发光单元的灰度信息分为亮、暗两种状态，发光单元的灰度小于该发光单元的阈值，判定该发光单元为暗，并以0表示，发光单元的灰度大于该发光单元的阈值，判定该发光单元为亮，并以1表示，将发光单元的亮暗情况形成一组由0和1组成的数值，并根据光源矩阵的每个发光单元的周期和亮暗次数，将该组由0和1组成的数值转换为时刻信息。通过灰度二值化能够精确定位图像采集的时刻，测量精度为最小周期的半周期，本发明的最小周期是指亮、暗的时间间隔最小的发光单元的周期。

确定第i号发光单元的阈值上限和阈值下限的方法是：实验开始前，依次对第i号发光单元的灰度阈值上限、下限进行标定。保持相机的采集帧率、曝光时间等参数不变，设置i号发光单元持续亮的状态，拍摄多张图像，并对图像中光源的灰度值进行统计，取最小值作为阈值上限；设置i号发光单元持续暗的状态，拍摄多张图像，并对图像中光源的灰度值进行统计，取最大值作为阈值下限。

经过线性插值法，能够提高相机采集图像时刻的精度，能够更为精确的定位相机采集图像的时刻，避免出现图像“错位”的情况，进而提高对被测物的测量精度。

可选地，电信号采集设备同步接收并记录各时间电信号、物理量电信号，进一步为：每隔单位时间对各时间电信号、物理量电信号采集并记录一次，单位时间小于或者等于亮暗周期最小的发光单元的半周期。

实施例5

图6为实施例5中的精确定位数据采集时刻的系统图。请参见图6，结合实施例1和实施例3，对本实施例进行说明，该系统中，第一电信号采集设备31为压变片，第二电信号采集设备32为超声传感器。

电信号发生模块2，产生4个时间电信号，并将这4个时间电信号分别发送至第一电信号采集设备31和第二电信号采集设备32。

图7给出了时间电信号的特定规律示意图。请参见图7，这4个时间电信号分别为H1至H4，时间电信号H1至H4的随时间而周期性变化的电压信号，且由时间电信号H1至H4，周期依次减小。

例如，第一电信号采集设备31采集第一个采集物理量电信号时的时间电信号分别为0mv，0mv，20mv，20mv，第二电信号采集设备32采集第一个采集物理量电信号时的时间电信号分别为0mv，0mv，0mv，20mv；可以判断，第一电信号采集设备31采集第一个采集物理量电信号的时间为0.225-0.3ms之间，第二电信号采集设备32采集第一个采集物理量电信号的时间为0.075-0.15ms之间，由此，能够确定第一电信号采集设备31和第二电信号采集设备32之间存在启动时差，启动时差约为0.15ms。应当理解，当时间电信号的数量更多时，能够更为准确的定位数据采集的时刻，测量电信号采集设备的时差也更为准确。

实施例6

图8为实施例6中的精确定位数据采集时刻的系统图。请参见图8，结合实施例2和实施例4，对本实施例进行说明，该系统中，电信号采集设备3为压变片，相机7对被测物9和光源矩阵子模块503进行图像采集。

图9为实施例6中时间电信号的特定规律示意图。请参见图9，在本实施例中，时间电信号呈线性递增的电流信号，周期控制信号为周期性变化的电流信号，为了便于说明，以光源矩阵中包括4个发光单元为了进行说明。

图10为实施例6中各发光单元的周期控制信号的示意图。请参见图10，这4个发光单元分别编号为第1号至第4号，第1号至第4号发光单元的周期分别为：1.2ms、0.6ms、0.3ms和0.15ms，本发明中所说的周期为发光单元亮暗各一次的时间，发光单元亮一次或者暗一次的时间为半周期，则第1号至第4号发光单元的半周期分别为T₁＝0.6ms、T₂＝0.3ms、T₃＝0.15ms和T₄＝0.075ms。

当相机进行采集时，相机的帧率为10fps/s，曝光时间为0.75ms，曝光时间等于亮暗频率最快的发光单元的半周期。

在相机的曝光时间内，各发光单元的亮的时长不同，因此，相机采集到的各发光单元的图像的灰度不同，因此，可以对各光源的灰度信息进行识别，从而得出相机采集图像的时刻。以灰度二值化法为例进行说明，例如：相机采集到的某个第一图像中的4个发光单元的亮暗情况分部为：暗、亮、暗、亮，识别时从周期最小的开始识别，即由第4号至第1号发光单元依次识别，识别结果用0和1表示为1010，从而，判断图像采集的时刻为：T_相机＝1*T₄+0*T₃+1*T₂+0*T₁＝0.075ms+0.3ms＝0.375ms，可以得出采集该图像的时刻大致为0.375ms。应当理解，本实施例中的发光单元数量较少，因此，具有一定的误差，当发光单元的数量增多时，误差也逐渐减小，图像采集的时刻定位也更为准确。

当获得标定时刻信息为Tm的第一图像时，为了更获得该时刻下的被测物更准确的形变信息，可以从电信号处理模块4输出的测量结果中，筛选出Tm时刻或者与Tm时刻邻近的时刻的物理量电信号，将这个或这些物理量电信号与Tm的第一图像进行比照，从而获得Tm时刻下被测物的更全面的形变信息，以提高对被测物的测量的精确度。需要说明的是，图7中所示的系统也可以对相机7和电信号采集设备3的启动时差进行测量，方法和实施例5中的方法相同，此处不作赘述。由于电信号采集设备3的采集数据的单位时间小于或者等于亮暗频率最快的发光单元的半周期，而且，相机7与电信号采集设备3之间也可能存在启动时差，因此，标定时刻信息为Tm的第一图像，可能无法找到Tm时刻的物理量电信号，此时，只需选择与Tm时刻邻近的时刻的物理量电信即可。

本系统能够实现，通过物理量电信号和被测物的图像信息进行综合分析，以获得更多的被测物信息，以提高对被测物分析的准确度。

与现有技术相比，本申请所述的精确定位数据采集时刻的系统和方法，达到了如下效果：

(1)本发明提供的精确定位数据采集时刻的系统和方法，通过对电信号进行编辑，能够精确定位数据采集的时刻；

(2)本发明提供的精确定位数据采集时刻的系统和方法，能够多台电信号采集设备同时进行数据采集，并对各电信号采集设备之间的启动误差进行采集；

(3)本系统对被测物体无损伤，且测量精度高，能够满足多种恶劣条件下对多种被测物体的测量；

(4)能够对电信号采集设备及相机的走时误差进行校准，避免了由于走时误差引起的测量精度较低的问题。

当然，实施本发明的任一产品必不特定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

由于方法部分已经对本申请实施例进行了详细描述，这里对实施例中涉及的结构与方法对应部分的展开描述省略，不再赘述。对于结构中具体内容的描述可参考方法实施例的内容，这里不再具体限定。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.精确定位数据采集时刻的系统，其特征在于，包括：

系统时间总控模块，提供基准时间，并将所述基准时间发送给时间电信号发生模块和触发模块；

所述时间电信号发生模块，与所述系统时间总控模块相耦接，接收所述基准时间，并基于所述基准时间产生至少一个时间电信号，所述时间电信号为以特定规律随时间变化的电信号，各所述时间电信号的所述特定规律不同；

所述触发模块，分别与所述系统时间总控模块、电信号采集设备相耦接，接收所述基准时间，并基于所述基准时间产生第一触发信号，

被测物，包括被测物主体和至少一个感应单元，所述感应单元与所述被测物主体相关联，所述感应单元对所述被测物主体进行数据采集以产生物理量电信号；

所述电信号采集设备，至少为一台，分别与被测物和所述时间电信号发生模块相耦接，被所述第一触发信号触发，并同步接收并记录各所述时间电信号、所述物理量电信号，以获得测量数据，所述测量数据包括所述时间电信号和所述物理量电信号；

电信号处理模块，与所述电信号采集设备相耦接，接收所述测量数据，并将所述时间电信号转换为采集电信号的时刻信息以获测量结果，所述测量结果为标记所述时刻信息的所述物理量电信号；

图像采集及处理子系统，包括：

光源矩阵控制模块，包括：

逻辑控制子模块，与所述系统时间总控模块相耦接，接收所述基准时间，并基于所述基准时间，产生电参数控制信号和周期控制信号；

电参数子模块，与逻辑控制子模块相耦接，接收所述电参数控制信号，并根据所述电参数控制信号向光源矩阵子模块输出恒定电信号，所述恒定电信号为恒定电压或电流；

光源矩阵子模块，包括：至少一个发光单元，所述光源矩阵子模块分别与所述逻辑控制子模块和所述电参数子模块相耦接，接收所述恒定电信号和所述周期控制信号，所述周期控制信号控制所述光源矩阵子模块中的每个所述发光单元以设定的周期进行亮暗闪烁；

所述触发模块，与所述系统时间总控模块相耦接，接收所述基准时间，还基于所述基准时间产生第二触发信号，并将所述第二触发信号发送给相机，所述第二触发信号为单次触发信号或连续触发信号；

所述相机，与所述触发模块相耦接，被所述第二触发信号触发，对被测物和光源矩阵进行图像采集以获得第一图像，所述第一图像包括被测物图像信息和所述光源矩阵的灰度信息，其中，所述光源矩阵包括所述发光单元；

图像处理模块，与所述相机相耦接，接收所述第一图像，并将所述光源矩阵的灰度信息转换为所述相机进行图像采集的时刻信息，以获得第二图像，所述第二图像为标记时刻信息的所述第一图像。

2.根据权利要求1所述的精确定位数据采集时刻的系统，其特征在于，

所述光源矩阵子模块位于所述被测物与所述相机之间；

所述光源矩阵子模块包括微透镜组，所述微透镜组位于所述光源矩阵子模块靠近所述相机的一侧，以使所述光源矩阵子模块发出的光能够被所述相机的镜头采集。

3.根据权利要求1或2所述的精确定位数据采集时刻的系统，其特征在于，所述电信号采集设备，同步接收并记录各所述时间电信号、所述物理量电信号，进一步为：每隔单位时间对所述各所述时间电信号、所述物理量电信号采集并记录一次，

所述单位时间小于或者等于亮暗周期最小的所述发光单元的半周期。

4.精确定位数据采集时刻的方法，其特征在于，包括：

系统安装步骤，包括：

将系统时间总控模块分别与时间电信号发生模块、触发模块相耦接，将所述时间电信号发生模块、所述触发模块分别与电信号采集设备相耦接，将电信号采集设备分别与被测物、电信号处理设备相耦接，所述电信号采集设备至少为一台，其中，所述被测物，包括被测物主体和至少一个感应单元，所述感应单元与所述被测物主体相关联，所述感应单元对所述被测物主体进行数据采集以产生物理量电信号；

数据采集步骤，包括：

启动所述系统时间总控模块，所述系统时间总控模块提供基准时间，并将所述基准时间发送给所述时间电信号发生模块和所述触发模块；

所述时间电信号发生模块接收所述基准时间，并基于所述基准时间产生至少一个时间电信号，所述时间电信号为以特定规律随时间变化的电信号，各所述时间电信号的所述特定规律不同；

所述触发模块接收所述基准时间，并基于所述基准时间产生第一触发信号；

所述电信号采集设备被所述第一触发信号触发，并同步接收并记录各所述时间电信号、所述物理量电信号，以获得测量数据，所述测量数据包括所述时间电信号和所述物理量电信号；

数据处理步骤，包括：

电信号处理模块，与所述电信号采集设备相耦接，接收所述测量数据，并将所述时间电信号转换为时刻信息以获测量结果，所述测量结果为标记所述时刻信息的所述物理量电信号；

图像采集及处理子系统的安装，包括：

安装光源矩阵控制模块，包括：将逻辑控制子模块分别与电参数子模块、光源矩阵子模块相耦接，将所述电参数子模块与所述光源矩阵子模块相耦接，其中，包括：至少一个发光单元；

将所述逻辑控制子模块、触发模块分别与所述系统时间总控模块相耦接；

将所述触发模块与相机相耦接；

将所述相机与图像处理模块相耦接；

所述数据采集步骤，还包括：图像采集，包括：

所述逻辑控制子模块接收所述基准时间，并基于所述基准时间，产生电参数控制信号和周期控制信号；

所述电参数子模块接收所述电参数控制信号，并根据所述电参数控制信号向所述光源矩阵子模块输出恒定电信号，所述恒定电信号为恒定电压或恒定电流；

所述光源矩阵子模块接收所述恒定电信号和所述周期控制信号，其中，所述恒定电信号为所述发光单元提供电能，所述周期控制信号控制所述光源矩阵子模块中的每个所述发光单元以设定的周期进行亮暗闪烁；

触发模块，还基于所述基准时间产生第二触发信号，并将所述第二触发信号发送给相机，所述第二触发信号为单次触发信号或连续触发信号；

所述相机被所述第二触发信号触发，对被测物和光源矩阵进行图像采集以获得第一图像，所述第一图像包括被测物图像信息和所述光源矩阵的灰度信息，其中，所述光源矩阵包括所述发光单元；

所述数据处理步骤，还包括：所述图像处理模块接收所述第一图像，并将所述光源矩阵的灰度信息转换为所述相机进行图像采集的时刻信息，以获得第二图像，所述第二图像为标记时刻信息的所述第一图像。

5.根据权利要求4所述的精确定位数据采集时刻的方法，其特征在于，

将光源矩阵子模块设置于所述被测物与所述相机之间；

所述光源矩阵子模块包括微透镜组，所述微透镜组位于所述光源矩阵子模块靠近所述相机的一侧，以使所述光源矩阵子模块发出的光能够被所述相机的镜头采集。

6.根据权利要求5所述的精确定位数据采集时刻的方法，其特征在于，

所述图像处理模块，利用灰度二值化法或灰度线性插值法将所述光源矩阵的灰度信息转换为所述相机采集图像的时刻信息。

7.根据权利要求6所述的精确定位数据采集时刻的方法，其特征在于，

所述灰度二值化法，进一步为：根据设定的阈值，将所述发光单元的灰度信息分为亮、暗两种状态，所述发光单元的灰度小于该所述发光单元的阈值，判定该所述发光单元为暗，并以0表示，

所述发光单元的灰度大于该所述发光单元的阈值，判定该所述发光单元为亮，并以1表示，

将所述发光单元的亮暗情况形成一组由0和1组成的数值，并根据所述光源矩阵的每个所述发光单元的周期和亮暗次数，将该组由0和1组成的数值转换为所述时刻信息；

所述灰度线性插值法，进一步为：根据设定的阈值上限和阈值下限，将发光单元的亮暗情况分为亮、暗和灰三种状态，所述发光单元的灰度小于或等于该所述发光单元阈值下限，判定该发光单元为暗，用0表示；

所述发光单元的灰度大于或等于该所述发光单元的阈值上限，判定该所述发光单元为亮，用1表示；

所述发光单元的灰度位于该所述发光单元的所述阈值上限和所述阈值下限之间，判断该所述发光单元为灰，通过线性插值计算，该所述发光单元的亮暗情况用大于0且小于1实数表示；

将所述发光单元的亮暗情况形成一组由0～1是实数组成的数值，并根据所述发光单元矩阵的每个所述发光单元的周期和亮暗次数，将该组由0～1是实数组成的数值转换为采集此图的时刻。

8.根据权利要求4-7任一所述的精确定位数据采集时刻的方法，其特征在于，

所述电信号采集设备，同步接收并记录各所述时间电信号、所述物理量电信号，进一步为：每隔单位时间对所述各所述时间电信号、所述物理量电信号采集并记录一次，

所述单位时间小于或者等于亮暗周期最小的所述发光单元的半周期。