CN109443811B - 一种非接触式测量受电弓模态的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非接触式测量受电弓模态的方法，用于受电弓模态测量，包括：两个相机、固定架、光源、无线传输模块和上位机，相机和光源安装在固定架上，光源用于照射受电弓的被测区域，相机拍摄受电弓被测区域的图像通过无线传输模块传输到上位机中进行处理，上位机分析处理图像得到受电弓的模态；其中受电弓安装在机车顶部，固定架通过真空吸盘固定在机车顶部，与受电弓处于同一安装平面内；光源为蓝光光源，两个相机为镜头前安装有使得蓝光光源成为成像光源的带通滤镜；上位机中安装有DIC操作软件。
Description
技术领域
本发明属于振动测量领域，尤其涉及一种非接触式测量受电弓模态的方法。
背景技术
受电弓是电力牵引机车从接触网取得电能的重要受流电气设备。为了保证行车过程的安全稳定，开展受电弓服役状态下的模态测试分析十分必要。
现有的受电弓模态测量采用的是接触式测量方式，采用加速度传感器需要测量受电弓上特定点的加速度，三向加速度传感器获取受电弓各测点X、Y、Z三个方向的振动响应，得到每个敲击点与拾振点的频响函数利用PolyMax法进行定阶、拟合，获得受电弓的固有频率、模态振型、模态阻尼比等参数。该方法需要布设传感器，会对受电弓产生不可避免的附加质量影响，进而影响受电弓模态。同时，需要布设大量加速度传感器，测量成本高，稳定性较差。进行该测试时，受电弓需要从高铁上拆除，无法测量其工作模态。
发明内容
受电弓是电力牵引机车从接触网取得电能的重要受流电气设备。为了保证行车过程的安全稳定，开展受电弓服役状态下的模态测试分析十分必要。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种非接触式测量受电弓模态的方法，用于受电弓模态测量，包括：两个相机、固定架、光源、无线传输模块和上位机，所述相机和光源安装在所述固定架上，所述光源用于照射受电弓的被测区域，所述相机拍摄受电弓被测区域的图像通过无线传输模块传输到上位机中进行处理，所述上位机分析处理所述图像得到受电弓的模态；
其中受电弓安装在机车顶部，所述固定架通过真空吸盘固定在机车顶部，与受电弓处于同一安装平面内；
所述光源为蓝光光源，所述两个相机为镜头前安装有使得所述蓝光光源成为成像光源的带通滤镜；
所述上位机中安装有DIC操作软件。
优选地，所述两个相机包括第一相机和第二相机，所述第一相机和所述第二相机为全画幅相机。
优选地，所述第一相机和所述第二相机安装在距离所述受电弓50mm位置，所述第一相机和所述第二相机的镜头轴线夹角为60°，所述第一相机和所述第二相机镜头中心间距为60厘米。
优选地，还包括相机标定板，用于校准测量所述第一相机和所述第二相机的安装位置和安装角度。
优选地，所述蓝光光源和所述第一相机和所述第二相机安装在所述受电弓的同一侧面。
优选地，步骤100：在所述受电弓选定测定点并制作标记点；
步骤200：调整所述第一相机和所述第二相机的焦距和光圈，直至所述第一相机和第二相机对所述受电弓清晰成像；
步骤300：通过所述相机标定板完成所述DIC操作软件标定过程；
步骤400：在机车静止状态，采用激振器对所述受电激振，激振过程中实现所述第一相机和所述第二相机拍摄所述受电弓图像；
或在机车工作状态，所述第一相机和所述第二相机拍摄所述受电弓图像。
步骤500：所述第一相机和所述第二相机拍摄的所述受电弓图像由所述无线传输模块传输到所述上位机中；
步骤600：所述上位机中的DIC操作软件对传输来的图像进行分析处理得到测点加速度参数；
步骤700：所述测点参数通过PolyMax模态算法，分析得到所述受电弓的频率、振型和阻尼比。
优选地，步骤100中所述测定点均匀布置，避开所述受电弓模态节点位置；
标记所述标记点；
所述标记点无序随机分布。
优选地，步骤700中通过采用Ploymax算法的DHDAS动态信号采集分析所述受电弓图像步骤如下：
步骤710：各个测点加速度参数导入；
步骤720：通过DHDAS动态信号采集分析系统，由加速度参数推算频响函数；
步骤730：设定拟合频率范围与阈值；
步骤740：在稳态图中选择极点，分析得到频率、振型和阻尼比。
相对于现有技术，本发明具有如下技术优势：
1、本发明旨在通过非接触式测量，避免了传统测量方式中传感器的布设，一方面，可降低由于附加传感器给受电弓的安全服役带来的额外风险；
2、本发明消除了附加质量对受电弓较轻部件模态的影响，通过非接触式测量，可实现高速列车运行过程中的受电弓振型模态的实时测量与数据传输。
附图说明
图1本发明一个实施方式中两个相机与受电弓的布置结构示意图；
图2本发明一个实施方式中受电弓标记点的布置示意图；
图3本发明一个实施方式的非接触式测量受电弓模态的方法流程示意图；
图4本发明一个实施方式中利用DHDAS动态信号采集分析得到受电弓模态的方法流程示意图。
具体实施方式
受电弓是电力牵引机车从接触网取得电能的重要受流电气设备。为了保证行车过程的安全稳定，开展受电弓服役状态下的模态测试分析十分必要。
现有的受电弓模态测量采用的是接触式测量方式，采用加速度传感器需要测量受电弓上特定点的加速度，三向加速度传感器获取受电弓各测点X、Y、Z三个方向的振动响应，得到每个敲击点与拾振点的频响函数利用PolyMax法进行定阶、拟合，获得受电弓的固有频率、模态振型、模态阻尼比等参数。该方法需要布设传感器，会对受电弓产生不可避免的附加质量影响，进而影响受电弓模态。同时，需要布设大量加速度传感器，测量成本高，稳定性较差。进行该测试时，受电弓需要从高铁上拆除，无法测量其工作模态。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位和位置关系为基于附图的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者部件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指标或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“若干”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接；可以是自己连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1～图4所示，本发明提供了一种非接触式测量受电弓模态的方法，受电弓包括滑板60、上框架20、下臂杆30和拉杆40、底架50以及控制受电弓升弓或降弓的动力装置，用于受电弓模态测量，包括：两个相机、固定架、光源、无线传输模块和上位机，相机和光源安装在固定架上，光源用于照射受电弓的被测区域，相机拍摄受电弓被测区域的图像通过无线传输模块传输到上位机中进行处理，上位机分析处理图像得到各测点的振动信号，进一步处理得到受电弓的模态；
其中受电弓安装在机车顶部，固定架通过真空吸盘固定在机车顶部，与受电弓处于同一安装平面内；
光源为蓝光光源，两个相机为镜头前安装有使得蓝光光源成为成像光源的带通滤镜；
上位机中安装有DIC操作软件。
本发明旨在通过非接触式测量，避免了传统测量方式中传感器的布设，一方面，可降低由于附加传感器给受电弓的安全服役带来的额外风险。
本发明的一个具体实施例中，两个相机包括第一相机71和第二相机72，第一相机71和第二相机72为全画幅相机。
本发明的一个具体实施例中，第一相机71和第二相机72安装在距离受电弓50mm位置，第一相机71和第二相机72的镜头轴线夹角为60°，第一相机71和第二相机72镜头中心间距为60厘米。
本发明的一个具体实施例中，还包括相机标定板，用于校准测量第一相机71和第二相机72的安装位置和安装角度。
本发明的一个具体实施例中，蓝光光源和第一相机71和第二相机72安装在受电弓的同一侧面。
本发明的一个具体实施例中，步骤100：在受电弓选定测定点并制作标记点；
步骤200：调整第一相机71和第二相机72的焦距和光圈，直至第一相机71和第二相机72对受电弓清晰成像；
步骤300：通过相机标定板完成DIC操作软件标定过程；
步骤400：在机车静止状态，采用激振器对受电激振，激振过程中实现第一相机71和第二相机72拍摄受电弓图像；
或在机车工作状态，第一相机71和第二相机72拍摄受电弓图像。
步骤500：第一相机71和第二相机72拍摄的受电弓图像由无线传输模块传输到上位机中；
步骤600：所述上位机中的DIC操作软件对传输来的图像进行分析处理得到测点加速度参数；
步骤700：测点参数通过PolyMax模态算法，分析得到受电弓的频率、振型和阻尼比。
本发明的一个具体实施例中，步骤100中测定点均匀布置，避开受电弓模态节点位置；
标记点的位置参照图2所示的进行受电弓上标记点标记，标记点也可无序随机分布。
本发明的一个具体实施例中，步骤700中通过DHDAS动态信号采集分析所述受电弓图像步骤如下：
步骤710：各个测点加速度参数导入；
步骤720：通过采用Ploymax算法的DHDAS动态信号采集分析系统，由加速度参数推算频响函数；
步骤730：设定拟合频率范围与阈值；
步骤740：在稳态图中选择极点，分析得到频率、振型和阻尼比。
本发明消除了附加质量对受电弓较轻部件模态的影响，通过非接触式测量，可实现高速列车运行过程中的受电弓振型模态的实时测量与数据传输。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。
Claims (4)
1.一种非接触式测量受电弓模态的方法，用于受电弓模态测量，其特征在于，
包括：两个相机、固定架、光源、无线传输模块和上位机，还包括相机标定板；所述相机和光源安装在所述固定架上，所述光源用于照射受电弓的被测区域，所述相机拍摄受电弓被测区域的图像通过无线传输模块传输到上位机中进行处理，所述上位机分析处理所述图像得到受电弓的模态；
其中受电弓安装在机车顶部，所述固定架通过真空吸盘固定在机车顶部，与受电弓处于同一安装平面内；
所述光源为蓝光光源，所述两个相机的 镜头前安装有使得所述蓝光光源成为成像光源的带通滤镜；
所述上位机中安装有DIC操作软件；
所述两个相机包括第一相机和第二相机；
具体包括以下步骤：
步骤100：在所述受电弓上选定测定点并制作标记点；
步骤200：调整所述第一相机和所述第二相机的焦距和光圈，直至所述第一相机和第二相机对所述受电弓清晰成像；
步骤300：通过所述相机标定板完成所述DIC操作软件标定过程；
步骤400：在机车静止状态，采用激振器对所述受电弓激振，激振过程中实现所述第一相机和所述第二相机拍摄所述受电弓被测区域的图像；
或在机车工作状态，所述第一相机和所述第二相机拍摄所述受电弓被测区域的图像；
步骤500：所述第一相机和所述第二相机拍摄的所述受电弓被测区域的图像由所述无线传输模块传输到所述上位机中；
步骤600：所述上位机中的DIC操作软件对传输来的图像进行分析处理得到测定点加速度参数；
步骤700：所述测定点加速度参数通过PolyMax模态算法，分析得到所述受电弓的频率、振型和阻尼比；
所述蓝光光源和所述第一相机和所述第二相机安装在所述受电弓的同一侧面；
所述步骤100中所述测定点均匀布置，避开所述受电弓模态节点位置；标记所述标记点；
所述步骤700中通过采用PloyMax模态算法的DHDAS动态信号采集分析所述受电弓被测区域的图像步骤如下：
步骤710：各个测定点加速度参数导入；
步骤720：通过DHDAS动态信号采集分析，由加速度参数推算频响函数；
步骤730：设定拟合频率范围与阈值；
步骤740：在稳态图中选择极点，分析得到频率、振型和阻尼比。
2.根据权利要求1所述的非接触式测量受电弓模态的方法，其特征在于，所述第一相机和所述第二相机为全画幅相机。
3.根据权利要求2所述的非接触式测量受电弓模态的方法，其特征在于，所述第一相机和所述第二相机安装在距离所述受电弓50mm位置，所述第一相机和所述第二相机的镜头轴线夹角为60°，所述第一相机和所述第二相机镜头中心间距为60厘米。
4.根据权利要求1所述的非接触式测量受电弓模态的方法，其特征在于，所述相机标定板用于校准测量所述第一相机和所述第二相机的安装位置和安装角度。
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