CN111121947A - 一种物体振动测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种物体振动测量方法，包括以下步骤：S1.在待测物体上放置一摄像机；S2.在所述摄像机的镜头前水平距离L米处设立一标定物；S3.所述摄像机的背面通过一球铰连接在一固定面上；S4.利用所述摄像机拍摄所述标定物，并在所述摄像机上形成一标定物成像；根据标定物成像是否发生偏移判断所述待测物体是否发生振动。本发明利用远距离成像原理，将轻微振动在摄像机中放大，非常简单方便地判断和测量到物体的轻微振动。

Description

一种物体振动测量方法

技术领域

本发明涉及振动测量领域，更具体地，涉及一种物体振动测量方法。

背景技术

物体振动通常利用压电式、电容式或应变式传感器来测量，这类传感器采用将物体振动转换为电信号的原理进行测量，当遇到振动幅度很轻微的情况时，常常测到的振动信号信噪比低或者根本测不到振动信号。在一些物体上，若能及时发现物体的不正常振动，就能避免一定的风险，如根据桥梁的振动特征参数判断桥梁是否有倒塌危险。

但目前还没有很简单方便的方法可以判断和测量到物体的轻微振动。

发明内容

本发明为克服上述背景技术所述的目前还没有很简单方便的方法可以测量到物体的轻微振动，提供一种物体振动测量方法。本发明利用远距离成像原理，将轻微振动在摄像机中放大，非常简单方便地判断和测量到物体的轻微振动。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种物体振动测量方法，包括以下步骤：

S1.在待测物体上放置一摄像机；

S2.在所述摄像机的镜头前水平距离L米处设立一标定物；

S3.所述摄像机的背面通过一球铰连接在一固定面上；

S4.利用所述摄像机拍摄所述标定物，并在所述摄像机上形成一标定物成像；根据标定物成像是否发生偏移判断所述待测物体是否发生振动。这样，摄像机固定在待测物体上，摄像机的镜头对准远处标定物，摄像机的机背靠一球铰连接在不会动的固定面上，当待测物体轻微振动时，会引起摄像机振动，在摄像机没有任何防抖功能的情况下，标定物在摄像机上的图像也会振动，图像的振动频率和幅度与待测物体对应，因而后期通过图像的振动频率和幅度就能够测量到待测物体在测定期间的振动频率和幅度。

进一步的，所述摄像机的标定物成像放大倍数为k，若所述待测物体发生抖动，相应地引起所述摄像机发生抖动，假设待测物体和摄像机的镜头发生振动的角振幅大小均为α，所述标定物成像的偏移量被测得为d，计算

这样，通过摄像机镜头与标定物之间的几何关系，以及摄像机的放大倍数，因为标定物的标定物成像在该方向上的偏移量：

d＝k×L×tan(α)…………(1)

而d可以通过后期测得，所以就能够具体地计算出该待测物体相应的振动角幅度。

进一步的，所述L的大小范围为100≤L≤30000。这样，若在观测和测量过程中，远处标定物也发生轻微移动，在上述方向上的移动量为l，则引起标定物成像的偏移量为：

d＝k×[L×tan(α)+l]…………(2)

在L远大于l的情况下，式(1)与式(2)相差不大，也就是说，当距离足够远的时候，远处标定物的轻微移动对标定物成像抖动量影响非常小，因此为了减小误差，镜头距离标定物越远越好。

进一步的，所述摄像机的底座通过一传动支架放置在所述待测物体上。这样，摄像机底部通过一传动支架与待测抖动物体接触，当物体轻微上下振动时，使得摄像机和镜头绕球铰的铰接轴振动，此时远处标定物在摄像机内的标定物成像也开始振动，当传动支架与待测物体及摄像机间无间隙，振动可完全传递到镜头上，且传动支架距离球铰越近，镜头振动角度越大，测量效果越好，不需考虑摄像机的倍数。

进一步的，所述k的大小范围为k≥8。这样，在实际测量时，摄像机的放大倍数越大，对实验的误差影响越小，拍摄效果也越好，画质越清晰，为了有足够清晰的画质，方便后续的图像处理，摄像机的放大倍数在8倍以上为宜。

与现有技术相比，有益效果是：

1.本发明利用远距离成像原理，摄像机中图像的振动频率和幅度与待测物体对应，因而后期通过图像的振动频率和幅度就能够测量到待测物体在测定期间的振动频率和幅度，将轻微振动在摄像机中放大，非常简单方便地判断和测量到物体的轻微振动。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明的原理结构示意图。

图3是本发明的部分实验数据图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

本实施例为一种物体振动测量方法，如图1和图2所示，包括以下步骤：

S1.在待测物体1上放置一摄像机2；

S2.在摄像机2的镜头前水平距离L米处设立一标定物3；

S3.摄像机2的背面通过一球铰5连接在一固定面4上；

S4.利用摄像机2拍摄标定物3，并在摄像机2上形成一标定物成像7；根据标定物成像7是否发生偏移判断待测物体1是否发生振动。

如图1和图2所示，假设摄像机2的标定物成像7放大倍数为k，若待测物体1发生抖动，相应地引起摄像机2发生抖动，假设摄像机2的镜头发生振动的角振幅大小为α，标定物成像7的偏移量被测得为d，计算

本实施例中，摄像机2的镜头与标定物3之间的水平距离L的大小范围为100≤L≤30000；摄像机2距离标定物3越远，测定效果更好，使得摄像机2在振动时，受阻更小，摄像机2的底座通过一传动支架6放置在待测物体1上；k的大小范围为k≥8，当传动支架6与待测物体1及摄像机2间无间隙，振动可完全传递到摄像机2的镜头上，且传动支架6距离球铰5越近，镜头振动角度越大，测量效果越好。

如图1和图2所示，摄像机2固定在待测物体1上，镜头对准远处标定物3，当待测物体1轻微振动时，会引起摄像机2振动，在摄像机2没有任何防抖功能的情况下，标定物3在摄像机2上的图像也会振动，图像的振动频率和幅度与待测物体1对应，设远处标定物3距离镜头距离为L，当镜头在某个方向上的角振幅为α时，标定物3的标定物成像7在该方向上的偏移量：

d＝k×L×tan(α)…………(1)

其中k是摄像机2的标定物成像7放大倍数，与相机本身特性有关。当振动很轻微时，α和tanα是一个非常小的值，如果L不够大，拍摄镜头内难以观测到标定物成像7的抖动，但标定物3距离足够远时，L是一个非常大的值，此时d便可以清晰地被观测到，图像的抖动频率即是待测物体1的振动频率，图像的抖动幅度即与待测物体1的振幅呈线性关系，即待测物体1的振动幅度被放大了，标定物3距离越远，放大倍数越大。

若在观测和测量过程中，远处标定物3也发生轻微移动，在上述方向上的移动量为l，则引起标定物成像7的偏移量为：

d＝k×[L×tan(α)+l]…………(2)

在L远大于l的情况下，式(1)与式(2)相差不大，也就是说，远处标定物3的轻微移动对标定物成像7抖动量影响非常小。

微动摄像机2通过球铰5与固定面4连接，镜头可绕铰接轴转动，摄像机2底部通过一传动支架6与待测抖动物体接触，当物体轻微上下振动时，使得摄像机2和镜头绕球铰5的铰接轴振动，此时远处标定物3在摄像机2内的标定物成像7也开始振动。

理论上，当传动支架6与待测物体1及摄像机2间无间隙，振动可完全传递到摄像机2的镜头上，且传动支架6距离球铰5越近，镜头振动角度越大，测量效果越好，不考虑摄像机2的倍数，如图3所示，为测试条件最佳状态下轻微振动的放大效果数据表。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种物体振动测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.在待测物体上放置一摄像机；

S2.在所述摄像机的镜头前水平距离L处设立一标定物；

S3.所述摄像机的背面通过一球铰连接在一固定面上；

S4.利用所述摄像机拍摄所述标定物，并在所述摄像机上形成一标定物成像；根据所述标定物成像是否发生偏移判断所述待测物体是否发生振动。

2.根据权利要求1所述的物体振动测量方法，其特征在于，所述摄像机的成像放大倍数为k，若所述待测物体发生抖动，相应地引起所述摄像机发生抖动，假设待测物体和摄像机的镜头发生振动的角振幅大小均为α，所述标定物成像的偏移量被测得为d，计算

3.根据权利要求1所述的物体振动测量方法，其特征在于，所述摄像机的镜头与所述标定物之间的水平距离L的大小范围为100m≤L≤30000m。

4.根据权利要求1所述的物体振动测量方法，其特征在于，所述摄像机的底座通过一传动支架放置在所述待测物体上。

5.根据权利要求2所述的物体振动测量方法，其特征在于，所述摄像机的成像放大倍数k的大小范围为k≥8。

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