薄结构高精度振动测量系统研究(2)

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4.2.2 试验二 19

4.3 误差分析 21

4.3.1 成像平面与标志平面不平行 21

4.3.2 相机震动 22

4.3.3 噪声 22

4.3.4 镜头畸变 22

4.3.5 测量标志表面光照不均 22

4.4 本章小结 22

5 莫尔条纹标志的位移测量试验 24

5.1 莫尔条纹的基本原理及应用 24

5.1.1 莫尔条纹的形成原理 24

5.1.2 莫尔条纹的应用 25

5.2 试验数据采集 28

5.3 数据处理及分析 28

5.4 本章小结 34

结论 35

致谢 36

参考文献 37

1 绪论

1.1 研究的背景和意义

薄结构在工程实际中的应用非常广泛，例如建筑的外壳、飞机的机翼、航天器的太阳能帆板等。薄结构在外部环境的扰动下，极易发生振动变形，这将影响系统的稳定性，威胁系统的安全运行。因此，对薄结构高精度振动测量系统的研究意义重大。传统的薄结构振动测量的方法是将位移、速度、加速度或者应变传感器置于薄结构表面，综合各个传感器的测量数据，导出整个薄结构的振动状态[1]。但是这些方法测量精度不高，长时间工作后还会形成较大的积累误差，此外，传感器自身重量会给薄结构带来负担。论文网

光学测量方法具有实时和快速的特点，数字图像处理的方法可用来实现对位移的测量。首先制作一些轻便醒目的测量标志置于被测物体表面，然后利用数码相机对这些标志进行实时拍摄，利用一些图像处理软件对拍摄的数字图像进行处理分析，通过比较实时拍摄的图像与原始图像的关系，就能够得到这些标志的位置变化的信息，从而推算出薄结构振动变形的情况。利用摄影技术测量位移方法的一个优点就是能够同时拍摄到大量的参考点，而且拍摄的频率可达每秒几十张甚至上百张。在本文中，有些试验还利用了莫尔条纹放大性的原理来提高测量精度。所以，基于数字图像处理的位移测量具备了实时、同步、快速和高精度等优越性。

1.2 国内外研究现状

2 数字摄影测量系统的构建

数字摄影测量的方法是通过对被测物体进行拍摄，并对所得二维数字图像进行分析处理，从而达到所要求的目的。本课题所进行试验的数据都是由数字摄影测量系统采集的。

2.1 数字摄影测量系统的组成文献综述

本课题要通过摄影测量的方法对薄结构的振动进行测量，就需要制作一些测量标志放置在薄结构表面的参考点上，这些测量标志能够反映出薄结构振动发生形变的信息。利用数码相机拍摄测量标志，获取其位置坐标，就能够推算出薄结构振动的情况。试验中通过移动测量标志模拟薄结构振动的变化，所以，对测量标志发生位移的拍摄及测量成了课题的关键。

数字摄影测量系统主要由数码相机、三脚架、测量标志等设备组成。图2.1是数字摄影测量系统的示意图。数码相机被固定在三脚架上，距测量标志平面的距离为d，测量标志可在平面内沿水平或垂直方向移动，移动的实际距离可以从千分尺上读出。在测量标志发生位移前后，用数码相机对其进行拍摄，比较位移前后所拍摄的图像可以分析其运动的情况