本發(fā)明涉及柔性結構振動測量領域，具體涉及一種基于非接觸式測量的衛(wèi)星天線結構振動測量裝置與方法。

背景技術：

隨著信息時代來臨，信息之間的交互成為了當今世界緊密相連的一座重要的橋梁。信息化的發(fā)展促進了個人通信、高速網(wǎng)絡、軍事通信和移動通信等信息服務的快速增長。衛(wèi)星天線作為信息交互中重要的一環(huán)，也向著大容量高速率的方向發(fā)展。軍事領域上，大型衛(wèi)星天線是檢測、偵查系統(tǒng)中接收衛(wèi)星信號的重要裝置，在個人通信中，衛(wèi)星電話的普及和小型衛(wèi)星天線接收電視信號的便利，使得小型衛(wèi)星天線的應用變得很普遍。一般來說，衛(wèi)星天線的口徑越大，接收質量越高，但是由于衛(wèi)星天線的鍋面是由柔性材料構成的較大的曲面，遇到風時，受到風的沖擊作用，容易產(chǎn)生強烈振動。在衛(wèi)星天線使用過程中，振動容易使衛(wèi)星天線產(chǎn)生機械疲勞，在應力和應變作用下，在一處或者若干處產(chǎn)生損傷，經(jīng)過一段時間后，當損傷累積到一定程度時，衛(wèi)星天線的表面甚至支架就會產(chǎn)生裂紋或者是發(fā)生突發(fā)性斷裂。振動不單只對衛(wèi)星天線的正常工作受到影響，使信號接收質量降低，減少它的使用壽命，甚至會對衛(wèi)星天線造成嚴重損壞致其報廢，導致不必要的經(jīng)濟損失。在這樣的一個背景下，抑制衛(wèi)星天線的振動，提高衛(wèi)星天線的抗振、抗風能力成為衛(wèi)星天線領域里面一個重要的課題。

非接觸式測量對比傳統(tǒng)的傳感器接觸式測量有很多優(yōu)點。它的抗干擾性強，對被測對象無損，不影響被測對象的動態(tài)性能，也不會因為對被測物體增加附加質量而影響它的正常工作。在面對一些特殊的不可接觸的物體(例如高溫物體)時，接觸性測量就“束手無策”了，而非接觸式測量就可以“一展所長”。但是，非接觸式測量的精度普遍比接觸式測量要低。在測量振動的領域，非接觸式測量是一種簡單而有效的測振方法，常見的有激光測振儀、激光傳感器、雙目視覺系統(tǒng)等方法，具有測量精度高、響應速度快等優(yōu)點。其中，由兩個高速相機組成的雙目視覺系統(tǒng)測振方法隨著圖像處理和分析的技術的發(fā)展和成熟越來越成為一種簡單便捷的具有很高實用價值的測振方法。雙目視覺系統(tǒng)測振方法具有很多的優(yōu)點：首先，這種測量方法結構簡單，不需要激光光源和其它的輔助裝置；其次，高速相機測量振動是一種多點測量方法，相對比于一些單點測量的方法，高速相機測量振動在測量多個點的模態(tài)變化的時候具有很大的優(yōu)勢，只要高速相機的分辨率和拍攝頻率足夠高，拍攝的范圍足夠大，只需要在被測范圍里面作上若干個標記點，它可以在一個范圍里面精確測量多個點的振動，獲取多個點的模態(tài)信息；最后，雙目視覺系統(tǒng)可以對被測物體的振動的多階模態(tài)進行解耦，可以將復雜的多階模態(tài)簡化為多個一階模態(tài)的疊加，將振動的信息更加直觀地表現(xiàn)出來。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的衛(wèi)星天線結構振動測量技術的缺點與不足，提供了一種基于非接觸式測量的衛(wèi)星天線結構振動測量裝置，采用高速相機組成的雙目視覺系統(tǒng)對衛(wèi)星天線表面被測區(qū)域的標志點進行高頻拍攝，獲取圖像序列，配合相應圖像處理、分析，獲取衛(wèi)星天線的振動信息。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于非接觸式測量的衛(wèi)星天線結構振動測量方法。

本發(fā)明的目的可以通過如下技術方案實現(xiàn)：

一種基于非接觸式測量的衛(wèi)星天線結構振動測量裝置，包括衛(wèi)星天線本體部分、振動激勵部分、振動檢測部分、信號處理模塊和計算機，所述衛(wèi)星天線本體部分包括衛(wèi)星天線和底座，衛(wèi)星天線通過底座固定連接在實驗臺ⅰ上，在衛(wèi)星天線表面還噴涂有振動檢測的標志點；所述振動激勵部分包括兩個激振器，兩個激振器對稱安裝在衛(wèi)星天線的底部兩側，固定在實驗臺ⅰ上，并通過激振器頂桿連接到衛(wèi)星天線的支架；所述振動檢測部分包括兩個高速相機組成的雙目視覺系統(tǒng)，兩個高速相機分別通過兩個支撐架安裝在兩個滑塊上，兩個滑塊能夠在導軌上移動，導軌固定在實驗臺ⅱ上，雙目視覺系統(tǒng)的鏡頭對準衛(wèi)星天線表面振動檢測的標志點；信號處理模塊發(fā)出信號給振動激勵部分，振動激勵部分激勵衛(wèi)星天線本體部分產(chǎn)生振動，振動檢測部分對衛(wèi)星天線本體部分的振動檢測標志點區(qū)域進行同步高頻拍攝，采集到圖像序列，發(fā)送給計算機，經(jīng)過圖像處理和分析，得到衛(wèi)星天線的振動信息。

進一步地，所述信號處理模塊包括功率放大器和信號發(fā)生器。

進一步地，信號發(fā)生器發(fā)出振動信號，經(jīng)功率放大器放大后發(fā)送給兩個激振器，兩個激振器分別通過激振器頂桿激勵衛(wèi)星天線產(chǎn)生振動，在衛(wèi)星天線振動的過程中，由兩個高速相機組成的雙目視覺系統(tǒng)對衛(wèi)星天線的振動檢測標志點區(qū)域進行同步高頻拍攝，采集到圖像序列，發(fā)送給計算機，經(jīng)過圖像處理和分析，得到衛(wèi)星天線的振動信息。

進一步地，所述衛(wèi)星天線表面的振動檢測標志點的數(shù)量和位置能夠根據(jù)衛(wèi)星天線的形狀大小以及測量者想要獲得的衛(wèi)星天線的振動信息來自行設計。

進一步地，所述兩個激振器分別通過激振器頂桿激勵衛(wèi)星天線彎曲模態(tài)振動和扭轉模態(tài)振動；當兩個激振器接收到與彎曲模態(tài)頻率相同的正弦信號激勵時，兩個激振器按相同信號且相位相同激勵，則激勵產(chǎn)生衛(wèi)星天線的彎曲振動；當兩個激振器接收到與扭轉模態(tài)頻率相同的正弦信號激勵時，兩個激振器按相同信號且相位相反激勵，則激勵產(chǎn)生衛(wèi)星天線的扭轉振動。

本發(fā)明的另一目的可以通過如下技術方案實現(xiàn)：

一種基于非接觸式測量的衛(wèi)星天線結構振動測量方法，所述方法包括以下步驟：

步驟一、信號發(fā)生器發(fā)出振動信號，經(jīng)功率放大器放大后發(fā)送給兩個激振器，兩個激振器分別通過激振器頂桿激勵衛(wèi)星天線產(chǎn)生振動；

步驟二、在衛(wèi)星天線振動的過程中，由兩個高速相機組成的雙目視覺系統(tǒng)對衛(wèi)星天線的振動檢測標志點區(qū)域進行同步高頻拍攝，采集到圖像序列，發(fā)送給計算機，經(jīng)過圖像處理和分析，得到衛(wèi)星天線的振動信息。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點和有益效果：

1、本發(fā)明的衛(wèi)星天線結構振動測量裝置由兩個高速相機組成雙目視覺系統(tǒng)，能夠很好地對振動本體進行非接觸式測量，不會給系統(tǒng)帶來附加效應，使得系統(tǒng)的魯棒性強，能夠適應多種復雜的測量環(huán)境，因此測量獲得的精度相對較高。

2、衛(wèi)星天線因其體積大，振型復雜，如果用單點測量方式無法對其進行經(jīng)濟、有效地測量，本發(fā)明的衛(wèi)星天線結構振動測量裝置采用雙目視覺系統(tǒng)的多點測量方式對衛(wèi)星天線本體進行監(jiān)測，通過改變標志點的數(shù)量和在衛(wèi)星天線上的位置，能夠對衛(wèi)星天線的多階模態(tài)耦合振動進行解耦，較準確地還原振動本體的振動情況。

3、本發(fā)明采用導軌、滑塊、支撐架組成的可水平位移的支架裝置，配合可調整角度的支架，組成一個可水平位移，角度可調的雙目視覺系統(tǒng)，對衛(wèi)星天線可以進行多角度，多方位的測量，在多次實驗中，以不同角度和位置測量衛(wèi)星天線的振動，可以獲得更精準的衛(wèi)星天線振動特性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1基于非接觸式測量的衛(wèi)星天線結構振動測量裝置總示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例1基于非接觸式測量的衛(wèi)星天線結構振動測量裝置俯視圖。

圖3為本發(fā)明實施例1基于非接觸式測量的衛(wèi)星天線結構振動測量裝置正視圖。

圖4為本發(fā)明實施例1基于非接觸式測量的衛(wèi)星天線結構振動測量裝置中振動檢測部分的示意圖。

其中，1-衛(wèi)星天線，2-底座，3-實驗臺ⅰ，4-激振器，5-高速相機，6-支撐架，7-導軌，8-滑塊，9-實驗臺ⅱ，10-計算機，11-功率放大器，12-信號發(fā)生器。

具體實施方式

下面結合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

實施例1：

如圖1-圖3所示，本實施例提供了一種基于非接觸式測量的衛(wèi)星天線結構振動測量裝置，包括衛(wèi)星天線本體部分、振動激勵部分、振動檢測部分、信號處理模塊和計算機(10)，所述衛(wèi)星天線本體部分包括衛(wèi)星天線(1)和底座(2)，衛(wèi)星天線(1)通過底座(2)固定連接在實驗臺ⅰ(3)上，衛(wèi)星天線(1)的中軸線與水平面形成一個大概65°的角度，在衛(wèi)星天線(1)表面還噴涂有振動檢測的標志點；所述振動激勵部分包括兩個激振器(4)，兩個激振器(4)對稱安裝在衛(wèi)星天線(1)的底部兩側，兩個激振器(4)之間的距離大概為1000mm，固定在實驗臺ⅰ(3)上，并通過激振器頂桿連接到衛(wèi)星天線(1)的支架；所述振動檢測部分的示意圖如圖4所示，包括兩個高速相機(5)組成的雙目視覺系統(tǒng)，兩個高速相機(5)分別通過兩個支撐架(6)安裝在兩個滑塊(8)上，兩個滑塊(8)能夠在導軌(7)上移動，導軌(7)固定在實驗臺ⅱ(9)上，雙目視覺系統(tǒng)的鏡頭對準衛(wèi)星天線(1)表面振動檢測的標志點；信號處理模塊發(fā)出信號給振動激勵部分，振動激勵部分激勵衛(wèi)星天線本體部分產(chǎn)生振動，振動檢測部分對衛(wèi)星天線本體部分的振動檢測標志點區(qū)域進行同步高頻拍攝，采集到圖像序列，發(fā)送給計算機(10)，經(jīng)過圖像處理和分析，得到衛(wèi)星天線(1)的振動信息。

其中，所述信號處理模塊包括功率放大器(11)和信號發(fā)生器(12)。信號發(fā)生器(12)發(fā)出振動信號，經(jīng)功率放大器(11)放大后發(fā)送給兩個激振器(4)，兩個激振器(4)分別通過激振器頂桿激勵衛(wèi)星天線(1)產(chǎn)生振動，在衛(wèi)星天線(1)振動的過程中，由兩個高速相機(5)組成的雙目視覺系統(tǒng)對衛(wèi)星天線(1)的振動檢測標志點區(qū)域進行同步高頻拍攝，采集到圖像序列，發(fā)送給計算機(10)，經(jīng)過圖像處理和分析，得到衛(wèi)星天線(1)的振動信息。

進一步地，所述衛(wèi)星天線(1)表面的振動檢測標志點的數(shù)量和位置能夠根據(jù)衛(wèi)星天線(1)的形狀大小以及測量者想要獲得的衛(wèi)星天線(1)的振動信息來自行設計。所述兩個激振器(4)分別通過激振器頂桿激勵衛(wèi)星天線(1)彎曲模態(tài)振動和扭轉模態(tài)振動；當兩個激振器(4)接收到與彎曲模態(tài)頻率相同的正弦信號激勵時，兩個激振器(4)按相同信號且相位相同激勵，則激勵產(chǎn)生衛(wèi)星天線(1)的彎曲振動；當兩個激振器(4)接收到與扭轉模態(tài)頻率相同的正弦信號激勵時，兩個激振器(4)按相同信號且相位相反激勵，則激勵產(chǎn)生衛(wèi)星天線(1)的扭轉振動。

在本實施例中，激振器(4)選用美國gst公司生產(chǎn)的型號為jzk-50的激振器，此激振器最大激振力為500n，最大振幅為±12.5mm，最大加速度為55g，最大輸入電流為30arms，頻率范圍為dc-2k，外形尺寸為φ240mm×345mm，輸出方式是由激振器頂桿傳輸力到衛(wèi)星天線支架上。衛(wèi)星天線(1)的曲面半徑為1800mm，“鍋口”的截面半徑為1500mm，高度約為2000mm，支架和衛(wèi)星天線鍋均由鋁作為材料，表面鍍鋅。高速相機(5)選用日本photron公司的型號為fastcam-sa4的高速攝像機，拍照速率在圖像分辨率為1024×1024像素時可以達到3600fps，在圖像分辨率為512×512像素時可以達到13500fps，在圖像分辨率為256×256像素時可以達到45000fps，在圖像分辨率為128×128像素時可以達到125000fps，在圖像分辨率為128×16像素時可以達到500000fps，內(nèi)存為64gb，工作溫度范圍為0～40攝氏度，重量約為5.9kg，需要的電源為100v～240vac～1.5a，50～60hz。功率放大器(11)采用美國ar公司的型號為50wd1000的功率放大器，工作頻率為dc～1000mhz。

實施例2：

本實施例提供了一種基于非接觸式測量的衛(wèi)星天線結構振動測量方法，所述方法包括以下步驟：

步驟一、信號發(fā)生器(12)發(fā)出振動信號，經(jīng)功率放大器(11)放大后發(fā)送給兩個激振器(4)，兩個激振器(4)分別通過激振器頂桿激勵衛(wèi)星天線(1)產(chǎn)生振動；

步驟二、在衛(wèi)星天線(1)振動的過程中，由兩個高速相機(5)組成的雙目視覺系統(tǒng)對衛(wèi)星天線(1)的振動檢測標志點區(qū)域進行同步高頻拍攝，采集到圖像序列，發(fā)送給計算機(10)，經(jīng)過圖像處理和分析，得到衛(wèi)星天線(1)的振動信息。

通過改變激振的參數(shù)，反復實驗，獲取多次實驗結果，就可以得到衛(wèi)星天線(1)的振動特性。

以上所述，僅為本發(fā)明專利較佳的實施例，但本發(fā)明專利的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明專利所公開的范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明專利的技術方案及其發(fā)明專利構思加以等同替換或改變，都屬于本發(fā)明專利的保護范圍。