基於非接觸式測量的衛星天線結構振動測量裝置與方法與流程

2023-12-12 16:40:17 3

本發明涉及柔性結構振動測量領域，具體涉及一種基於非接觸式測量的衛星天線結構振動測量裝置與方法。

背景技術：

隨著資訊時代來臨，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。信息化的發展促進了個人通信、高速網絡、軍事通信和移動通信等信息服務的快速增長。衛星天線作為信息交互中重要的一環，也向著大容量高速率的方向發展。軍事領域上，大型衛星天線是檢測、偵查系統中接收衛星信號的重要裝置，在個人通信中，衛星電話的普及和小型衛星天線接收電視信號的便利，使得小型衛星天線的應用變得很普遍。一般來說，衛星天線的口徑越大，接收質量越高，但是由於衛星天線的鍋面是由柔性材料構成的較大的曲面，遇到風時，受到風的衝擊作用，容易產生強烈振動。在衛星天線使用過程中，振動容易使衛星天線產生機械疲勞，在應力和應變作用下，在一處或者若干處產生損傷，經過一段時間後，當損傷累積到一定程度時，衛星天線的表面甚至支架就會產生裂紋或者是發生突發性斷裂。振動不單只對衛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，甚至會對衛星天線造成嚴重損壞致其報廢，導致不必要的經濟損失。在這樣的一個背景下，抑制衛星天線的振動，提高衛星天線的抗振、抗風能力成為衛星天線領域裡面一個重要的課題。

非接觸式測量對比傳統的傳感器接觸式測量有很多優點。它的抗幹擾性強，對被測對象無損，不影響被測對象的動態性能，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，常見的有雷射測振儀、雷射傳感器、雙目視覺系統等方法，具有測量精度高、響應速度快等優點。其中，由兩個高速相機組成的雙目視覺系統測振方法隨著圖像處理和分析的技術的發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。雙目視覺系統測振方法具有很多的優點：首先，這種測量方法結構簡單，不需要雷射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，相對比於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變化的時候具有很大的優勢，只要高速相機的解析度和拍攝頻率足夠高，拍攝的範圍足夠大，只需要在被測範圍裡面作上若干個標記點，它可以在一個範圍裡面精確測量多個點的振動，獲取多個點的模態信息；最後，雙目視覺系統可以對被測物體的振動的多階模態進行解耦，可以將複雜的多階模態簡化為多個一階模態的疊加，將振動的信息更加直觀地表現出來。

技術實現要素：

本發明的目的是針對現有的衛星天線結構振動測量技術的缺點與不足，提供了一種基於非接觸式測量的衛星天線結構振動測量裝置，採用高速相機組成的雙目視覺系統對衛星天線表面被測區域的標誌點進行高頻拍攝，獲取圖像序列，配合相應圖像處理、分析，獲取衛星天線的振動信息。

本發明的另一目的在於提供一種基於非接觸式測量的衛星天線結構振動測量方法。

本發明的目的可以通過如下技術方案實現：

一種基於非接觸式測量的衛星天線結構振動測量裝置，包括衛星天線本體部分、振動激勵部分、振動檢測部分、信號處理模塊和計算機，所述衛星天線本體部分包括衛星天線和底座，衛星天線通過底座固定連接在實驗臺ⅰ上，在衛星天線表面還噴塗有振動檢測的標誌點；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星天線的底部兩側，固定在實驗臺ⅰ上，並通過激振器頂杆連接到衛星天線的支架；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，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，雙目視覺系統的鏡頭對準衛星天線表面振動檢測的標誌點；信號處理模塊發出信號給振動激勵部分，振動激勵部分激勵衛星天線本體部分產生振動，振動檢測部分對衛星天線本體部分的振動檢測標誌點區域進行同步高頻拍攝，採集到圖像序列，發送給計算機，經過圖像處理和分析，得到衛星天線的振動信息。

進一步地，所述信號處理模塊包括功率放大器和信號發生器。

進一步地，信號發生器發出振動信號，經功率放大器放大後發送給兩個激振器，兩個激振器分別通過激振器頂杆激勵衛星天線產生振動，在衛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對衛星天線的振動檢測標誌點區域進行同步高頻拍攝，採集到圖像序列，發送給計算機，經過圖像處理和分析，得到衛星天線的振動信息。

進一步地，所述衛星天線表面的振動檢測標誌點的數量和位置能夠根據衛星天線的形狀大小以及測量者想要獲得的衛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杆激勵衛星天線彎曲模態振動和扭轉模態振動；當兩個激振器接收到與彎曲模態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，則激勵產生衛星天線的彎曲振動；當兩個激振器接收到與扭轉模態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，則激勵產生衛星天線的扭轉振動。

本發明的另一目的可以通過如下技術方案實現：

一種基於非接觸式測量的衛星天線結構振動測量方法，所述方法包括以下步驟：

步驟一、信號發生器發出振動信號，經功率放大器放大後發送給兩個激振器，兩個激振器分別通過激振器頂杆激勵衛星天線產生振動；

步驟二、在衛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對衛星天線的振動檢測標誌點區域進行同步高頻拍攝，採集到圖像序列，發送給計算機，經過圖像處理和分析，得到衛星天線的振動信息。

本發明與現有技術相比，具有如下優點和有益效果：

1、本發明的衛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，能夠很好地對振動本體進行非接觸式測量，不會給系統帶來附加效應，使得系統的魯棒性強，能夠適應多種複雜的測量環境，因此測量獲得的精度相對較高。

2、衛星天線因其體積大，振型複雜，如果用單點測量方式無法對其進行經濟、有效地測量，本發明的衛星天線結構振動測量裝置採用雙目視覺系統的多點測量方式對衛星天線本體進行監測，通過改變標誌點的數量和在衛星天線上的位置，能夠對衛星天線的多階模態耦合振動進行解耦，較準確地還原振動本體的振動情況。

3、本發明採用導軌、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，對衛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星天線的振動，可以獲得更精準的衛星天線振動特性。

附圖說明

圖1為本發明實施例1基於非接觸式測量的衛星天線結構振動測量裝置總示意圖。

圖2為本發明實施例1基於非接觸式測量的衛星天線結構振動測量裝置俯視圖。

圖3為本發明實施例1基於非接觸式測量的衛星天線結構振動測量裝置正視圖。

圖4為本發明實施例1基於非接觸式測量的衛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-信號發生器。

具體實施方式

下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限於此。

實施例1：

如圖1-圖3所示，本實施例提供了一種基於非接觸式測量的衛星天線結構振動測量裝置，包括衛星天線本體部分、振動激勵部分、振動檢測部分、信號處理模塊和計算機(10)，所述衛星天線本體部分包括衛星天線(1)和底座(2)，衛星天線(1)通過底座(2)固定連接在實驗臺ⅰ(3)上，衛星天線(1)的中軸線與水平面形成一個大概65°的角度，在衛星天線(1)表面還噴塗有振動檢測的標誌點；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，並通過激振器頂杆連接到衛星天線(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，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，雙目視覺系統的鏡頭對準衛星天線(1)表面振動檢測的標誌點；信號處理模塊發出信號給振動激勵部分，振動激勵部分激勵衛星天線本體部分產生振動，振動檢測部分對衛星天線本體部分的振動檢測標誌點區域進行同步高頻拍攝，採集到圖像序列，發送給計算機(10)，經過圖像處理和分析，得到衛星天線(1)的振動信息。

其中，所述信號處理模塊包括功率放大器(11)和信號發生器(12)。信號發生器(12)發出振動信號，經功率放大器(11)放大後發送給兩個激振器(4)，兩個激振器(4)分別通過激振器頂杆激勵衛星天線(1)產生振動，在衛星天線(1)振動的過程中，由兩個高速相機(5)組成的雙目視覺系統對衛星天線(1)的振動檢測標誌點區域進行同步高頻拍攝，採集到圖像序列，發送給計算機(10)，經過圖像處理和分析，得到衛星天線(1)的振動信息。

進一步地，所述衛星天線(1)表面的振動檢測標誌點的數量和位置能夠根據衛星天線(1)的形狀大小以及測量者想要獲得的衛星天線(1)的振動信息來自行設計。所述兩個激振器(4)分別通過激振器頂杆激勵衛星天線(1)彎曲模態振動和扭轉模態振動；當兩個激振器(4)接收到與彎曲模態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，則激勵產生衛星天線(1)的彎曲振動；當兩個激振器(4)接收到與扭轉模態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，則激勵產生衛星天線(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，頻率範圍為dc-2k，外形尺寸為φ240mm×345mm，輸出方式是由激振器頂杆傳輸力到衛星天線支架上。衛星天線(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，拍照速率在圖像解析度為1024×1024像素時可以達到3600fps，在圖像解析度為512×512像素時可以達到13500fps，在圖像解析度為256×256像素時可以達到45000fps，在圖像解析度為128×128像素時可以達到125000fps，在圖像解析度為128×16像素時可以達到500000fps，內存為64gb，工作溫度範圍為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)採用美國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於非接觸式測量的衛星天線結構振動測量方法，所述方法包括以下步驟：

步驟一、信號發生器(12)發出振動信號，經功率放大器(11)放大後發送給兩個激振器(4)，兩個激振器(4)分別通過激振器頂杆激勵衛星天線(1)產生振動；

步驟二、在衛星天線(1)振動的過程中，由兩個高速相機(5)組成的雙目視覺系統對衛星天線(1)的振動檢測標誌點區域進行同步高頻拍攝，採集到圖像序列，發送給計算機(10)，經過圖像處理和分析，得到衛星天線(1)的振動信息。

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

以上所述，僅為本發明專利較佳的實施例，但本發明專利的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明專利所公開的範圍內，根據本發明專利的技術方案及其發明專利構思加以等同替換或改變，都屬於本發明專利的保護範圍。