本發(fā)明涉及柔性結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種基于非接觸式測(cè)量的衛(wèi)星天線結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)量裝置與方法。

背景技術(shù)：

隨著信息時(shí)代來(lái)臨，信息之間的交互成為了當(dāng)今世界緊密相連的一座重要的橋梁。信息化的發(fā)展促進(jìn)了個(gè)人通信、高速網(wǎng)絡(luò)、軍事通信和移動(dòng)通信等信息服務(wù)的快速增長(zhǎng)。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(lǐng)域上，大型衛(wèi)星天線是檢測(cè)、偵查系統(tǒng)中接收衛(wèi)星信號(hào)的重要裝置，在個(gè)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(hào)的便利，使得小型衛(wèi)星天線的應(yīng)用變得很普遍。一般來(lái)說(shuō)，衛(wèi)星天線的口徑越大，接收質(zhì)量越高，但是由于衛(wèi)星天線的鍋面是由柔性材料構(gòu)成的較大的曲面，遇到風(fēng)時(shí)，受到風(fēng)的沖擊作用，容易產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)。在衛(wèi)星天線使用過(guò)程中，振動(dòng)容易使衛(wèi)星天線產(chǎn)生機(jī)械疲勞，在應(yīng)力和應(yīng)變作用下，在一處或者若干處產(chǎn)生損傷，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，當(dāng)損傷累積到一定程度時(shí)，衛(wèi)星天線的表面甚至支架就會(huì)產(chǎn)生裂紋或者是發(fā)生突發(fā)性斷裂。振動(dòng)不單只對(duì)衛(wèi)星天線的正常工作受到影響，使信號(hào)接收質(zhì)量降低，減少它的使用壽命，甚至?xí)?duì)衛(wèi)星天線造成嚴(yán)重?fù)p壞致其報(bào)廢，導(dǎo)致不必要的經(jīng)濟(jì)損失。在這樣的一個(gè)背景下，抑制衛(wèi)星天線的振動(dòng)，提高衛(wèi)星天線的抗振、抗風(fēng)能力成為衛(wèi)星天線領(lǐng)域里面一個(gè)重要的課題。

非接觸式測(cè)量對(duì)比傳統(tǒng)的傳感器接觸式測(cè)量有很多優(yōu)點(diǎn)。它的抗干擾性強(qiáng)，對(duì)被測(cè)對(duì)象無(wú)損，不影響被測(cè)對(duì)象的動(dòng)態(tài)性能，也不會(huì)因?yàn)閷?duì)被測(cè)物體增加附加質(zhì)量而影響它的正常工作。在面對(duì)一些特殊的不可接觸的物體(例如高溫物體)時(shí)，接觸性測(cè)量就“束手無(wú)策”了，而非接觸式測(cè)量就可以“一展所長(zhǎng)”。但是，非接觸式測(cè)量的精度普遍比接觸式測(cè)量要低。在測(cè)量振動(dòng)的領(lǐng)域，非接觸式測(cè)量是一種簡(jiǎn)單而有效的測(cè)振方法，常見(jiàn)的有激光測(cè)振儀、激光傳感器、雙目視覺(jué)系統(tǒng)等方法，具有測(cè)量精度高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。其中，由兩個(gè)高速相機(jī)組成的雙目視覺(jué)系統(tǒng)測(cè)振方法隨著圖像處理和分析的技術(shù)的發(fā)展和成熟越來(lái)越成為一種簡(jiǎn)單便捷的具有很高實(shí)用價(jià)值的測(cè)振方法。雙目視覺(jué)系統(tǒng)測(cè)振方法具有很多的優(yōu)點(diǎn)：首先，這種測(cè)量方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要激光光源和其它的輔助裝置；其次，高速相機(jī)測(cè)量振動(dòng)是一種多點(diǎn)測(cè)量方法，相對(duì)比于一些單點(diǎn)測(cè)量的方法，高速相機(jī)測(cè)量振動(dòng)在測(cè)量多個(gè)點(diǎn)的模態(tài)變化的時(shí)候具有很大的優(yōu)勢(shì)，只要高速相機(jī)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(cè)范圍里面作上若干個(gè)標(biāo)記點(diǎn)，它可以在一個(gè)范圍里面精確測(cè)量多個(gè)點(diǎn)的振動(dòng)，獲取多個(gè)點(diǎn)的模態(tài)信息；最后，雙目視覺(jué)系統(tǒng)可以對(duì)被測(cè)物體的振動(dòng)的多階模態(tài)進(jìn)行解耦，可以將復(fù)雜的多階模態(tài)簡(jiǎn)化為多個(gè)一階模態(tài)的疊加，將振動(dòng)的信息更加直觀地表現(xiàn)出來(lái)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有的衛(wèi)星天線結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)量技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供了一種基于非接觸式測(cè)量的衛(wèi)星天線結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)量裝置，采用高速相機(jī)組成的雙目視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)衛(wèi)星天線表面被測(cè)區(qū)域的標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行高頻拍攝，獲取圖像序列，配合相應(yīng)圖像處理、分析，獲取衛(wèi)星天線的振動(dòng)信息。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于非接觸式測(cè)量的衛(wèi)星天線結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)量方法。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種基于非接觸式測(cè)量的衛(wèi)星天線結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)量裝置，包括衛(wèi)星天線本體部分、振動(dòng)激勵(lì)部分、振動(dòng)檢測(cè)部分、信號(hào)處理模塊和計(jì)算機(jī)，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(guò)底座固定連接在實(shí)驗(yàn)臺(tái)ⅰ上，在衛(wèi)星天線表面還噴涂有振動(dòng)檢測(cè)的標(biāo)志點(diǎn)；所述振動(dòng)激勵(lì)部分包括兩個(gè)激振器，兩個(gè)激振器對(duì)稱安裝在衛(wèi)星天線的底部?jī)蓚?cè)，固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)ⅰ上，并通過(guò)激振器頂桿連接到衛(wèi)星天線的支架；所述振動(dòng)檢測(cè)部分包括兩個(gè)高速相機(jī)組成的雙目視覺(jué)系統(tǒng)，兩個(gè)高速相機(jī)分別通過(guò)兩個(gè)支撐架安裝在兩個(gè)滑塊上，兩個(gè)滑塊能夠在導(dǎo)軌上移動(dòng)，導(dǎo)軌固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)ⅱ上，雙目視覺(jué)系統(tǒng)的鏡頭對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星天線表面振動(dòng)檢測(cè)的標(biāo)志點(diǎn)；信號(hào)處理模塊發(fā)出信號(hào)給振動(dòng)激勵(lì)部分，振動(dòng)激勵(lì)部分激勵(lì)衛(wèi)星天線本體部分產(chǎn)生振動(dòng)，振動(dòng)檢測(cè)部分對(duì)衛(wèi)星天線本體部分的振動(dòng)檢測(cè)標(biāo)志點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行同步高頻拍攝，采集到圖像序列，發(fā)送給計(jì)算機(jī)，經(jīng)過(guò)圖像處理和分析，得到衛(wèi)星天線的振動(dòng)信息。

進(jìn)一步地，所述信號(hào)處理模塊包括功率放大器和信號(hào)發(fā)生器。

進(jìn)一步地，信號(hào)發(fā)生器發(fā)出振動(dòng)信號(hào)，經(jīng)功率放大器放大后發(fā)送給兩個(gè)激振器，兩個(gè)激振器分別通過(guò)激振器頂桿激勵(lì)衛(wèi)星天線產(chǎn)生振動(dòng)，在衛(wèi)星天線振動(dòng)的過(guò)程中，由兩個(gè)高速相機(jī)組成的雙目視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)衛(wèi)星天線的振動(dòng)檢測(cè)標(biāo)志點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行同步高頻拍攝，采集到圖像序列，發(fā)送給計(jì)算機(jī)，經(jīng)過(guò)圖像處理和分析，得到衛(wèi)星天線的振動(dòng)信息。

進(jìn)一步地，所述衛(wèi)星天線表面的振動(dòng)檢測(cè)標(biāo)志點(diǎn)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(cè)量者想要獲得的衛(wèi)星天線的振動(dòng)信息來(lái)自行設(shè)計(jì)。

進(jìn)一步地，所述兩個(gè)激振器分別通過(guò)激振器頂桿激勵(lì)衛(wèi)星天線彎曲模態(tài)振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)模態(tài)振動(dòng)；當(dāng)兩個(gè)激振器接收到與彎曲模態(tài)頻率相同的正弦信號(hào)激勵(lì)時(shí)，兩個(gè)激振器按相同信號(hào)且相位相同激勵(lì)，則激勵(lì)產(chǎn)生衛(wèi)星天線的彎曲振動(dòng)；當(dāng)兩個(gè)激振器接收到與扭轉(zhuǎn)模態(tài)頻率相同的正弦信號(hào)激勵(lì)時(shí)，兩個(gè)激振器按相同信號(hào)且相位相反激勵(lì)，則激勵(lì)產(chǎn)生衛(wèi)星天線的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。

本發(fā)明的另一目的可以通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種基于非接觸式測(cè)量的衛(wèi)星天線結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)量方法，所述方法包括以下步驟：

步驟一、信號(hào)發(fā)生器發(fā)出振動(dòng)信號(hào)，經(jīng)功率放大器放大后發(fā)送給兩個(gè)激振器，兩個(gè)激振器分別通過(guò)激振器頂桿激勵(lì)衛(wèi)星天線產(chǎn)生振動(dòng)；

步驟二、在衛(wèi)星天線振動(dòng)的過(guò)程中，由兩個(gè)高速相機(jī)組成的雙目視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)衛(wèi)星天線的振動(dòng)檢測(cè)標(biāo)志點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行同步高頻拍攝，采集到圖像序列，發(fā)送給計(jì)算機(jī)，經(jīng)過(guò)圖像處理和分析，得到衛(wèi)星天線的振動(dòng)信息。

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

1、本發(fā)明的衛(wèi)星天線結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)量裝置由兩個(gè)高速相機(jī)組成雙目視覺(jué)系統(tǒng)，能夠很好地對(duì)振動(dòng)本體進(jìn)行非接觸式測(cè)量，不會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)附加效應(yīng)，使得系統(tǒng)的魯棒性強(qiáng)，能夠適應(yīng)多種復(fù)雜的測(cè)量環(huán)境，因此測(cè)量獲得的精度相對(duì)較高。

2、衛(wèi)星天線因其體積大，振型復(fù)雜，如果用單點(diǎn)測(cè)量方式無(wú)法對(duì)其進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、有效地測(cè)量，本發(fā)明的衛(wèi)星天線結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)量裝置采用雙目視覺(jué)系統(tǒng)的多點(diǎn)測(cè)量方式對(duì)衛(wèi)星天線本體進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)改變標(biāo)志點(diǎn)的數(shù)量和在衛(wèi)星天線上的位置，能夠?qū)πl(wèi)星天線的多階模態(tài)耦合振動(dòng)進(jìn)行解耦，較準(zhǔn)確地還原振動(dòng)本體的振動(dòng)情況。

3、本發(fā)明采用導(dǎo)軌、滑塊、支撐架組成的可水平位移的支架裝置，配合可調(diào)整角度的支架，組成一個(gè)可水平位移，角度可調(diào)的雙目視覺(jué)系統(tǒng)，對(duì)衛(wèi)星天線可以進(jìn)行多角度，多方位的測(cè)量，在多次實(shí)驗(yàn)中，以不同角度和位置測(cè)量衛(wèi)星天線的振動(dòng)，可以獲得更精準(zhǔn)的衛(wèi)星天線振動(dòng)特性。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1基于非接觸式測(cè)量的衛(wèi)星天線結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)量裝置總示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1基于非接觸式測(cè)量的衛(wèi)星天線結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)量裝置俯視圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1基于非接觸式測(cè)量的衛(wèi)星天線結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)量裝置正視圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例1基于非接觸式測(cè)量的衛(wèi)星天線結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)量裝置中振動(dòng)檢測(cè)部分的示意圖。

其中，1-衛(wèi)星天線，2-底座，3-實(shí)驗(yàn)臺(tái)ⅰ，4-激振器，5-高速相機(jī)，6-支撐架，7-導(dǎo)軌，8-滑塊，9-實(shí)驗(yàn)臺(tái)ⅱ，10-計(jì)算機(jī)，11-功率放大器，12-信號(hào)發(fā)生器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例1：

如圖1-圖3所示，本實(shí)施例提供了一種基于非接觸式測(cè)量的衛(wèi)星天線結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)量裝置，包括衛(wèi)星天線本體部分、振動(dòng)激勵(lì)部分、振動(dòng)檢測(cè)部分、信號(hào)處理模塊和計(jì)算機(jī)(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(guò)底座(2)固定連接在實(shí)驗(yàn)臺(tái)ⅰ(3)上，衛(wèi)星天線(1)的中軸線與水平面形成一個(gè)大概65°的角度，在衛(wèi)星天線(1)表面還噴涂有振動(dòng)檢測(cè)的標(biāo)志點(diǎn)；所述振動(dòng)激勵(lì)部分包括兩個(gè)激振器(4)，兩個(gè)激振器(4)對(duì)稱安裝在衛(wèi)星天線(1)的底部?jī)蓚?cè)，兩個(gè)激振器(4)之間的距離大概為1000mm，固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)ⅰ(3)上，并通過(guò)激振器頂桿連接到衛(wèi)星天線(1)的支架；所述振動(dòng)檢測(cè)部分的示意圖如圖4所示，包括兩個(gè)高速相機(jī)(5)組成的雙目視覺(jué)系統(tǒng)，兩個(gè)高速相機(jī)(5)分別通過(guò)兩個(gè)支撐架(6)安裝在兩個(gè)滑塊(8)上，兩個(gè)滑塊(8)能夠在導(dǎo)軌(7)上移動(dòng)，導(dǎo)軌(7)固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)ⅱ(9)上，雙目視覺(jué)系統(tǒng)的鏡頭對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星天線(1)表面振動(dòng)檢測(cè)的標(biāo)志點(diǎn)；信號(hào)處理模塊發(fā)出信號(hào)給振動(dòng)激勵(lì)部分，振動(dòng)激勵(lì)部分激勵(lì)衛(wèi)星天線本體部分產(chǎn)生振動(dòng)，振動(dòng)檢測(cè)部分對(duì)衛(wèi)星天線本體部分的振動(dòng)檢測(cè)標(biāo)志點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行同步高頻拍攝，采集到圖像序列，發(fā)送給計(jì)算機(jī)(10)，經(jīng)過(guò)圖像處理和分析，得到衛(wèi)星天線(1)的振動(dòng)信息。

其中，所述信號(hào)處理模塊包括功率放大器(11)和信號(hào)發(fā)生器(12)。信號(hào)發(fā)生器(12)發(fā)出振動(dòng)信號(hào)，經(jīng)功率放大器(11)放大后發(fā)送給兩個(gè)激振器(4)，兩個(gè)激振器(4)分別通過(guò)激振器頂桿激勵(lì)衛(wèi)星天線(1)產(chǎn)生振動(dòng)，在衛(wèi)星天線(1)振動(dòng)的過(guò)程中，由兩個(gè)高速相機(jī)(5)組成的雙目視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)衛(wèi)星天線(1)的振動(dòng)檢測(cè)標(biāo)志點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行同步高頻拍攝，采集到圖像序列，發(fā)送給計(jì)算機(jī)(10)，經(jīng)過(guò)圖像處理和分析，得到衛(wèi)星天線(1)的振動(dòng)信息。

進(jìn)一步地，所述衛(wèi)星天線(1)表面的振動(dòng)檢測(cè)標(biāo)志點(diǎn)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(cè)量者想要獲得的衛(wèi)星天線(1)的振動(dòng)信息來(lái)自行設(shè)計(jì)。所述兩個(gè)激振器(4)分別通過(guò)激振器頂桿激勵(lì)衛(wèi)星天線(1)彎曲模態(tài)振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)模態(tài)振動(dòng)；當(dāng)兩個(gè)激振器(4)接收到與彎曲模態(tài)頻率相同的正弦信號(hào)激勵(lì)時(shí)，兩個(gè)激振器(4)按相同信號(hào)且相位相同激勵(lì)，則激勵(lì)產(chǎn)生衛(wèi)星天線(1)的彎曲振動(dòng)；當(dāng)兩個(gè)激振器(4)接收到與扭轉(zhuǎn)模態(tài)頻率相同的正弦信號(hào)激勵(lì)時(shí)，兩個(gè)激振器(4)按相同信號(hào)且相位相反激勵(lì)，則激勵(lì)產(chǎn)生衛(wèi)星天線(1)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。

在本實(shí)施例中，激振器(4)選用美國(guó)gst公司生產(chǎn)的型號(hào)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(jī)(5)選用日本photron公司的型號(hào)為fastcam-sa4的高速攝像機(jī)，拍照速率在圖像分辨率為1024×1024像素時(shí)可以達(dá)到3600fps，在圖像分辨率為512×512像素時(shí)可以達(dá)到13500fps，在圖像分辨率為256×256像素時(shí)可以達(dá)到45000fps，在圖像分辨率為128×128像素時(shí)可以達(dá)到125000fps，在圖像分辨率為128×16像素時(shí)可以達(dá)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(guó)ar公司的型號(hào)為50wd1000的功率放大器，工作頻率為dc～1000mhz。

實(shí)施例2：

本實(shí)施例提供了一種基于非接觸式測(cè)量的衛(wèi)星天線結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)量方法，所述方法包括以下步驟：

步驟一、信號(hào)發(fā)生器(12)發(fā)出振動(dòng)信號(hào)，經(jīng)功率放大器(11)放大后發(fā)送給兩個(gè)激振器(4)，兩個(gè)激振器(4)分別通過(guò)激振器頂桿激勵(lì)衛(wèi)星天線(1)產(chǎn)生振動(dòng)；

步驟二、在衛(wèi)星天線(1)振動(dòng)的過(guò)程中，由兩個(gè)高速相機(jī)(5)組成的雙目視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)衛(wèi)星天線(1)的振動(dòng)檢測(cè)標(biāo)志點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行同步高頻拍攝，采集到圖像序列，發(fā)送給計(jì)算機(jī)(10)，經(jīng)過(guò)圖像處理和分析，得到衛(wèi)星天線(1)的振動(dòng)信息。

通過(guò)改變激振的參數(shù)，反復(fù)實(shí)驗(yàn)，獲取多次實(shí)驗(yàn)結(jié)果，就可以得到衛(wèi)星天線(1)的振動(dòng)特性。

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