Способ измерения параметров вибрации объекта
METHOD OF MEASURING VIBRATION PARAMETERS OF AN OBJECT

Изобретение относится к измерительной технике, а именно, к оптическим способам измерения параметров вибрации и может быть использовано для контроля работы производственного оборудования, экспертизы промышленной безопасности производственных объектов, при обследовании и оценке технического состояния строительных конструкций.
Известен способ измерения размаха вибрации объекта путем закрепления на объекте тест-объекта и регистрацию изображения тест-объекта с вибрационным размытием. При этом в качестве тест-объекта используют мерный клин и регистрацию осуществляют посредством визуальной фиксации точки пересечения крайних положений мерного клина на определенном расстоянии от острия. Основание мерного клина градуируют и оцифровывают в миллиметрах размаха вибрации. Измерение проводят при вибрации с частотой 8 Гц и выше в направлении вверх-вниз (Иориш Ю.М. Виброметрия. Измерение вибрации и ударов. Общая теория, методы и приборы. Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Машгиз, 1963, стр. 468-469).
Недостатком описанного способа является низкая точность измерения параметров вибрации объекта, обусловленная погрешностями визуальной фиксации, и неширокий диапазон измеряемых значений размаха вибрации, ограниченный в определении наименьших значений размаха зависимостью от длины и высоты мерного клина.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является способ измерения параметров вибрации объекта, включающий закрепление на объекте тест-объекта и регистрацию изображения тест-объекта с вибрационным размытием, при этом тест-объект выполняют в виде миры из групп параллельных парных штрихов, с расстоянием между штрихами в группе, равным удвоенной ширине штриха, уменьшающейся от группы штрихов с низкой пространственной частотой к группе штрихов с высокой пространственной частотой. Формируют посредством видеокамеры на экране монитора компьютера изображение миры для каждой частоты кадровой развертки видеокамеры до получения неподвижного изображения миры с вибрационным размытием и фиксацией соответствующей частоты кадровой развертки видеокамеры, равной частоте вибрации объекта, после чего регистрируют в неподвижном изображении миры с вибрационным размытием нулевой контраст в группе штрихов с наиболее низкой пространственной частотой, в которой ширина штриха равна размаху вибрации объекта (патент RU 2395792 C1, G01H 9/00, 27.07.2010).
Недостатком описанного способа является низкая точность измерения параметров вибрации, в частности, размаха вибрации объекта из-за погрешности определения нулевого контраста в неподвижном изображении миры с вибрационным размытием вследствие наличия шумового контраста.
Предлагаемым изобретением решается проблема повышения точности измерения параметров вибрации, а именно, размаха вибрации объекта.
Для достижения указанного технического результата в предлагаемом способе измерения параметров вибрации объекта, включающем закрепление на объекте тест-объекта и регистрацию изображения тест-объекта с вибрационным размытием с использованием в качестве тест-объекта миры, у которой параллельные парные штрихи группы расположены на расстоянии, равным удвоенной ширине штриха, а ширина штриха уменьшается от группы штрихов с низкой пространственной частотой к группе штрихов с высокой пространственной частотой, формируют посредством видеокамеры на экране монитора компьютера изображение миры для каждой частоты кадровой развертки видеокамеры до получения неподвижного изображения миры с вибрационным размытием и фиксацией соответствующей частоты кадровой развертки видеокамеры, равной частоте вибрации объекта, после чего регистрируют в неподвижном изображении миры с вибрационным размытием нулевой контраст в группе штрихов с наиболее низкой пространственной частотой, в которой ширина штриха равна размаху вибрации объекта, на объекте закрепляют оптоэлектронное устройство, соединенное с компьютером, формирующим на его экране тест-объект в виде миры из одной группы параллельных парных штрихов, расположенных перпендикулярно направлению вибрации объекта, при этом на объекте закрепляют оптоэлектронное устройство, соединенное с компьютером, формирующим на его экране тест-объект в виде миры из одной группы параллельных парных штрихов, расположенных перпендикулярно направлению вибрации объекта, при этом на экране формируют тест-объект в виде динамического изображения миры с низкой пространственной частотой и амплитудно-модулированным по гармоническому закону значением яркости группы параллельных парных штрихов миры, затем синхронизируют с последующей фиксацией значения фазы изменения яркости группы параллельных парных штрихов миры и фазы колебания объекта, после чего изменяют глубину модуляции яркости группы параллельных парных штрихов миры до получения на экране монитора компьютера неподвижного изображения группы параллельных парных штрихов миры с вибрационным размытием и минимальным значением шумового контраста, при котором фиксируют соответствующую глубину модуляции яркости группы параллельных парных штрихов миры, перед регистрацией в неподвижном изображении миры с вибрационным размытием нулевого контраста в группе штрихов с наиболее низкой пространственной частотой для определения размаха вибрации объекта на экране оптоэлектронного устройства формируют поочередно тест-объекты, каждому из которых задают определенную пространственную частоту и выполняют в виде динамических изображений миры с амплитудно-модулированными по гармоническому закону значениями яркости группы параллельных парных штрихов миры и ранее зафиксированными значениями фазы изменения яркости группы параллельных парных штрихов миры и глубины модуляции.
Повышение точности измерения размаха вибрации объекта вследствие минимизации шумового контраста в неподвижном изображении группы параллельных парных штрихов миры с вибрационным размытием достигается тем, что на объекте закрепляют оптоэлектронное устройство, соединенное с компьютером, формирующим на его экране тест-объект в виде миры из одной группы параллельных парных штрихов, расположенных перпендикулярно направлению вибрации объекта, при этом на экране формируют тест-объект в виде динамического изображения миры с низкой пространственной частотой и амплитудно-модулированным по гармоническому закону значением яркости группы параллельных парных штрихов миры, затем синхронизируют с последующей фиксацией значения фазы изменения яркости группы параллельных парных штрихов миры и фазы колебания объекта, после чего изменяют глубину модуляции яркости группы параллельных парных штрихов миры до получения на экране монитора компьютера неподвижного изображения группы параллельных парных штрихов миры с вибрационным размытием и минимальным значением шумового контраста, при котором фиксируют соответствующую глубину модуляции яркости группы параллельных парных штрихов миры, перед регистрацией в неподвижном изображении миры с вибрационным размытием нулевого контраста в группе штрихов с наиболее низкой пространственной частотой для определения размаха вибрации объекта на экране оптоэлектронного устройства формируют поочередно тест-объекты, каждому из которых задают определенную пространственную частоту и выполняют в виде динамических изображений миры с амплитудно-модулированными по гармоническому закону значениями яркости группы параллельных парных штрихов миры и ранее зафиксированными значениями фазы изменения яркости группы параллельных парных штрихов миры и глубины модуляции.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежом, где на фиг. 1 показана схема устройства для измерения параметров вибрации объекта, предназначенного для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 - мира, используемая в предлагаемом способе в качестве тест-объекта, общий вид; на фиг. 3 - изображена блок-схема оптоэлектронного устройства.
Кроме того, на фиг. 1, 2 показано следующее:
R и стрелка - размах и направление вибрации объекта:
а - ширина штриха в группе параллельных парных штрихов миры;
А - расстояние между центрами штрихов в группе параллельных парных штрихов миры.
Устройство для измерения параметров вибрации объекта (фиг. 1) снабжено закрепленным на исследуемом объекте 1 оптоэлектронным устройством 2, например, динамическим растром, на экране 3 которого формируют тест-объект 4 в виде миры (фиг. 2), у которой параллельные парные штрихи группы расположены на расстоянии (А), равным удвоенной ширине (а) штриха. При этом мира состоит из одной группы параллельных парных штрихов, расположенной перпендикулярно направлению вибрации объекта 1. Исследуемый объект 1 с закрепленным оптоэлектронным устройством 2 оптически связан с жестко закрепленной на определенном расстоянии от объекта 1 видеокамерой 5, например, VS-ld-751, объектив которой направлен на экран 3 оптоэлектронного устройства 2, соединенной с компьютером из системного блока 6 и монитора 7. Цифровой интерфейс 9 оптоэлектронного устройства 2 проводным каналом связи 8 соединен с системным блоком 6 компьютера.
Оптоэлектронное устройство 2 (фиг. 3) состоит из последовательно соединенных между собой цифрового интерфейса 9, реализованного, например, на микросхеме FT232RL, блока управления 10 цифроаналоговых преобразователей (ЦАП), реализованного, в частности, на микросхеме ATmega32A, блока 11 ЦАП, которые выполнены, в частности, на микросхемах AD8400AR1 и LM258D и управляют яркостью источников света блока 12, в качестве которых применяют светодиоды BL_LS3014A0S1UW2C, причем каждый из них соединен посредством соответствующего оптического волновода блока 13 с экраном 3, состоящим из дискретных индикаторов - пикселей прямоугольной формы (на чертеже не показано).
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.
На исследуемом объекте 1 закрепляют оптоэлектронное устройство 2, соединенное проводным каналом связи 8 с системным блоком 6 компьютера, формирующим на его экране 3 тест-объект 4 в виде миры из одной группы параллельных парных штрихов, расположенной перпендикулярно направлению вибрации объекта 1, причем параллельные парные штрихи группы расположены на расстоянии (А), равным удвоенной ширине (а) штриха, а ширина (а) штриха уменьшается от группы штрихов с низкой пространственной частотой к группе штрихов с высокой пространственной частотой. Перед началом измерения осуществляют калибровку устройства. Для этого при неподвижном объекте 1 на экране 3 оптоэлектронного устройства 2 формируют тест-объект 4 в виде изображения миры из группы параллельных парных штрихов с наибольшей пространственной частотой. Устанавливают посредством объектива видеокамеры 5 масштаб увеличения изображения миры 4 таким, чтобы в мире с группой штрихов с наиболее высокой пространственной частотой размер светлого промежутка между штрихами составлял 1-2 пикселя. После этого проводят измерения. Объект 1 с закрепленным оптоэлектронным устройством 2 подвергают вибрации. С помощью видеокамеры 5 формируют на экране монитора 7 компьютера изображение миры 4 для каждой частоты кадровой развертки видеокамеры 5 до получения неподвижного изображения миры с вибрационным размытием и фиксацией соответствующей частоты кадровой развертки видеокамеры 5, равной частоте вибрации объекта 1. Использование оптоэлектронного устройства 2, в котором применяют дискретные индикаторы - пиксели, плотно расположенные на одной линии и излучающие свет в одной плоскости и одном направлении, позволяет применять видеокамеру 5 с быстродействующим линейным фотоприемником. Кроме того, управление дискретными индикаторами осуществляют схемой управления ЦАП, способной генерировать управляющий сигнал согласно данным, хранящимся во внутренней памяти, либо получать эти данные по цифровому каналу от другого устройства, например, компьютера. Вследствие чего, не изменяя площади, можно формировать изображение парных штрихов с различной шириной штриха вплоть до 1/3 ширины экрана 3 оптоэлектронного устройства 2 и менять изображение с течением времени.
Для определения размаха вибрации объекта 1 регистрируют в неподвижном изображении миры с вибрационном размытием нулевой контраст в группе штрихов с наиболее низкой пространственной частотой, в которой ширина штриха равна размаху вибрации объекта 1. Для чего на экране 3 формируют тест-объект 4 в виде динамического изображения миры с низкой пространственной частотой и амплитудно-модулированным по гармоническому закону значением яркости группы параллельных парных штрихов миры, синхронизируют с последующей фиксацией значения фазы изменения яркости группы параллельных парных штрихов миры и фазы колебания объекта, после чего изменяют глубину модуляции яркости группы параллельных парных штрихов миры группы параллельных парных штрихов миры до получения на экране монитора 7 компьютера неподвижного изображения группы параллельных парных штрихов миры 4 с вибрационным размытием и минимальным значением шумового контраста, при котором фиксируют соответствующую глубину модуляции яркости группы параллельных парных штрихов миры. Перед регистрацией в неподвижном изображении миры с вибрационным размытием нулевого контраста в группе штрихов с наиболее низкой пространственной частотой для определения размаха вибрации объекта на экране 3 оптоэлектронного устройства 2 формируют поочередно тест-объекты, каждому из которых задают определенную пространственную частоту, и выполняют в виде динамических изображений миры с амплитудно-модулированными по гармоническому закону значениями яркости группы параллельных парных штрихов миры и ранее зафиксированными значениями фазы изменения яркости группы параллельных парных штрихов миры и глубины модуляции.
Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет повысить точность измерения размаха вибрации объекта и измерить частоту вибрации объекта.