基于高速摄像的振动周期测量
利用高速摄像机研究快速运动的实验操作
利用高速摄像机研究快速运动的实验操作摄影是一门既艺术又科学的学科，随着技术的不断进步，人们可以通过高速摄像机捕捉到一些肉眼无法观察到的细节。
利用高速摄像机进行实验研究，可以帮助我们更加深入地了解快速运动的规律和特性。
在本文中，我们将讨论如何利用高速摄像机来进行快速运动实验，并介绍一些实验操作步骤。
一、确定实验目标在进行实验之前，我们需要明确实验的目标是什么。
比如，我们可以研究一个物体在高速运动过程中的形变、碰撞或者旋转等现象。
具体的实验目标将决定我们后续的实验操作和数据分析。
二、选择合适的高速摄像机高速摄像机可以以很高的帧数进行拍摄，从而捕捉到快速运动过程中的细节。
在选择高速摄像机时，我们需要考虑摄像机的像素、帧数、响应时间等参数。
这些参数将影响我们对快速运动过程的观察效果。
三、搭建实验装置在进行实验之前，我们需要搭建相应的实验装置。
以研究物体在高速运动中的形变为例，我们可以使用一个弹簧装置来实现物体的快速压缩和释放。
通过控制弹簧的压缩程度和释放速度，我们可以模拟不同的快速运动过程。
四、设置实验参数在进行实验之前，我们需要设置一些实验参数，比如光源的亮度、相机的焦距等。
这些参数将影响我们对实验结果的观察效果。
同时，我们还需要预先计算实验过程中物体的加速度、速度等数值，以便后续的数据分析。
五、实验操作在实验过程中，我们需要将高速摄像机放置在适当的位置，并保证其对物体的观察角度和距离都是恰当的。
在开始实验之前，我们可以进行一些试拍，以确保摄像机设置的效果符合我们的预期。
在实验过程中，我们可以通过调整不同的实验参数，观察物体在不同条件下的快速运动过程。
同时，我们还可以使用高速摄像机的连续拍摄功能，捕捉到物体快速运动过程中的每个细微变化。
六、数据分析在实验结束后，我们可以将摄像机拍摄到的视频文件导入到电脑中进行数据分析。
通过分析视频中的每一帧图像，我们可以计算出物体的加速度、速度、形变等数据，从而得到关于快速运动的更深入的认识。
基于高速摄像机的机械振动DIC动态位移测量解决方案
基于高速摄像机的机械振动DIC动态位移测量解决方案利用超高速摄像机进行高速视觉测量，通过把高速摄像视频当作检测和传递信息的载体加以利用，从高速摄像机视频中提取有用的信号，获得所需的各种参数，具有非接触、全视场测量、高精度和自动化程度高的特点。
重型机械关键部件的振动测试，在工程机械制造领域至关重要。
作为机械工程大型设备，测试挖掘机、起重机摆臂的振动位移，可以掌握设备在实际工况下的机械性能，通过减少关键负载部位的摆幅，使设备更加稳定。
某工程机械企业，利用新拓三维DIC高速摄像机测量系统对挖掘机、起重机载重部位进行振动测量；数字图像相关法DIC能够对三维变形形状进行全场分析，该技术利用两台同步的高速摄像机，从不同角度拍摄物体。
然后，DIC软件将图像关联成一个3D网格。
新拓三维DIC高速摄像机测量系统的设置不繁琐且耗时较少，它利用绘制在物体表面上的散斑图案，在高速拍摄过程中为摄像机提供焦点。
通过这种方式，DIC可以在一个区域内提供来自更多数据点的测量数据，然后，工程师可以使用DIC软件分析挖掘机尾部负载部位振动位移、吊臂偏摆位移。
挖掘机振动相对位移测量测量过程重点关注挖掘机尾部负载位置和垂直地面之间的相对位移，由驾驶员操作挖掘机进行模拟工况操作进行测量。
新拓三维DIC高速摄像机测量系统，搭配的高速摄像机能够捕捉挖掘机尾部相对位移变化的实验过程，为后续研发人员进行图像分析，测量实验过程中的有关应变、位移、振动等数据，为分析机械位移与振动提供丰富数据。
挖掘机位移分析数据从分析曲线看，当分析曲线出现小幅波动时，此时挖掘机已经开机处于运转状态；出现大幅波动，此时挖掘机正在做挖掘动作。
基于新拓三维DIC高速摄像机测量系统对挖掘机尾部负载部位进行位移测量，通过曲线分析反映挖掘机整个操作动作，测试位移数值，方便后续对挖掘机进行振动研究以及产品改进。
起重机吊臂偏摆位移测量重点测量起重机吊臂偏摆位移，利用新拓三维DIC高速摄像机测量系统，对两台分别以低速、高速的不同速度运转的起重机吊臂关键负载部位进行测量。
基于高速摄影技术的速度测量方法
基于高速摄影技术的速度测量方法刘华宁;郑宇;李文彬;张庆;姚文进;刘桂峰【期刊名称】《兵工自动化》【年(卷),期】2014(000)011【摘要】针对目前测速实验中采用锡箔靶或金属网靶测速时存在效率低、劳动强度大、可靠性较差等缺点，提出一种更高效可靠的高速摄影速度测试方法。
以测试单个某型预制破片的靶前速度为例进行高速摄影测速系统组建，分析了关键参数设置的理论依据以及处理高速摄影结果得到速度的像素点法和等比例缩放方法，并将计算结果与锡箔靶方法测得的速度值进行了对比，相对速度差均小于5 m/s。
实例应用表明：该方法合理可靠，显著地提高了测速试验的效率，能够满足实际需求。
%In view of the present experiments using the foil-targets or metal mesh targets to measure velocity have the disadvantages of low efficiency, large labor intensity and poor reliability, a more convenient and reliable method of high-speed photography was proposed to measure a type of prefabricated fragment velocity just before the target. This paper discussed the process of forming high-speed photography velocity test system, also the theoretical foundation of key parameters settings and the process of using the pixel point method and scaling method to deal with the result of high-speed photography were demonstrated, and the results were compared with those measured through the traditional methods, errors are less than 5 m/s. The application example shows that the methodis reasonable and reliable, significantly improve the efficiency of the velocity measuring experiments, and meet the actual demand.【总页数】4页(P71-74)【作者】刘华宁;郑宇;李文彬;张庆;姚文进;刘桂峰【作者单位】南京理工大学智能弹药技术国防重点学科实验室，南京 210094;南京理工大学智能弹药技术国防重点学科实验室，南京 210094;南京理工大学智能弹药技术国防重点学科实验室，南京 210094;南京理工大学智能弹药技术国防重点学科实验室，南京 210094;南京理工大学智能弹药技术国防重点学科实验室，南京 210094;南京理工大学智能弹药技术国防重点学科实验室，南京 210094【正文语种】中文【中图分类】TJ06【相关文献】1.高速摄影技术在跌落加速度测试中的应用研究 [J], 邱发平;向红;何景风;赵德坚2.基于无人机倾斜摄影技术矿山地形精准测量方法 [J], 马存富3.高速度摄影技术在车辆碰撞试验中的应用 [J], 王阳4.基于无人机摄影技术的工程土石方量测量方法研究 [J], 汪坚明;丁恒黎;汪尧峰5.用高速显微摄影技术测量神龙一号上回喷靶材速度 [J], 李剑;朱隽;尚长水;汪伟;熊学仕;龙继东因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
振动的周期振动周期是如何定义和测量的
振动的周期振动周期是如何定义和测量的正文：振动的周期是物体从一个极点通过另一个极点再返回到第一个极点所需的时间。
周期是描述振动频率的重要参数，是控制振动的基本特征之一。
本文将介绍振动周期的定义和测量方法。
一、振动周期的定义振动周期是指物体进行完一个完整的振动运动所需的时间。
一般用符号T表示，单位是秒。
振动周期与振动频率之间有一个简单的关系：频率是指单位时间内所发生的振动次数，用符号f表示，单位是赫兹(Hz)。
频率的倒数就是周期，即T=1/f。
二、测量振动周期的方法1. 用振动计测量周期振动计是一种常用的测量振动周期的仪器。
它通过感应器接收物体的振动信号，并将信号转换为对应的运动参数。
使用振动计测量周期时，可以将感应器置于振动物体上，并设置合适的测量参数，如采样频率等。
振动计会自动记录并计算出振动的周期。
2. 用计时器测量周期另一种常用的测量振动周期的方法是使用计时器。
将计时器启动，当物体从一个极点经过中心位置回到原点时，停止计时器，并记录下经过的时间。
这个时间即为振动的周期。
需要注意的是，为了获得较高的测量精度，可以多次重复测量并取平均值。
3. 用光电传感器测量周期在某些特殊情况下，可以使用光电传感器来测量振动周期。
光电传感器可以检测到物体通过光线的遮挡和释放，从而判断物体的运动状态。
当物体从一个极点通过另一个极点时，光电传感器会检测到遮挡和释放光线的变化，并将其转换为信号。
通过记录下这些信号的时间差，即可计算出振动的周期。
三、振动周期的影响因素1. 物体的质量：物体的质量越大，振动周期越大；物体的质量越小，振动周期越小。
2. 弹性系数：弹性系数越大，振动周期越小；弹性系数越小，振动周期越大。
3. 外界干扰：外界干扰也会对振动周期产生影响。
比如，当物体受到外力的作用时，振动周期可能会发生变化。
总结：振动周期是描述振动频率的重要参数，是物体从一个极点通过另一个极点再返回到第一个极点所需的时间。
振动周期可以用振动计、计时器或光电传感器等仪器来测量。
振动测量及频谱分析
振动测量及频谱分析振动测量及频谱分析是一个在工程领域中广泛应用的技术领域。
振动测量能够对物体的振动行为进行准确测量，并通过频谱分析来分析振动信号的频率分布及能量大小。
本文将从振动测量的原理、频谱分析的方法和应用领域等方面来进行介绍。
一、振动测量的原理振动测量是利用传感器将物体的振动变化转化为电信号，再通过相应的测量仪表来实现对振动的测量。
常用的振动传感器有加速度传感器、速度传感器和位移传感器。
加速度传感器是最常见的振动传感器，它通过感受物体的加速度来测量振动。
速度传感器则通过测量物体的速度来间接测量振动，位移传感器则直接测量物体的位移变化。
振动测量通常可以采用两种方式进行：点测法和场测法。
点测法是通过将传感器直接固定在被测物体上来测量振动，适用于机械系统中的部件振动测量。
场测法则是将传感器固定在离被测物体一定距离的固定点上，通过测量传感器所在点的振动来间接测量被测物体的振动。
场测法适用于较大物体或结构的振动测量。
二、频谱分析的方法频谱分析是将振动信号转换为频谱图以进行分析的方法。
常用的频谱分析方法有傅里叶变换、功率谱密度分析和包络分析等。
1.傅里叶变换：傅里叶变换是一种将时域信号转化为频域信号的方法。
通过傅里叶变换，可以得到振动信号的频率分布特性。
傅里叶变换可以表示为：\[ X(f) = \int_{-\infty}^{\infty} x(t)e^{-j2\pi ft} dt \]其中，X(f)是频域上的信号，x(t)是时域上的信号，f是频率。
2.功率谱密度分析：功率谱密度分析是一种分析振动信号频率分布密度的方法，它描述了频域上各个频率的能量大小。
功率谱密度可以通过直接对振动信号进行傅里叶变换得到，也可以通过相关函数计算得到。
3.包络分析：包络分析是一种分析振动信号包络曲线的方法。
在振动信号中，常常会存在着多个频率分量，包络分析可以将各个频率分量分离出来，得到振动信号的主要振动频率。
三、频谱分析的应用领域1.机械故障诊断：通过振动测量及频谱分析可以检测机械系统中的振动异常，进而判断机械系统的故障类型和严重程度。
快速运动实验设计：高速摄影与运动轨迹分析
会议论文
作者3 et al. (年份) 标题3 作者4 et al. (年份) 标题4
专著
作者5 (年份) 书名1 作者6 (年份) 书名2
附录
在第23页，附录将收 录实验中的原始数据、 实验记录和补充材料。 通过提供更多关于研 究的详细信息和数据 支持，读者可以更深 入地了解本研究的内 容和方法，为进一步 研究提供参考依据。
轨迹数据处理工具
01 轨迹数据处理软件选择
选择合适的软件用于导入、处理和分析运动 轨迹数据。
02 轨迹数据分析插件介绍
介绍常用的轨迹数据分析插件，以及它们的 功能和特点。
03 数据可视化工具应用
利用数据可视化工具展示运动轨迹数据的分 析结果，直观地呈现数据变化和趋势。
轨迹分析实例
通过具体实例展示轨迹分析的步骤和计算方法， 以及如何结合图表和数据结果说明轨迹分析在快 速运动实验中的应用和重要性。这些实例有助于 解释轨迹分析的实际操作过程，加深对运动轨迹 分析方法的理解。
激光传感器应用
激光传感器 原理
激光测距原理
激光传感器 在快速运动 实验中的作
用
精准时间测量
激光传感器 与高速摄影 的结合应用
高速运动轨迹测 量
快速摄影数据处理
数据采集
高速摄影数据采集方法包 括高速相机参数设置和实 时观测 数据存储和管理需要考虑 数据量大、实验重复性等 因素
图像处理
图像去噪和增强可以提高 数据处理的准确性 图像配准和轨迹提取是分 析中关键的步骤
03 数据统计分布
对数据进行统计学处理
实验结果比较
不同实验数 据的差异分
析
数据差异性对比
验证实验结 果的准确性
结果准确性验证
利用普通摄像头实现振动的实时测量
・
格低廉 ， 性能 尚可， 输出信号为数字 化的实时视频信
号， 无需再配图像采集卡， 上位机可直接进行 图像信号 处理 。与一般 图像检测系统相 比， 整个 系统的硬件结 构非常简洁 ， 不需要考虑视频信号的数字化等问题 。
能使振动的特征发生变化 ； 另外使用非接 触式传感器
测量时需要紧靠在被测对象一侧有 固定的基础来安装 传感器 。 ｂ ）传感器与测试系统通常是分开放置， 需要解决
加上改进的图像处理方法 的测量 方案 ， 不仅能够满足 该项 目的实时测量需求 ， 而且系统 的体系结构比较简 单， 性价比高 ， 拓展了图像传感器在常规检测领域的应
维普资讯
第３ ２卷第 ７ 期
２０ ０６年 ７月
电 子 工 蠢 晡
Ｅ ＥＣ ＲＯ Ｃ Ｅ Ｉ ＥＥ Ｌ Ｔ ＮＩ ＮＧ Ｎ Ｒ
Ｖ０． ２Ｎｏ ７ １３ ．
Ｊ１ ０６ ｕ ．２ ０
利用普通摄像 头实现振动 的实 时测量
吴 学功 ， 张文锦
（ 东南 大学仪 器科 学与 工程 系， 苏省 南京 市 ２０９ ） 江 １０６
摘
要： 为实现对低频小振幅振动的实时测量， Ｕ Ｂ摄像 头为图像传感 器， 以 Ｓ 以常规 计算机为上
位 机 ． 计 了一套 性价 比较 高的基 于数 字 图像 的检 测 装置 。介 绍 了检 测 系统的 原理 和 结 构 ， 设 以及 主要
的 图像 处理 方 法。根 据 系统的 特点 ， 系统应 用基 于颜 色的 图像 分割 方 法 ， 大提 升 了 系统 的适 应 性 本 大
和 可靠性 ， 并利用捕捉振动物体部分区域的方法提 高系统的测量精度， 同时将卡 尔曼滤波方法用于预 测振 动物体 的位 置 。 大降低 了 系统 处理 的 图像 数 据 量 ， 高 了 系统 的 实 时性 ， 而提 高 了 系统 的测 大 提 进
振动测量方法和标准
振动测量方法和标准振动测量是一种用于评估机械设备运行状况和故障诊断的重要工具。
通过测量机械设备产生的振动信号，可以获得有关设备结构的信息以及潜在故障的迹象。
正确选择适当的振动测量方法和遵循相应的标准，对于准确评估设备状况和制定维护计划至关重要。
本文将探讨振动测量方法和标准的相关内容。
1、振动测量方法1.1 加速度传感器加速度传感器是一种广泛用于振动测量的传感器。
它可以测量垂直方向和水平方向的加速度。
该传感器将振动转化为电信号，进而分析并显示振动特性。
加速度传感器具有高频响应和较低的成本，适用于连续振动监测和机械故障诊断。
1.2 速度传感器速度传感器可以测量振动的速度。
它适用于低频振动测量和对振动的整体评估。
速度传感器可以直接测量振动，并提供振动速度的输出信号。
与加速度传感器相比，速度传感器具有较低的灵敏度和频率响应，但在某些应用中仍然具有一定的实用价值。
1.3 位移传感器位移传感器可以测量振动的位移。
它适用于低频振动测量和对机械设备结构变化的评估。
位移传感器可以直接测量振动的位移，并提供相应的输出信号。
位移传感器通常具有较低的频率响应和较高的灵敏度，适用于对振动幅值的精确测量。
2、振动测量标准2.1 ISO 10816系列标准ISO 10816系列标准是振动测量中最常用的国际标准之一。
该系列标准规定了振动测量的一般要求，以及根据不同类型的机械设备和应用的振动限值。
这些标准提供了一种测量和评估机械设备振动水平的一般方法，并提供了用于判断机械设备运行状况的准则。
2.2 ASME标准ASME标准适用于美国机械工程师学会制定的振动测量标准。
这些标准更加具体和详细，适用于各类机械设备和应用。
ASME标准提供了更为细致的振动测量方法和评估准则，有助于更准确地判断设备的运行状况，并制定相应的维护计划。
2.3 DIN标准DIN标准是德国国家标准组织制定的振动测量标准。
这些标准被广泛用于欧洲地区。
DIN 标准与ISO标准相似，提供了一种测量和评估机械设备振动的方法和准则。
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实验二、基于高速摄像的振动周期测量
一、实验内容及原理
利用高速摄像机进行高速视觉测量是建立在高速摄像技术与计算机视觉研究基础上的一门新兴测试技术。
它把高速摄像视频当作检测和传递信息的载体加以利
用，从高速摄像视频中提取有用的信号，获得所需的各种参数，具有非接触、全视
场测量、高精度和自动化程度高的特点。
一套完整的振动状态在线测试系统具有多参数信息采集功能,包括光照系统、多路高速摄像机同步图像采集系统、可编程自动化测量平台、振动图像实时采集、分析、诊断系统。
系统关键技术，高速摄像机拍摄得到的图像需要经过图像处理、信号分析等过程才能得到我们想要的信息。
和其他图像识别技术一样,首先要对高速摄像
机所拍视频进行增强、变换、分割、图像识别等技术。
高速摄像机得到
的视频图像要经过一系列的图像处理算法，提取出我们想要的物体振动
信号，然后再对此振动信号进行后续数据处理。
下图是利用高速摄像机
拍摄的琴弦振动的一张截图.
振动信号分析通常振动包含多个模态，通过测量某点的振动位移或速度、加速度得到振动信号，通过对振动信号分析可以将各模态分解出来，并分别辨识，得到各模态的固有频率和阻尼比。
所以这个过程中涉及两个步骤：模态分解和模态参数辨识。
尤其对于柔性、轻质的对象,高速摄像机视觉测量方法不用接触到被测对象,因此不会影响被测对象的参数。
模态分解已经有一些成熟的方法，如EMD经验模态分解、ICA独立分量分解等；模态参数辨识，在结合机械系统响应多为指数衰减的正弦波的特点，可以使用解包络的方法实现参数的辨识，主要方法有Hilbert解包络、能量算子解包络等。
二、实验步骤
振动状态的高速摄像机视觉监测是在一定的光照条件下，通过自动化测试平台控制高速摄像机获取任意方向上被测对象的二维图像采集到计算机内部，形成灰度的二维阵列—原始图像；然后，运用实时在线图像处理技术对采集到的高速摄像视频进行预处理以得到质量改善了的图像、通过边缘提取和亚像素技术得到测量所需的亚像素级边缘；其次，运用机器视觉技术从高速摄像机所拍摄振动图像中提取感兴趣的特征；进一步，运用模式识别技术对抽取到的特征进行分类整理，构成对特征的描述；最后，运用高速摄像机实时在线进行模态参数辨识, 得到目标的振动模态参数，并实现振型的精确图形描述。
三、实验数据及图像
四、实验结果及分析
通过对高速摄像提取的图片中的明暗条纹间距进行分析，可得出物体振动的周期。