非接觸式應變測量系統—土木振動臺

 一.簡介

     越來越多的結構抗震控制裝置被安置到結構中，比如TMD系統,AMD系統等。對這些系統的試驗驗證和數字模擬顯得越來越重要。在振動臺試驗的新方法方面進行了一些研究，指明了振動臺試驗和數值模擬相結合的雜交試驗是未來的發展方向。雜交試驗的核心是整個結構的一部分做振動臺試驗，其余部分做數值模擬試驗，考慮了這兩部分結構的相互作用。該試驗方法最重要的是要保持質量比(試驗部分質量/計算部分質量)盡可能的低。該方法在驗證TMD,AMD等結構控制系統在模擬動態荷載條件下的性能方面具有明顯的優點,在不更換硬 件(AMD系統等)設置的情況下可以試驗不同特性的主結構的性能。

在目前的振動臺試驗中,位移的測量往往采用接觸式測量方法(各種位移計等)或由加速度積分得到。接觸式位移測量方法在大位移、大變形或者斷裂、倒塌試驗中的應用受到限制,加速度積分法受傳感器的位置和數量限制。

而采用三維光學動態變形與運動測量系統設備，在結構上布置一些發生器就可以測量。       

動態變形測量系統基于雙目立體視覺技術，采用兩個高速攝像機實時采集被測物體各個變形階段的圖像，利用準確識別的標志點（包括編碼標志點和非編碼標志點）實現立體匹配，重建出物體表面點的三維空間坐標，計算得到物體的變形量。該方法具有精度高、速度快、易于操作、非接觸以及全場數據測量的特點。

二．系統主要技術指標為：

系統技術指標表

三． 主要硬件如下：

三維動態變形測量系統

系統主要由測量頭、采集控制箱、移動支撐架、計算機、檢測分析軟件等組成

四．測量設備主要功能

系統采用兩個高速攝像機實時采集被測物體各個變形階段的圖像，利用準確識別的標志點（包括編碼標志點和非編碼標志點）實現立體匹配，重建出物體表面點的三維空間坐標，計算得到物體的變形量，測量結果三維彩色顯示。

4.1 基本測量功能：

    （1）測量幅面：支持幾十毫米到幾米的測量幅面，根據需求可定制更  

     多測量幅面。

（2）測量相機：支持百萬至千萬像素相機，支持低速到高速相機，支持千

     兆網和Camera Link等多種相機接口。  

（3）相機標定：支持多個相機多種測量幅面的標定，支持外部拍攝圖像

         標定。

    （4）測量模式：同時支持單相機二維測量和多相機三維測量。

（5）實時測量：采集圖像的同時，可以實時進行三維全場計算，在線和

         離線兩種處理模式。

（6）計算模式：具備自動計算和自定義計算兩種模式。

（7）測量結果：全場三維坐標、位移等動態變形數據

    （8）多個檢測工程：系統軟件支持多個檢測工程的計算、顯示及分析。

（9）支持系統：支持32位、64位bs操作系統，具備64位計算和多

     線程加速計算功能。相機標定：軟件具備相機自標定功能，支持多種

     相機鏡頭畸變模型。

    （10）計算模式：具備自動計算和自定義計算兩種模式，方便用戶靈活操作。

（11）標志點類型：支持10、12、15位編碼點，支持黑底白點、白底黑點，

      更多類型可定制。

（12）顯示設置：三維顯示可靈活設置，包括顏色，尺寸等，可顯示相機三

          維位置。 

4.2 變形測量功能：

（1）參考模式：基準狀態可任意設置，可以是首個狀態或者中間狀態。

（2）對齊模式：支持ID轉換、相對關系轉換、手動轉換等多種狀態對齊模

     式。

（3）搜索深度：支持任意指定標志點搜索半徑及搜索深度，提高標志點追

     蹤穩定性。

    （4）分析模式：支持多觀察域分析，觀察域自由選擇。

    （5）測量結果：包含X，Y，Z三維位移分量及總位移E。

（6）結果顯示：位移測量結果在三維視圖和圖像中以射線和色譜形式繪制，

    真實表達 三維點的變形與運動，顯示效果可靈活設置。

4.3采集控制功能

（1）采集控制箱實現測量頭的控制、多個相機的同步觸發、多路模擬量和

     開關量數據采集、輸入和輸出信號控制。

（2）A/D采集：模擬量輸入采集，A/D采集的量程由軟件控制，可選量程： 

     ±10V、±  5V、±2.5V、0～10V。

（3）多種外部觸發信號類型選擇：模擬信號、TTL電平、光電隔離、差分

      輸入，模擬信號電平可選擇：+10V、+5V、0V、-5V、-10V。

（4）激光器控制：控制激光器。

（5）相機同步控制：多相機外同步觸發信號。

（6）光源控制：可選控制LED光源。

五．案例