[发明专利]一种高频驻波振幅分布的高精度测量方法

摘要

本发明属于精密测量技术领域，具体为一种光滑表面元件高频谐振驻波振幅分布的测量方法。本发明方法步骤如下：构建偏折测量系统，将相机和投影屏幕对被测元件左右对称放置；投影显示圆斑图样，用相机测量高频振动元件反射形成的模糊特征斑；采用差分算子识别特征斑的边界，拟合得到圆斑偏斜距离；基于标定获得的系统几何参数，计算被测表面各部分的法向偏转量；最后重构积分得到驻波振幅分布。本发明的系统结构简单，灵敏度高，抗干扰能力强，可以测量元件局部区域的驻波振幅分布，对于元件振动机理与特性分析、元件谐振性能保障有重要意义。

主权项

1.一种高频驻波振幅分布精密测量方法，基于偏折技术的，其特征在于，具体步骤如下：/n(1)搭建偏折测量光路，投影屏幕和相机相对于被测元件左右对称放置；/n(2)在屏幕上显示二值化圆斑图样，经过振动元件反射后在相机成像；/n(3)采用Sobel微分算子对图像进行差分计算，对算子进行二值化处理，识别所采集图像中特征斑的边界，以灰度w(u,v)为权重计算斑点中心：/n /n(4)对特征斑中所有点坐标构造正规矩阵：/nM＝∑w(i,j)δ(i,j)^Tδ(i,j),/n其中，δ(i,j)＝(u(i,j)-u₀,v(i,j)-v₀)表示特征斑中每个像素的坐标偏差，(u₀ v₀)表示整个特征斑的重心坐标，(u(i,j),v(i,j))表示特征斑中任意像素的坐标；/n(5)对步骤(4)中的正规矩阵M进行特征值分解，其中最大特征值对应的特征向量即为特征斑的延伸方向；从特征斑重心画出一条垂直于延伸方向的直线，特征斑沿该直线方向的宽度即为原始圆斑直径d；/n(6)从特征斑重心沿其延伸方向画一条直线，与特征斑边界的两个交点记为A、B；线段AB长度与圆斑直径d之差的一半即为该点极限振幅引起的成像偏差；/n(7)利用偏折标定的几何参数便可得到振动引起的测量点法向偏摆范围，将其x,y方向的分量分别写作s_x,s_y，并将z向分量归一化；/n(8)采用modal法进行积分重构得到全区域振幅分布z,也即解偏微分方程，使得目标函数最小：/nE(z)＝‖zD_x-s_x‖²+‖D_yz-s_y‖² (2)/n其中，D_x、D_y分别表示沿x、y方向的微分矩阵，和法向偏摆的x、y方向分量进行逼近优化，解得z；求解后振幅分布整体偏移，使得驻点振幅为零。/n