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基于高速摄像技术的弹性管束振动测试研究

作　者: 郭晓婷
导　师: 葛培琪
学　校: 山东大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 振动测试 弹性管束 高速摄像技术 图像采集 图像处理
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 27次
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内容摘要


弹性管束作为热交换器的传热元件,其振动特性对弹性管束换热器的换热性能和使用寿命有重要影响。为此,对弹性管束的振动特性进行深入研究是非常必要的。目前弹性管束振动特性的理论研究已趋成熟,而在实验研究方面,众多学者多集中在非工作状态下弹性管束固有振动特性研究。为了能够对工作状态下的弹性管束振动进行实验研究,本文采用基于高速摄像技术的非接触式振动测试方法,结合理论研究与实验验证,对基于高速摄像技术的弹性管束振动测试进行了研究。主要研究内容如下：通过了解图像采集及处理的一般处理流程,结合课题需要,本文首先设计了基于高速摄像技术的振动测试方法所必需的图像采集及处理软件的总体功能,按逻辑顺序总共分为六个功能模块：图像采集模块、图像打开与显示模块、图像预处理模块,目标检测模块、目标追踪模块、数据处理模块；然后应用Microsoft Visual Studio.NET 2003这个集成开发工具结合MFC窗口开发库、NI-IMAQ图像采集函数库和OpenCV图像处理函数库三种工具库,以C++语言实现了软件的各个功能和处理参数设置界面。该软件的功能设计具有一定的通用性,可以应用于其他涉及动态图像采集及处理的研究领域。为了验证基于高速摄像技术的振动测试方法的可行性,本文设计了可行性验证实验方案；实验标定了位移传感器的灵敏度和可行性验证实验条件下高速摄像机的标定数值；在同一实验条件下,对一简单悬臂梁施加竖直方向的简谐激励,同时采用基于位移传感器的接触式测量方法和基于高速摄像技术的非接触式测量方法测量悬臂梁简谐振动的频率和振幅。通过数据处理和两种方法的误差对比分析,实验结果表明：基于高速摄像技术的非接触式测量方法具有可行性,可以通过改变摄像机标定方法、角点检测方法等提高基于高速摄像技术的振动测试方法的测量精度。将基于高速摄像技术的振动测试方法应用于弹性管束振动试验中。本文首先实验标定了当前实验条件下高速摄像机的标定数值；然后对实验弹性管束进行竖直方向的脉冲激励,采用基于高速摄像技术的振动测试方法测量弹性管束的振动频率和振动衰减曲线,进行理论数值与实验数值的误差对比分析；最后分析了工作状态下基于高速摄像技术的弹性管束振动测量的可行性。结果表明：基于高速摄像技术的振动测试方法可用于工作状态弹性管束的振动特性测量；在竖直方向脉冲激振后,弹性管束竖直方向振动频率固定且其振动振幅随时间衰减,符合振动基本规律。

全文目录


摘要  7-9
Abstract  9-11
第1章 绪论  11-19
  1.1 课题研究的背景与意义  11-13
    1.1.1 课题研究的背景  11-12
    1.1.2 课题研究的意义  12-13
  1.2 弹性管束振动特性研究现状  13-14
  1.3 基于高速摄像技术的序列图像处理方法研究现状  14-16
    1.3.1 数字图像相关法研究  14-15
    1.3.2 白光数字频域分析法研究  15
    1.3.3 传统数字图像处理法研究  15-16
  1.4 本文的主要研究内容  16-19
第2章 图像采集及处理软件的设计与实现  19-39
  2.1 引言  19
  2.2 软件开发工具  19-20
  2.3 软件开发环境搭建  20
  2.4 软件的具体设计与实现  20-37
    2.4.1 软件总体设计  20-23
    2.4.2 图像采集模块  23-26
    2.4.3 图像打开与显示模块  26-29
    2.4.4 图像预处理模块  29-31
    2.4.5 目标检测模块  31-35
    2.4.6 目标追踪模块  35-37
    2.4.7 数据处理模块  37
  2.5 本章小结  37-39
第3章 基于高速摄像技术的振动测试方法可行性研究  39-61
  3.1 引言  39
  3.2 实验方案  39
  3.3 实验准备  39-44
    3.3.1 硬件  39-43
    3.3.2 软件  43-44
  3.4 实验过程  44-59
    3.4.1 实验系统的搭建  44-46
    3.4.2 测微仪标定实验  46-48
    3.4.3 摄像机标定实验  48-52
    3.4.4 悬臂梁振动实验  52-59
  3.5 本章小结  59-61
第4章 基于高速摄像技术的弹性管束振动实验研究  61-75
  4.1 引言  61
  4.2 实验方案  61-62
  4.3 实验准备  62-63
    4.3.1 硬件  62-63
    4.3.2 软件  63
  4.4 实验过程  63-71
    4.4.1 实验系统的搭建  63-64
    4.4.2 摄像机标定实验  64-66
    4.4.3 弹性管束振动实验  66-71
  4.5 工作状态的弹性管束的振动测量方案设计  71-73
  4.6 本章小结  73-75
结论  75-77
附录  77-79
参考文献  79-83
攻读学位期间发表的论文、参加的课题  83-85
致谢  85-86
学位论文评阅及答辩情况表  86

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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