基于数字图像相关DIC技术非接触测量高速与稳态振动实验

　　在结构振动测试中，需捕获响应级别高的热点区域，以识别发生结构损伤的关键位置。科研人员及工程师通过反复测试采集振动数据，以实现机械结构设计及性能改进。

　　新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统，能够以全场3D方式观测、测量和分析在稳态或瞬态中的全场变形、应变、速度和加速度信息，结合高速摄像机、振动测量模块及功能强大的数字图像相关算法，实现高速瞬态及稳态振动测试。

　　DIC技术-振动测试应用

　　使用新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统，不需要粘合剂、导线、信号分析仪、功率放大器或载荷传感器即可获得详细的全场变形、振动结果。测量微小、复杂的结构或非常大尺度的结构，也更快捷、更高效。

　　与单点激光测振仪对比

　　3D数据结果–DIC系统可测量X/Y/Z三轴位移信息，测量分析可获得3D数据结果。

　　测量过程简单–即使面对大尺寸结构，可在单个瞬态试验中完成测量。配合高速摄像机，可采集获取更多数据。

　　更快的采集速度 - 使用DIC系统，振幅不会影响采集时间。即使在振幅非常大的结构上，也可高效完成全场数据采集。

　　数据更丰富–全场应变，变形和形状变量，随频率和振幅数据生成。

       DIC测量系统比单点激光振动计更稳定，可高效获取全场3D数据，更少的布置和测试时间。

　　与扫描式激光测振仪对比

　　设备尺寸小巧–DIC系统、高速摄像机可安装在单个三脚架上，轻巧便于携带，可在实验室或现场进行测量。

　　性价比更高–3D激光扫描振动计系统价格非常高昂，DIC系统性价比凸显。

　　更快的采集速度 –采用DIC系统进行测试，振幅不会影响采集时间，可高效完成全场数据采集。

　　综合应变与位移数据–DIC系统可自动生成全场应变、变形和振型信息，以及频率和振幅数据。

　　激光扫描测振仪可以提供三维振动测量数据，但体积庞大且非常昂贵。DIC系统更具性价比，且设备更小巧便携。

　　DIC进行振动测量，如何保证精度？

　　DIC进行振动测量，通常会获取具有几千幅图像的图像序列，通过DIC分析后，获得一个位移信号，该信号包含(高斯)噪声和在许多频率上可能很小的振动。

　　由于高斯噪声在整个频率范围内均匀分布，在FFT(快速傅里叶变换)中获得了恒定的本底噪声。由于振动在频域上有多个局部“峰”，振动信号在幅度上的降低与噪声水平没有相同。DIC软件算法可在频域中进行检测，将具有比背景噪声电平的标准偏差小的幅度的信号与噪声分离。

　　为了使DIC测量振动分析切实可行，DIC软件需具备在合理的时间范围内处理几千帧的图像序列。XTDIC系统通过对相关引擎和算法优化，可以高效分析密集的数据集，通过快速处理采集的图像，实现高效的振动测量。

　　振动测量如运动幅度小，数字图像相关方法具有最高的噪声诱导偏差。对于摄像机的选择，数字图像相关算法的优化，有助于降低噪声导致的残余偏差。XTDIC系统使用非线性滤波器优化技术开发的插值滤波器，可有效抑制这种偏差，使得对微小振动的测量免受图像噪声污染造成偏差。

　　在高速瞬态测量应用上，DIC系统结合高速摄像机可采集大量图像，实际上可以获得更高的DIC分辨率，通过在频域中的定位有效地将背景噪声分开，实现高速瞬态条件下的低振幅测量，以及低加速条件下的大振幅测量。

　　在稳态测量应用上，新拓三维XTDIC系统振动与疲劳测量模块，可通过低速摄像机捕捉周期性瞬态位移，替代高速摄像机进行稳态振动分析，分析振动频率的峰值、谷值等数据。

　　DIC振动测试案例

　　DIC技术可以提供高精度的模态变形和位移参数，实现散斑图案范围内被测对象的全场高分辨振动测量。DIC测量方法具有更低的成本、更高的采集效率和良好的应变测量能力，在全场可视化振动测量方面优势明显，该能力对于具有复杂结构的振动测量场合颇具价值。

　　高频变压器振动测试

　　采用DIC技术对变压器在加电压所产生的变形及振动进行分析，结合高速高速摄像机采集产生振动整个实验过程，DIC软件计算输出ODS可直观显示工作状态下变压器振动变形情况。

　　位移场&应变场测量结果

ODS结构振动分析

　　金属棒材高频振动测试

　　研究航空金属棒材在专用高频试验机往复加载下，夹持端表面应变及振动频率，采用非接触式DIC全场测量系统结合高速摄像机，实现金属棒材在高频往复振动试验过程中的散斑图像动态采集和振动分析。

　　车载雷达底座振动测试

　　采用DIC技术研究车载雷达底盘结构振动变形、振幅，以及表面应变场的变化趋势。雷达天线以不同速度转动，测量关键点的振动变形及振动周期，测试数据表明无共振现象，振动较平稳。

标志点三维重建

30r/min

　　汽车车门振动变形测试

　　采用XTDIC系统搭配高速摄像机，采集车门开启、关闭瞬态图像，分析汽车零部件振动变形情况，测试数据通过分析振动幅度，验证车门启闭的防振效果，有助于验证减振材料性能。

车门关闭瞬态变形数据

关键点位移运动曲线