利用事件相机与低秩张量补全技术对高频振动模式进行测量

《MECHANICAL SYSTEMS AND SIGNAL PROCESSING》：Measurement of high-frequency vibration modes using event cameras and low-rank tensor completion

　　

加藤由纪|宫本拓海

摘要

为检测紧固件松动和裂纹扩展，人们开发了多种光学方法来可视化并测量动态结构特性，如振动模式和频谱。然而，捕捉高频振动模式通常需要高速摄像机，而这会带来较高的能耗、数据量以及成本。本研究通过引入一种基于事件相机的振动测量方法来应对这些挑战，该方法仅记录亮度的对数变化，并结合矩形跟踪与低秩张量补全技术来实现位移重建。该算法通过对比630毫米长的聚氯乙烯管道和螺旋弹簧的振动测试进行了验证。实验结果表明，该方法能够在单频、多频以及带限噪声激励条件下定量测量位移波形。在管道振动测试中，当位移幅度约为0.5像素（相当于0.25毫米）时，测量所得位移波形的归一化均方误差低于3%；即便在位移幅度约为0.1像素（相当于0.05毫米）时，均方误差也低于25%，这表明该方法能够定量测量亚像素级的振动。在所有测试条件下，振动模式的模态保证系数均≥0.9，与有限元法计算结果高度吻合。此外，该方法还能成功检测出因螺栓接头松动而导致的振动模式变化。通过超声换能器实验确定了该方法的最高频率测量极限，在19.75千赫的振动频率下，且位移幅度在30.1–37.6微米范围内时，仍可得到定量位移谱测量结果；频率高于1千赫时的均方误差低于10%。不过由于超声振动极为微弱，需要大幅放大才能观测到，目前还无法直接测量振动模式，这将是未来研究的方向。