(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210389926.9 (22)申请日 2022.04.14 (71)申请人 上海交通大 学 地址 200240 上海市闵行区东川路80 0号 (72)发明人 张卫平　谷留涛　卢浩琳　范重阳　 吴雨婷　 (74)专利代理 机构 上海汉声知识产权代理有限 公司 3123 6 专利代理师 胡晶 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06V 10/44(2022.01) G06V 10/46(2022.01) G06V 10/74(2022.01) (54)发明名称 谐振陀螺有限元仿真模态 识别方法 (57)摘要 本发明提供了一种谐振陀螺有限元仿真模 态识别方法， 包括步骤1： 利用有限元仿真计算或 实验方法获取一张工作模态形状图像， 作为模态 识别的参考图像； 步骤2： 利用有限元仿真计算或 实验方法获取基于谐振陀螺模型的多个模态 图 像； 步骤3： 提取每个模态图像的最外侧轮廓的 图 像边缘； 步骤4： 基于轮廓匹配算法， 计算提取图 像边缘后的每个模态图像的图像矩； 步骤5： 计算 每个模态 图像的图像矩与参考图像的图像矩的 欧氏距离， 选取欧氏距离最短的作为工作模态。 本发明实现了谐振陀螺有 限元仿真中工作模态 的自动识别， 可以有效的提高有限元仿真效率， 节省仿真时间。 权利要求书2页 说明书6页 附图6页 CN 114912311 A 2022.08.16 CN 114912311 A 1.一种谐振陀螺有限元仿真模态 识别方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1： 利用有限元仿真计算或实验方法获取一张工作模态形状图像， 作为模态识别的 参考图像； 步骤2： 利用有限元仿真计算或实验方法获取基于谐振陀螺模型的多个模态图像； 步骤3： 提取每 个模态图像的最外侧轮廓的图像边 缘； 步骤4： 基于轮廓匹配算法， 计算 提取图像边 缘后的每 个模态图像的图像矩； 步骤5： 计算每个模态图像的图像矩与参考图像的图像矩的欧氏距离， 选取欧氏距离最 短的作为工作模态。 2.根据权利要求1所述的谐振陀螺有限元仿真模态识别方法， 其特征在于， 所述参考图 像的图像矩为所述 参考图像的不变矩。 3.根据权利要求1所述的谐振陀螺有限元仿真模态识别方法， 其特征在于， 所述步骤2 包括： 步骤2.1： 在有限元仿真软件中建立谐振陀螺的结构模型,建立谐振陀螺结构的几何参 数及其变量； 步骤2.2： 在有限元仿真软件中根据谐振陀螺的结构模型建立谐振陀螺的有限元模型， 计算谐振陀螺的特 征频率， 或者实验方法获取谐振陀螺的特 征频率； 步骤2.3： 根据器件设计需求， 选取若干组几何参数组合， 仿真或者实验得到每组参数 对应的若干特 征频率下的模态图像。 4.根据权利要求1所述的谐振陀螺有限元仿真模态识别方法， 其特征在于， 所述有限元 仿真软件 采用COMSOL、 ANSYS。 5.根据权利要求3所述的谐振陀螺有限元仿真模态识别方法， 其特征在于， 所述谐振陀 螺结构包括半球谐振陀螺、 环形谐振陀螺、 质量 块陀螺仪； 所述半球谐振陀螺的几何参数包括： 球壳厚度、 球壳半径、 支撑柱长度、 支撑柱半径； 所述环形谐振陀螺的几何参数包括： 环宽、 辐条长度、 环数、 环厚、 内半径大小、 辐条宽 度； 所述质量块陀螺仪的几何参数包括： 质量块大小、 折叠梁长度、 折叠梁宽度、 谐振器厚 度。 6.根据权利要求1所述的谐振陀螺有限元仿真模态识别方法， 其特征在于， 所述步骤3 包括： 步骤3.1： 将彩色图像灰度化； 步骤3.2： 将灰度图像转换为 二值图像； 步骤3.3： 将图像颜色反转， 即白色的区域变成黑色， 黑色的区域变成白色； 步骤3.4： 将反转后的空洞区域进行填充； 步骤3.5： 将填充后的图像进行膨胀； 步骤3.6： 提取膨胀后的图像的边 缘， 即为模态图像的最外侧轮廓。 7.根据权利要求2所述的谐振陀螺有限元仿真模态识别方法， 其特征在于， 所述模态图 像的图像矩包括： (p+q)阶标准矩mpq、 (p+q)阶原点矩 μpq、 (p+q)阶归一化中心矩ηpq； 具有平 移、 灰度、 尺度、 旋转 不变性的具有高度浓 缩的图像特 征的不变矩。 8.根据权利要求7所述的谐振陀螺有限元仿真模态识别方法， 其特征在于， 所述(p+q)权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114912311 A 2阶标准矩mpq为： 其中p＝0,1,2 ……M， q＝0,1,2 ……N,均为整数， x表示像素点的横坐标， y表示像素点 的纵坐标， M表 示图像的长度， 单位为像素， N表 示图像的宽度， 单位为像素， f(x,y)表 示坐标 (x,y)处像素的灰度值。 9.根据权利要求8所述的谐振陀螺有限元仿真模态识别方法， 其特征在于， 所述(p+q) 阶原点矩 μpq为： 其中 表示图像重心的横坐标， 表示图像重心的纵坐标。 10.根据权利要求9所述的谐振陀螺有限元仿真模态识别方法， 其特征在于， 所述(p+q) 阶归一化中心矩 ηpq为： 其中， μ00表示(0+0)阶原点矩。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114912311 A 3