一種拉索索力檢測中基頻識別方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種拉索索力檢測中基頻識別方法，其是先采集拉索的時域振動信號，再將采集到的時域振動信號進行調(diào)理，以獲得時域振動響應(yīng)信號；將獲得的時域波形信號進行預(yù)處理和自功率譜分析，以獲得包含有拉索基頻的第一譜圖；將獲得的時域波形信號進行小波包重構(gòu)，然后對信號進行自功率譜譜重疊相乘處理，以獲得關(guān)于拉索的第二譜圖；比較第一、第二譜圖，以最終確定出拉索基頻。本發(fā)明構(gòu)思巧妙、合理，其可有效剔除低頻干擾噪聲，通過雙譜圖法對拉索信號進行分析，提高了獲取基頻的精度，可獲得清晰、準確的拉索基頻。
【專利說明】—種拉索索力檢測中基頻識別方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種索力檢測方法，尤其涉及一種拉索索力檢測中基頻識別方法。

【背景技術(shù)】
[0002]拉索索力是斜拉橋、懸索橋等索力檢測領(lǐng)域的一項重要技術(shù)參數(shù)，無論是在設(shè)計、施工和今后的養(yǎng)護維修、狀態(tài)評估過程中都必須能夠準確測定拉索索力。因此，準確、快速的評估拉索索力具有重要的工程實踐意義。
[0003]目前，測定拉索索力主要有以下方法:壓力表測定法、壓力傳感器測定法、磁通量法和頻率法。壓力表測定法是依據(jù)千斤頂張力油缸中的油壓計算出千斤頂?shù)膹埨?，即為拉索索力，該方法簡單易行、比較直觀可靠，是施工中控制索力常用的方法；缺點是設(shè)備較為笨重，移動不便，且液壓油不回零的情況時有發(fā)生，影響測試精度，也不適用于張拉好的拉索索力測定。壓力傳感器測定法測定拉索索力精度高，但由于所使用的傳感器比較昂貴，自重較大，多適用于特定場合。磁通量法是利用安裝在拉索中的小型電磁傳感器，測定磁通量的變化，在根據(jù)其與索力、溫度之間的關(guān)系，進而推算出索力，該技術(shù)應(yīng)用在國內(nèi)還不夠成熟，有待進一步發(fā)展。頻率法測定拉索索力具有儀器便攜，測定過程簡單、快速的特點，適用于各種工況的索力監(jiān)測，技術(shù)成熟，使用廣泛，在應(yīng)用中通過測量拉索的基頻就可計算出拉索索力。拉索在錨固區(qū)域的高度應(yīng)力集中、腐蝕、疲勞及地質(zhì)運動等因素，會引起拉索索力的改變，因此，在橋梁施工和使用壽命期限內(nèi)，需要隨時準確了解索力的狀況。
[0004]上述可知，有必要對現(xiàn)有技術(shù)進一步完善。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術(shù)無法清晰的檢測出拉索基頻，不能準確獲得拉索基頻的問題而提出一種構(gòu)思巧妙、合理，可有效剔除低頻干擾噪聲，為清晰、準確獲得拉索基頻提供可靠保障的拉索索力檢測中基頻識別方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]上述的拉索索力檢測中基頻識別方法，包括以下步驟:(1)先采集拉索的時域振動信號，再將采集到的時域振動信號進行調(diào)理，以獲得時域振動響應(yīng)信號；(2)將上述步驟
(I)獲得的時域波形信號經(jīng)過預(yù)處理和自功率譜分析，以獲得包含有拉索基頻的第一譜圖；
(3)將上述步驟(I)獲得的時域波形信號進行小波包重構(gòu)，然后對信號進行自功率譜譜重疊相乘處理，以獲得關(guān)于拉索的第二譜圖；(4)比較上述步驟(2)和步驟(3)獲得的頻譜圖，首先，選取第二譜圖中幅值最大位置處對應(yīng)的拉索諧波頻率值；然后，判斷第二頻譜所確定的頻率值在一定容許范圍條件下，在第一譜圖上是否存在明顯幅值，判斷結(jié)果為肯定，則確定所述第二頻譜所確定的頻率值為拉索低階諧波頻率，再通過換算獲得拉索基頻，判斷結(jié)果為否定，則選取第二譜圖中幅值最大位置相鄰幅值明顯處所對應(yīng)的頻率值作為拉索諧波頻率，再重復(fù)以上過程，最終確定出拉索基頻。
[0008]優(yōu)選地，所述拉索索力檢測中基頻識別方法，其中:所述步驟(I)具體是在拉索上安裝加速度傳感器并且連接便攜式數(shù)據(jù)采集儀器，通過PC機控制數(shù)據(jù)采集、實時顯示及數(shù)據(jù)處理操作，將加速度傳感器采集到的時域振動信號經(jīng)過信號硬件調(diào)理模塊對信號進行調(diào)理后，上傳到PC機顯示界面以實時顯示經(jīng)信號硬件調(diào)理模塊后獲得的振動加速度響應(yīng)時程信號。
[0009]優(yōu)選地，所述拉索索力檢測中基頻識別方法，其中:所述步驟(I)中信號調(diào)理模塊包括選通放大衰減電路、濾波電路和平滑處理電路；所述步驟(I)中所述振動加速度時程響應(yīng)信號是先經(jīng)過選通放大衰減電路進行選通放大，再通過濾波電路中的低通濾波器進行濾波處理，最后對得到的波形數(shù)據(jù)經(jīng)過平滑處理電路進行平滑處理。
[0010]優(yōu)選地，所述拉索索力檢測中基頻識別方法，其中:所述步驟(2)具體是將所述步驟(I)獲得的時域波形信號經(jīng)過信號軟件預(yù)處理模塊進行預(yù)處理和經(jīng)過軟件自功率譜分析模塊進行分析，以獲得包含有拉索基頻的第一譜圖。
[0011]優(yōu)選地，所述拉索索力檢測中基頻識別方法，其中:所述步驟(2)中所述信號軟件預(yù)處理模塊為軟件調(diào)用6階低通濾波器；所述低通濾波器進行濾波，波形數(shù)據(jù)按等長度分成2n份，η取2或3，將等長度的數(shù)據(jù)進行自功率譜分析，然后對得到的2η個譜圖進行相乘，最終獲得拉索基頻的第一譜圖。
[0012]優(yōu)選地，所述拉索索力檢測中基頻識別方法，其中:所述的2η個譜圖進行相乘實質(zhì)是對η份自功率譜圖重疊相乘。
[0013]優(yōu)選地，所述拉索索力檢測中基頻識別方法，其中:所述步驟(3)中所述的小波包重構(gòu)是指將所述步驟(I)獲得的時域波形信號經(jīng)過小波降噪、小波包分解和選取適當(dāng)頻段進行重構(gòu)。
[0014]優(yōu)選地，所述拉索索力檢測中基頻識別方法，其中:所述選取適當(dāng)頻段進行重構(gòu)的頻段選擇為I?3Hz。
[0015]優(yōu)選地，所述拉索索力檢測中基頻識別方法，其中:所述步驟(4)中所述的頻率一定容許范圍具體是指0.05Hz以內(nèi)。
[0016]優(yōu)選地，所述拉索索力檢測中基頻識別方法，其中:所述步驟(4)中所述的換算獲得拉索基頻具體是將所獲得的拉索低階諧波頻率除以2或3，以最終確定拉索基頻。
[0017]有益效果:
[0018]本發(fā)明拉索索力檢測中基頻識別方法構(gòu)思巧妙、合理，在第一譜圖和第二譜圖對比分析的情況下，可有效剔除低頻干擾噪聲，為準確獲得拉索基頻提供可靠保障；同時，通過拉索上安裝低頻加速度傳感器，與加速度傳感器連接便攜式數(shù)據(jù)采集儀器即工控機，工控機分為硬件數(shù)據(jù)采集模塊和軟件數(shù)據(jù)處理模塊，采集到的時域振動響應(yīng)信號經(jīng)過硬件調(diào)理模塊上傳到軟件分析界面，由軟件數(shù)據(jù)處理模塊進行數(shù)據(jù)預(yù)處理、小波分析及自功率譜分析；對信號預(yù)處理，自功率譜分析獲得第一譜圖，對信號進行小波降噪，小波包分解并且選擇適當(dāng)頻段對信號進行重構(gòu)，然后經(jīng)過自功率譜分析，獲得第二譜圖，通過比較第一譜圖和第二譜圖，可以提高實際拉索振動混入有較強低頻干擾信號的信噪比，與傳統(tǒng)的頻率法測拉索索力進行比較，使用雙譜圖法對數(shù)據(jù)進行處理，即使在較大干擾的情況下，通過雙譜圖法對拉索信號進行分析，在一定程度上提高了獲取基頻的精度，仍然可以獲得清晰、準確的拉索基頻，解決了傳統(tǒng)頻率法很難清晰、準確獲得拉索基頻的技術(shù)難題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明拉索索力檢測中基頻識別方法的流程圖；
[0020]圖2為本發(fā)明拉索索力檢測中基頻識別方法中安裝在拉索上的加速度傳感器在噪聲水平低的情況下采集到的振動加速度時域波形圖；
[0021]圖3為本發(fā)明拉索索力檢測中基頻識別方法中對圖1采集的波形數(shù)據(jù)進行雙譜分析圖；
[0022]圖4為本發(fā)明拉索索力檢測中基頻識別方法中安裝在拉索上的加速度傳感器在較高噪聲水平情況下采集到的振動加速度時域波形；
[0023]圖5為本發(fā)明拉索索力檢測中基頻識別方法的對圖3采集的波形數(shù)據(jù)進行雙譜分析圖。

【具體實施方式】
[0024]以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明各實施例的技術(shù)方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所得到的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明所保護的范圍。
[0025]如圖1所示，本發(fā)明拉索索力檢測中基頻識別方法，是在拉索上安裝加速度傳感器并且連接便攜式數(shù)據(jù)采集儀器即工控機，PC機控制數(shù)據(jù)采集、實時顯示及數(shù)據(jù)處理等操作，具體流程為:
[0026](I)在拉索上安裝加速度傳感器并且連接便攜式數(shù)據(jù)采集儀器即工控機，通過PC機控制數(shù)據(jù)采集、實時顯示及數(shù)據(jù)處理操作，通過加速度傳感器采集到的時域振動信號經(jīng)過信號硬件調(diào)理模塊對信號進行調(diào)理，將采集數(shù)據(jù)上傳到PC機顯示界面，以顯示經(jīng)信號硬件調(diào)理模塊后獲得的振動加速度響應(yīng)時程信號；
[0027](2)將上述步驟(I)獲得的時域波形信號經(jīng)過信號軟件預(yù)處理模塊預(yù)處理和軟件自功率譜分析模塊分析，以獲得包含有拉索基頻的第一譜圖；
[0028](3)將上述步驟(I)獲得的時域波形信號經(jīng)過小波降噪、小波包分解和選取適當(dāng)頻段進行小波包重構(gòu)，然后對信號進行自功率譜譜重疊相乘處理，減小低頻隨機干擾信號對測試系統(tǒng)影響，獲得關(guān)于拉索的第二譜圖；
[0029](4)比較上述步驟(2)和步驟(3)獲得的頻譜圖，首先，選取第二譜圖中幅值最大位置處對應(yīng)的拉索諧波頻率；然后，判斷第二頻譜所確定的頻率值在一定容許范圍(一般定義為0.05Hz以內(nèi))條件下，在第一譜圖上是否存在明顯幅值，判定結(jié)果為肯定，則第二頻譜所確定的頻率值為拉索低階諧波頻率(一般情況下為2階或3階)，可通過換算獲得拉索基頻，判定結(jié)果為否定，則選取第二譜圖中幅值最大位置相鄰幅值明顯處所對應(yīng)的頻率值作為拉索諧波頻率，再重復(fù)以上過程，最終確定出拉索基頻。
[0030]其中，上述步驟(I)中信號調(diào)理模塊包括選通放大衰減電路、濾波電路和平滑處理電路；振動加速度時程響應(yīng)信號經(jīng)過選通放大衰減電路進行選通放大，放大后的振動加速度響應(yīng)時程信號通過濾波電路中的低通濾波器進行濾波處理，最后對得到的波形數(shù)據(jù)經(jīng)過平滑處理電路進行平滑處理，有效的提高了信號的抗干擾能力。
[0031]上述步驟(2)中信號軟件預(yù)處理模塊為軟件調(diào)用6階低通巴特沃斯濾波器；該低通濾波器進行濾波，波形數(shù)據(jù)按等長度分成2n份，η 一般取2或3，將等長度的數(shù)據(jù)進行自功率譜分析，然后對得到的2η個譜圖進行相乘(實質(zhì)是對η份自功率譜圖重疊相乘)，最終獲得拉索基頻的第一譜圖。
[0032]上述步驟(3)中適當(dāng)頻段進行小波包重構(gòu)的頻段選擇為I?3Hz。
[0033]下面結(jié)合附圖的分析說明對本發(fā)明作進一步闡述:
[0034]圖3中，首先在第二譜圖找到幅值最大位置所對應(yīng)的諧波頻率，顯示為1.52Hz ;其次，在第一譜圖中查找1.52Hz附近是否存在明顯幅值，觀察圖3左側(cè)第一譜圖，可以確定頻率為1.52Hz時存在明顯幅值，因此可以確定該頻率為拉索低階諧波頻率，根據(jù)某斜拉橋成橋時基頻值，及現(xiàn)場考察該斜拉橋具體使用情況，判斷該頻率為拉索二階頻率，推算出拉索索力為4071KN。
[0035]圖4中，較高噪聲水平為在進行信號采集時，斜拉橋有大噸位卡車經(jīng)過，對采集的信號產(chǎn)生較大干擾，從圖4中可以看到信號是不平穩(wěn)的，局部位置存在較大噪聲干擾，圖4經(jīng)過軟件處理獲得圖5，可以在圖5中清楚的判斷出拉索的低階諧波頻率為1.07Hz，通過參考成橋時拉索的理論基頻值，可以判定該頻率為此拉索基頻值，計算索力為3927KN，與2002年成橋時索力4175KN對比，可以說明:測試拉索在經(jīng)過12年的運營，雖然預(yù)應(yīng)力有一定程度的損失，但是該拉索還是處于十分良好的狀態(tài).因此，通過本發(fā)明，可以發(fā)現(xiàn)即使在較大干擾的情況下，通過雙譜圖法對拉索信號進行分析，仍然可以獲得清晰、準確的拉索基頻。
[0036]本發(fā)明拉索索力檢測中基頻識別方法構(gòu)思巧妙、合理，其獲取基頻的精度高，通過加速度傳感器獲得的振動加速度時程響應(yīng)信號通常情況下存在不同強度的環(huán)境噪聲，對信號進行預(yù)處理、濾波和平滑處理等操作，提高了信號的信噪比；然后將數(shù)據(jù)分為η等分，分別進行自功率譜分析，將得到的η個自功率譜圖相乘，從而提高拉索索力檢測中抗干擾的能力，為清晰、準確的獲得拉索基頻提供了有力的保障。
[0037]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種拉索索力檢測中基頻識別方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)先采集拉索的時域振動信號，再將采集到的時域振動信號進行調(diào)理，以獲得時域振動響應(yīng)信號； (2)將上述步驟(I)獲得的時域波形信號經(jīng)過預(yù)處理和自功率譜分析，以獲得包含有拉索基頻的第一譜圖； (3)將上述步驟(I)獲得的時域波形信號進行小波包重構(gòu)，然后對信號進行自功率譜譜重疊相乘處理，以獲得關(guān)于拉索的第二譜圖； (4)比較上述步驟(2)和步驟(3)獲得的頻譜圖，首先，選取第二譜圖中幅值最大位置處對應(yīng)的拉索諧波頻率值；然后，判斷第二頻譜所確定的頻率值在一定容許范圍條件下，在第一譜圖上是否存在明顯幅值，判斷結(jié)果為肯定，則確定所述第二頻譜所確定的頻率值為拉索低階諧波頻率，再通過換算獲得拉索基頻，判斷結(jié)果為否定，則選取第二譜圖中幅值最大位置相鄰幅值明顯處所對應(yīng)的頻率值作為拉索諧波頻率，再重復(fù)以上過程，最終確定出拉索基頻。
2.如權(quán)利要求1所述的拉索索力檢測中基頻識別方法，其特征在于:所述步驟(I)具體是在拉索上安裝加速度傳感器并且連接便攜式數(shù)據(jù)采集儀器，通過PC機控制數(shù)據(jù)采集、實時顯示及數(shù)據(jù)處理操作，將加速度傳感器采集到的時域振動信號經(jīng)過信號硬件調(diào)理模塊對信號進行調(diào)理后，上傳到PC機顯示界面以實時顯示經(jīng)信號硬件調(diào)理模塊后獲得的振動加速度響應(yīng)時程信號。
3.如權(quán)利要求1所述的拉索索力檢測中基頻識別方法，其特征在于:所述步驟(I)中信號調(diào)理模塊包括選通放大衰減電路、濾波電路和平滑處理電路； 所述步驟(I)中所述振動加速度時程響應(yīng)信號是先經(jīng)過選通放大衰減電路進行選通放大，再通過濾波電路中的低通濾波器進行濾波處理，最后對得到的波形數(shù)據(jù)經(jīng)過平滑處理電路進行平滑處理。
4.如權(quán)利要求1所述的拉索索力檢測中基頻識別方法，其特征在于:所述步驟(2)具體是將所述步驟(I)獲得的時域波形信號經(jīng)過信號軟件預(yù)處理模塊進行預(yù)處理和經(jīng)過軟件自功率譜分析模塊進行分析，以獲得包含有拉索基頻的第一譜圖。
5.如權(quán)利要求1所述的拉索索力檢測中基頻識別方法，其特征在于:所述步驟(2)中所述信號軟件預(yù)處理模塊為軟件調(diào)用6階低通濾波器，所述低通濾波器進行降噪處理；波形數(shù)據(jù)按等長度分成2n份，η取2或3，將等長度的數(shù)據(jù)進行自功率譜分析，然后對得到的2η個譜圖進行相乘，最終獲得拉索基頻的第一譜圖。
6.如權(quán)利要求5所述的拉索索力檢測中基頻識別方法，其特征在于:所述的2η個譜圖進行相乘實質(zhì)是對η份自功率譜圖重疊相乘。
7.如權(quán)利要求1所述的拉索索力檢測中基頻識別方法，其特征在于:所述步驟(3)中所述的小波包重構(gòu)是指將所述步驟(I)獲得的時域波形信號經(jīng)過小波降噪、小波包分解和選取適當(dāng)頻段進行重構(gòu)。
8.如權(quán)利要求7所述的拉索索力檢測中基頻識別方法，其特征在于:所述選取適當(dāng)頻段進行重構(gòu)的頻段選擇為I?3Hz。
9.如權(quán)利要求1所述的拉索索力檢測中基頻識別方法，其特征在于:所述步驟(4)中所述的頻率一定容許范圍具體是指0.05Hz以內(nèi)。
10.如權(quán)利要求1所述的拉索索力檢測中基頻識別方法，其特征在于:所述步驟(4)中所述的換算獲得拉索基頻具體是將所獲得的拉索低階諧波頻率除以2或3，以最終確定拉索基頻。
【文檔編號】G01H1/14GK104457956SQ201410737292
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月8日
【發(fā)明者】梁寶, 龍士國, 鄒鳳, 李印, 王鵬為 申請人:湘潭天鴻檢測科技有限公司