CN101051226A - 斜拉索索力远程在线监测方法及设备 - Google Patents

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俞竹青
蒋益兴
孙科
陈再发
王其冬
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Ningbo Shanshan Yuanchuang Sci-Tech R & D Co Ltd
Shangong Structure Monitor & Control Engineering Center Co Ltd Ningbo
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Ningbo Shanshan Yuanchuang Sci-Tech R & D Co Ltd
Shangong Structure Monitor & Control Engineering Center Co Ltd Ningbo
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Abstract

本发明提供了一种斜拉索索力远程在线监测方法及设备，它通过传感器采集索力数据，通过信号调理板和工控机对信号进行处理，对处理后的信号基于频谱分析原理进行模式识别，建立基于VC和MATLAB的索力在线监测模型，通过GPRS模块和公共移动通讯平台进行远程数据传输，斜拉索在线监测主计算机接收数据保存并显示斜拉索索力和振幅信息；设备包括安装在斜拉索上的传感器和底部刚性支撑平台，支撑平台上设置有集成一体化多功能电源、连接电源的工控机、连接工控机的信号调理板及电缆线，传感器电信号连接信号调理板，工控机通过电缆线连接通讯计算机。本发明可应用于桥梁工程实际，通过动态监测斜拉索索力保证斜拉桥安全可靠运行。

Description

斜拉索索力远程在线监测方法及设备
(一)技术领域
本发明涉及索力监测技术领域，具体地说涉及用于斜拉桥拉索索力远程在线监测的控制领域。
(二)背景技术
斜拉桥拉索在桥梁动载和风雨作用下引起的振动，会造成拉索的疲劳破坏，降低疲劳强度，从而对桥梁的运营安全产生严重的潜在危害。因此，对拉索的安全状态进行经常性评估至关重要，而测量的准确性和连续性是保证评估正确的关键。事实上，在斜拉桥施工过程中，桥梁建设者通常采用了油压表、压力传感器等检测技术及仪器，对于斜拉桥索力进行了检测与控制。但是，由于斜拉桥是高次超静定结构，桥梁系统结构十分复杂，传统索力检测仪器设备受到施工过程的限制，难以准确测定索力；在桥上活动载荷和风雨振动影响下，索力呈随机性变化状态，同时，在运营一段时间后，由于斜拉桥主梁及桥塔的叙变和斜拉索的松弛效应，索力及桥形都会发生变化，也需对索力进行测定，以便再次调索。因此，斜拉桥建成后，仍然需要对斜拉桥索力进行复检，目前，一般都采取定期检测的方法，人工成本高、数据完整性差，不能够准确地反映拉索的受力状况，理想的方法是建立一套在线拉索监测系统，对所测数据进行即时分析，实时反映索力状态，有利于保障桥梁的安全运营。由于在线监测系统需要将测量、通讯和计算分析等多种技术进行有效的工程化系统集成，技术难度大，研发成本高，目前国内未见成功应用案例的公开报道。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种能够对所测数据进行即时分析，将测量、通讯和计算分析等多种技术进行有效的工程化系统集成，实时反映索力状态，保障桥梁安全运营的远程在线拉索监测方法及设备。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
1、一种斜拉索索力远程在线监测方法，通过传感器采集索力数据，通过信号调理板和工控机对信号进行处理，对处理后的信号基于频谱分析原理进行模式识别，建立基于VC和MATLAB的索力在线监测模型，通过GPRS模块和公共移动通讯平台进行远程数据传输，斜拉索在线监测主计算机接收数据保存并显示斜拉索索力和振幅信息；
2、一种斜拉索索力远程在线监测设备，它包括安装在斜拉索上的传感器和底部刚性支撑平台，支撑平台上设置有集成一体化多功能电源、连接电源的工控机、连接工控机的信号调理板及电缆线，传感器电信号连接信号调理板，工控机通过电缆线连接通讯计算机。
本发明还有这样一些技术特征：
1、所述的传感器为高灵敏度超低频的压电式加速度传感器；
2、所述的工控机为PC104型号信号处理计算机，它包括连接信号调理板的加速度数据库、连接加速度数据库的斜拉索振幅计算模块和数据FFT处理模块、连接数据FFT处理模块的频谱模态识别模块，斜拉索振幅计算模块和频谱模态识别模块连接通讯计算机；
3、所述的信号调理板包括相互电连接的信号变换电路、高精度低噪声的运算放大器、20位A/D转换电路、MAX293抗混滤波器和采样电路，采样电路连接工控机；
4、所述的集成一体化多功能电源为压控流电源；
5、所述的电缆线为RS-485串行通信标准总线。
本发明在模式识别方法研究上基于频谱分析原理，通过建立索力在线监测模型，提出了一种自功率谱与倒频谱相结合的基频混合识别法；在数据采集与信号调理上，采用了超低频的压电加速度传感器及相应的信号变换电路、高精度低噪声的运算放大器、20位A/D转换、MAX293抗混滤波器等技术，并通过加窗技术解决信号的泄漏等问题，以提高索力的检测灵敏度和精度；同时，在数据通讯与接口技术上，采用了软件定时通讯方式，利用RS-485串行通信标准总线接口实现PC-104与上位机即斜拉索在线监测主计算机通讯，斜拉索在线监测主计算机接收数据保存并显示斜拉索索力和振幅信息同时能够实现对历史数据进行查询。本发明在工程化应用上，解决了监测系统的安装问题、成本问题、防腐等问题；在远程监测技术上，开发了基于VC和MATLAB的在线监测系统，并通过GPRS模块和公共移动通讯平台实现远程数据传输，从而实现准确可靠、简捷有效、安全低成本的斜拉索索力远程监测。
本发明在远程监测技术上，开发了基于VC和MATLAB的在线监测系统，并通过GPRS模块和公共移动通讯平台实现远程数据传输。本发明从提高对现有斜拉桥索力检测的准确性、可靠性和对系统实行动态实时监测管理出发，研究开发了一种斜拉桥索力在线监测方法及设备，并应用于桥梁工程实际，以“检测”变“监测”，以“定期”变“实时”，通过动态监测斜拉索索力，采取措施控制斜拉索疲劳损伤和锚头腐蚀速度，延缓换索时间，保证斜拉桥安全可靠运行，具有十分重要的现实意义和迫切需要。
(四)附图说明
图1为本发明的原理示意图。
图2为本发明在线监测设备的结构示意图。
(五)具体实施方案
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：
结合图1，斜拉索索力远程在线监测方法就是结合软硬件，对斜拉索索力进行实时在线监测与远程传输，它通过传感器采集索力数据，通过信号调理板和工控机对信号进行处理，对处理后的信号基于频谱分析原理进行模式识别，建立基于VC和MATLAB的索力在线监测模型，通过GPRS模块和公共移动通讯平台进行远程数据传输，斜拉索在线监测主计算机接收数据保存并显示斜拉索索力和振幅信息。结合图2，本实施例中斜拉索索力远程在线监测设备包括安装在斜拉索上的传感器和底部刚性支撑平台1，支撑平台1上设置有工控机2、信号调理板3、集成一体化多功能电源4及电缆线5，传感器电信号连接信号调理板3，工控机通过电缆线连接通讯计算机。
本实施例中安装在斜拉索上的加速度传感器电信号连接信号调理板，经信号变换电路、信号放大电路、A/D转换电路和采样电路处理，处理后电信号连接工控机，经工控机内加速度数据库、连接加速度数据库的斜拉索振幅计算模块和数据FFT处理模块、连接数据FFT处理模块的频谱模态识别模块，斜拉索振幅计算模块和频谱模态识别模块连接通讯计算机，通讯计算机通过GPRS发射电路将信息传送至公关网络，最后由公关网络将信息传送给斜拉索在线监测主计算机，斜拉索在线监测主计算机接收数据保存并显示斜拉索索力和振幅信息同时能够实现对历史数据进行查询。其中，信号调理板采用MSC1210Y466DDXLT单片机，工控机为PC104型号信号处理计算机，电缆线采用RS-485串行通信标准总线接口，信号调理板与工控机之间通过串口RS-232连接。

Claims (7)

1、一种斜拉索索力远程在线监测方法，其特征在于它通过传感器采集索力数据，通过信号调理板和工控机对信号进行处理，对处理后的信号基于频谱分析原理进行模式识别，建立基于VC和MATLAB的索力在线监测模型，通过GPRS模块和公共移动通讯平台进行远程数据传输，斜拉索在线监测主计算机接收数据保存并显示斜拉索索力和振幅信息。
2、一种斜拉索索力远程在线监测设备，其特征在于它包括安装在斜拉索上的传感器和底部刚性支撑平台，支撑平台上设置有集成一体化多功能电源、连接电源的工控机、连接工控机的信号调理板及电缆线，传感器电信号连接信号调理板，工控机通过电缆线连接通讯计算机。
3、根据权利要求2所述的斜拉索索力远程在线监测设备，其特征在于所述的传感器为高灵敏度超低频的压电式加速度传感器。
4、根据权利要求2所述的斜拉索索力远程在线监测设备，其特征在于所述的工控机为PC104型号信号处理计算机，它包括连接信号调理板的加速度数据库、连接加速度数据库的斜拉索振幅计算模块和数据FFT处理模块、连接数据FFT处理模块的频谱模态识别模块，斜拉索振幅计算模块和频谱模态识别模块连接通讯计算机。
5、根据权利要求2所述的斜拉索索力远程在线监测设备，其特征在于所述的信号调理板包括相互电连接的信号变换电路、高精度低噪声的运算放大器、20位A/D转换电路、MAX293抗混滤波器和采样电路，采样电路连接工控机。
6、根据权利要求2所述的斜拉索索力远程在线监测设备，其特征在于所述的集成一体化多功能电源为压控流电源。
7、根据权利要求2所述的斜拉索索力远程在线监测设备，其特征在于所述的电缆线为RS-485串行通信标准总线。
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