CN101334325B - 一种索力振动检测方法及其检测设备 - Google Patents

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一种索力振动检测方法及其检测设备，涉及缆索张力检测的技术领域。本发明一种索力振动检测方法，第一步，在索桥的缆索上设置传感器采集数据；第二步，对第一步采集的数据进行FFT分析；第三步，对第二步的FFT分析结果进行长索判断，若判断为是则进行长索索力计算，并将结果储存在存储器内；若判断为否，则执行下一步；第四步，对第二步的FFT分析结果进行短索判断，若判断为是则进行短索索力计算，并将结果存储在存储器内，若判断为否，则返回第一步重新采集数据。本发明实现了检测效果好、使用范围广、且不受使用条件限制，结构简单，功耗低的目的。

Description

一种索力振动检测方法及其检测设备
技术领域
本发明涉及缆索张力检测的技术领域。
背景技术
索桥由于其具有结构简洁、跨度大、空气动力稳定性好和轻便、美观等诸多优点，成为当代桥梁建设的重要形式。近40年来，全世界修建了300余座大型斜拉桥，而中国已建成30多座这类桥梁。
索是这类桥梁的重要组成部分和主要承力构件，其新旧索的张力测量已成为评价其可靠性和承载状态的主要依据，因此索力检测技术和检测系统的研究已引起相关领域极大的关注，具有重大的实用价值和国民经济意义。
传统的索力检测方法主要有油压表法、力传感器法、磁通量法和三点弯曲法等，这些方法基本仅适用于新建桥索的索力测试，并且也都很难适用于近代索结构测量。
近年来，振动频率法以其方便实用和精度高、测量可靠等优点而被工程界普遍采用。目前，国内外的振动法检测系统和技术主要有两类：一类是通过直接测量索的基频，然后再借助“弦”振动的“张力——基频”关系求取索的张力。该方法在实际测量中，由于近代传感与检测技术的限制，基频很难准确测定，致使之常常无法实现测量；另一类方法是“频差法”，它是基于弦振动的相邻两阶主频之差等于基频的原理，利用相邻两主频之差间接识别基频，再通过弦的张力与基频之关系求得索的张力。可见，以上两类方法均是基于没有抗弯刚度的“弦的振动模型”建立的。对于实际的近代桥索，特别是“短索”，它们不仅具备抗弯刚度，而且是不可忽略的，这从根本上动摇了以上方法的适用性和科学性。
以上所谓的“长索”与“短索”，不是几何意义上的概念，而是力学本构意义上的“弦”和“梁”振动模型。
发明内容
本发明目的是提供一种检测效果好、使用范围广、且不受使用条件限制，结构简单，功耗低的索力振动检测方法及其检测设备。
本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：
本发明一种索力振动检测方法，其特征在于：
第一步，在索桥的缆索上设置传感器采集数据；
第二步，对第一步采集的数据进行FFT分析；
第三步，对第二步的FFT分析结果进行长索判断，若判断为是则进行长索索力计算，并将结果储存在存储器内；若判断为否，则执行下一步；
第四步，对第二步的FFT分析结果进行短索判断，若判断为是则进行短索索力计算，并将结果存储在存储器内，若判断为否，则返回第一步重新采集数据。
本发明对长索的判断按照下面公式进行：
各阶相邻主频之频差Δfi均应相等并且都等于基频值
即Δfi＝f1长  i＝1……10
其中Δfi为各相邻主频之差，f1长为长索的基频值。
本发明对长索索力的计算按照下面的公式进行：
S长＝4ρ长Δfi 2L长 2
其中：S长为长索索力；L长为长索的长度；ρ长为长索的线密度；Δfi为各相邻主频之差。
本发明对短索的判断按照下面公式进行：Fi短 2＝(6fi+1短 2-fi+3短 2)/50；
其中fi短为各阶的主频，i＝1、2、3、4、5、6、7。
本发明对短索索力的计算按照下面公式进行：
S短＝(6fi短 2-fi+3短2)ρ短L短 2
其中S短为短索索力；L短为短索的长度；ρ短为短索的线密度。
本发明的利用索力振动检测方法的索力振动检测装置，包括检测单元、主机单元，检测单元的信号输出端与主机单元的信号输入端连接，主机单元对检测单元检测到的信号进行处理；检测单元包括传感器、A/D转换器、蓝牙无线发送器，传感器的信号输出端与A/D转换器的信号输入端连接，将传感器检测的模拟信号转换为数字信号，A/D转化器的信号输出端与蓝牙无线发送器信号输出端连接，将经过A/D转化器转换后的数字信号传输到主机单元中；主机单元包括蓝牙无线接收器、FFT分析装置、长短索判断系统、索力计算装置、显示存储装置，蓝牙无线接收器的信号输出端与FFT分析装置的信号输入端连接，对蓝牙无线接收器接收的数字信号进行分析处理；FFT分析装置的信号输出端与长短索判断系统的信号输入端连接，对FFT分析装置的分析结果进行判断；长短索判断系统的信号输出端与索力计算装置的信号输入端连接，利用长短索判断系统的结果进行索力计算，索力计算装置的信号输出端与显示存储装置的信号输入端连接，将索力计算装置直观显示出来。
本发明采用上述技术方案，与现有技术相比具有如下优点：
1、本发明首次建立了长、短索自动识别技术。根据FFT所分析的各阶主频值通过如下长短索的判据，加以区分其索型。本发明与基频法联合应用，不仅提高了测试精度，而且有效的适用于长索和短索的索力测试。
2、本发明具有较高的运算速度，充分考虑到缆索刚度和垂度的影响，测索力精度达到1％，频率精度1％。
3、本发明性能可靠，使用方便，且具备很高的精度，对长索与短索的索力进行检测与监测等具有广泛的通用性。
4、本发明的索力检测装置结构简单，可适用于各种不同的场合。
附图说明
图1是本发明的一种结构示意图。
图2是本发明的检测方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：
如图2所示，本发明的索力振动检测方法，其特征在于：
第一步，在索桥的缆索上设置传感器采集数据；
第二步，对第一步采集的数据进行FFT分析；
第三步，对第二步的FFT分析结果进行长索判断，若判断为是则进行长索索力计算，并将结果储存在存储器内；若判断为否，则执行下一步；
第四步，对第二步的FFT分析结果进行短索判断，若判断为是则进行短索索力计算，并将结果存储在存储器内，若判断为否，则返回0第一步重新采集数据。
本发明对长索的判断按照下面公式进行：
各阶相邻主频之频差Δfi均应相等并且都等于基频值
即Δfi＝f1长  i＝1……10
其中Δfi为各相邻主频之差，f1长为长索的基频值。
本发明对长索索力的计算按照下面的公式进行：
S长＝4ρ长Δfi 2L长 2
其中：S长为长索索力；L长为长索的长度；ρ长为长索的线密度；Δfi为各相邻主频之差。
本发明对短索的判断按照下面公式进行：Fi短 2＝(6fi+1短 2-fi+3短 2)/50；
其中fi短为各阶的主频，i＝1、2、3、4、5、6、7。
若索的主频分布不符合以上对长索和短索的判据条件，则认为是环境激励条件不符合要求。现场转入自动重采并分析计算。从而实现了自动判别和自由转换。
本发明对短索索力的计算按照下面公式进行：
S短＝(6fi短 2-fi+3短 2)ρ短L短 2
其中S短为短索索力；L短为短索的长度；ρ短为短索的线密度。
以上所计算的索力值连同前10阶主频值能自动显示于数据表中或显示于频谱图中。并将测量的数据存储于存储器中。
如图1所示，本发明的索力振动检测装置包括检测单元1、主机单元2，检测单元1的信号输出端与主机单元2的信号输入端连接，主机单元2对检测单元1检测到的信号进行处理；检测单元1包括传感器11、A/D转换器12、蓝牙无线发送器13，传感器11的信号输出端与A/D转换器12的信号输入端连接，将传感器11检测的模拟信号转换为数字信号，A/D转化器12的信号输出端与蓝牙无线发送器13信号输出端连接，将经过A/D转化器12转换后的数字信号传输到主机单元2中；主机单元2包括蓝牙无线接收器21、FFT分析装置22、长短索判断系统23、索力计算装置24、显示存储装置25，蓝牙无线接收器21的信号输出端与FFT分析装置22的信号输入端连接，对蓝牙无线接收器21接收的数字信号进行分析处理；FFT分析装置22的信号输出端与长短索判断系统23的信号输入端连接，对FFT分析装置22的分析结果进行判断；长短索判断系统23的信号输出端与索力计算装置24的信号输入端连接，利用长短索判断系统23的结果进行索力计算，索力计算装置24的信号输出端与显示存储装置25的信号输入端连接，将索力计算装置24直观显示出来。
本发明设有外扩存储单元及扩展存储SD卡，可作为大量现场测试数据存档；动测系统具备低通滤波器及自动增益控制功能，能很好地适用于环境激励下的索振测量；系统具备内装充电电池电源，并可在LCD上显示当前状态。

Claims (2)

1.一种索力振动检测方法，其特征在于：
第一步，在索桥的缆索上设置传感器采集数据；
第二步，对第一步采集的数据进行FFT分析；
第三步，对第二步的FFT分析结果进行长索判断，按照下面公式进行：各阶相邻主频之频差Δfi均应相等并且都等于基频值，即Δfi＝f1长 i＝1……10
若判断为是则进行长索索力计算，按照下面的公式进行：S长＝4ρ长Δfi 2L长 2
并将结果储存在存储器内；若判断为否，则执行下一步；
第四步，对第二步的FFT分析结果进行短索判断，按照下面公式进行：
fi短 2＝(6fi+1短 2-fi+3短 2)/50；
若判断为是则进行短索索力计算，按照下面公式进行：S短＝(6fi短 2-fi+3短 2)ρ短L短 2
并将结果存储在存储器内，若判断为否，则返回第一步重新采集数据；
其中Δfi为各相邻主频之差，f1长为长索的基频值；S长为长索索力；L长为长索的长度；ρ长为长索的线密度；fi短为各阶的主频，i＝1……10；S短为短索索力；L短为短索的长度；ρ短为短索的线密度。
2.一种使用权利要求1所述的索力振动检测方法的索力振动检测装置，其特征在于：包括检测单元(1)、主机单元(2)，检测单元(1)的信号输出端与主机单元(2)的信号输入端连接，主机单元(2)对检测单元(1)检测到的信号进行处理；检测单元(1)包括传感器(11)、A/D转换器(12)、蓝牙无线发送器(13)，传感器(11)的信号输出端与A/D转换器(12)的信号输入端连接，将传感器(11)检测的模拟信号转换为数字信号，A/D转化器(12)的信号输出端与蓝牙无线发送器(13)信号输入端连接，将经过A/D转化器(12)转换后的数字信号传输到主机单元(2)中；主机单元(2)包括蓝牙无线接收器(21)、FFT分析装置(22)、长短索判断系统(23)、索力计算装置(24)、显示存储装置(25)，蓝牙无线接收器(21)的信号输出端与FFT分析装置(22)的信号输入端连接，对蓝牙无线接收器(21)接收的经过A/D转化器(12)转换后的数字信号进行分析处理；FFT分析装置(22)的信号输出端与长短索判断系统(23)的信号输入端连接，对FFT分析装置(22)的分析结果进行判断；长短索判断系统(23)的信号输出端与索力计算装置(24)的信号输入端连接，利用长短索判断系统(23)的结果进行索力计算，索力计算装置(24)的信号输出端与显示存储装置(25)的信号输入端连接，将索力计算装置(24)直观显示出来。
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