CN101368860B - 频率法检测斜拉桥斜拉索索力中fft数据的修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明频率法检测斜拉桥斜拉索索力中FFT数据的修正方法，将加速度传感器安装在斜拉索上且连接控制箱，在控制箱内设置有基频产生模块，基频产生模块包括FFT模块、波形修正模块和二次FFT模块；加速度传感器获取斜拉索的时域振动信号输入控制箱；再通过FFT模块对时域信号进行FFT频谱分析，得到其频谱曲线；保留频谱曲线上频率在7.5~25Hz区间数据，以外部分令其为零，通过倒频谱二次FFT模块对步骤(3)后得到的频率在7.5~25Hz区间内数据进行二次FFT变换分析，检测出斜拉桥拉索基频。本发明经过对FFT频谱分析数据修正并进行二次FFT变换后，能准确地检测出斜拉桥拉索基频，可排除频率法检测索力的异常现象。

Description

频率法检测斜拉桥斜拉索索力中FFT数据的修正方法

技术领域

本发明涉及桥梁领域中用频率法检测斜拉桥斜拉索的索力技术，具体涉及一种对检测到的索力数据进行处理的方法。

背景技术

斜拉桥的拉索索力是其重要的一个技术指标参数。成桥后，需对拉索进行监测，以了解斜拉索的工作状态，因此，准确测估拉索的索力具有重要的实际意义。

索力检测的方法有多种，传统的有油压表读数法、传感器读数法、频率法等。由于油压表读数法、传感器读数法通常受环境条件限制，仅适用于施工索力监测；而频率法具有简单、快速的特点，适用于各种工况下的索力监测，在应用中通过测量斜拉索的基频便可计算出斜拉索的索力。

目前，斜拉索索力的测量一般是通过在斜拉索上安装加速度传感器，与加速度传感器连接控制箱，在控制箱内设置有基频产生模块检测，基频产生模块包括FFT(快速傅立叶变换)模块、自功率谱模块和倒频谱模块。通过自功率谱模块获得的第一基频，通过倒频谱模块获得的第二基频。由于拉索的振动信号是由多谐振动信号组成的复合振动信号，因此通过上述模块进行频谱分析后，频谱图形上会有多个峰值点出现，每个峰值点代表拉索的一个自振频率(即基频的倍数)。然而，实际拉索振动时还会混入某些较强低频干扰信号，在一次频谱图上可以看到这些干扰频率，并影响基频计算不准确，从而造成计算出的索力异常。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提出一种频率法检测斜拉桥斜拉索索力中对FFT数据进行修正的方法，该方法在一次频谱图上对频谱曲线进行修正，可剔除低频干扰信号成分。

本发明采用的技术方案是依次包括如下步骤：

(1)将加速度传感器安装在斜拉索上且连接控制箱，在控制箱内设置有基频产生模块，基频产生模块包括FFT模块、波形修正模块和二次FFT模块；加速度传感器获取斜拉索的时域振动信号输入控制箱；

(2)通过FFT模块对时域信号进行FFT频谱分析，得到其频谱曲线；

(3)保留步骤(2)频谱曲线上频率在7.5～25Hz区间数据，以外部分令其为零，

(4)通过二次FFT模块对步骤(3)后得到的频率在7.5～25Hz区间内数据进行二次FFT变换分析，检测出斜拉桥拉索基频。

本发明经过对FFT频谱分析数据修正并进行二次FFT变换后，能准确地检测出斜拉桥拉索基频，可排除频率法检测索力的异常现象。

附图说明

图1是本发明加速度传感器采样数据时域曲线；

图2是FFT频谱曲线；

图3是二次FFT变换曲线；

图4是对图2修正后FFT频谱曲线；

图5是频谱数据曲线修正后的二次FFT变换曲线。

具体实施方式

本发明将加速度传感器安装在斜拉索上且连接控制箱，在控制箱内设置有基频产生模块，基频产生模块包括FFT模块、自功率谱模块和倒频谱模块；加速度传感器获取斜拉索的时域振动信号输入控制箱。

根据弦振动理论，张紧的斜拉索，其动力平衡微分方程为：

$\frac{\mathrm{\ω}}{g}\frac{\∂y}{\∂t}+\mathrm{EI}\frac{{\∂}^{4}y}{{\∂x}^4}-T\frac{{\∂}^{2}y}{{\∂x}^2}=0---1$

式中：ω—钢索单位长的重量(N/m)；g—重力加速度(m/s2)；y—垂直于索的长度方向的横向坐标(m)；t—时间(s)；x—索的长度方向的纵向坐标(m)；T—钢索的张力(N)；EI—钢索的抗弯刚度(Pa)。

如不计钢索抗弯刚度的影响，索力的表达式有如下简单形式：

$T=\frac{4{\mathrm{\ωl}}^2{f}_n^2}{n^{2}g}---2$

其中，fn—索的第n阶自振频率(Hz)；1—索长(m)；n—振动阶数。

安装在斜拉索上的加速度传感器拾取斜拉索的时域振动信号如图1，首先对图1的时域信号进行FFT频谱分析得到其频谱曲线如图2。从图2的数据频谱曲线分析中可看到在频谱曲线的低频段经常出现周期性不清晰的现象，说明在采样数据中混有低频干扰信号，如果直接对其进行倒频谱分析时如图3，在该倒频谱曲线上难以找出基频特征。

由于在频谱曲线上频率在7.5～25Hz区间各阶频率尽管其幅值较小，但其规律性明显。所以将频谱曲线上频率在7.5～25Hz区间的部分数据保留，以外的部分令其为零，则修正后的频谱曲线变为图4如示，对其进行二次FFT倒频谱分析后的曲线如图5所示，在周期为0.3～4s区间，也即对应基频3.3～0.25Hz区间存在一个清晰的峰值，其对应的周期为t0，其对应频率即为基频f0(f0＝1/t0)。在该批采样数据中，t0＝1.31s，f0＝1/1.31s＝0.763Hz，与实际拉索基频相符合。经过大量对不同的拉索进行检测，所有的结果都符合实际拉索的基频。因此对于基频在3.3～0.25Hz区间的拉索，本发明提出的FFT频谱曲线修正后二次FFT变换数据处理方法都能准确的检测出斜拉桥拉索基频，从而可根据公式2计算出实际索力。

Claims (1)

1.一种频率法检测斜拉桥斜拉索索力中FFT数据的修正方法，其特征是依次包括如下步骤：

(1)将加速度传感器安装在斜拉索上且连接控制箱，在控制箱内设置有基频产生模块，基频产生模块包括FFT模块、波形修正模块和二次FFT模块；加速度传感器获取斜拉索的时域振动信号输入控制箱；

(2)通过FFT模块对时域振动信号进行FFT频谱分析，得到其频谱曲线；

(3)保留步骤(2)频谱曲线上频率在7.5～25Hz区间数据，以外部分令其为零；

(4)通过二次FFT模块对步骤(3)后得到的频率在7.5～25Hz区间内数据进行二次FFT变换分析，检测出斜拉桥拉索基频。

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