CN104132634A - 一种基于移动终端的桥梁动位移测量装置及方法 - Google Patents

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颜全胜
陈双锐
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Abstract

本发明公开了一种基于移动终端的桥梁动位移测量装置及方法，移动终端上集成有加速度传感器，装置包括参数设置模块、加速度测量模块、振动数据处理模块和显示模块。本发明还公开了测量方法，包括步骤：设置采样长度和测量的加速度方向；将移动终端与桥梁动位移监测点固定；调用移动终端操作系统提供的API，访问底层硬件，读取加速度传感器采集的桥梁振动信号；根据桥梁振动信号，得到加速度时程信号，然后对其进行FFT变换，在频域内进行二次积分，获得位移的频域信号，利用低频截止算法过滤低频噪音，再对经过处理后的位移频域信号进行IFFT变换，获得位移时程信号。本发明具有检测过程简单、成本低、体积小、便于携带、无需增加任何硬件的优点。

Description

一种基于移动终端的桥梁动位移测量装置及方法
技术领域
本发明涉及振动测量研究领域，特别涉及一种基于移动终端的桥梁动位移测量装置及方法。
背景技术
振动是桥梁运营过程中的普遍现象，特别是车辆通过时，桥梁会发生激烈的振动。理论上，若桥梁结构不发生改变，则桥梁的振动参数是固定的，反过来，若桥梁的振动参数发生了变化，则表明桥梁结构也已经发生了变化，因此，桥梁的振动参数是桥梁工作状态的一个重要指标。动位移是桥梁在移动荷载作用下产生的，反映了桥梁的刚度特性，准确地测量桥梁动位移可以为桥梁的维护加固提供科学的参考依据。
拾取桥梁动位移监测点加速度信号，再通过硬件或软件积分计算获得位移信号是一种最简单易行的方法。传统的振动测量仪器一般由加速度传感器、信号放大器、数据采集仪和计算机组成，设备体积较庞大，不方便移动，测量时，需要用导线连接传感器与采集设备，若桥梁跨径很大，测点很多，导线需求量甚至达到几千米，布线工作量很大，测试成本较高。
近年来，智能移动终端设备(智能手机、平板电脑等)制造技术突飞猛进，集成了越来越多的传感器，几乎是每部智能移动终端都必备的加速度传感器，可以用于屏幕自动旋转和基于重力的游戏中。随着硬件制造技术的飞速发展，智能终端集成的加速度传感器性能越来越强大，精度越来越高，甚至已经达到工程应用的要求。同时智能终端内部操作系统对内置传感器提供了很好的支持，应用开发者可以通过智能终端操作系统为传感器提供的各种各样的应用程序编程接口访问底层硬件，例如设置传感器采样频率、精度、量程、读取数据等。因此在智能终端平台上开发基于传感器的应用十分方便。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于移动终端的桥梁动位移测量装置，该装置是基于移动终端实现，具有成本低、不占用空间的优点。
本发明的另一目的在于提供一种基于上述桥梁动位移测量装置的方法，该方法是利用现有的移动终端来实现对桥梁动位移的测量，解决了现有振动测量设备体积较大、布线工作量大，测试成本较高的难题。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种基于移动终端的桥梁动位移测量装置，移动终端上集成有加速度传感器，所述测量装置包括参数设置模块、加速度测量模块和振动数据处理模块，其中：参数设置模块用于设置采样长度和需要测量的加速度方向；加速度测量模块用于调用智能移动终端操作系统提供的API，访问底层硬件，读取加速度传感器采集的桥梁振动信号；振动数据处理模块用于根据加速度测量模块得到的桥梁振动信号以及参数设置模块设置的采样长度和加速度方向，得到加速度时程信号，然后对加速度时程信号进行FFT变换(快速傅里叶变换)，在频域内进行二次积分，获得位移的频域信号，利用低频截止算法过滤低频噪音，再对经过处理后的位移频域信号进行IFFT变换(快速傅里叶逆变换)，获得位移时程信号。
优选的，所述测量装置还包括一显示模块，该模块用于在移动终端的显示屏上显示加速度时程信号曲线和位移时程信号曲线。
优选的，所述加速度传感器采样频率为20Hz、60Hz或100Hz。
上面所述的参数设置模块、加速度测量模块和振动数据处理模块均为基于智能移动终端平台开发的软件程序。
一种基于上述桥梁动位移测量装置的方法，包括步骤：
(1)在移动终端上启动检测程序，设置采样长度和测量的加速度方向；
(2)移动终端显示屏向上，将移动终端与桥梁动位移监测点固定；
(3)调用智能移动终端操作系统提供的API，访问底层硬件，读取加速度传感器采集的桥梁振动信号；
(4)根据加速度测量模块得到的桥梁振动信号，得到加速度时程信号，然后对加速度时程信号进行FFT变换，在频域内进行二次积分，获得位移的频域信号，利用低频截止算法过滤低频噪音，再对经过处理后的位移频域信号进行IFFT变换，获得位移时程信号。
优选的，在所述步骤(4)后，还包括步骤：(5)显示加速度时程信号曲线和位移时程信号曲线。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本发明利用现有智能移动终端集成了处理器、显示屏、加速度传感器等硬件的优点，集成了数据采集与数据处理等功能，而移动终端尤其是手机几乎是每个人必定随身携带的物品，因此获取更容易。
2、本发明成本低廉，只需在移动终端上安装一个软件即可工作，不必增加任何硬件，若需要监测多点动位移，则在多部移动终端上安装应用而不用增加任何成本。
3、本发明检测过程简单。将移动终端与桥梁测点用双面胶带或其他方式进行固定就可以检测，检测结果即时显示在移动终端屏幕上，同时避免了冗长的导线。
4、本发明功能多样。智能移动终端应用拥有非常完善的开发环境，可以根据需求开发各种各样的功能，克服了传统的桥梁动位移检测设备功能单一的特点。
附图说明
图1是本发明装置的结构示意图。
图2是本发明工作示意图。
图中所示为：1-移动终端；2-双面胶带；3-主梁。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
目前的移动终端上都集成有处理器、显示屏、加速度传感器等硬件，且随着电子制造技术的飞速发展，这些硬件性能越来越强大，精度越来越高，甚至已经达到工程应用的要求。基于上述移动终端，本实施例提出如图1所示的一种基于移动终端的桥梁动位移测量装置，包括参数设置模块、加速度测量模块、振动数据处理模块和显示模块，上述模块均为基于智能移动终端平台开发的软件程序，由CPU进行处理，处理结果在移动终端显示屏上显示。
参数设置模块用于设置采样长度和需要测量的加速度方向(X、Y、Z)；加速度测量模块是利用智能移动终端对集成加速度传感器的支持，调用智能移动终端操作系统提供的API，访问底层硬件，读取加速度传感器数据，实现对桥梁加速度信号的采集；振动数据处理模块用于对桥梁加速度时程信号进行FFT变换，在频域内进行二次积分，获得位移的频域信号，利用低频截止算法过滤低频噪音，再对经过处理后的位移频域信号进行IFFT逆变换，获得位移时程信号；显示模块是用于显示加速度时程曲线和位移时程曲线；智能移动终端加速度传感器采样频率为20Hz、60Hz或100Hz。
上述测量装置的测量方法如下：
(1)启动检测程序，通过参数设置模块设置采样长度和测量的加速度方向。
(2)移动终端显示屏向上，用双面胶带将移动终端与桥梁动位移监测点固定。如图2所示。
(3)通过加速度测量模块采集桥梁加速度信号。
(4)振动数据处理模块根据加速度测量模块得到的桥梁振动信号以及采样长度和测量的加速度方向，得到加速度时程信号，对桥梁加速度时程信号进行FFT变换，在频域内进行二次积分，获得位移的频域信号，利用低频截止算法过滤低频噪音，再对经过处理后的位移频域信号进行IFFT变换，获得位移时程信号。
(5)通过显示模块在显示屏上显示加速度时程曲线和位移时程曲线。
本实施例所述的快速傅里叶变换、加速度测量、低频截止算法、加速度时程曲线和位移时程曲线显示均采用现有技术中的公知技术方案，有关上述公知技术方案，本领域的技术人员均已经了解，在此不再赘述。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于移动终端的桥梁动位移测量装置，移动终端上集成有加速度传感器，其特征在于，所述测量装置包括参数设置模块、加速度测量模块和振动数据处理模块，其中：
参数设置模块，用于设置采样长度和需要测量的加速度方向；
加速度测量模块，用于调用智能移动终端操作系统提供的API，访问底层硬件，读取加速度传感器采集的桥梁振动信号；
振动数据处理模块，用于根据加速度测量模块得到的桥梁振动信号以及参数设置模块设置的采样长度和加速度方向，得到加速度时程信号，然后对加速度时程信号进行FFT变换，在频域内进行二次积分，获得位移的频域信号，利用低频截止算法过滤低频噪音，再对经过处理后的位移频域信号进行IFFT变换，获得位移时程信号。
2.根据权利要求1所述的基于移动终端的桥梁动位移测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括一显示模块，该模块用于在移动终端的显示屏上显示加速度时程信号曲线和位移时程信号曲线。
3.根据权利要求1所述的基于移动终端的桥梁动位移测量装置，其特征在于，所述加速度传感器采样频率为20Hz、60Hz或100Hz。
4.一种基于权利要求1所述的桥梁动位移测量装置的方法，其特征在于，包括步骤：
(1)在移动终端上启动检测程序，设置采样长度和测量的加速度方向；
(2)移动终端显示屏向上，将移动终端与桥梁动位移监测点固定；
(3)调用智能移动终端操作系统提供的API，访问底层硬件，读取加速度传感器采集的桥梁振动信号；
(4)根据加速度测量模块得到的桥梁振动信号，得到加速度时程信号，然后对加速度时程信号进行FFT变换，在频域内进行二次积分，获得位移的频域信号，利用低频截止算法过滤低频噪音，再对经过处理后的位移频域信号进行IFFT变换，获得位移时程信号。
5.根据权利要求4所述的基于移动终端的桥梁动位移测量装置的方法，其特征在于，在所述步骤(4)后，还包括步骤：
(5)显示加速度时程信号曲线和位移时程信号曲线。
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