CN104132792A - 一种利用激光位移信号测试桥面柔度装置及其方法 - Google Patents

Abstract

一种利用激光位移信号测试桥面柔度装置及其方法，包括力锤或落锤、激光发生器、激光接收器、数据线、数据采集仪、测点，所述测点设于桥面上，所述力锤或落锤用于锤击测点，所述激光接收器通过数据线与数据采集仪电连接；所述激光发生器设于桥面上且激光接收器设于桥梁主跨支撑处外侧，或激光接收器设于桥面上且激光发生器设于桥梁主跨支撑处外侧。本发明还包括桥面柔度测试的方法。本发明之方法简单，可直接利用频响函数矩阵在0Hz处取值，从而得到模态柔度；测试准确；本发明的装置结构简单，制造成本低。

Description

一种利用激光位移信号测试桥面柔度装置及其方法

技术领域

本发明属于动力测试领域，尤其是涉及一种利用激光位移信号测试桥面柔度装置及其方法。

背景技术

现有技术中，利用动力测试来进行结构参数识别的方法有以下两种：1、工作模态分析，利用随机脉动的测试信号来进行模态参数提取；2、实验模态分析，利用外部激励的手段使结构振动来识别参数，其中利用力锤来对结构进行激励的方法称为脉冲锤击法，该方法能够提供较高的信噪比，已逐渐成为一种广泛应用于桥梁结构的动力测试方法。

并且脉冲锤击测试能从频响函数中获取结构的模态质量从而获得模态柔度，因此就能预测静载试验下结构的任何变形，成为静载试验的有力补充。它与静载试验结果的比较，能成为桥梁性能评估的有力工具。

实际桥梁结构的频率响应函数会受到各种噪声的干扰而辨识困难，因此如何从频响函数中有效地识别结构的柔度是一个具有挑战性的问题。

传统的结构动力信号测试，往往利用加速度传感器测试结构反应，由这种情形计算出的频响函数为“加速度导纳”。而要计算模态柔度，则需要将“加速度导纳”转化为“位移导纳”。因此在计算频响函数的过程中，需要在频域中除以(jw)²。这样理论上可以直接在位移导纳频率为0的纵轴上直接量取频响函数的截距即为柔度矩阵中的柔度系数。然而当频率较小时，由于频响函数在转化过程中除以了(jw)²，因此获得的位移导纳将增大。当频率接近为0时，位移导纳为无穷大。这样用测量在加速度导纳0Hz截距的方法获取柔度系数就遇到了实际困难，因为它得到的是一个无穷大的数值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种利用激光位移信号测试桥面柔度装置及其方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，

本发明之一种利用激光位移信号测试桥面柔度的装置，包括力锤或落锤、激光发生器、激光接收器、数据线、数据采集仪、测点，所述测点设于桥面上，所述力锤或落锤用于锤击测点，所述激光接收器通过数据线与数据采集仪电连接；所述激光发生器设于桥面上且激光接收器设于桥梁主跨支撑处外侧，或激光接收器于桥面上且激光发生器设于桥梁主跨支撑处外侧。

进一步，所述测点的位置与加载车的轮载点位置相同。

本发明之一种利用激光位移信号测试桥面柔度方法，包括以下步骤：

(1)设备安装：将一个激光发生器放在被测试桥梁主体结构桥面的某一测点上，将激光接收器设于桥梁主跨支撑处外侧的固支位置处，使激光接收器保持固定不动，不随桥面的振动而振动；或将激光接收器设于桥面上且激光发生器设于桥梁主跨支撑处外侧的固支位置处，使激光发生器保持固定不动，不随桥面的振动而振动，激光接收器与数据采集仪器电连接；

(2)获取力锤的力信号和位移响应信号：将力锤或落锤放在某一锤击点进行锤击，使桥台产生振动，同时带动步骤(1)中激光发生器振动，激光发生器所在测点位置的位移随时间变化的位移时域信号传送给激光接收器，同时数据采集仪器记录下来位移响应信号；力脉冲信号通过数据采集仪器进行了记录，即同时得到了力信号和位移响应信号；

(3)计算频率响应函数：对步骤(2)所得的力信号和位移响应信号进行傅里叶变换，得到测试点的频率响应函数；

(4)获取频率响应函数矩阵上对应的一列：移动步骤(1)中激光发生器的测点位置，将力锤或落锤放在步骤(2)的锤击点进行锤击，重复步骤(2)和步骤(3)，直到将所有测点的位移响应得到，即得到频率响应函数上对应的一列；

(5)获取满阵的频率响应函数矩阵：将力锤或落锤移动到下一个锤击点进行锤击，重复步骤(2)-(4)，如此反复，将所有测点都锤击完成后，即得到一个满阵的频率响应函数矩阵；

(6)柔度分析：通过截取步骤(5)满阵中的位移在0Hz上的截距，得到结构的柔度矩阵中的柔度系数，利用该矩阵可以预测结构在卡车加载下的变形，对比实测值和预测值，对结构的性能进行判断和评估。

与现有技术相比，本发明之方法简单，可直接利用频响函数矩阵在0Hz处取值，从而得到模态柔度；测试准确；本发明之装置，结构简单，制造成本低，桥台端部设有激光接收器，由于激光接收器所处位置不受桥面振动的影响，能接收到激光发生器产生的振动信号。

附图说明

图1为本发明一实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

参照附图1，本实施例之利用激光位移信号测试桥面柔度装置，包括力锤1、激光发生器2、激光接收器3、数据线4、数据采集仪5、测点，测点6设于桥面7上，力锤1锤击测点6，激光接收器3通过数据线4与数据采集仪5电连接，使测试得到的位移响应数据保存起来；激光发生器2设于桥面7上且激光接收器3设于桥梁主跨支撑处8外侧，由于激光接收器3所处位置不受桥面7振动的影响，因此它能够接收到接收激光发生器2产生的振动信号。

测点6的位置分布正好对应于一车辆的轮胎位置，测点的数量为6个，用于模拟桥面板的卡车荷载。

本实施例之利用激光位移信号测试桥面柔度方法，包括以下步骤：

(1)设备安装：将一个激光发生器2放在被测试桥梁主体结构的桥面7某一测点6上，将激光接收器3设于桥梁主跨支撑处8外侧的固支位置处，使激光接收器3不随桥面7的振动而振动，激光接收器3与数据采集仪器5电连接；

(2)获取力锤1的力信号和位移响应信号：将力锤1放在某一锤击点进行锤击，使桥面7产生振动，同时带动步骤(1)中激光发生器2振动，激光发生器2所在测点位置的位移随时间变化的位移时域信号传送给激光接收器3，同时数据采集仪器5记录下来位移响应信号；力脉冲信号通过数据采集仪器5进行了记录，即同时得到了力信号和位移响应信号；

(3)计算单点的频率响应函数：对步骤(2)所得的力信号和位移响应信号进行傅里叶变换，到频率响应函数矩阵上对应的一点；

(4)获取频率响应函数上对应的一列：移动步骤(1)中激光发生器2的测点位置，将力锤1放在步骤(2)的锤击点进行锤击，重复步骤(2)和步骤(3)，直到将所有测点的位移响应得到，即得到频率响应函数上对应的一列；

(5)6×6的频率响应函数矩阵：将力锤1移动到下一个锤击点进行锤击，重复步骤(2)-(4)，如此反复，将所有测点都锤击完成后，即得到一个满阵的频率响应函数矩阵；

(6)柔度分析：通过截取满阵中的位移导纳在0Hz上的截距，得到结构的柔度矩阵中的柔度系数，利用该矩阵可以预测结构在卡车荷载的变形，对比实测值和预测值，对结构的性能进行判断和评估。

实施例2

本实施例与实施例1的区别仅在于，落锤1锤击测点，激光接收器3设于桥面7上且激光发生器2设于桥梁主跨支撑处8外侧。

其余与实施例1基本相同。

Claims (3)

1.一种利用激光位移信号测试桥面柔度装置，其特征在于，包括力锤或落锤、激光发生器、激光接收器、数据线、数据采集仪、测点，所述测点设于桥面上，所述力锤或落锤用于锤击测点，所述激光接收器通过数据线与数据采集仪电连接；所述激光发生器设于桥面上且激光接收器设于桥梁主跨支撑处外侧，或激光接收器设于桥面上且激光发生器设于桥梁主跨支撑处外侧。

2.根据权利要求1所述的利用激光位移信号测试桥面柔度装置，其特征在于，所述测点的位置与加载车的轮载点位置相同。

3.一种利用激光位移信号测试桥面柔度方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)设备安装：将一个激光发生器放在被测试桥梁主体结构桥面的某一测点上，将激光接收器设于桥梁主跨支撑处外侧的固支位置处，使激光接收器保持固定不动，不随桥面的振动而振动；或将激光接收器设于桥面上且激光发生器设于桥梁主跨支撑处外侧的固支位置处，使激光发生器保持固定不动，不随桥面的振动而振动，激光接收器与数据采集仪器电连接；

(2)获取力锤的力信号和位移响应信号：将力锤或落锤放在某一锤击点进行锤击，使桥台产生振动，同时带动步骤(1)中激光发生器振动，激光发生器所在测点位置的位移随时间变化的位移时域信号传送给激光接收器，同时数据采集仪器记录下来位移响应信号；力脉冲信号通过数据采集仪器进行了记录，即同时得到了力信号和位移响应信号；

(3)计算频率响应函数：对步骤(2)所得的力信号和位移响应信号进行傅里叶变换，得到测试点的频率响应函数；

(4)获取频率响应函数矩阵上对应的一列：移动步骤(1)中激光发生器的测点位置，将力锤或落锤放在步骤(2)的锤击点进行锤击，重复步骤(2)和步骤(3)，直到将所有测点的位移响应得到，即得到频率响应函数上对应的一列；

(5)获取满阵的频率响应函数矩阵：将力锤或落锤移动到下一个锤击点进行锤击，重复步骤(2)-(4)，如此反复，将所有测点都锤击完成后，即得到一个满阵的频率响应函数矩阵；

(6)柔度分析：通过截取步骤(5)满阵中的位移在0Hz上的截距，得到结构的柔度矩阵中的柔度系数，利用该矩阵可以预测结构在卡车加载下的变形，对比实测值和预测值，对结构的性能进行判断和评估。