CN106643637A - 用于振动测量的巡检式主应变测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于振动测量的巡检式主应变测量方法，通过包括智能多路开关、应变测量放大模块和主应变分析模块的巡检式主应变测量装置实现，所述测量方法包括以下步骤：对三个通道信号进行测量前的平衡调节，获得相应的平衡参量；保存；设定巡检测量的巡检频率；根据平衡调节参量和巡检频率对三个通道信号进行巡检测量；根据标注信号对输出信号进行重构，获得三个通道信号的应变测量值；根据主应变模型和重构数据计算主应变测量数据。本发明采用集成的测量设备，实现应变花的不同方向应变的测量以及主应变的测量，减小了测量系统规模，便于管理；通过对测量的多路信号进行数据重构，然后再进行主应变计算，从而获得高精度的主应变测量数据。

Description

用于振动测量的巡检式主应变测量方法

技术领域

本发明涉及一种用于振动环境中应变类非电量参数的测量方法，尤其涉及一种用于振动测量的巡检式主应变测量方法。

背景技术

振动环境工程研究领域，如振动试验中，应力响应的获得通常采用应变测量技术，例如电阻式应变测量技术，此时可采用由多个不同方向应变片组成的应变花配同等数量的桥盒及应变测量放大模块，分别获得不同方向的应变测量结果，而应用中需要的主应变测量结果则需要经过后处理获得。

现有的主应变测量方法，一般是对各应变片的信号通过多个设备进行独立的检测、放大处理，然后对多个信号进行整合计算，一方面设备多而杂乱，另一方面没有经过数据重构，最后获得的主应变数据精度较低。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种高精度的用于振动测量的巡检式主应变测量方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种用于振动测量的巡检式主应变测量方法，通过巡检式主应变测量装置实现，所述巡检式主应变测量装置包括智能多路开关、应变测量放大模块和主应变分析模块，所述智能多路开关的三个输入端都有标注信号单元，巡检导通该路信号时，能够产生可惟一识别的标注信号，并与该路应变测量信号或平衡信号同步传送至所述应变测量放大模块，所述应变测量放大模块包括用于测量和放大的测量单元、用于实现多路开关巡检工作状态并触发标注信号以及每一个输入端电压的巡检式测量控制的控制单元、用于实现每一个输入端平衡状态参量的存储和调用的存储单元，所述主应变分析模块包括用于根据标注信号重构实测应变量的重构单元和用于依据应力状态模型计算获得主应变的测量数据的分析单元；

所述用于振动测量的巡检式主应变测量方法包括以下步骤：

(1)应变测量放大模块对智能多路开关输入的三个通道信号R1、R2和R3进行测量前的平衡调节，获得相应的平衡参量P1、P2、P3；

(2)应变测量放大模块对信号R1、R2和R3测量前的平衡调节结果以三组平衡调节参量P1、P2、P3的形式保存；

(3)设定智能多路开关的巡检测量的巡检频率f>＝6fh，fh为三个应变信号的最高频率；

(4)根据平衡调节参量P1、P2或P3和巡检频率f对三个通道信号R1、R2和R3进行巡检测量，应变测量放大模块的输出为标注信号N(t)和巡检测量应变信号Y(t)两个时间历程，其中t是测量时间；

(5)主应变分析模块根据标注信号对应变测量放大模块的输出信号进行重构，获得三个通道信号R1、R2、R3的应变测量值，具体方法如下：

设巡检测量从通道信号R1开始，则离散数据重构格式为：

x1(n)＝Y(1+(3n-1))，

x2(n)＝Y(2+(3n-1))，

x3(n)＝Y(3+(3n-1))，

其中，n＝0、1、2、…M，是应变测量放大模块的输出信号Y(t)离散序列的编号，M为Y(t)离散后的数据长度；x1、x2、x3的时间间隔均为3/f；

(6)主应变分析模块根据主应变模型和步骤(5)的重构数据计算主应变测量数据，主应变模型根据应变状态理论和三个应变片的平面分布确定。

具体地，所述步骤(6)中，平面状态为(0°，45°，90°)的应变花的主应变测量数据由如下公式计算：

平面状态为(0°，60°，120°)的应变花的主应变测量数据由如下公式计算：

本发明的有益效果在于：

本发明采用集成的智能多路开关、应变测量放大模块和主应变分析模块，实现应变花的不同方向应变的测量以及主应变的测量，减小了测量系统规模，便于管理；通过对测量的多路信号进行数据重构，然后再进行主应变计算，从而获得高精度的主应变测量数据。

附图说明

图1是本发明所述用于振动测量的巡检式主应变测量方法采用的测量装置的框图；

图2是实施例中假设标注信号N01、N02或N03分别为最大设置量程的1/4、2/4和3/4时应变测量放大模块的巡检测量应变信号示意图；

图3对图2所示巡检测量应变信号进行重构后获得的信号示意图之一；

图4对图2所示巡检测量应变信号进行重构后获得的信号示意图之二；

图5对图2所示巡检测量应变信号进行重构后获得的信号示意图之三。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明：

实施例：

下面以三个应变片组成的应变花为例进行具体说明：

如图1所示，本发明所述用于振动测量的巡检式主应变测量方法通过巡检式主应变测量装置实现，所述巡检式主应变测量装置包括智能多路开关1、应变测量放大模块2和主应变分析模块3，智能多路开关1的三个输入端101、102、103分别与测量前端4的三个桥盒402的输出端连接，三个桥盒402的输入端分别与三个应变片401的输出端连接，智能多路开关1的三个输入端101、102、103都有标注信号单元，巡检导通该路信号时，能够产生可惟一识别的标注信号，并与该路应变测量信号或平衡信号同步传送至应变测量放大模块2，三路标注信号分别为NO1、NO2、NO3，应变测量放大模块2包括用于测量和放大的测量单元201、用于实现多路开关巡检工作状态并触发标注信号以及每一个输入端电压的巡检式测量控制的控制单元202、用于实现每一个输入端平衡状态参量的存储和调用的存储单元203，主应变分析模块3包括用于根据标注信号重构实测应变量的重构单元301和用于依据应力状态模型计算获得主应变的测量数据的分析单元302。

结合图1，本发明所述用于振动测量的巡检式主应变测量方法包括以下步骤：

(1)应变测量放大模块2对智能多路开关1输入的三个通道信号R1、R2和R3进行测量前的平衡调节，获得相应的平衡参量P1、P2、P3；

(2)应变测量放大模块2对信号R1、R2和R3测量前的平衡调节结果以三组平衡调节参量P1、P2、P3的形式保存；

(3)设定智能多路开关1的巡检测量的巡检频率f>＝6fh，fh为三个应变信号的最高频率；

(4)根据平衡调节参量P1、P2或P3和巡检频率f对三个通道信号R1、R2和R3进行巡检测量，应变测量放大模块的输出为标注信号N(t)和巡检测量应变信号Y(t)两个时间历程，其中t是测量时间；例如：当标注信号为N01时，调用平衡调节参量P1进行测量，此时测量结果为信号R1的应变测量值；当标注信号为N02时，调用平衡调节参量P2进行测量，此时测量结果为信号R2的应变测量值；当标注信号为N03时，调用平衡调节参量P3进行测量，此时测量结果为信号R3的应变测量值；图2示出了标注信号N01、N02或N03分别为最大设置量程的1/4、2/4和3/4时应变测量放大模块2的巡检测量应变信号；

(5)主应变分析模块根据标注信号对应变测量放大模块的输出信号进行重构，获得三个通道信号R1、R2、R3的应变测量值，若N(t)＝N01，则Y(t)为通道R1的应变测量值，即x1(t)＝Y(t)；依次类推，若N(t)＝N02，则Y(t)为通道R2的应变测量值，即x2(t)＝Y(t)；若N(t)＝N03，则Y(t)为通道R3的应变测量值，即x3＝Y(t)；

本步骤的具体方法如下：

设巡检测量从通道信号R1开始，则离散数据重构格式为：

x1(n)＝Y(1+(3n-1))，

x2(n)＝Y(2+(3n-1))，

x3(n)＝Y(3+(3n-1))，

其中，n＝0、1、2、…M，是应变测量放大模块的输出信号Y(t)离散序列的编号，M为Y(t)离散后的数据长度；x1、x2、x3的时间间隔均为3/f；

图3、图4和图5分别示出了对图2所示巡检测量应变信号进行重构后获得的三个通道的信号，重构的信号具有更高的精度；

(6)主应变分析模块根据主应变模型和步骤(5)的重构数据计算主应变测量数据，主应变模型根据应变状态理论和三个应变片的平面分布确定；

具体地，本步骤中，平面状态为(0°，45°，90°)的应变花的主应变测量数据由如下公式计算：

平面状态为(0°，60°，120°)的应变花的主应变测量数据由如下公式计算：

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (2)

1.一种用于振动测量的巡检式主应变测量方法，通过巡检式主应变测量装置实现，所述巡检式主应变测量装置包括智能多路开关、应变测量放大模块和主应变分析模块，所述智能多路开关的三个输入端都有标注信号单元，巡检导通该路信号时，能够产生可惟一识别的标注信号，并与该路应变测量信号或平衡信号同步传送至所述应变测量放大模块，所述应变测量放大模块包括用于测量和放大的测量单元、用于实现多路开关巡检工作状态并触发标注信号以及每一个输入端电压的巡检式测量控制的控制单元、用于实现每一个输入端平衡状态参量的存储和调用的存储单元，所述主应变分析模块包括用于根据标注信号重构实测应变量的重构单元和用于依据应力状态模型计算获得主应变的测量数据的分析单元；其特征在于：所述用于振动测量的巡检式主应变测量方法包括以下步骤：

(1)应变测量放大模块对智能多路开关输入的三个通道信号R1、R2和R3进行测量前的平衡调节，获得相应的平衡参量P1、P2、P3；

(2)应变测量放大模块对信号R1、R2和R3测量前的平衡调节结果以三组平衡调节参量P1、P2、P3的形式保存；

(3)设定智能多路开关的巡检测量的巡检频率f>＝6fh，fh为三个应变信号的最高频率；

(4)根据平衡调节参量P1、P2或P3和巡检频率f对三个通道信号R1、R2和R3进行巡检测量，应变测量放大模块的输出为标注信号N(t)和巡检测量应变信号Y(t)两个时间历程，其中t是测量时间；

(5)主应变分析模块根据标注信号对应变测量放大模块的输出信号进行重构，获得三个通道信号R1、R2、R3的应变测量值，具体方法如下：

设巡检测量从通道信号R1开始，则离散数据重构格式为：

x1(n)＝Y(1+(3n-1))，

x2(n)＝Y(2+(3n-1))，

x3(n)＝Y(3+(3n-1))，

其中，n＝0、1、2、…M，是应变测量放大模块的输出信号Y(t)离散序列的编号，M为Y(t)离散后的数据长度；x1、x2、x3的时间间隔均为3/f；

(6)主应变分析模块根据主应变模型和步骤(5)的重构数据计算主应变测量数据，主应变模型根据应变状态理论和三个应变片的平面分布确定。

2.根据权利要求1所述的用于振动测量的巡检式主应变测量方法，其特征在于：所述步骤(6)中，平面状态为(0°，45°，90°)的应变花的主应变测量数据由如下公式计算：

${\mathrm{\ϵ}}_{1,2}\left(n\right)=\frac{1}{2}\left(x_1\right(n)+x_2(n\left)\right)\±\sqrt{{\left(x_1\right(n)-x_2(n\left)\right)}^2+{\left(x_2\right(n)-x_3(n\left)\right)}^2},$

平面状态为(0°，60°，120°)的应变花的主应变测量数据由如下公式计算：

$E_{1,2}\left(n\right)=\frac{1}{3}\left(x_1\right(n)+x_2(n)+x_3(n\left)\right)\±\frac{\sqrt{2}}{3}\sqrt{{\left(x_1\right(n)-x_2(n\left)\right)}^2+{\left(x_1\right(n)-x_3(n\left)\right)}^2}.$