CN108168868A - 一种检测型钢构件自振频率的方法 - Google Patents

一种检测型钢构件自振频率的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108168868A
CN108168868A CN201711476643.3A CN201711476643A CN108168868A CN 108168868 A CN108168868 A CN 108168868A CN 201711476643 A CN201711476643 A CN 201711476643A CN 108168868 A CN108168868 A CN 108168868A
Authority
CN
China
Prior art keywords
section member
steel section
vibration
natural frequency
audio signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201711476643.3A
Other languages
English (en)
Inventor
罗帅
朱佳洋
边凌雁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Shaoxing
Original Assignee
University of Shaoxing
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Shaoxing filed Critical University of Shaoxing
Priority to CN201711476643.3A priority Critical patent/CN108168868A/zh
Publication of CN108168868A publication Critical patent/CN108168868A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H13/00—Measuring resonant frequency

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

本发明涉及一种检测型钢构件自振频率的方法，其中包括：将型钢构件悬挂至空中，在所述的型钢构件的周围设置录音装置；用敲击工具对所述的型钢构件进行敲击；录音装置采集型钢构件振动产生的音频信号；将音频信号进行傅里叶变换得到型钢构件的自振频率。采用本发明的检测型钢构件自振频率的方法，只需要敲击悬挂的型钢构件，采集相应的音频信号并采用傅里叶变换分析即可得到所需要的自振频率，避免了接触型钢构件，提高了检测的准确性，简化了分析过程，降低的检测成本，且该方法操作简便，准确性高，具有广阔的应用前景。

Description

一种检测型钢构件自振频率的方法
技术领域
本发明涉及工程技术领域，尤其涉及型钢构件检测领域，具体是指一种检测型钢构件自振频率的方法。
背景技术
型钢构件的自振频率是其本身固有的特性，对型钢构件的生产质量有直接影响，因此检测构件自振频率是相当重要的。在实际工程中，有以下几种方法可以得到型钢构件的自振频率：1.通过理论分析计算构件的自振频率，但这种方法对构件的完整性和生产质量的信息必须了解且正确，而构件内部损伤信息的获取比较困难；2.通过在构件上布置加速度传感器，分析传感器所采集的加速度信号，得到构件的自振频率，这种方法是现在普遍运用较多的检测方法，但这种方法需要购买专门加速度传感器及分析设备，创造专门的测试条件，耗时费力；3.通过在构件上布置激光位移传感器，收集传感器所采集的位移信号，分析得到构件的自振频率，但这种方法需要采购激光位移传感器，成本较高。此外，由于在使用传感器时需要把传感器粘贴在被测物体上，而传感器本身具有质量，导致型钢构件上的质量分布变化，影响了测量结果，为了避免这类问题需要增加质量干扰方面的分析，更加耗时费力。因此，市面上较常用到的几种检测型钢构件的自振频率的方法都有各自的缺点，无法满足市场需求。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种通过敲击悬挂的型钢构件来采集音频信号，在保证分析准确度的同时提高检测简便性的检测型钢构件自振频率的方法。
为了实现上述目的，本发明的检测型钢构件自振频率的方法的主要特点是包括以下步骤：
(1)将型钢构件悬挂至空中，在所述的型钢构件的周围设置录音装置；
(2)用敲击工具对所述的型钢构件进行敲击；
(3)所述的录音装置采集所述的型钢构件振动产生的音频信号；
(4)将所述的音频信号进行傅里叶变换得到所述的型钢构件的自振频率。
进一步地，所述的将所述的音频信号进行傅里叶变换得到所述的型钢构件的自振频率，具体为：
(4.1)设所采集音频信号为：
其中，ai为型钢构件振动产生的第i阶音频幅值，fi为其第i阶的自振频率，t为采样时间，范围取0到T，T为任意常数。
(4.2)设扫频信号为：
g(t)＝cos(2πfkt)
其中，fk表示变换的扫频频率。
(4.3)将所采集的音频信号进行傅里叶变换，公式如下：
(4.3)fk不断变换，当fk与fi相同时，积分取得最大值，得到所述的型钢构件的自振频率。
更进一步地，所述的在所述的型钢构件的周围设置录音装置，具体为：
所述的型钢构件的中心位置周围设置有录音装置。
更进一步地，用敲击工具对所述的型钢构件进行敲击，具体为：
用敲击工具对距离所述的型钢构件的端点的四分之一处或该点附近进行敲击。
更进一步地，所述的将型钢构件悬挂至空中，具体为：
采用柔绳将型钢构件悬挂至空中。
更进一步地，所述的柔绳为棉绳或尼龙柔绳。
采用了该发明的检测型钢构件自振频率的方法，只需要敲击悬挂的型钢构件，采集相应的音频信号并采用傅里叶变换分析即可得到所需要的自振频率，该方法相比常用的加速度传感器测试方法，避免了传感器安装条件限制，简化了分析过程，且无需考虑安装加速度传感器导致的钢构件的质量变化引起的测量误差；相比激光位移传感器设备采购和信号采集引起的成本增加，降低了检测成本，该方法操作简便，准确性高，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明的检测型钢构件自振频率的方法的流程图。
图2为本发明的实物连接示意图。
图3为本发明的具体实施例所采集的音频信号的曲线图。
图4为本发明的音频信号傅里叶变换得到的自振频率的曲线图
图5为本发明的用速度传感器检测的示意图。
图6为本发明的用速度传感器采集的加速度信号的时程曲线图。
图7为本发明的加速度信号傅里叶变换得到的自振频率的曲线图。
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
由于型钢构件的一阶自振频率可达到100Hz以上，敲击型钢构件所发出的声音，人耳即可听到，普通的录音设备就能记录该音频信号。
如图1所示，为本发明的检测型钢构件自振频率的方法的流程图，包括如下步骤：
(1)将型钢构件悬挂至空中，将录音装置安置于所述的型钢构件的周围；
(2)用敲击工具对所述的型钢构件进行敲击；
(3)所述的录音装置采集音频信号；
(4)将所述的音频信号进行傅里叶变换得到所述的型钢构件自振频率。
如图2所示，为本发明的实物连接示意图，被检测的型钢构件1被悬挂绳2悬挂至空中，主要是防止外部边界约束产生测量误差。录音装置3并非放置于被检测的型钢构件1上，而是隔开被检测的型钢构件1一定距离进行采集，减少录音装置3对被检测的型钢构件1的影响。悬挂绳2应该避免使用用钢丝绳或者固定端部引起边界条件改变，影响检测结果，因此悬挂绳2选择柔绳使用更加合理。
在一个具体的实施例中，被检测的型钢构件1可以为工字钢，将被检测的型钢构件1用任意柔绳(例如棉绳、尼龙柔绳)作为悬挂绳2进行悬挂，悬挂点可取在距离端部1/10长度处，并在工字钢周围设置录音装置3进行录音，例如在工字钢的中点上方约5cm处放置一台手机或录音笔，采样频率为48KHz。一般而言，型钢构件的中点位置的一阶振幅最大，录音装置测到的声音信号最明显，噪声最小，更利于分析。准备好后采用敲击工具对该工字钢的进行敲击，如距离工字钢端点的1/4处或该点附近用敲击工具(如铁棒或圆头铁锤等工具)进行敲击，采集由于被检测的型钢构件1振动所产生的音频信号。选择了1/4处附近敲击是为了让一阶振幅更加显著。一般为了让一阶的固有振型激发更显著，尽量不要在中点处激励，实际上除中点之外的其它位置敲击也是可行的。
所采集的音频信号如图3，音频信号处理方法如下：
设型钢构件前四阶的敲击音频信号可以表示为：
其中，ai为型钢构件振动产生的第i阶音频幅值，fi为第i阶的自振频率，t为采样时间，范围取0到T，T为任意常数，这里取1秒。
设扫频信号为：
g(t)＝cos(2πfkt)
其中，fk表示变换的扫频频率。这里设置fk的扫频范围为0～500Hz。
则将音频信号进行傅里叶变换，得到：
当fk≠fi时，有
显然
当fi＝fk时，有
显然
对比这两种情况，可知，当fk的扫频范围从0到500Hz变换的过程中，当fk与自振频率fi相同时，积分结果取到最大值，采用此方法，编制傅立叶变换程序，画出积分幅值与fk的函数对应曲线，可以在峰值处得到型钢构件的自振频率。
将采集的音频信号进行傅里叶变换可得到如图4所示的自振频率的曲线图。
为了验证测试结果的准确性，如图5所示，以加速度传感器为例，采用同样的悬挂方法，在与敲击位置对应的地方布置加速度传感器4，如在工字钢长度的1/4处布置，加速度信号采集仪5采集加速度信号，选取1/4处传感器测得的加速度信号为分析对象，所采集的加速度信号的时程曲线图如图6所示，将采集的加速度信号进行傅里叶变换可得到型钢构件的自振频率的曲线图如图7所示。
为了验证采用声音信号来检测型钢构件自振频率方法的合理性，将该方法的结果与加速度传感器测量得到的分析记过进行误差比较，误差分析计算方法为：
计算结果如下表所示：
模态 第一阶 第二阶 第三阶 第四阶
声音信号测量(Hz) 174.3 336.2 441.7 457.8
加速度信号测量(Hz) 172.9 322.3 440.4 469.7
相对误差 0.8％ 4.3％ 0.3％ 2.5％
综上所述，本发明的检测型钢构件自振频率的方法与采用加速度信号分析所得的型钢构件的自振频率相比，误差都小于5％，证明了该方法的准确性；另一方面，如上表所示采用加速度传感器测得的被检测型钢构件前三阶频率都略低于声音信号测量结果，正是因为在使用加速度传感器时需要把传感器粘贴在工字钢上，而传感器本身具有质量，构件上分布质量的增加，导致测量结果偏低，这也说明了本发明采用的无接触式的音频信号检测方法对于检测型钢构件自振频率具有无附加质量干扰的优点。
采用了该发明的检测型钢构件自振频率的方法，只需要敲击悬挂的型钢构件，采集相应的音频信号并采用傅里叶变换分析即可得到所需要的自振频率，该方法相比常用的加速度传感器测试方法，避免了传感器安装条件限制，简化了分析过程，且无需考虑安装加速度传感器导致的钢构件的质量变化引起的测量误差；相比激光位移传感器设备采购和信号采集引起的成本增加，降低了检测成本，该方法操作简便，准确性高，具有广阔的应用前景。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (6)

1.一种检测型钢构件自振频率的方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：
(1)将型钢构件悬挂至空中，在所述的型钢构件的周围设置录音装置；
(2)用敲击工具对所述的型钢构件进行敲击；
(3)所述的录音装置采集所述的型钢构件振动产生的音频信号；
(4)将所述的音频信号进行傅里叶变换得到所述的型钢构件的自振频率。
2.根据权利要求1所述的检测型钢构件自振频率的方法，其特征在于，所述的将所述的音频信号进行傅里叶变换得到所述的型钢构件的自振频率，具体为：
(4.1)设所采集音频信号为：
其中，ai为型钢构件振动产生的第i阶音频幅值，fi为第i阶的自振频率，t为采样时间，范围取0到T，T为任意常数。
(4.2)设扫频信号为：
g(t)＝cos(2πfkt)
其中，fk表示变换的扫频频率。
(4.3)将所采集的音频信号进行傅里叶变换，公式如下：
(4.3)fk不断变换，当fk与fi相同时，积分取得最大值，得到所述的型钢构件的自振频率。
3.根据权利要求1或2所述的检测型钢构件自振频率的方法，其特征在于，所述的在所述的型钢构件的周围设置录音装置，具体为：
所述的型钢构件的中心位置周围设置有录音装置。
4.根据权利要求1或2所述的检测型钢构件自振频率的方法，其特征在于，用敲击工具对所述的型钢构件进行敲击，具体为：
用敲击工具对距离所述的型钢构件的端点的四分之一处进行敲击。
5.根据权利要求1或2所述的检测型钢构件自振频率的方法，其特征在于，所述的将型钢构件悬挂至空中，具体为：
采用柔绳将型钢构件悬挂至空中。
6.根据权利要求5所述的检测型钢构件自振频率的方法，其特征在于，所述的柔绳为棉绳或尼龙柔绳。
CN201711476643.3A 2017-12-29 2017-12-29 一种检测型钢构件自振频率的方法 Pending CN108168868A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711476643.3A CN108168868A (zh) 2017-12-29 2017-12-29 一种检测型钢构件自振频率的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711476643.3A CN108168868A (zh) 2017-12-29 2017-12-29 一种检测型钢构件自振频率的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108168868A true CN108168868A (zh) 2018-06-15

Family

ID=62519997

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711476643.3A Pending CN108168868A (zh) 2017-12-29 2017-12-29 一种检测型钢构件自振频率的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108168868A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114486024A (zh) * 2022-02-16 2022-05-13 浙江新鑫钢结构有限公司 一种多弧形钢构件的应力快速检测系统及其自振方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101701938A (zh) * 2009-11-23 2010-05-05 中国计量学院 一种采用振型频率组合的工件缺陷类型音频检测方法
CN201955152U (zh) * 2011-03-07 2011-08-31 葛洲坝集团试验检测有限公司 敲击法测试混凝土抗冻试件自振频率的系统
CN102971624A (zh) * 2010-07-06 2013-03-13 信越化学工业株式会社 多晶硅棒以及多晶硅棒的制造方法
CN104198588A (zh) * 2014-08-04 2014-12-10 葛洲坝集团试验检测有限公司 利用水泥基材料的自振频率检测其凝结时间的方法及装置
CN104713690A (zh) * 2015-01-30 2015-06-17 深圳大学 一种构件固有频率的识别系统和识别方法
CN104776963A (zh) * 2015-04-14 2015-07-15 北京强度环境研究所 一种声激励非接触式模态试验系统及方法
CN105701278A (zh) * 2016-01-05 2016-06-22 东华大学 一种模态参数的获取方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101701938A (zh) * 2009-11-23 2010-05-05 中国计量学院 一种采用振型频率组合的工件缺陷类型音频检测方法
CN102971624A (zh) * 2010-07-06 2013-03-13 信越化学工业株式会社 多晶硅棒以及多晶硅棒的制造方法
CN201955152U (zh) * 2011-03-07 2011-08-31 葛洲坝集团试验检测有限公司 敲击法测试混凝土抗冻试件自振频率的系统
CN104198588A (zh) * 2014-08-04 2014-12-10 葛洲坝集团试验检测有限公司 利用水泥基材料的自振频率检测其凝结时间的方法及装置
CN104713690A (zh) * 2015-01-30 2015-06-17 深圳大学 一种构件固有频率的识别系统和识别方法
CN104776963A (zh) * 2015-04-14 2015-07-15 北京强度环境研究所 一种声激励非接触式模态试验系统及方法
CN105701278A (zh) * 2016-01-05 2016-06-22 东华大学 一种模态参数的获取方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
付百学: "《汽车试验技术 第2版》", 31 January 2015, 北京理工大学出版社 *
刘凯: "《汽轮机试验》", 31 May 2005, 中国电力出版社 *
朱尔玉 等: "《土木工程结构试验高级教程》", 31 January 2009, 中国科学技术出版社 *
马怀祥等: "《工程测试技术》", 28 February 2014, 华中科技大学出版社 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114486024A (zh) * 2022-02-16 2022-05-13 浙江新鑫钢结构有限公司 一种多弧形钢构件的应力快速检测系统及其自振方法
CN114486024B (zh) * 2022-02-16 2023-12-29 浙江新鑫钢结构有限公司 一种多弧形钢构件的应力快速检测系统及其自振方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6253870B1 (en) Methods for measurement, analysis and assessment of ground structure
Feldbusch et al. Vibration analysis using mobile devices (smartphones or tablets)
KR101279581B1 (ko) 지진기록계를 이용한 측정센서 검증시스템 및 방법
CN104457956B (zh) 一种拉索索力检测中基频识别方法
CN103245474B (zh) 弹性支承器刚度测量装置及测量方法
CN107907206A (zh) 一种固有频率在线检测系统
CN102317770A (zh) 用于对发声过程进行分类的方法和装置
CN111487315A (zh) 一种隧道衬砌厚度和脱空的声频无损检测方法
US11385133B2 (en) Vibration and noise mapping system and method
CN206772429U (zh) 噪声源检测分析装置
CN107153224B (zh) 检波器动态性能综合测试与评价方法
US20050011263A1 (en) Method and apparatus for assessing or predicting characteristics of wood or other wooden materials
CN101839781A (zh) 悬索桥主缆状态快速识别方法及装置
CN108168868A (zh) 一种检测型钢构件自振频率的方法
CN105701278A (zh) 一种模态参数的获取方法
CN108327742B (zh) 一种基于钢轨横向振动特性检测轨下等效支承刚度的方法
CN103712794B (zh) 齿轮传动系统冲击振动能量传递损耗率检测系统及方法
US20080195333A1 (en) Method and Device for Categorizing Damage to a Roller Bearing
JP4598809B2 (ja) 打音解析による健全性診断方法
US20040046558A1 (en) Method for measuring digging position
CN104568137B (zh) 噪声测试中特定噪声源贡献率的判定方法
JP2751686B2 (ja) 車両の試験装置
CN202710518U (zh) 一种西瓜熟度检测装置
KR101381200B1 (ko) 마이크 시험 장치 및 방법
CN107228726A (zh) 一种拱桥短吊杆应力高频动态测试系统以及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180615