CN109654991A - 一种基于边缘计算的动态应变测量与分析方法 - Google Patents

一种基于边缘计算的动态应变测量与分析方法 Download PDF

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张志�
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Abstract

本发明公开一种基于边缘计算的动态应变测量与分析方法，一、在设定的振动参数下，多通道动态应变仪采集被测对象多个待测点的应力和应变，通道与待测点一一对应，并将所采集的应力和应变由模拟量转换为数字量；二、动态应变仪针将数字量数据通过快速傅里叶变换得到频率值与幅值；三、在多通道动态应变仪中，将步骤二所得的幅值与设定的幅值阈值区间进行比较，判断是否超出该阈值区间，若超出则报警；若不超出则正常输出该幅值；所述幅值即为被测对象的动态应变值，本发明能够对多个动态应变信号进行统一采集分析，并且具有较好的实时性。

Description

一种基于边缘计算的动态应变测量与分析方法
技术领域
本发明属于力学试验动态信号数据采集技术领域，具体涉及一种基于边缘计算的动态应变测量与分析方法。
背景技术
随着被测设备信号复杂性和分析处理要求的提高，以及对力学试验过程中数据采集系统的应变等信号提取要求进一步提高。目前常规的检测手段就是通过分布式仪器测量和借助VXI技术开展信号采集工作，但这两种检测手段无法满足现有的需求，分布式仪器测量对于多个动态应变信号无法统一采集分析，借助VXI技术开展信号采集方法的实时性较差。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于边缘计算的动态应变测量与分析方法，能够对多个动态应变信号进行统一采集分析，并且具有较好的实时性。
实现本发明的技术方案如下：
一种基于边缘计算的动态应变测量与分析方法，包括以下步骤：
步骤一、在设定的振动参数下，多通道动态应变仪采集被测对象多个待测点的应力和应变，通道与待测点一一对应，并将所采集的应力和应变由模拟量转换为数字量；
步骤二、动态应变仪针将数字量数据通过快速傅里叶变换得到频率值与幅值；
步骤三、在多通道动态应变仪中，将步骤二所得的幅值与设定的幅值阈值区间进行比较，判断是否超出该阈值区间，若超出则报警；若不超出则正常输出该幅值；所述幅值即为被测对象的动态应变值。
进一步地，步骤一中，在试验前中期采用60s的时间间隔进行应力和应变的采集；在试验后期采用10s的时间间隔进行应力和应变的采集。
有益效果：
本发明提供一种全新的信号处理方法，充分利用动态应变仪将采集的输入信号数字化，采用各个通道的分布式数据分析技术替代传统的集中式数据分析技术，充分利用了采集系统内的资源，避免了大量检测数据的传输，针对大数据量，较长试验周期的试验具有较好的实时性。
附图说明
图1为本发明方法流程图。
图2为本发明FFT计算示意图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
如图1所示，本发明提供了一种基于边缘计算的动态应变测量与分析方法，包括以下步骤：
步骤一、在设定的振动参数下，多通道动态应变仪采集被测对象多个待测点的应力和应变，通道与待测点一一对应，并将所采集的应力和应变由模拟量转换为数字量；例如，在20Hz振动频率，2mm、3000万次设置下，通过应变片采集被测导线的应力值和应变值。本发明基于全数字的结构，充分利用虚拟仪器模拟数字转换的产生的数字信号资源，采用数字比较器提出特征值信息，避免开发专用计算模块高额投入，降低开发成本。
在试验前中期采用60s的时间间隔进行应力和应变的采集；在试验后期采用10s的时间间隔进行应力和应变的采集，因为前中期应力应变的变化不明显，试验后期，数据变化迅速，所以需要缩短采集间隔。
步骤二、动态应变仪针将数字量数据通过快速傅里叶变换FFT得到频率值与幅值；快速傅里叶变换的计算解决了超低频率振动信号下的频率计算问题和低频计算导致的内存溢出问题，提高了实时性。
FFT是离散傅立叶变换的快速算法，可以将信号变换到频域。有些采样信号在时域上是很难看出什么特征的，但是如果变换到频域之后，就容易看出特征了，这就是本发明信号分析采用FFT变换的原因。
一个模拟信号，经过ADC采样之后，就变成了数字信号。采样定理可以得出，采样频率要大于信号频率的两倍。采样得到的数字信号，就可以做FFT变换了。
N个采样点，经过FFT之后，就可以得到N个点的FFT结果。为了方便进行FFT运算，通常N取2的整数次方。
假设采样频率为Fs，信号频率F，采样点数为N。那么FFT之后结果就是一个为N点的复数。每一个点就对应着一个频率点。这个点的模值，就是该频率值下的幅度特性。
具体跟原始信号的幅度有什么关系呢？假设原始信号的峰值为A，那么FFT的结果的每个点(除了第一个点直流分量之外)的模值就是A的N/2倍。而第一个点就是直流分量，它的模值就是直流分量的N倍。而每个点的相位呢，就是在该频率下的信号的相位。第一个点表示直流分量(即0Hz)，而最后一个点N的再下一个点(实际上这个点是不存在的，这里是假设的第N+1个点，也可以看做是将第一个点分做两半分，另一半移到最后)则表示采样频率Fs，这中间被N-1个点平均分成N等份，每个点的频率依次增加。例如某点n所表示的频率为：Fn＝(n-1)*Fs/N。
由上面的公式可以看出，Fn所能分辨到频率为为Fs/N，如果采样频率Fs为1024Hz，采样点数为1024点，则可以分辨到1Hz。1024Hz的采样率采样1024点，刚好是1秒，也就是说，采样1秒时间的信号并做FFT，则结果可以分析到1Hz，如果采样2秒时间的信号并做FFT，则结果可以分析到0.5Hz。如果要提高频率分辨力，则必须增加采样点数，也即采样时间。频率分辨率和采样时间是倒数关系。
假设FFT之后某点n用复数a+bi表示，那么这个复数的模就是An＝根号a*a+b*b，相位就是Pn＝atan2(b,a)。根据以上的结果，就可以计算出n点(n≠1，且n<＝N/2)对应的信号的表达式为：
An/(N/2)*cos(2*pi*Fn*t+Pn)，即2*An/N*cos(2*pi*Fn*t+Pn)。
对于n＝1点的信号，是直流分量，幅度即为A1/N。由于FFT结果的对称性，通常只使用前半部分的结果，即小于采样频率一半的结果。
例如某一个信号，含有2V的直流分量，频率为50Hz、相位为-30度、幅度为3V的交流信号，以及一个频率为75Hz、相位为90度、幅度为1.5V的交流信号。用数学表达式就是如下：
S＝2+3*cos(2*pi*50*t-pi*30/180)+1.5*cos(2*pi*75*t+pi*90/180)
式中cos参数为弧度，所以-30度和90度要分别换算成弧度。以256Hz的采样率对这个信号进行采样，总共采样256点。
按照上面的分析，Fn＝(n-1)*Fs/N，可以知道，每两个点之间的间距就是1Hz，第n个点的频率就是n-1。也就是信号有3个频率：0Hz、50Hz、75Hz，应该分别在第1个点、第51个点、第76个点上出现峰值，其它各点应该接近0。从图2中可以看到，在第1点、第51点、和第76点附近有比较大的值。可以分别将这三个点附近的数据拿上来细看：
1点：512+0i
2点：-2.6195E-14-1.4162E-13i
3点：-2.8586E-14-1.1898E-13i
50点：-6.2076E-13-2.1713E-12i
51点：332.55-192i
52点：-1.6707E-12-1.5241E-12i
75点：-2.2199E-13-1.0076E-12i
76点：3.4315E-12+192i
77点：-3.0263E-14+7.5609E-13i
很明显，1点、51点、76点的值都比较大，它附近的点值都很小，可以认为是0，即在那些频率点上的信号幅度为0。
接着来计算各点的幅度值。分别计算这三个点的模值，结果如下：
1点：512
51点：384
76点：192
按照公式，可以计算出：
流分量为：512/N＝512/256＝2；
50Hz信号的幅度为：384/(N/2)＝384/(256/2)＝3；
75Hz信号的幅度为192/(N/2)＝192/(256/2)＝1.5。
可见，从频谱分析出来的幅度是正确的。
然后再来计算相位信息。直流信号没有相位可言，不用管它。先计算50Hz信号的相位，atan2(-192,332.55)＝-0.5236,结果是弧度，换算为角度就是180*(-0.5236)/pi＝-30.0001。
再计算75Hz信号的相位，atan2(192,3.4315E-12)＝1.5708弧度，换算成角度就是180*1.5708/pi＝90.0002。可见，相位也是对的。
根据FFT结果以及上面的分析计算，就可以写出信号的表达式了，它就是在开始提供的信号。
总结：假设采样频率为Fs，采样点数为N，做FFT之后，某一点n(n从1开始)表示的频率为：Fn＝(n-1)*Fs/N；该点的模值除以N/2就是对应该频率下的信号的幅度(对于直流信号是除以)；该点的相位即是对应该频率下的信号的相位。相位的计算可用函数atan2(b,a)计算。atan2(b,a)是求坐标为(a,b)点的角度值，范围从-pi到pi。要精确到xHz，则需要采样长度为1/x秒的信号，并做FFT。要提高频率分辨率，就需要增加采样点数，这在一些实际的应用中是不现实的，需要在较短的时间内完成分析。解决这个问题的方法有频率细分法，比较简单的方法是采样比较短时间的信号，然后在后面补充一定数量的0，使其长度达到需要的点数，再做FFT，这在一定程度上能够提高频率分辨力。
步骤三、在多通道动态应变仪中，将步骤二所得的幅值与设定的幅值阈值区间进行比较，判断是否超出该阈值区间，若超出则报警；若不超出则正常输出该幅值；所述幅值即为被测对象的动态应变值；
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于边缘计算的动态应变测量与分析方法，其特征在于，具体过程为：
步骤一、在设定的振动参数下，多通道动态应变仪采集被测对象多个待测点的应力和应变，通道与待测点一一对应，并将所采集的应力和应变由模拟量转换为数字量；
步骤二、动态应变仪针将数字量数据通过快速傅里叶变换得到频率值与幅值；
步骤三、在多通道动态应变仪中，将步骤二所得的幅值与设定的幅值阈值区间进行比较，判断是否超出该阈值区间，若超出则报警；若不超出则正常输出该幅值；所述幅值即为被测对象的动态应变值。
2.如权利要求1所述的一种基于边缘计算的动态应变测量与分析方法，其特征在于，步骤一中，在试验前中期采用60s的时间间隔进行应力和应变的采集；在试验后期采用10s的时间间隔进行应力和应变的采集。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1430721A (zh) * 2001-12-14 2003-07-16 香港中文大学 在线监控冲压过程的方法及系统
CN102023067A (zh) * 2010-09-21 2011-04-20 广东海洋大学 一种深海网箱浮管塌陷预警的装置与方法
CN104897089A (zh) * 2015-06-18 2015-09-09 四川汇源光通信有限公司 输电线动弯应变量测量系统及方法
CN106759538A (zh) * 2016-12-21 2017-05-31 杨晓东 一种基于频域分析的低应变检测方法
CN108760312A (zh) * 2018-07-25 2018-11-06 中国航发哈尔滨轴承有限公司 一种航空轴承滚动体实时打滑率监测方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1430721A (zh) * 2001-12-14 2003-07-16 香港中文大学 在线监控冲压过程的方法及系统
CN102023067A (zh) * 2010-09-21 2011-04-20 广东海洋大学 一种深海网箱浮管塌陷预警的装置与方法
CN104897089A (zh) * 2015-06-18 2015-09-09 四川汇源光通信有限公司 输电线动弯应变量测量系统及方法
CN106759538A (zh) * 2016-12-21 2017-05-31 杨晓东 一种基于频域分析的低应变检测方法
CN108760312A (zh) * 2018-07-25 2018-11-06 中国航发哈尔滨轴承有限公司 一种航空轴承滚动体实时打滑率监测方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李孟源等: "《测试技术基础》", 28 February 2006 *

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