CN111157763A - 一种工程结构振动加速度监测设备的现场标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种工程结构振动加速度监测设备的现场标定方法，用于对现场待标定传感器进行标定，包括：基于待标定传感器的量程和精度，确定重力摆的垂重m和冲击角度范围，规划现场标定组次的条件设置；标准加速度传感器与现场待标定传感器保持在同一高层上，实现与待检传感器进行同步测量；将固定支架通过磁铁吸附于传感器安装平面进行固定，通过活动销轴将重力摆、固定支架连接，组合不同的销孔位置获取合适的摆臂长度，保证重力摆能够锤击至待标定传感器防底座位置；获取现场待标定传感器的标定系数；构建标定参数曲线，完成标定。

Description

一种工程结构振动加速度监测设备的现场标定方法

技术领域

本发明涉及一种工程结构振动加速度实时监测设备的现场标定方法。

背景技术

随着我国海洋工程事业的发展，海洋平台的数值化、智能化逐渐得到重视和推广。振动加速度传感器作为海洋结构健康监测的重要设备，具有适应性强，安装方便，监测数据可靠等优点，是实现海洋平台数值化与智能化的必要设备之一。然而，加速度传感器经过长时间的运行，不可避免的出现漂移现象，从而导致监测数据失真，影响管理人员进行数据分析，甚至造成监测系统错误预警，干扰平台正常作业。

目前，加速度传感器通常在陆上室内实验由专业人员进行参数标定，包括重力场法，比较法，而针对安装于平台现场后的加速度传感器，亦是通过拆卸后返回陆上实验室进行标定。这种标定方式，一方面会长时间终止监测数据的连续性，致使监测系统的实时性无法得到保障；另一方面需要现场额外的拆装过程，干扰平台现场正常作业，耗时费力。

基于上述原因，研发适应于海洋平台结构振动加速度实时监测设备的现场标定方法具有切实的工程意义。

发明内容

在综合考虑方便操作和经济性的前提下，本发明提出了一种应用于结构振动加速度实时监测设备的现场标定方法。这种方法操作简单，无需拆卸加速度传感器，既可保障监测系统工作的连续性，又可由作业人员直接对现场传感器进行标定，达到降本增效的目的。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种工程结构振动加速度监测设备的现场标定方法，用于对现场待标定传感器进行标定，包括重力摆、固定支架、标准加速度传感器、传感器标定校准系统、活动销轴和角度定位销轴。其中，待标定加速度传感器与对待标定加速度传感器固定在同一个底座上，重量摆与重量锤相连；固定支架斜向固定在工作平台上，在固定支架上固定有弧形角度撑杆；重量摆和固定支架上开有销孔，通过活动销轴将重力摆和固定支架进行连接，改变不同的孔位组合，得到不同的支撑高度和摆长，以适应不同的现场条件和获得不同大小的对底座的冲击载荷；弧形角度撑杆上均匀开有角度定位销孔；通过定位销轴将重力摆固定在不同的角度上；通过改变角度定位销轴的位置确定重量摆的初始角度；标准加速度传感器与传感器标定校准系统连接，进行加速度数据采集。现场标定的步骤如下：

(1)基于待标定传感器的量程和精度，确定重力摆的垂重m和冲击角度范围[θ_min,θ_max]，规划现场标定组次的条件设置，即确定(m，θ_i)_j，其中，i＝1，2，……n为不同的冲击角度，j＝1，2，……k为标定重复次数，n≥5，且k≥5；

(2)标准加速度传感器与现场待标定传感器保持在同一高层上，实现与待检传感器进行同步测量；

(3)将固定支架通过磁铁吸附于传感器安装平面进行固定，通过活动销轴将重力摆、固定支架连接，组合不同的销孔位置获取合适的摆臂长度，保证重力摆能够锤击至待标定传感器防底座位置；

(4)按照规划的标定组次，通过角度定位销轴插入弧形角度撑杆上对应的角度定位销孔内，完成第一组冲击角度参数(m，θ₁)的设定；

(5)待重力摆安装设置完毕后，瞬时抽出定位销轴，使重力摆自由下摆，瞬时打击待标定传感器支撑底座，传感器标定校准系统采集得到标准加速度传感器的振动信号，通过直接比较法，获取现场待标定传感器的标定系数；

(6)待被测物体振动衰减后，完成一次测试；重复进行重力摆相同角度θ₁下的标定测试，次数不少于5次，标定系数取实验平均值；

(7)完成同一角度θ₁下的标定后，通过改变角度定位销轴的插入位置，获取重力摆的其他冲角角度，然后重复进行步骤(4)至步骤(6)，继续标定，直至完成所有角度θ_i下的测试，形成偏倚曲线，由此构建标定参数曲线，完成标定。

本发明针对工程结构振动加速度的特点，研发了一种操作简单的现场标定方法，该方法基于动量原理，采用便携式、易组装的重力摆装置，通过由不同重锤和冲击角度的重量摆瞬时锤击待标定加速度传感器的底座，对待标定传感器施加不同大小的载荷激励，然后采用标准加速度传感器同步采集锤击振动信号，重复采集不同锤击载荷的测量结果，通过数据采集程序处理，计算待标定传感器与标准传感器采集信号的偏倚，由此形成标定系数，完成传感器的标定。本发明的实质性特点是：(1)基于重力摆冲击产生恒定加速度激励的原理，通过调整重力摆冲击角度，获得不同的加速度激励；(2)为待标定传感器设置参考标准，即配置已通过标定的标准加速度传感器，与标定传感器进行同步测量，形成参照系；(3)采用重复标定方法，即标定至少采用5种冲击载荷、每种重复至少5次，形成偏倚曲线，由此消除现场测量中的干扰影响。本发明应用于工程结构振动加速度实时监测设备的现场标定，具有以下优势：

1、本发明中涉及的标定方法易操作、现场适应性强，解决了目前无法进行实时有效标定的技术问题；

2、本发明中利用重量锤的冲击载荷作为激励，采用直接比较法，用标准加速度传感器对现场传感器进行标定，无需拆卸现场已安装的传感器，速度快，准确度高。

附图说明

图1是本发明现场标定时的正视图。

图2是本发明现场标定时的侧视图。

图3是本发明现场标定时的俯试图。

图中标号说明：1为重力摆；2为固定支架；3为标准加速度传感器；4为传感器标定校准系统；5为活动销轴；6为角度定位销轴；7为重量锤；8为固定磁铁；9为弧形角度撑杆；10为待标定传感器防爆盒。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行说明。图1-3为该发明方法所提供的重力摆装置的样例，以满足加速度传感器现场标定时，参照系传感器的测量值与待标定传感器具有相同的加速度输入的基本要求，即重力摆装置具有稳定的支撑基础和实时调节的角度限位机构。

下面结合该样例，对具体实施方式进行说明：所述加速度传感器现场标定的重力摆装置由重力摆1、固定支架2、标准加速度传感器3、传感器标定校准系统4、活动销轴5、角度定位销轴6组成，其中重量摆1与重量锤7相连；固定支架2的末端连接有固定磁铁8，中部固定有弧形角度撑杆9；固定支架2与水平面夹角为α，α最优取60°；固定支架2通过固定磁铁8的吸附力固定于工作平面上；重量摆1和固定支架2上开有销孔，通过活动销轴5进行连接，改变不同的孔位组合，得到不同的支撑高度和摆长，以适应不同的现场条件和获得不同大小的冲击载荷；弧形角度撑杆9上均匀开有角度定位销孔，定位销孔每间隔θ布置一个；定位销轴6支撑重力摆1，将重量摆固定在不同的角度上，实现准确定位重力摆1的冲击角度；通过改变角度定位销轴6的位置改变重量摆的冲击角度，从而实现不同冲击载荷；标准加速度传感器3与传感器标定校准系统4连接，进行加速度数据的同步采集。

现场标定时，具体步骤为：

(1)基于待标定传感器的量程和精度，确定重力摆的垂重m和冲击角度范围[θ_min,θ_max]，进而规划出现场标定组次的条件设置，即确定(m，θ_i)_j，其中，i＝1，2，……n为不同的冲击角度，j＝1，2，……k为标定重复次数，n≥5，且k≥5；

(2)将标准加速度传感器3固定于现场待标定传感器防爆盒10上，连接好传感器标定校准系统4；标准加速度传感器3应与现场待标定传感器保持在同一高层上，实现与待检传感器进行同步测量；

(3)将固定支架2通过磁铁吸附于传感器安装平面进行固定，通过活动销轴5将重力摆1、固定支架2连接，组合不同的销孔位置获取合适的摆臂长度，保证重力摆1能够锤击至待标定传感器防底座位置；

(4)按照规划的标定组次，通过角度定位销轴6插入弧形角度撑杆9上对应的角度定位销孔内，完成第一组冲击角度参数(m，θ₁)的设定；

(5)待重力摆安装设置完毕后，瞬时抽出定位销轴6，使重力摆1自由下摆，瞬时打击待标定传感器支撑底座，传感器标定校准系统4采集得到标准加速度传感器3的振动信号，通过直接比较法，获取现场待标定传感器的标定系数；

(6)待被测物体振动衰减后，完成一次测试；重复进行重力摆1相同角度θ₁下的标定测试，次数不少于5次，标定系数取实验平均值；

(7)完成同一角度θ₁下的标定后，通过改变角度定位销轴6的插入位置，获取重力摆1的其他冲角角度，然后重复进行步骤(4)至步骤(6)，继续标定，直至完成所有角度θ_i下的测试，形成偏倚曲线，由此构建标定参数曲线，写入数据采集程序，完成最终标定。

本发明，采用重力摆形成的冲击载荷，采用标准加速度传感器同步采集得到待标定加速度传感器的锤击加速度信号，利用比较法获取现场待标定加速度传感器的标定系数，为工程结构提供了一种简便的标定方法。

Claims (1)

1.一种工程结构振动加速度监测设备的现场标定方法，用于对现场待标定传感器进行标定，包括重力摆、固定支架、标准加速度传感器、传感器标定校准系统、活动销轴和角度定位销轴。其中，待标定加速度传感器与对待标定加速度传感器固定在同一个底座上，重量摆与重量锤相连；固定支架斜向固定在工作平台上，在固定支架上固定有弧形角度撑杆；重量摆和固定支架上开有销孔，通过活动销轴将重力摆和固定支架进行连接，改变不同的孔位组合，得到不同的支撑高度和摆长，以适应不同的现场条件和获得不同大小的对底座的冲击载荷；弧形角度撑杆上均匀开有角度定位销孔；通过定位销轴将重力摆固定在不同的角度上；通过改变角度定位销轴的位置确定重量摆的初始角度；标准加速度传感器与传感器标定校准系统连接，进行加速度数据采集。现场标定的步骤如下：

(1)基于待标定传感器的量程和精度，确定重力摆的垂重m和冲击角度范围[θ_min,θ_max]，规划现场标定组次的条件设置，即确定(m，θ_i)_j，其中，i＝1，2，……n为不同的冲击角度，j＝1，2，……k为标定重复次数，n≥5，且k≥5；

(2)标准加速度传感器与现场待标定传感器保持在同一高层上，实现与待检传感器进行同步测量；

(3)将固定支架通过磁铁吸附于传感器安装平面进行固定，通过活动销轴将重力摆、固定支架连接，组合不同的销孔位置获取合适的摆臂长度，保证重力摆能够锤击至待标定传感器防底座位置；

(4)按照规划的标定组次，通过角度定位销轴插入弧形角度撑杆上对应的角度定位销孔内，完成第一组冲击角度参数(m，θ₁)的设定；

(5)待重力摆安装设置完毕后，瞬时抽出定位销轴，使重力摆自由下摆，瞬时打击待标定传感器支撑底座，传感器标定校准系统采集得到标准加速度传感器的振动信号，通过直接比较法，获取现场待标定传感器的标定系数；

(6)待被测物体振动衰减后，完成一次测试；重复进行重力摆相同角度θ₁下的标定测试，次数不少于5次，标定系数取实验平均值；

(7)完成同一角度θ₁下的标定后，通过改变角度定位销轴的插入位置，获取重力摆的其他冲角角度，然后重复进行步骤(4)至步骤(6)，继续标定，直至完成所有角度θ_i下的测试，形成偏倚曲线，由此构建标定参数曲线，完成标定。

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