CN112747877A - 非接触式桥梁结构性能与安全的快速测试与评估系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种非接触式桥梁结构性能与安全的快速测试与评估系统及方法,通过设置微波测振系统的发射波束覆盖待测桥梁结构,控制重复发射线性调频连续波微波信号的同时采集多通道中频基带信号;然后根据多通道中频基带信号进行被测桥梁结构全场测点的距离和角度维度的联合定位,并提取得到多测点形变与振动时域信息;依据被测桥梁结构在静载或动载荷测试工况下多测点形变信息验证桥梁结构是否符合设计与安全规范要求,依据被测桥梁结构在激励下的全场测点的形变与振动信息,辨识模态参数,根据形变量和模态参数进行被测桥梁结构性能与安全的快速测试与评估。本发明对桥梁结构进行距离和角度联合维度的定位与测量,实现了结构性能与安全的快速测试与评估。

Description

非接触式桥梁结构性能与安全的快速测试与评估系统及方法
技术领域
本发明涉及的是一种土木工程测试领域的技术,具体是一种非接触式桥梁结构性能与安 全的快速测试与评估系统及方法。
背景技术
振动测试是目前结构健康监测领域中的主要方法,它通过监测由环境、车辆等自然激励 下产生的桥梁结构的振动信息,进而实现振动模态参数的提取和结构损伤的检测。当前主流的 桥梁振动监测方法是通过在桥面上布置压电传感器、加速度传感器等接触式传感器,但是这种 振动测试方法往往需要将传感器布置在整个桥面,从而造成传感器的数目过多、传感器间的连 接导线过长、网络分布复杂等问题,而且需要大量的人力物力,布局时间长,测试成本高,无 法满足快速、便捷的桥梁结构振动测试需求。此外,激光测振仪可以较好地解决接触式传感器 安装繁琐复杂的问题,但是这种测量方法只能适用于单点测量,当进行桥梁全场振动监测时需 要布置多台激光位移传感器或者通过扫描的方式进行测试,且不适应户外测试环境。基于视觉 的振动测量方法可以实现非接触式的桥梁全场振动测量,但是基于视觉的振动测量方法受测量 环境以及成像质量影响较大,测量精度较低,而且视频信号处理的复杂度较高。
微波感知作为一种新兴的非接触式振动测量方法受到广泛的关注,目前常用的有连续波 多普勒雷达和调频连续波雷达两种模式,其中连续波多普勒雷达没有距离分辨率只能用于单点 测量,调频连续波雷达可以分辨位于不同距离单元的多个物体,但是受限于发射带宽,距离分 辨率较低,且静态杂波干扰、邻近多分量耦合及同距离单元分量混叠干扰问题突出,无法实现 桥梁全场形变与振动测量,无法实现桥梁结构的扭转特征测量,难以有效评估桥梁结构的性能 与安全。
发明内容
本发明针对现有接触式测量方法中传感器数目较多,线路排布复杂且非接触传感器中难 以实现桥梁全场多测点同步测量的问题,提出一种非接触式桥梁结构性能与安全的快速测试与 评估系统及方法,利用单发多收或多发多收微波雷达模式,将待测目标的振动位移信息从距离 维度转到角度维度,同时对桥梁结构进行距离维度和角度维度的联合维度定位,提取每个定位 测点的振动位移时域信息,进而提取桥梁的动静态挠度和模态参数,进行结构性能与安全的快 速测试与评估。
本发明是通过以下技术方案实现的:
本发明涉及一种桥梁结构性能与安全的快速测试与评估系统,包括:微波测振子系统、 测试与评估模块、显示与保存模块,其中:微波测振子系统和测试与评估模块相连,传输桥梁 结构测点的静态挠度及动态形变与振动响应测量结果信息,微波测振子系统同时和显示与保存 模块相连,传输桥梁结构各测点的静态挠度及动态形变与振动响应测量结果信息,测试与评估 模块根据提取的桥梁结构全场测点的静态挠度及动态形变与振动响应信息,针对静态和动态测 试结果进行桥梁结构性能与安全的评估得到传输桥梁结构性能与安全的测试评估结果信息并 输出至显示与保存模块。
所述的微波测振子系统包括:雷达前端模块、用于同步采集模拟量多通道基带信号的数 据采集模块和用于提取桥梁结构全场测点的定位及形变与振动位移时域信息的提取的信号处 理模块,其中:微波雷达前端模块与数据采集模块相连,传输模拟量多通道基带信号;数据采 集模块与信号处理模块相连,传输数字化的多通道基带信号。
所述的雷达前端模块包括:线性调频连续波微波信号源、功分器、功率放大器、低噪声 放大器、混频器、低通滤波器、发射天线和接收天线。
所述的发射天线的数量为至少一个;所述的接收天线的数量为多个,且接收天线为线性 间距阵列分布,优选的,所述的间距小于或于发射微波信号载波波长的一半。所述功分器、功 率放大器的个数于发射天线的个数,所述低噪声放大器、混频器、低通滤波器的个数于接收天 线的个数。
所述的线性调频连续波微波信号源与所述的功分器相连传输线性调频载波信号,所述的 功分器一端与所述的功率放大器相连,一端与所述的混频器相连并传输本振信号;所述的功率 放大器与所述的发射天线相连并传输放大的线性调频载波信号,所述的接收天线与所述的低噪 声放大器相连,所述的低噪声放大器与混频器相连并传输放大的接收信号,所述的混频器的输 出端与低通滤波器相连并产生下变频基带信号。
所述的线性调频连续波微波信号源的信号经过所述的功分器分为两路,一路经过所述的 功率放大器连接所述的发射天线,由所述的发射天线发射,一路与放大的接收信号通过混频器 产生混频信号。
所述的接收天线接收桥梁结构各测点反射的微波信号,经低噪声放大器传输给混频器; 混频器将低噪声放大器传输的微波信号与经过所述的功分器后的另一路微波信号混频处理,经 低通滤波器处理后输出多通道基带信号。
所述的测试与评估模块针对静载荷测试工况,通过比较桥梁结构各测点或关键测点的静 态挠度大小和设计值,判断桥梁结构是否符合设计要求或存在安全风险;针对动载荷测试工况, 通过辨识桥梁结构的模态参数,结合动挠度参数与设计值比较,判断桥梁结构是否存在损伤及 可能的损伤位置。
本发明涉及一种基于上述系统的非接触式桥梁结构性能与安全的快速测试与评估方法, 通过设置微波测振系统的发射波束覆盖待测桥梁结构,控制重复发射线性调频连续波微波信号 的同时采集多通道中频基带信号;然后根据多通道中频基带信号进行被测桥梁结构全场测点的 距离和角度维度的联合定位,并提取得到多测点形变与振动时域信息;依据被测桥梁结构在静 载或动载荷测试工况下多测点形变信息验证桥梁结构是否符合设计与安全规范要求,依据被测 桥梁结构在激励下的全场测点的形变与振动信息,辨识模态参数,根据形变量和模态参数进行 被测桥梁结构性能与安全的快速测试与评估。
所述的激励,包括环境、车辆在内。
所述的联合定位,并提取得到多测点形变与振动时域信息,具体包括:
步骤i)选取任一扫频周期多个通道的中频基带信号,首先对每个通道的数据作快速傅 里叶变换得到桥梁结构多测点的距离像信息,然后沿多通道方向再次进行快速傅里叶变换,通 过对得到的二维傅里叶变换矩阵取幅值,通过峰值搜索得到桥梁结构多测点的距离和角度像信 息,实现对桥梁结构多测点进行距离和角度维度的联合定位;
步骤ii)提取桥梁结构全场各测点的形变与振动位移时域信息:通过步骤i所得的桥梁各 测点的距离-角度联合维度信息,提取其在微波测振系统中每个扫频周期的相位演变信息
Figure BDA0002727357030000031
其中:
Figure BDA0002727357030000032
为位置信息为 (kq,pq),(q=1,2,…,Q)的桥梁第q个测点在第i个扫频周期的相位信息,kq为桥梁第q 个测点对应的步骤i中二维傅里叶变换矩阵幅值峰值的行索引,pq为桥梁第q个测点对应的 步骤i中二维傅里叶变换矩阵幅值峰值的列索引,其中T为线性调频信号的重复发射周期, arg[·]为取复数相位操作,si(·)为第i个发射周期多通道中频基带信号矩阵,Nz为步骤i中 对每个通道作快速傅里叶变化的离散点数,Mz为步骤i中沿多通道进行快速傅里叶变化的离 散点数;计算桥梁结构全场多测点的振动位移时域信息:
Figure BDA0002727357030000033
其中:λc为线性调频连续波载波中心频率对应的波 长,
Figure BDA0002727357030000034
Figure BDA0002727357030000035
的平均值,φq为第q个测点振动方向与雷达视线方向之间 的夹角。
所述的静载荷测试是指:测量桥梁各测点或关键测点在施加静载荷前后的位移变化,进 而得到桥梁结构的挠度,并与桥梁设计的理论阈值范围进行对比,快速评估桥梁结构安全是否 符合设计要求。
所述的桥梁各测点或关键测点是指:根据实际测试需要,选择桥梁全场挠度较大的测点 或关键部位的测点,或体现偏载扭转的对称测点。
所述的动载荷测试是指:通过微波测振系统对桥梁结构在环境、车辆激励下的动态形变 与振动响应进行监测,通过监测桥梁结构各测点或关键测点的形变与振动信息,得到桥梁结构 的动挠度参数,并辨识桥梁结构的模态参数,即各阶固有频率、模态振型和阻尼比。
所述的结构性能与安全的快速测试与评估是指:通过对比桥梁结构各测点或关键测点静 态挠度与形变值和桥梁结构的设计参考值,当超出阈值,则认为桥梁结构性能退化,存在安全 风险;将动态测试中辨识的桥梁模态参数与桥梁设计的理论阈值范围进行对比,当超出阈值范 围,则桥梁结构出现损伤,并通过固有频率的偏移和模态振型的变化定位损伤的位置。
技术效果
本发明整体解决现有桥梁结构性能与安全测试与评估耗时、测点较少、判断不准确问题 和基于微波感知的桥梁结构全场形变与振动测量问题;与现有技术相比,本发明通过微波感知 方式实现桥梁结构全场测点的定位及形变与振动信息测量,具有远程、非接触、快速同步测试 优势,提高测试效率、成本和易用性;通过单发多收或多发多收的微波测振子系统和全场形变 与振动信息提取方法,实现桥梁结构全场测点的距离-角度联合维度的定位及形变与振动信息提 取,解决现有微波测振技术无法实现全场测量的难题,亦解决现有微波测振技术存在的测试定 位不准、邻近杂波干扰、同距离单元混叠干扰技术难题,基于全场测点的静态挠度及动态形变 与振动信息为桥梁结构的挠度大小、扭转特性及模态参数关键特性的评估提供可靠、全面的测 试数据,显著提高桥梁结构性能与安全评估的可靠性与准确度。
附图说明
图1为本发明进行桥梁结构健康监测的示意图;
图2为本发明基于微波感知的桥梁结构性能与安全的快速测试与评估方法流程图;
图3为本发明线性调频连续波雷达发射信号与接收信号瞬时频率示意图;
图4为本发明步骤5进行桥梁动载荷测试方法流程图;
图5为本发明基于微波感知的桥梁结构性能与安全的快速测试与评估系统框图;
图6为本发明实施例中雷达前端模块结构示意图;
图7和图8为实施例测试结果示例图。
具体实施方式
如图2所示,为本实施例涉及一种基于微波感知的桥梁结构性能与安全的快速测试与评 估方法,包括以下步骤:
步骤1,安装并调整微波感知系统的发射波束覆盖待测桥梁结构,控制重复发射线性调 频连续波微波信号,同时接收待测桥梁结构的反射信号,采集多通道中频基带信号。
如图3所示,为两个发射天线分时发射,四个接收天线接收微波雷达信号瞬时频率示意 图,信号发射周期为Tf,扫频周期为T,带宽为B,接收信号为发射信号的时间延迟。
步骤2,对桥梁多测点进行距离和角度维度的联合定位,并提取多测点形变与振动时域 信息,实现桥梁结构全场多个测点的形变与振动信息提取,从距离-角度联合维度实现全场测的 定位及相应演变提取,解决无法进行全场测量的难题,同时解决现有微波测振技术存在的不易 定位、邻近杂波干扰及同距离单元混叠干扰难题,该步骤具体包括:
步骤2.1,选取由步骤1得到的某个扫频周期内多个通道的中频基带信号,通选取任一 扫频周期多个通道的中频基带信号,首先对每个通道的数据作快速傅里叶变换得到桥梁结构多 测点的距离像信息,然后沿多通道方向再次进行快速傅里叶变换,通过对得到的二维傅里叶变 换矩阵取幅值,通过峰值搜索得到桥梁结构多测点的距离和角度像信息,实现对桥梁多测点进 行距离和角度维度的联合定位;
步骤2.2,提取桥梁各测点相位信息的方法为:通过步骤2.1所得的桥梁各测点位置信 息,提取它在每个扫频周期的相位信息为:
Figure BDA0002727357030000051
其 中:
Figure BDA0002727357030000052
为位置信息为(kq,pq),(q=1,2,…,Q)的桥梁第q个测点在第i个扫频周期的相位信息,kq为桥梁第q个测点对应的步骤2.1中二维傅里叶变换矩阵幅值峰值的行索引,pq为桥梁第q个测点对应的步骤2.1中二维傅里叶变换矩阵幅值峰值的列索引,其中T为线性调 频信号的重复发射周期,arg[·]为取复数相位操作,si(·)为第i个发射周期多通道中频基带 信号矩阵,Nz为步骤2.1中对每个通道作快速傅里叶变化的离散点数,Mz为步骤2.1中沿多 通道进行快速傅里叶变化的离散点数。
步骤2.3,提取桥梁多测点的振动位移时域信息
Figure BDA0002727357030000053
其中:λc为线性调频连续波载波中心频率对应的波 长,
Figure BDA0002727357030000054
Figure BDA0002727357030000055
的平均值,φq为第q个测点振动方向与雷达视线方向之间 的夹角。
步骤3,对桥梁结构进行静载荷测试,快速评估桥梁结构安全是否符合设计规范要求, 具体包括:
步骤3.1,根据桥梁设计的结构图,通过施加不同的静态载荷,并测试桥梁结构全场测 点的形变信息。
步骤3.2,由测得的桥梁各测点或关键测点的形变变化得到结构在不同载荷下的静态挠 度,并与桥梁设计的理论阈值范围进行对比,快速评估桥梁结构安全是否符合设计要求。
图4为实测的一侧静态加载工况下,桥梁中间跨度两测点的静态挠度图。
步骤4,如图4所示,对桥梁结构进行动载荷测试,提取桥梁在包括环境、车辆在内的 激励下的模态参数,进行结构性能与安全的快速测试与评估,具体包括:
步骤4.1,通过微波感知系统对桥梁结构进行全场快速测试,监测桥梁各测点或关键测 点在包括环境、车辆在内的激励下的形变与振动响应;
步骤4.2,通过测得的桥梁上各测点的形变与振动响应信号,辨识桥梁结构的模态参数, 包括各阶固有频率、模态振型和阻尼比;
步骤4.3,将通过微波感知系统测得的模态参数与桥梁设计的理论阈值范围进行对比, 若超出阈值范围,则桥梁结构出现损伤,并通过固有频率的偏移和模态振型的变化定位损伤的 位置。
如图5所示,为本实施例基于微波感知的桥梁结构性能与安全的快速测试与评估系统, 包括:微波测振子系统、测试与评估模块和显示与保存模块,其中:微波测振子系统和测试与 评估模块相连,传输桥梁结构测点的静态挠度及动态形变与振动响应测量结果信息,微波测振 子系统同时和显示与保存模块相连,传输桥梁结构各测点的静态挠度及动态形变与振动响应测 量结果信息,测试与评估模块和显示与保存模块相连,传输桥梁结构性能与安全的测试评估结 果信息,该系统基于微波全场振动测量方法,结合全场动静态形变与振动响应监测,快速高效 实现桥梁结构的多点静态挠度、动态挠度与振动响应及扭转测量的特征提取,解决桥梁结构性 能与安全评估存在的测试耗时、操作繁琐、成本高及由于测点参数较少导致的评估可靠性差缺 点。
所述的微波测振子系统包括:雷达前端模块、数据采集模块以及信号处理模块,其中: 雷达前端模块与数据采集模块相连,传输模拟量多通道基带信号;数据采集模块与信号处理模 块相连,传输数字化的多通道基带信号。
如图6所示,所述的雷达前端模块包括:线性调频连续波(FMCW)微波信号源、功分器、 功率放大器、低噪声放大器、混频器、低通滤波器、发射天线和接收天线。
所述的发射天线的数量为至少一个;所述的接收天线的数量为多个,且接收天线为线性 等间距阵列分布,优选的,所述的间距小于或等于发射微波信号载波波长的一半。所述功分器、 功率放大器的个数等于发射天线的个数,所述低噪声放大器、混频器、低通滤波器的个数等于 接收天线的个数。
所述的FMCW微波信号源与所述的功分器相连传输线性调频载波信号,所述的功分器 一端与所述的功率放大器相连,一端与所述的混频器相连并传输本振信号;所述的功率放大器 与所述的发射天线相连并传输放大的线性调频载波信号,所述的接收天线与所述的低噪声放大 器相连,所述的低噪声放大器与混频器相连并传输放大的接收信号,所述的混频器的输出端与 低通滤波器相连并产生下变频基带信号。
所述的FMCW微波信号源的信号经过所述的功分器分为两路,一路经过所述的功率放 大器连接所述的发射天线,由所述的发射天线发射,一路与放大的接收信号通过混频器产生混 频信号。
所述的接收天线接收桥梁结构反射的微波信号,经低噪声放大器传输给混频器;混频器 将低噪声放大器传输的微波信号与经过所述的功分器后的另一路微波信号混频处理,经低通滤 波器处理后输出多通道基带信号。
如图7和图8所示,为基于77GHz频段的微波感知系统对跨度约150m桥梁的静动态形变与振动测试结果的示例。图7为一侧车道加载的桥梁跨中两侧测点的静态挠度测试结果, 可以看到三次加载过程中桥梁结构产生较大的形变,且加载侧的挠度值更大;通过比较两侧测 点的静态挠度测试结果,能够明显分析出桥梁结构在偏载时发生的扭转现象和特征。图8为一 辆卡车运行激励的跳车测试的动态挠度与振动响应测量结果,可以较好的评估桥梁结构的固有 频率模态参数。
综上,本发明实现桥梁结构全场多测点的静态挠度和动态挠度及振动响应测试,能够快 速、全面评估结构各测点的形变与动态响应,能够有效提取固有频率及模态振型参数,实现桥 梁结构扭转及静动态特征的测试与评估。测量精度方面解决传统微波振动测量存在的邻近测点 耦合干扰、同距离单元混叠干扰造成的测量误差较大,及振动位移提取易受测点选择影响的测 量不可靠问题。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式 对其进行局部调整,本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限,在其范围 内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (9)

1.一种桥梁结构性能与安全的快速测试与评估系统,其特征在于,包括:微波测振子系统、测试与评估模块、显示与保存模块,其中:微波测振子系统和测试与评估模块相连,传输桥梁结构测点的静态挠度及动态形变与振动响应测量结果信息,微波测振子系统同时和显示与保存模块相连,传输桥梁结构各测点的静态挠度及动态形变与振动响应测量结果信息,测试与评估模块根据提取的桥梁结构全场测点的静态挠度及动态形变与振动响应信息,针对静态和动态测试结果进行桥梁结构性能与安全的评估得到桥梁结构性能与安全的测试评估结果信息并输出至显示与保存模块;
所述的桥梁结构性能与安全的评估是指:测试与评估模块针对静载荷测试工况,通过比较桥梁结构各测点或关键测点的静态挠度大小和设计值,判断桥梁结构是否符合设计要求或存在安全风险;针对动载荷测试工况,通过辨识桥梁结构的模态参数,结合动挠度参数与设计值比较,判断桥梁结构是否存在损伤及可能的损伤位置。
2.根据权利要求1所述的桥梁结构性能与安全的快速测试与评估系统,其特征是,所述的微波测振子系统包括:雷达前端模块、用于同步采集模拟量多通道基带信号的数据采集模块和用于桥梁结构全场测点的定位及形变与振动位移时域信息提取的信号处理模块,其中:微波雷达前端模块与数据采集模块相连,传输模拟量多通道基带信号;数据采集模块与信号处理模块相连,传输数字化的多通道基带信号。
3.根据权利要求2所述的桥梁结构性能与安全的快速测试与评估系统,其特征是,所述的雷达前端模块包括:线性调频连续波微波信号源、功分器、功率放大器、低噪声放大器、混频器、低通滤波器、发射天线和接收天线;
所述的发射天线的数量为至少一个;所述的接收天线的数量为多个,且接收天线为线性等间距阵列分布。
4.根据权利要求3所述的桥梁结构性能与安全的快速测试与评估系统,其特征是,所述的间距小于或等于发射微波信号载波波长的一半;所述功分器、功率放大器的个数等于发射天线的个数,所述低噪声放大器、混频器、低通滤波器的个数等于接收天线的个数。
5.根据权利要求3所述的桥梁结构性能与安全的快速测试与评估系统,其特征是,所述的线性调频连续波微波信号源与所述的功分器相连传输线性调频载波信号,所述的功分器一端与所述的功率放大器相连,一端与所述的混频器相连并传输本振信号;所述的功率放大器与所述的发射天线相连并传输放大的线性调频载波信号,所述的接收天线与所述的低噪声放大器相连,所述的低噪声放大器与混频器相连并传输放大的接收信号,所述的混频器的输出端与低通滤波器相连并产生下变频基带信号;
所述的线性调频连续波微波信号源的信号经过所述的功分器分为两路,一路经过所述的功率放大器连接所述的发射天线,由所述的发射天线发射,一路与放大的接收信号通过混频器产生混频信号;
所述的接收天线接桥梁结构各测点反射的微波信号,经低噪声放大器传输给混频器;混频器将低噪声放大器传输的微波信号与经过所述的功分器后的另一路微波信号混频处理,经低通滤波器处理后输出多通道基带信号。
6.一种基于权利要求1~5中任一所述系统的非接触式桥梁结构性能与安全的快速测试与评估方法,其特征在于,通过设置微波测振系统的发射波束覆盖待测桥梁结构,控制重复发射线性调频连续波微波信号的同时采集多通道中频基带信号;然后根据多通道中频基带信号进行被测桥梁结构全场测点的距离和角度维度的联合定位,并提取得到多测点形变与振动时域信息;依据被测桥梁结构在静载荷测试工况或动载荷测试工况下多测点形变信息验证桥梁结构是否符合设计与安全规范要求,依据被测桥梁结构在激励下的全场测点的形变与振动信息,辨识模态参数,根据形变量和模态参数进行被测桥梁结构性能与安全的快速测试与评估,即通过对比桥梁结构各测点或关键测点静态挠度与形变值和桥梁结构的设计参考值,当超出阈值,则认为桥梁结构性能退化,存在安全风险;将动态测试中辨识的桥梁模态参数与桥梁设计的理论阈值范围进行对比,当超出阈值范围,则桥梁结构出现损伤,通过固有频率的偏移和模态振型的变化定位损伤的位置。
7.根据权利要求6所述的快速测试与评估方法,其特征是,所述的联合定位,并提取得到多测点形变与振动时域信息,具体包括:
步骤i)选取任一扫频周期多个通道的中频基带信号,基于二维傅里叶变换和峰值搜索得到桥梁结构多测点的距离和角度像信息,实现对桥梁结构多测点进行距离和角度维度的联合定位;
步骤ii)提取桥梁结构全场各测点的形变与振动位移时域信息:通过步骤i所得的桥梁各测点的距离-角度联合维度信息,提取其在微波测振系统中每个扫频周期的相位演变信息
Figure FDA0002727357020000021
其中:
Figure FDA0002727357020000022
为位置信息为(kq,pq),(q=1,2,…,Q)的桥梁第q个测点在第i个扫频周期的相位信息,kq为桥梁第q个测点对应的步骤i中二维傅里叶变换矩阵幅值峰值的行索引,pq为桥梁第q个测点对应的步骤i中二维傅里叶变换矩阵幅值峰值的列索引,其中T为线性调频信号的重复发射周期,arg[·]为取复数相位操作,si(·)为第i个发射周期多通道中频基带信号矩阵,Nz为步骤i中对每个通道作快速傅里叶变化的离散点数,Mz为步骤i中沿多通道进行快速傅里叶变化的离散点数;计算桥梁结构全场多测点的形变与振动位移时域信息:
Figure FDA0002727357020000031
其中:λc为线性调频连续波载波中心频率对应的波长,
Figure FDA0002727357020000032
Figure FDA0002727357020000033
的平均值,φq为第q个测点形变与振动方向和雷达视线方向之间的夹角。
8.根据权利要求6所述的快速测试与评估方法,其特征是,所述的静载荷测试是指:测量桥梁各测点或关键测点在施加静载荷前后的位移变化,进而得到桥梁结构的挠度,并与桥梁设计的理论阈值范围进行对比,快速评估桥梁结构安全是否符合设计要求;
所述的动载荷测试是指:通过微波测振系统对桥梁结构在激励下的动态形变与振动响应进行监测,通过监测桥梁结构各测点或关键测点的形变与振动信息,得到桥梁结构的动挠度参数,并辨识桥梁结构的模态参数。
9.根据权利要求8所述的快速测试与评估方法,其特征是,所述的桥梁各测点或关键测点是指:根据实际测试需要,选择桥梁全场挠度较大的测点或关键部位的测点,或体现偏载扭转的对称测点。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113340405A (zh) * 2021-07-09 2021-09-03 中铁七局集团有限公司 桥梁振型的测量方法、装置及系统
CN114444983A (zh) * 2022-04-08 2022-05-06 深圳市城市交通规划设计研究中心股份有限公司 基于车桥耦合和数字孪生的城市桥梁群状态评估方法
CN114964079A (zh) * 2022-04-12 2022-08-30 上海交通大学 微波多维形变及振动测量仪器与目标匹配布置方法
CN116819516A (zh) * 2023-03-29 2023-09-29 中国科学院国家空间科学中心 一种高铁桥梁振动监测雷达系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9645171B1 (en) * 2012-11-03 2017-05-09 Hrl Laboratories, Llc Traveling wave detector
CN107607923A (zh) * 2017-08-21 2018-01-19 上海交通大学 基于lfmcw雷达的振动监测系统与信号处理方法
CN108387892A (zh) * 2018-01-16 2018-08-10 上海交通大学 基于fmcw雷达的结构健康监测系统与方法
CN109100098A (zh) * 2017-09-05 2018-12-28 石家庄铁道大学 一种对置式桥梁挠度远程监测系统及监测方法
CN211234884U (zh) * 2019-12-27 2020-08-11 中公智联(北京)科技有限公司 一种基于微波干涉测量的桥梁静挠度采集系统
CN111708019A (zh) * 2020-06-12 2020-09-25 上海交通大学 基于微波雷达的工程结构动态特征监测系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9645171B1 (en) * 2012-11-03 2017-05-09 Hrl Laboratories, Llc Traveling wave detector
CN107607923A (zh) * 2017-08-21 2018-01-19 上海交通大学 基于lfmcw雷达的振动监测系统与信号处理方法
CN109100098A (zh) * 2017-09-05 2018-12-28 石家庄铁道大学 一种对置式桥梁挠度远程监测系统及监测方法
CN108387892A (zh) * 2018-01-16 2018-08-10 上海交通大学 基于fmcw雷达的结构健康监测系统与方法
CN211234884U (zh) * 2019-12-27 2020-08-11 中公智联(北京)科技有限公司 一种基于微波干涉测量的桥梁静挠度采集系统
CN111708019A (zh) * 2020-06-12 2020-09-25 上海交通大学 基于微波雷达的工程结构动态特征监测系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YUYONG XIONG等: "Accurate and Robust Displacement Measurement for FMCW Radar Vibration Monitoring", 《IEEE SENSORS JOURNAL》 *
邵泽龙等: "桥梁振动监测雷达的设计与实现", 《测绘通报》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113340405A (zh) * 2021-07-09 2021-09-03 中铁七局集团有限公司 桥梁振型的测量方法、装置及系统
CN114444983A (zh) * 2022-04-08 2022-05-06 深圳市城市交通规划设计研究中心股份有限公司 基于车桥耦合和数字孪生的城市桥梁群状态评估方法
CN114444983B (zh) * 2022-04-08 2022-08-23 深圳市城市交通规划设计研究中心股份有限公司 基于车桥耦合和数字孪生的城市桥梁群状态评估方法
CN114964079A (zh) * 2022-04-12 2022-08-30 上海交通大学 微波多维形变及振动测量仪器与目标匹配布置方法
CN114964079B (zh) * 2022-04-12 2023-02-17 上海交通大学 微波多维形变及振动测量仪器与目标匹配布置方法
CN116819516A (zh) * 2023-03-29 2023-09-29 中国科学院国家空间科学中心 一种高铁桥梁振动监测雷达系统

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