CN114925719A - 一种离散监测数据的频率滤波分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种离散监测数据的频率滤波分析方法，属于离散数据的处理方法技术领域，目的在于通过设计合理阻带频率范围的数字滤波器，去除监测数据中的噪声信号，提取监测数据中的因荷载、工况等作用效应变化所引起的真实数据变化。该分析方法：首先，在监测点安装传感器，传感器与温度元件相连，将传感器测量的数据记录为原始信号，将温度元件测量的数据记录为对比信号；然后，将原始信号和对比信号进行傅里叶变换，得到原始信号和对比信号的频谱，取原始信号和对比信号相同的主频作为阻带频率；最后，将阻带频率设计数字滤波器，将原始信号与数字滤波器进行卷积计算，得到去除噪声信号后的处理信号。

Description

一种离散监测数据的频率滤波分析方法

技术领域

本发明属于离散数据的处理方法技术领域，特别涉及一种离散监测数据的频率滤波分析方法。

背景技术

建筑工程无论在施工期间还是运营期间，往往通过布置大量传感器进行结构安全性能的监测，获取结构状态因施工工况、外界荷载作用的变化而发生的改变。传感器获取的监测数据大多为离散的数字信号，容易受外界环境的干扰，导致监测数据中会叠加多种干扰因素所产生的噪声信号，从而使得监测数据失真，无法从监测数据直接反映结构状态的真实变化情况。因此，需要针对监测数据进行滤波处理，剔除噪声信号以反映结构真实状态变化。

目前，针对离散数据的降噪滤波大多采用高斯滤波和数字滤波两种方法。其中，高斯滤波仅能进行离散数据的平滑处理，无法去除数据信号中某些特定频率噪声信号；数字滤波主要是通过设计滤波器进行信号降噪处理，需给定阻带的频率范围，而目前大多通过人工经验来拟定阻带频率范围，导致降噪后数据的置信度较低。

发明内容

针对前述问题，本发明提出了提供一种离散监测数据的频率滤波分析方法，通过设计合理阻带频率范围的数字滤波器，去除监测数据中的噪声信号，提取监测数据中的因荷载、工况等作用效应变化所引起的真实数据变化。用于建筑结构监测的力学传感器一般自带内置温度元件，可同时输出主测数据和温度数据，本发明利用传感器测量的温度数据作为对比信号进行主测数据的频域滤波处理。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种离散监测数据的频率滤波分析方法包括如下步骤：

步骤S1、在监测点安装传感器，所述传感器与温度元件相连，所述传感器测量的数据为工程监测所需的监测数据，将其记录为原始信号D_r；将所述温度元件测量的数据记录为对比信号D_t；

步骤S2、将原始信号D_r和对比信号D_t进行傅里叶变换，得到原始信号和对比信号的频谱F_r、F_t，取F_r和F_t相同的主频作为阻带频率f_n，f_n是一个频率范围，表示形式为f_n＝[f_i：f_j；f_m：f_n；......]；

步骤S3、依据上述步骤S2中确定的阻带频率f_n设计数字滤波器H，将原始信号D_r与数字滤波器H进行卷积计算，得到去除噪声信号后的处理信号D_f，D_f＝H*D_r。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明提供的离散监测数据的频率滤波分析方法，首先，在监测点安装传感器，传感器与温度元件相连，将传感器测量的数据记录为原始信号，将温度元件测量的数据记录为对比信号；然后，将原始信号和对比信号进行傅里叶变换，得到原始信号和对比信号的频谱，取原始信号和对比信号相同的主频作为阻带频率；最后，将阻带频率设计数字滤波器，将原始信号与数字滤波器进行卷积计算，得到去除噪声信号后的处理信号。本发明通过设计合理阻带频率范围的数字滤波器，去除监测数据中的噪声信号，提取监测数据中的因荷载、工况等作用效应变化所引起的真实数据变化。通过将传感器测量电路系统中的温度元件作参照，将其测量的温度数据作为对比信号进行监测数据的滤波，将温度数据和传感器监测数据相同的主频作为数字滤波器的阻带频率，可完全去除外界干扰因素产生的噪声影响。

进一步地，所述步骤S2包括：依据频谱峰值确定原始信号的多个主频

和对比信号的多个主频

提取出原始信号与对比信号相同的主频f_e ⁿ＝[f_e ^I，f_e ²，f_e ³，...]，即当

时，则

阻带频率f_n的计算公式为f_n＝[min(f_e ⁿ)：max(f_e ⁿ)]。

进一步地，所述温度元件内置于所述传感器内部。

进一步地，所述温度元件与传感器安装于同一测量系统中。

进一步地，所述温度元件遭受的环境温度、电磁感应、环境振动与传感器一致，从而保证温度元件与传感器所遭受的外界干扰一致。

附图说明

图1为本发明一实施例中离散监测数据的频率滤波分析方法中传感器监测数据时程曲线示例；

图2为本发明一实施例中离散监测数据的频率滤波分析方法中监测数据频谱图示例；

图3为本发明一实施例中离散监测数据的频率滤波分析方法中滤波后的监测数据对比曲线示例。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的离散监测数据的频率滤波分析方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。为叙述方便，下文中所述的“上”、“下”与附图的上、下的方向一致，但这不能成为本发明技术方案的限制。

实施例一

下面结合图1至图3，详细说明本发明的离散监测数据的频率滤波分析方法。

请参考图1至图3，一种离散监测数据的频率滤波分析方法，包括如下步骤：

步骤S1、在监测点安装传感器，所述传感器与温度元件相连，所述传感器测量的数据为工程监测所需的监测数据即主测数据，将其记录为原始信号D_r；将所述温度元件测量的数据记录为对比信号D_t；

步骤S2、将原始信号D_r和对比信号D_t进行傅里叶变换，得到原始信号和对比信号的频谱F_r、F_t，取F_t和F_t相同的主频作为阻带频率f_n，f_n是一个频率范围，表示形式为f_n＝[f_i：f_j；f_m：f_n；......]；

步骤S3、依据上述步骤S2中确定的阻带频率f_n设计数字滤波器H，将原始信号D_r与数字滤波器H进行卷积计算，得到去除噪声信号后的处理信号D_f，D_f＝H*D_r。

具体来说，本发明提供的离散监测数据的频率滤波分析方法，首先，在监测点安装传感器，传感器与温度元件相连，将传感器测量的数据记录为原始信号，将温度元件测量的数据记录为对比信号；然后，将原始信号和对比信号进行傅里叶变换，得到原始信号和对比信号的频谱，取原始信号和对比信号相同的主频作为阻带频率；最后，将阻带频率设计数字滤波器，将原始信号与数字滤波器进行卷积计算，得到去除噪声信号后的处理信号。本发明通过设计合理阻带频率范围的数字滤波器，去除监测数据中的噪声信号，提取监测数据中的因荷载、工况等作用效应变化所引起的真实数据变化。通过将传感器测量电路系统中的温度元件作参照，将其测量的温度数据作为对比信号进行监测数据的滤波，将温度数据和传感器监测数据相同的主频作为数字滤波器的阻带频率，可完全去除外界干扰因素产生的噪声影响。

在本实施例中，更优选地，步骤S2包括：依据频谱峰值确定原始信号的多个主频

和对比信号的多个主频

提取出原始信号与对比信号相同的主频f_e ⁿ＝[f_e ¹，f_e ²，f_e ³，...]，即当

时，则

阻带频率f_n的计算公式为f_n＝[min(fxⁿ)：max(f_e ⁿ)]。

在本实施例中，更优选地，温度元件内置于所述传感器内部。

在本实施例中，更优选地，温度元件与传感器安装于同一测量系统中。

在本实施例中，更优选地，温度元件遭受的环境温度、电磁感应、环境振动与传感器一致，从而保证温度元件与传感器所遭受的外界干扰一致。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定。本领域的技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种离散监测数据的频率滤波分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1、在监测点安装传感器，所述传感器与温度元件相连，所述传感器测量的数据为工程监测所需的监测数据，将其记录为原始信号D_r；将所述温度元件测量的数据记录为对比信号D_t；

步骤S2、将原始信号D_r和对比信号D_t进行傅里叶变换，得到原始信号和对比信号的频谱F_r、F_t，取F_r和F_t相同的主频作为阻带频率f_n，f_n是一个频率范围，表示形式为f_n＝[f_i：f_j；f_m：f_n；......]；

步骤S3、依据上述步骤S2中确定的阻带频率f_n设计数字滤波器H，将原始信号D_r与数字滤波器H进行卷积计算，得到去除噪声信号后的处理信号D_f，D_f＝H*D_r。

2.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述步骤S2包括：依据频谱峰值确定原始信号的多个主频

和对比信号的多个主频

提取出原始信号与对比信号相同的主频

即当

时，则

阻带频率f_n的计算公式为

3.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述温度元件内置于所述传感器内部。

4.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述温度元件与传感器安装于同一测量系统中。

5.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述温度元件遭受的环境温度、电磁感应、环境振动与传感器一致。

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