CN206450357U - 一种索力动测仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种索力动测仪，属于土木工程领域，应用于结构安全健康监测行业。包括振动传感器、抗混叠滤波器、ADC转换器、嵌入式处理器、键盘、RTC实时时钟、电源管理模块、LCD显示器和DSP处理器；振动传感器与抗混叠滤波器连接，抗混叠滤波器与ADC转换器连接，ADC转换器与嵌入式处理器连接；键盘、RTC实时时钟、LCD显示器和DSP处理器都与嵌入式处理器连接。本实用新型能够得到了精确实际频率值，使得力值测量，频率值精度在万分之五以内，而常规的频率精度最高只有2%左右，而且随着频率降低，误差越大。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种索力动测仪，属于土木工程领域，应用于结构安全健康监测行业。
背景技术
现有技术：传统的索力测试系统虽然通过时域采样并经过FFT转换成频域，但是由于受到采样点数和设备处理器运算能力的限制，往往频率的精度不能得到很高，而且我们的被测对象都是桥梁缆索，属于低频信号，此时频率精度对测量精度的影响将非常大，从而导致索力测量误差较大。
比如传统的FFT计算的频率分辨率公式Δf=SF/N，其中SF为采样速率，N为采样点数，假设采样速率为200Hz，采样点数为500点，则Δf= 0.4Hz， 那么频率误差最大为0.2Hz，再根据索力计算公式（n为频率阶数，默认为1，4ml2为常数不变）， 假设被测缆索的测量频率为2.4Hz，实际频率为2.2Hz，那么力值误差将有（5.76-4.84）/4.84=19%，故频率的测量精度对最终的力值影响将是非常大的。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种索力动测仪,由于FFT 谱是加窗截断的离散谱变换, 会产生泄漏现象, 要以FFT 谱反推出实际的频率f值, 既要考虑到窗函数的影响, 又要考虑到f 的大小, 即频率在FFT 谱上所处的位置，本实用新型利用时域信号经过FFT变换后，对信号频率在FFT中所处位置对泄漏的影响从而找出FFT修正的算法，使得索力动测仪的测频精度大大提高，提高了索力测量精度，从而进一步提升了设备使用价值。
本实用新型为了实现上述目的，采用如下技术方案：
一种索力动测仪，它包括振动传感器、抗混叠滤波器、ADC转换器、嵌入式处理器、键盘、RTC实时时钟、电源管理模块、LCD显示器和DSP处理器；
振动传感器与抗混叠滤波器连接，抗混叠滤波器与ADC转换器连接，ADC转换器与嵌入式处理器连接；
键盘、RTC实时时钟、LCD显示器和DSP处理器都与嵌入式处理器连接。
本实用新型实现原理：因为索力的基频、二阶、三阶等频率值的获取都是通过得到该频点的幅值最大值来选取的，因为FFT变换后，所有我们关心的如基频，只能在FFT的等间隔频率分辨率的点上，即Δf=SF/N这些点，这些点只有当整数倍采样的时候，实际频率才会落到FFT频率分辨率的点上，这在实际中基本没有任何用处，因为实际的频率是随机的，而且是实数，如果要想得到高精度的频率分辨率，需要降低采样速率和提高采样点数，但这两种措施在实际中都很难操作，降低采样速率可能导致不满足采样定理，而提高采样点数，则需要设备的处理器具有强大的运算能力，从成本可实现上可能得不偿失。
本实用新型的有益效果：
本实用新型专利能够得到精确实际频率值，使得力值测量，频率值精度在万分之五以内，而常规的频率精度最高只有2%左右，而且随着频率降低，误差越大。
附图说明
图1为本实用新型的结构框图；
图2为本实用新型的算法流程图。
具体实施方式
下面结合附图1、2对本实用新型进行详细描述：
一种索力动测仪，它包括振动传感器1、抗混叠滤波器2、ADC转换器3、嵌入式处理器4、键盘5、RTC实时时钟6、电源管理模块7、LCD显示器8和DSP处理器9；
振动传感器1与抗混叠滤波器2连接，抗混叠滤波器2与ADC转换器3连接，ADC转换器3与嵌入式处理器4连接；
键盘5、RTC实时时钟6、LCD显示器8和DSP处理器9都与嵌入式处理器4连接。
嵌入式处理器4将 ADC转换器3采集到的时域信号经过DSP处理器9FFT转换并修正后，得到高精度索力值，并通过LCD显示器8显示出来。
DSP处理器9使用修正FFT算法得到高精度的频率值。
其修正FFT算法：
时域信号经过FFT变换后，对信号频率在FFT中所处位置对泄漏的影响得出FFT修正的算法，具体计算方法为：设基频信号的幅度为An，频率为fn，则基频信号在FFT谱上的前两个点和后两个点的幅度分别为An-2、An-1，An+1、An+2 ，当An-2 2+ An-1 2大于An+2 2+ An+1 2，即基频信号前两个点的功率之和大于基频后两个点的功率之和时，修正频率值等于fx=fn +[1-（An-2 2+ An-1 2）/（An-2 2+ An-1 2+ An 2+ An+2 2+ An+1 2）]；
同理当An-2 2+ An-1 2小于An+2 2+ An+1 2，即基频信号前两个点的功率之和小于基频后两个点的功率之和时，修正频率值等于fx=fn +[1+（An+2 2+ An+1 2）/（An-2 2+ An-1 2+ An 2+ An+2 2+An+1 2）],这样就得到了高精度的修正后的频率值；
再通过经典索力计算公式 计算得出索力值，其中l为索长，m为单位长度索重，fn为第n阶振动频率。
实施例：
本实用新型专利在实施过程中，嵌入式处理区使用TI公司的Cortex-A8内核的处理器，能够满足LCD图形显示和人机交互界面、报表制作、打印、人机接口等功能。DSP处理器采用TI公司的C55XX系列的处理器，用于FFT计算和修正FFT算法，并能够实时显示频谱图形。ADC转换器采用ADI公司的AD7190，具有4.8Ksps的采样率及24位分辨率，能够满足索力带宽及精度的测试要求。抗混叠滤波器一般采用有源滤波器设计，截止频率选择100Hz，对于低于100Hz的采样，为了满足采样定理，使用过采样抽取的方式。系统在执行运算过程中，根据配置的缆索和采样参数，将采集到的时域信号数据进行FFT计算后，再根据人工选择的基频频率，当光标放在被选频率上，并选择高精度计算按钮，此时，系统就会根据当前频率使用修正FFT算法，得到高精度的频率值，最终得到高精度的索力值。
对比参数表：
Claims (1)
1.一种索力动测仪，其特征在于：它包括振动传感器（1）、抗混叠滤波器（2）、ADC转换器（3）、嵌入式处理器（4）、键盘（5）、RTC实时时钟（6）、电源管理模块（7）、LCD显示器（8）和DSP处理器（9）；
振动传感器（1）与抗混叠滤波器（2）连接，抗混叠滤波器（2）与ADC转换器（3）连接，ADC转换器（3）与嵌入式处理器（4）连接；
键盘（5）、RTC实时时钟（6）、LCD显示器（8）和DSP处理器（9）都与嵌入式处理器（4）连接。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201621400116.5U CN206450357U (zh) | 2016-12-20 | 2016-12-20 | 一种索力动测仪 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN201621400116.5U CN206450357U (zh) | 2016-12-20 | 2016-12-20 | 一种索力动测仪 |
Publications (1)
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| CN206450357U true CN206450357U (zh) | 2017-08-29 |
Family
ID=59674530
Family Applications (1)
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| CN201621400116.5U Active CN206450357U (zh) | 2016-12-20 | 2016-12-20 | 一种索力动测仪 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN206450357U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107063545A (zh) * | 2016-12-20 | 2017-08-18 | 江西飞尚科技有限公司 | 一种基于修正fft算法的索力动测仪及其算法 |
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2016
- 2016-12-20 CN CN201621400116.5U patent/CN206450357U/zh active Active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107063545A (zh) * | 2016-12-20 | 2017-08-18 | 江西飞尚科技有限公司 | 一种基于修正fft算法的索力动测仪及其算法 |
| CN107063545B (zh) * | 2016-12-20 | 2024-02-27 | 江西飞尚科技有限公司 | 一种基于修正fft算法的索力动测仪及其算法 |
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