JPH05180713A - ケーブル張力測定方法及びその装置 - Google Patents
ケーブル張力測定方法及びその装置Info
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- JPH05180713A JPH05180713A JP4001671A JP167192A JPH05180713A JP H05180713 A JPH05180713 A JP H05180713A JP 4001671 A JP4001671 A JP 4001671A JP 167192 A JP167192 A JP 167192A JP H05180713 A JPH05180713 A JP H05180713A
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- Japan
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- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 振動の計測やケーブルを含む構造物に対する
設計施工に対する専門知識を必要とせずに、ケーブルの
振動によりその張力を自動的に推測できる。 【構成】 振動センサー1によりケーブル8の振動を検
出し、周波数分析器3により周波数を分析して、振動成
分の大小等の特徴を抽出し、その特徴からある周波数が
ケーブルの固有振動成分である確からしさを演算器4に
より演算し、複数の振動数についての確からしさを比較
して、最も確からしさの高い振動数を演算器5により選
択する。
設計施工に対する専門知識を必要とせずに、ケーブルの
振動によりその張力を自動的に推測できる。 【構成】 振動センサー1によりケーブル8の振動を検
出し、周波数分析器3により周波数を分析して、振動成
分の大小等の特徴を抽出し、その特徴からある周波数が
ケーブルの固有振動成分である確からしさを演算器4に
より演算し、複数の振動数についての確からしさを比較
して、最も確からしさの高い振動数を演算器5により選
択する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、斜張橋ケーブル等の張
力を測定するケーブル測定方法及びその装置に関するも
のである。
力を測定するケーブル測定方法及びその装置に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】斜張橋の架設過程で、張られたケーブル
の張力の管理は、橋の精度を維持する上で重要な要素で
ある。通常、この張力の測定要領は、風などの外力によ
り発生するケーブルの振動を測定し、固有振動数を推定
して、張力を割り出している。しかし外力である風は、
向きや強さが不規則であり、しかもこれら常時観測する
ことが困難である。またケーブルの振動も、他のケーブ
ルやケーブルを支持している主塔、ケーブルに連結され
る桁など他の構造物の連成により複雑な波形になり、周
波数分析結果には、固有振動成分のほか、色々な成分が
重なるのが普通である。
の張力の管理は、橋の精度を維持する上で重要な要素で
ある。通常、この張力の測定要領は、風などの外力によ
り発生するケーブルの振動を測定し、固有振動数を推定
して、張力を割り出している。しかし外力である風は、
向きや強さが不規則であり、しかもこれら常時観測する
ことが困難である。またケーブルの振動も、他のケーブ
ルやケーブルを支持している主塔、ケーブルに連結され
る桁など他の構造物の連成により複雑な波形になり、周
波数分析結果には、固有振動成分のほか、色々な成分が
重なるのが普通である。
【0003】従って固有振動の推定は、前回の値やその
後の架設工程からの張力の推移、桁の変位状態と構造解
析との突き合わせなど、色々を情報を総合して、判断さ
れる。このため、ケーブル張力の推定には、計測や構造
等に対する知識や経験が必要であり、一般の作業者で
は、測定が不可能である。また熟練者の判断も曖昧で個
人差があり、しかも推定された張力の真偽を確認する他
の手段がない等の問題があった。なお同ケーブルの張力
は、ケーブルを弦として周知のように固有振動数、ケー
ブルの長さ等により算出される。
後の架設工程からの張力の推移、桁の変位状態と構造解
析との突き合わせなど、色々を情報を総合して、判断さ
れる。このため、ケーブル張力の推定には、計測や構造
等に対する知識や経験が必要であり、一般の作業者で
は、測定が不可能である。また熟練者の判断も曖昧で個
人差があり、しかも推定された張力の真偽を確認する他
の手段がない等の問題があった。なお同ケーブルの張力
は、ケーブルを弦として周知のように固有振動数、ケー
ブルの長さ等により算出される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ケーブルの振動から固
有振動数を自動的に推論するためには、熟練者の推論過
程をモデル化する必要がある。この過程は次の2つに大
別できる。 (1)振動の特徴:周波数分析波形からパワーをピーク
とする成分の明確さ、その大きさ、高次元の存在とその
確かさ、前回の値からの増減と架設過程との整合性な
ど。これらは、確定的な値を持たない。 (2)合成推論:(1)の特徴から、ある注目する周波
数がケーブルの固有振動成分である可能性を推定し、総
合的に最も可能性の高い成分を固有振動として推論す
る。(1)の特徴が分析データに顕著に現れていない場
合には、判定不能として振動の再測定を行う。
有振動数を自動的に推論するためには、熟練者の推論過
程をモデル化する必要がある。この過程は次の2つに大
別できる。 (1)振動の特徴:周波数分析波形からパワーをピーク
とする成分の明確さ、その大きさ、高次元の存在とその
確かさ、前回の値からの増減と架設過程との整合性な
ど。これらは、確定的な値を持たない。 (2)合成推論:(1)の特徴から、ある注目する周波
数がケーブルの固有振動成分である可能性を推定し、総
合的に最も可能性の高い成分を固有振動として推論す
る。(1)の特徴が分析データに顕著に現れていない場
合には、判定不能として振動の再測定を行う。
【0005】即ち、発明が解決しようとする課題は、曖
昧さを含んだ特徴をモデル上で表現する方法と、抽出さ
れたこれらの特徴から総合的に判断して固有振動数を推
論する方法とを、電算機により実現するアルゴリズムを
見出すことにある。本発明は前記の問題点に鑑み提案す
るものであり、その目的とする処は、振動の計測やケー
ブルを含む構造物に対する設計施工に対する専門知識を
必要とせずに、ケーブル振動によりその張力を自動的に
推測できるケーブル張力測定装置及び測定方法を提供し
ようとする点にある。
昧さを含んだ特徴をモデル上で表現する方法と、抽出さ
れたこれらの特徴から総合的に判断して固有振動数を推
論する方法とを、電算機により実現するアルゴリズムを
見出すことにある。本発明は前記の問題点に鑑み提案す
るものであり、その目的とする処は、振動の計測やケー
ブルを含む構造物に対する設計施工に対する専門知識を
必要とせずに、ケーブル振動によりその張力を自動的に
推測できるケーブル張力測定装置及び測定方法を提供し
ようとする点にある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のケーブル張力測定装置は、ケーブル振動
の周波数を分析する周波数分析器と、分析された波形の
振動成分の複数の特徴及びケーブルに加えた力の変化の
大きさ等の外部条件を満たす度合を演算してこれらの諸
特徴から同振動成分がケーブルの固有振動成分である確
からしさを算出する演算器とを具えている。
めに、本発明のケーブル張力測定装置は、ケーブル振動
の周波数を分析する周波数分析器と、分析された波形の
振動成分の複数の特徴及びケーブルに加えた力の変化の
大きさ等の外部条件を満たす度合を演算してこれらの諸
特徴から同振動成分がケーブルの固有振動成分である確
からしさを算出する演算器とを具えている。
【0007】また本発明のケーブル張力測定方法は、ケ
ーブルの振動を検出し、周波数を分析して、振動成分の
大小等の特徴を抽出し、その特徴からある周波数がケー
ブルの固有振動成分である確からしさを演算し、複数の
振動数についての確からしさを比較して、最も確からし
さの高い振動数を選択することを特徴としている。
ーブルの振動を検出し、周波数を分析して、振動成分の
大小等の特徴を抽出し、その特徴からある周波数がケー
ブルの固有振動成分である確からしさを演算し、複数の
振動数についての確からしさを比較して、最も確からし
さの高い振動数を選択することを特徴としている。
【0008】
【作用】本発明のケーブル張力測定装置及び測定方法は
前記のように構成されており、次の作用が行われる。即
ち、ケーブルの振動成分fj が固有振動数である確から
しさは、「その振動成分が分析波形上で充分に明瞭に認
められること」「構造解析などの他の手段で推定される
固有振動数と充分に近接していること」のほか、定性的
な知識により表される。フアジイ集合を用いることによ
り、これらの知識を専門家の感覚に近い形式に表現する
ことができる。このような定性的な特徴をフアジイ集合
により表せば、特徴を満たす度合(充足度)は、定量的
に数値により表示できるため、種々の条件の充足度を統
合して、同振動成分が固有振動数である確からしさを数
値として算出できる。
前記のように構成されており、次の作用が行われる。即
ち、ケーブルの振動成分fj が固有振動数である確から
しさは、「その振動成分が分析波形上で充分に明瞭に認
められること」「構造解析などの他の手段で推定される
固有振動数と充分に近接していること」のほか、定性的
な知識により表される。フアジイ集合を用いることによ
り、これらの知識を専門家の感覚に近い形式に表現する
ことができる。このような定性的な特徴をフアジイ集合
により表せば、特徴を満たす度合(充足度)は、定量的
に数値により表示できるため、種々の条件の充足度を統
合して、同振動成分が固有振動数である確からしさを数
値として算出できる。
【0009】
【実施例】次に本発明のケーブル張力測定装置を図1に
示す一実施例により説明すると、1が振動センサー、2
が振動計、3がケーブル振動の周波数を分析する周波数
分析器、4が確からしさを算出する演算器、5が張力を
算出する演算器、6が出力部、7が外部入力装置、8が
斜張橋のケーブルである。
示す一実施例により説明すると、1が振動センサー、2
が振動計、3がケーブル振動の周波数を分析する周波数
分析器、4が確からしさを算出する演算器、5が張力を
算出する演算器、6が出力部、7が外部入力装置、8が
斜張橋のケーブルである。
【0010】次に前記図1に示すケーブル張力測定装置
の作用を説明する。振動センサー1により斜張橋のケー
ブル8の振動を検出し、振動計2により電圧信号に変換
して、この時系列信号を周波数分析器3により周波数分
析してf〔(fi 、Pi )i =1〜N〕(fi :振動
数、Pi :fi の成分の大きさ、N:データ個数)デー
タを得る。
の作用を説明する。振動センサー1により斜張橋のケー
ブル8の振動を検出し、振動計2により電圧信号に変換
して、この時系列信号を周波数分析器3により周波数分
析してf〔(fi 、Pi )i =1〜N〕(fi :振動
数、Pi :fi の成分の大きさ、N:データ個数)デー
タを得る。
【0011】このデータを演算器4へ送り、ここでfi
の成分Pi の大小、解析値との整合性などの特徴を数値
として算出する。これらの特徴量〔α1 、α2 ・・・α
n 〕から同振動数fi が固有振動数である確からしさ
(以下確信度という)を演算器5により演算する。出力
部6では、複数の振動数fi (i =1〜k)についての
確信度を比較して、最も確からしい振動数を表示する。
なお演算器4では、振動波形だけでなく、施工過程でケ
ーブル8に加えた外力やケーブル8が連結される構造物
の変形などの情報も外部入力装置7から入力することも
ある。
の成分Pi の大小、解析値との整合性などの特徴を数値
として算出する。これらの特徴量〔α1 、α2 ・・・α
n 〕から同振動数fi が固有振動数である確からしさ
(以下確信度という)を演算器5により演算する。出力
部6では、複数の振動数fi (i =1〜k)についての
確信度を比較して、最も確からしい振動数を表示する。
なお演算器4では、振動波形だけでなく、施工過程でケ
ーブル8に加えた外力やケーブル8が連結される構造物
の変形などの情報も外部入力装置7から入力することも
ある。
【0012】以下に演算器4の機能を図2〜図5により
具体的に説明する。図2は、振動波形のパワーの強さと
波形のシヤープさを表す帰属度関数を示し、図3は、抽
出された振動数が架設解析値の振動数と合致する度合を
表す帰属関数を示し、図4は、抽出された振動数と塔の
倒れとの整合性を判断するための帰属関数を示し、図5
は、特徴量(α1 、α2 ・・・αn )から確からしさ
(確信度)の最大を演算する構造モデルを示している。
具体的に説明する。図2は、振動波形のパワーの強さと
波形のシヤープさを表す帰属度関数を示し、図3は、抽
出された振動数が架設解析値の振動数と合致する度合を
表す帰属関数を示し、図4は、抽出された振動数と塔の
倒れとの整合性を判断するための帰属関数を示し、図5
は、特徴量(α1 、α2 ・・・αn )から確からしさ
(確信度)の最大を演算する構造モデルを示している。
【0013】演算器4では、パワースペクトル波形から
振動成分の抽出を行うととともに、抽出された振動数
についての情報をフアジイ集合を用いて表示する。この
特徴量の表示方向の2、3の例を次に説明する。 (a)振動成分の抽出:専門家が振動波形を観察して判
断するのと同様に、振動線分の抽出は、振動パワーの大
きさhp と同振動周波数の波形の鋭さhDpにより、分析
周波数の全ての領域f0 =〔fi 1i =1.2.・・・
n0 〕について f=〔fi hpj≧hp0 and hDpj ≧hDp0 〕 となる離散的な振動数fj を選択する。ここでhp0、h
Dp0 は、振動数fj に対するパワーの大きさと波形の鋭
さの帰属波形関数(メンバーシツプ関数ともいう)の値
である。なお振動数fi に対するDPは、二階微分値D
P=2Pj −Pj- 1 −Pj+1 で与える。 (b)架設解析値との整合性hc:一般に実測で得られ
るケーブルの固有振動数は、その時点での荷重条件など
を考慮した構造解析から得られる固有振動数(以下、架
設解析値という)と大幅に食い違うことはない。従って
架設解析値は、集合f=〔fj 〕から固有振動数を選択
するひとつの指針になる。架設解析値との整合性(合致
度)hcは、図3に示すような集合であり、h cjは振動
数fj が架設解析値に一致する度合を表す情報になる。
なお2次以上の振動数については、その次数で割った振
動数を基本成分として扱う。 (c)主塔の倒れの方向との整合性h0:主塔の倒れδが
対象とするケーブル側に偏っていれば、実際の張力は、
一般に解析値よりも高くなる。主塔の倒れ方向との整合
性h0 は、次式により与えられる。
振動成分の抽出を行うととともに、抽出された振動数
についての情報をフアジイ集合を用いて表示する。この
特徴量の表示方向の2、3の例を次に説明する。 (a)振動成分の抽出:専門家が振動波形を観察して判
断するのと同様に、振動線分の抽出は、振動パワーの大
きさhp と同振動周波数の波形の鋭さhDpにより、分析
周波数の全ての領域f0 =〔fi 1i =1.2.・・・
n0 〕について f=〔fi hpj≧hp0 and hDpj ≧hDp0 〕 となる離散的な振動数fj を選択する。ここでhp0、h
Dp0 は、振動数fj に対するパワーの大きさと波形の鋭
さの帰属波形関数(メンバーシツプ関数ともいう)の値
である。なお振動数fi に対するDPは、二階微分値D
P=2Pj −Pj- 1 −Pj+1 で与える。 (b)架設解析値との整合性hc:一般に実測で得られ
るケーブルの固有振動数は、その時点での荷重条件など
を考慮した構造解析から得られる固有振動数(以下、架
設解析値という)と大幅に食い違うことはない。従って
架設解析値は、集合f=〔fj 〕から固有振動数を選択
するひとつの指針になる。架設解析値との整合性(合致
度)hcは、図3に示すような集合であり、h cjは振動
数fj が架設解析値に一致する度合を表す情報になる。
なお2次以上の振動数については、その次数で割った振
動数を基本成分として扱う。 (c)主塔の倒れの方向との整合性h0:主塔の倒れδが
対象とするケーブル側に偏っていれば、実際の張力は、
一般に解析値よりも高くなる。主塔の倒れ方向との整合
性h0 は、次式により与えられる。
【0014】h0=max 〔min (hfi 、h δi) 〕 i=1. 2. 3 ここでh fi 、h δi は図4に示すようにそれぞれ主塔
の倒れ方向δと対象とする振動数fの解析値との差f−
fc の正負に関する帰属度関数であり、i=1 .2 . 3
は、それぞれ Negtive ,Zero,Positive を表す。即ち
、δとf−fc との符号が一致していれば、h0は、1
に近い値を示すことになる。
の倒れ方向δと対象とする振動数fの解析値との差f−
fc の正負に関する帰属度関数であり、i=1 .2 . 3
は、それぞれ Negtive ,Zero,Positive を表す。即ち
、δとf−fc との符号が一致していれば、h0は、1
に近い値を示すことになる。
【0015】以下同様にして、振動数fj に対して色々
な情報からこのようにして得られた帰属度関数の値の組
〔h p , h Dp, ・・・ h D・・・〕を〔α1,α2 ・・・
αn 〕とおけば、これは振動数fj に対するn個の特徴
量を表すスペクトルになる。演算器4では、以上のよう
にパワースペクトル波形から振動成分fj を抽出して、
各振動数fj に対して、波形の特徴 h D、h Dp、架設解
析値との整合性hcその他の情報の特徴量を演算する。
フアジイの場合、即ち、帰属度関数き形は、専門家の感
覚的な判断により決定する。フアジイ集合を用いる利点
は、専門家の感覚的で曖昧な知識を比較的容易に且つ人
間の感覚に近い形で表現できて、情報の追加、訂正も簡
単にできる点にある。
な情報からこのようにして得られた帰属度関数の値の組
〔h p , h Dp, ・・・ h D・・・〕を〔α1,α2 ・・・
αn 〕とおけば、これは振動数fj に対するn個の特徴
量を表すスペクトルになる。演算器4では、以上のよう
にパワースペクトル波形から振動成分fj を抽出して、
各振動数fj に対して、波形の特徴 h D、h Dp、架設解
析値との整合性hcその他の情報の特徴量を演算する。
フアジイの場合、即ち、帰属度関数き形は、専門家の感
覚的な判断により決定する。フアジイ集合を用いる利点
は、専門家の感覚的で曖昧な知識を比較的容易に且つ人
間の感覚に近い形で表現できて、情報の追加、訂正も簡
単にできる点にある。
【0016】演算器4には、1つの成分fj に対してn
個の特徴を表すペクトル〔α1 、α 2 、・・・αn 〕か
ら同振動数fj の確信度を演算するものであり、図5に
示す3層のニユートラルネツトワークを用いている。図
中のUij、Ujkは、それぞれニユーロンi、jとj、k
との結合の大きさを表す重み係数であり、これらは、幾
つかの振動パターンを与えて、各々の波形により専門家
の判断で最もらしいと判断される固有振動数成分を与え
て、公知の手法により同システムの推論結果とのズレを
最小とするように学習を行うことにより、自己組織的に
決定される。
個の特徴を表すペクトル〔α1 、α 2 、・・・αn 〕か
ら同振動数fj の確信度を演算するものであり、図5に
示す3層のニユートラルネツトワークを用いている。図
中のUij、Ujkは、それぞれニユーロンi、jとj、k
との結合の大きさを表す重み係数であり、これらは、幾
つかの振動パターンを与えて、各々の波形により専門家
の判断で最もらしいと判断される固有振動数成分を与え
て、公知の手法により同システムの推論結果とのズレを
最小とするように学習を行うことにより、自己組織的に
決定される。
【0017】
【発明の効果】本発明は前記のようにケーブルの振動を
検出し、周波数を分析して、振動成分の大小等の特徴を
抽出し、その特徴からある周波数がケーブルの固有振動
成分である確からしさを演算し、複数の振動数について
の確からしさを比較して、最も確からしさの高い振動数
を選択するので、振動の計測やケーブルを含む構造物に
対する設計施工に対する専門知識を必要とせずに、ケー
ブル振動によりその張力を自動的に推測できる。
検出し、周波数を分析して、振動成分の大小等の特徴を
抽出し、その特徴からある周波数がケーブルの固有振動
成分である確からしさを演算し、複数の振動数について
の確からしさを比較して、最も確からしさの高い振動数
を選択するので、振動の計測やケーブルを含む構造物に
対する設計施工に対する専門知識を必要とせずに、ケー
ブル振動によりその張力を自動的に推測できる。
【0018】また前記のように構成されており、推論を
行うための入力データを増やしても、全く同じアルゴリ
ズムで推論可能であり、知識の拡充が容易で、システム
としは発展性に富んでいる。また演算が演算器により行
われるので、従来の人間による個人差がなくて、再現性
のある、質的にも優れた張力の推定が可能になる。
行うための入力データを増やしても、全く同じアルゴリ
ズムで推論可能であり、知識の拡充が容易で、システム
としは発展性に富んでいる。また演算が演算器により行
われるので、従来の人間による個人差がなくて、再現性
のある、質的にも優れた張力の推定が可能になる。
【0019】なお本実施例を横浜ベイブリツジの斜張橋
ケーブルの張力測定に適用した結果、専門家の判断に対
して92%の合致率が得られた。
ケーブルの張力測定に適用した結果、専門家の判断に対
して92%の合致率が得られた。
【図1】本発明のケーブル張力測定装置の一実施例を示
す系統図である。
す系統図である。
【図2】振動波形のパワーの強さと波形のシヤープさを
表す帰属度関数を示す説明図である。
表す帰属度関数を示す説明図である。
【図3】抽出された振動数が架設解析値の振動数と合致
する度合を表す帰属関数を示す説明図である。
する度合を表す帰属関数を示す説明図である。
【図4】抽出された振動数と塔の倒れとの整合性を判断
するための帰属関数を示す説明図である。
するための帰属関数を示す説明図である。
【図5】特徴量(α1 、α2 ・・・αn )から確からし
さ(確信度)の最大を演算する構造モデル図である。
さ(確信度)の最大を演算する構造モデル図である。
1 振動センサー 2 振動計 3 周波数分析器 4 確からしさを演算する演算器 5 張力を算出する演算器 6 出力部 7 外部入力装置 8 斜張橋のケーブル
Claims (2)
- 【請求項1】 ケーブルの振動を検出し、周波数を分析
して、振動成分の大小等の特徴を抽出し、その特徴から
ある周波数がケーブルの固有振動成分である確からしさ
を演算し、複数の振動数についての確からしさを比較し
て、最も確からしさの高い振動数を選択することを特徴
としたケーブル張力測定方法。 - 【請求項2】 ケーブル振動の周波数を分析する周波数
分析器と、分析された波形の振動成分の複数の特徴及び
ケーブルに加えた力の変化の大きさ等の外部条件を満た
す度合を演算してこれらの諸特徴から同振動成分がケー
ブルの固有振動成分である確からしさを算出する演算器
と、固有振動数から張力を算出する演算器とを具えてい
ることを特徴としたケーブル張力測定装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4001671A JPH05180713A (ja) | 1992-01-08 | 1992-01-08 | ケーブル張力測定方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4001671A JPH05180713A (ja) | 1992-01-08 | 1992-01-08 | ケーブル張力測定方法及びその装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05180713A true JPH05180713A (ja) | 1993-07-23 |
Family
ID=11507985
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4001671A Withdrawn JPH05180713A (ja) | 1992-01-08 | 1992-01-08 | ケーブル張力測定方法及びその装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05180713A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006250647A (ja) * | 2005-03-09 | 2006-09-21 | Jfe Koken Corp | ワイヤケーブル、並びに張力測定システム及び張力測定方法 |
JP2014010014A (ja) * | 2012-06-28 | 2014-01-20 | Neturen Co Ltd | Pc鋼棒ユニットの緊張力検査方法、pc鋼棒ユニットの緊張力検査装置及びユニット振動付与装置 |
JP2016176729A (ja) * | 2015-03-19 | 2016-10-06 | 株式会社 日立産業制御ソリューションズ | 振動測定装置 |
CN106872091A (zh) * | 2017-01-13 | 2017-06-20 | 北京掌尚信控科技有限公司 | 拉线基频的测量方法和装置 |
KR102348224B1 (ko) | 2020-11-23 | 2022-01-10 | 한국건설기술연구원 | 첨두 자동추출 알고리즘을 이용한 진동법-기반 자동 케이블 모니터링 시스템 및 그 방법 |
-
1992
- 1992-01-08 JP JP4001671A patent/JPH05180713A/ja not_active Withdrawn
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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