[發(fā)明專利]一種基于質(zhì)點(diǎn)響應(yīng)動力反演的瞬態(tài)位移測量計(jì)及其設(shè)計(jì)方法

有效

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• 申請日: 2017-07-04
• 公開（公告）號: CN107462196B
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李建波;常雪;褚浩然;侯禹君
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: G01B21/02
• 分類號: G01B21/02;G01B21/32
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮;潘迅

本發(fā)明提供一種基于質(zhì)點(diǎn)響應(yīng)動力反演的瞬態(tài)位移測量計(jì)及其設(shè)計(jì)方法，瞬態(tài)位移測量計(jì)包括彈簧、實(shí)心球、點(diǎn)光源、加速度傳感器、感光帶、套筒和保護(hù)罩。實(shí)心球通過兩側(cè)彈簧固定在保護(hù)罩內(nèi)部，兩側(cè)彈簧處于同一水平線；點(diǎn)光源固定于保護(hù)罩底端，與實(shí)心球中心處于同一豎線；感光帶粘在保護(hù)罩上側(cè)；加速度傳感器固定在保護(hù)罩下表面，位于點(diǎn)光源一側(cè)，采集周圍環(huán)境的卓越頻率；彈簧靠近側(cè)壁端套接在套筒內(nèi)，套筒內(nèi)的彈簧不工作，通過調(diào)節(jié)套筒長度調(diào)節(jié)彈簧的工作長度，進(jìn)而調(diào)節(jié)彈簧剛度，使其與環(huán)境中的卓越頻率相對應(yīng)。本發(fā)明以基于質(zhì)點(diǎn)響應(yīng)動力反演的瞬態(tài)位移測量計(jì)測量瞬態(tài)位移值，精準(zhǔn)可靠；結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，價格便宜，能夠應(yīng)用在小尺度結(jié)構(gòu)或模型試驗(yàn)中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于土木與機(jī)械工程結(jié)構(gòu)瞬態(tài)位移的實(shí)時監(jiān)測的技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于質(zhì)點(diǎn)響應(yīng)動力反演的瞬態(tài)位移測量計(jì)及其設(shè)計(jì)方法，適用測量在動力載荷作用下結(jié)構(gòu)的瞬態(tài)位移響應(yīng)。

背景技術(shù)

在土木與機(jī)械工程中，受地震、車輛等動力載荷作用下，結(jié)構(gòu)就會產(chǎn)生隨時間變化的位移響應(yīng)。結(jié)構(gòu)位移變化的大小將會關(guān)系土木與機(jī)械等工程結(jié)構(gòu)的安全性。如何定量監(jiān)測外載環(huán)境下工程結(jié)構(gòu)的動態(tài)位移是工程界最關(guān)注的重要問題之一。

然而位移多以相對值表達(dá)需要固定不變的參考點(diǎn)，瞬態(tài)位移響應(yīng)的測量又增加了檢測難度且參考點(diǎn)不易布置，在地震情況下很難找到合適的參考點(diǎn)，因此快速的瞬態(tài)動力響應(yīng)相比較緩慢的變形又增加了監(jiān)測難度。現(xiàn)有的位移監(jiān)測計(jì)如線位移計(jì)測量儀、動平衡測量儀大而復(fù)雜，不適合測量動態(tài)位移響應(yīng)。目前，結(jié)構(gòu)動態(tài)響應(yīng)的測量多以加速度傳感器為主，理論上加速度積分可導(dǎo)出位移曲線，但是加速度傳感器所采集的信號有兩種弊端：一是加速度傳感器所采集的信號除了由結(jié)構(gòu)的變形所產(chǎn)生的以外，還包括脈沖、聲波等引起的加速度信號，因此導(dǎo)致所采集的加速度信號來源過于泛泛；二是將加速度曲線直接積分獲得的位移曲線往往存在位移漂移等不利現(xiàn)象。

為解決上述問題，本發(fā)明從結(jié)構(gòu)響應(yīng)的角度只捕捉可引起結(jié)構(gòu)動態(tài)位移變化的外載因素，并基于單質(zhì)點(diǎn)體系的頻域正反動力響應(yīng)分析可克服加速度積分位移的漂移等現(xiàn)象。從而形成一種方便、簡單、低成本、高效并且能準(zhǔn)確捕捉結(jié)構(gòu)瞬態(tài)位移的測量計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明將提供一種基于質(zhì)點(diǎn)響應(yīng)動力反演的瞬態(tài)位移測量計(jì)及其設(shè)計(jì)方法，該瞬態(tài)位移測量計(jì)可只捕捉引起結(jié)構(gòu)動態(tài)位移響應(yīng)的加速度信號，并且從頻域正反分析的角度克服了加速度積分位移漂移的問題，因此，該瞬態(tài)位移測量計(jì)可準(zhǔn)確的捕捉到結(jié)構(gòu)的動態(tài)位移響應(yīng)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種基于質(zhì)點(diǎn)響應(yīng)動力反演的瞬態(tài)位移測量計(jì)，所述的瞬態(tài)位移測量計(jì)包括實(shí)心球1、彈簧A2、彈簧B3、點(diǎn)光源4、加速度傳感器5、感光帶6、套筒A7、套筒B8、保護(hù)罩9、螺栓10；瞬態(tài)位移測量計(jì)通過螺栓10固定在所測的結(jié)構(gòu)上，瞬態(tài)位移測量計(jì)為單自由度體系。

所述的實(shí)心球1的左側(cè)固定在彈簧A2上，右側(cè)固定在彈簧B3上，且要求實(shí)心球1兩側(cè)的彈簧處于同一水平線上；彈簧A2與B3的另一端分別固定在保護(hù)罩9的左右側(cè)面；點(diǎn)光源4固定于保護(hù)罩9的底端，且與實(shí)心球1的中心處于同一豎線上，用于照射運(yùn)動的實(shí)心球1使其在感光帶6上產(chǎn)生光影；感光帶6粘貼在保護(hù)罩9的上側(cè)，感光帶電信號的高頻識別用來采集實(shí)心球1的相對位移；加速度傳感器5固定在保護(hù)罩9的下表面，位于點(diǎn)光源4一側(cè)，用于采集周圍環(huán)境的卓越頻率，保證瞬態(tài)位移測量計(jì)對外荷載的高度敏感性；套筒A7的長度小于彈簧A2的長度，套筒B8的長度小于彈簧B3的長度，套筒A7和套筒B8固定在保護(hù)罩9的左右兩側(cè)，彈簧A2、B3靠近側(cè)壁端套接在套筒A7和套筒B8內(nèi)，且套筒A7和套筒B8內(nèi)的彈簧不工作，通過調(diào)節(jié)套筒A7和套筒B8的長度，調(diào)節(jié)彈簧的工作長度，從而調(diào)節(jié)彈簧的剛度，使其與環(huán)境中的卓越頻率相對應(yīng)。

上述基于質(zhì)點(diǎn)響應(yīng)動力反演的瞬態(tài)位移測量計(jì)的設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：