[發明專利]基于自然風激勵下的鐵塔沉降在線監測系統及監測方法

有效

• 申請號: 201711129631.3
• 申請日: 2017-11-15
• 公開（公告）號: CN107976172B
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發明（設計）人: 黃新波;趙鈺;趙隆;鄭天堂
• 申請（專利權）人: 西安工程大學
• 主分類號: G01C5/00
• 分類號: G01C5/00
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 王珂瑜

1.一種基于自然風激勵下的鐵塔沉降在線監測系統進行監測的方法，其特征在于，基于自然風激勵下的鐵塔沉降在線監測系統，包括依次連接的前端監測裝置(1)、4G通信單元(2)和監控中心(3)，所述的前端監測裝置(1)包括依次連接的三軸加速度傳感器(1-1)、調理模塊(1-2)、AD轉換模塊(1-3)和微處理器(1-4)，所述的微處理器(1-4)與4G通信單元(2)連接，具體按照以下步驟實施：

步驟1，建立模型，求取待檢測鐵塔結構正常時的阻尼比矩陣

步驟2，利用三軸加速度傳感器對鐵塔加速度進行采集，并利用A/D轉換器將數據轉換為數字量，送給微處理器；

步驟3，微處理器根據實際采集信號情況，采用ITD法計算出不同風速、風向下鐵塔的阻尼比，并將其求平均值，最終得到測量的阻尼比矩陣

具體為，

步驟3.1、將加速度信號進行數字濾波、放大處理，濾出100HZ以下的干擾信號；

步驟3.2、將步驟3.1中得到的數據關于時間t做二次積分，建立關于位移響應的ITD法數學模型，如公式(3-2-1)所示，

其中，

λ_i＝-σ_i+jω_i

其中，x(t)為鐵塔阻尼系統的位移響應，p_i為鐵塔自由響應各階模態振動幅值，為n×2n階矩陣，且個列線性無關，*表示共軛；e(t)為2n階矩陣；P矩陣的前n列和e(t)的前n個元素包含待識別的模態參數；λ_i表示無量綱復模態參數，σ_i為無量綱阻尼，ω_i為無量綱頻率；j表示虛部；i＝1,2,…2n；

步驟3.3、建立鐵塔自由響應的數據矩陣；

步驟3.4，構造鐵塔自由響應的增廣矩陣；

步驟3.5、構造鐵塔系統特征方程，即公式(3-5-1)；

其中，Q＝PΔ，R＝QΔ，D_xy為2n×2n階矩陣，D_yz為2n×2n階矩陣；

且記，

其中，矩陣A為鐵塔阻尼系統的特征矩陣；

則，

則可以計算出鐵塔阻尼系統的特征矩陣A，

步驟3.6、估算模態參數；

所述的步驟3.3具體為：

設獲得M個測點的自由響應時間歷程按下面三種形式進行采樣，

步驟3.3.1，先進行正常采樣，以一定的時間間隔Δt進行采樣，

X＝[x(t₁) x(t₂)…x(t_2n)]＝PE

E＝[e(t₁) e(t₂)…e(t_2n)]

其中，為鐵塔的模態位移的矩陣，是n×2n階矩陣，矩陣E為在進行矩陣推導計算時引入的一個輔助矩陣，為2n×2n階矩陣；

步驟3.3.2，再進行延時采樣，即在步驟3.3.1采樣后，延時Δτ后，進行采樣，

得到一個延時采樣后得到的數據組成的矩陣

Y＝[x(t₁+Δτ) x(t₂+Δτ)…x(t_2n+Δτ)]＝QE

其中，為M×2n階矩陣，矩陣Q為在進行矩陣推導計算時引入的一個輔助矩陣；

步驟3.3.3，在步驟3.3.2采樣后，再延時2Δτ采樣，采樣得到的數據組成矩陣

Z＝[x(t₁+2Δτ) x(t₂+2Δτ)…x(t_2n+2Δτ)]＝RE

其中，為M×2n階矩陣，矩陣R為在進行矩陣推導計算時引入的一個輔助矩陣；

所述的步驟3.4具體為，

步驟3.4.1，由步驟3.3.1正常采樣時和步驟3.3.2延遲采樣得到的數據構鐵塔自由響應的造增廣矩陣D_xy，

步驟3.4.2，由步驟3.3.2中延時Δτ采樣和步驟3.3.3中延時2Δτ采樣得到的數據構造增廣矩陣D_yz；

所述的步驟3.6具體為：

求解3.5中鐵塔阻尼系統的特征矩陣A，得到特征值

由步驟3.2知，λ_i＝-σ_i+jω_i，帶入Δi中，

得：

則有：

式中，Re表示實部，Im表示虛部，

則，

即有，即求得阻尼比矩陣

步驟4，將步驟3中測量得到的阻尼比矩陣與步驟1中正常狀態下得到的阻尼比矩陣進行比較，判斷鐵塔的狀態。