[發明專利]一種地震模擬振動臺工況的監測方法

有效

• 申請號: 201811326133.2
• 申請日: 2018-11-08
• 公開（公告）號: CN109520611B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 梅艷;任燕;季獻鋮;朱孜軼;李燕妮;王欽旭;鄭巧玲
• 申請（專利權）人: 溫州大學
• 主分類號: G01H17/00
• 分類號: G01H17/00;G06K9/00;G06K9/62
• 代理公司: 溫州名創知識產權代理有限公司 33258
• 代理人: 陳加利

本發明公開了一種地震模擬振動臺工況的監測方法。首先通過傳感器采集地震模擬振動臺各類工況信號并保存至PC端做信號處理；其次利用高通濾波除去非工作頻率段的低頻干擾，完整地保留信號的有用成分，用于循環神經網絡學習識別實際的地震模擬振動臺的實際工況信號，以此來驅動EMD算法內部的篩分門系數ε以及IMF層數的確定，最終得到地震模擬振動臺工況信號消噪和狀態監測效果。本發明方法一方面利用高通濾波濾去低頻干擾，使明顯低于工作頻率之下的干擾信號除去，從而減小頻譜干擾；另一方面，利用循環神經網絡對地震模擬振動臺工況信號的主動學習識別真實工作信號，以此來驅動EMD內部的閾值從而對信號消噪獲得最終的地震模擬振動臺工況的監測信號。

技術領域

本發明涉及機械設備狀態監測領域，尤其涉及一種利用高通濾波循環神經網絡增強的EMD消噪對地震模擬振動臺工況進行監測的方法。

背景技術

早期的抗震試驗最初是采用野外原型試驗，將強震觀測儀器設置在房屋等結構物上，等待地震的到來，測量房屋的動力特性，但是由于強震較少，所以試驗周期長，滿足不了抗震研究的要求。后來又采用大型起振機等方式在原型結構物上進行振動來獲得數據，但是起振機的振動和地震振動還是有很大的差別。也有學者提出直接利用計算分析方法進行研究，但是由于結構的非線性數學模型很難給出而沒有推行。最后提出在試驗室內建造地震模擬振動臺，將在現場的試驗搬到試驗室來做，可以獲得所需的大量數據，并且取得數據的周期可以大大縮短。

地震模擬振動臺始建于60年代末，首先是美國加州大學Berkeley分校建成了6.1m*6.1m的水平和垂直兩向振動臺，隨后日本國立防災科學技術中心建成了世界上最大的15m*15m水平或垂直單獨工作的振動臺，還大力發展了3向6自由度振動臺。到日前為止，據有關資料的不完全統計，國際上己經建成了近百座振動臺，主要分布在日本、中國和美國三個國家。所以在多地震國家里，振動臺技術的應用，標志著一個國家的工業發展水平。

國內的相關研究始于20世紀70年代中期，20世紀80年代以來發展迅速，除自行研制了一批振動臺外，還引進了許多國外振動臺，來滿足抗震研究的需要。中國建筑科學研究院研制了3m*3m單水平向振動臺，甘肅天水紅山試驗機廠、國家地震局和機電部抗震研究室聯合研制了3m*3m雙激振器單水平向振動臺，井與1988年在哈爾濱建成了5m*5m雙水平向地震模擬振動臺。但是國內現有的地震模擬振動臺使用的電液伺服閥控制器太昂貴，為了降低成本，采用并聯閥組的方式代替改伺服閥。在利用并聯閥組產生高頻振動模擬地震波的同時，我們還需要對此地震模擬振動臺進行實時監測以保證其模擬地震波的效果。

然而，地震模擬振動臺的工況信號極為復雜，極易被各種強背景噪聲所掩蓋。另外，地震模擬振動臺的工況信號通常是一種具有沖擊特征的周期信號，具有非高斯性和較寬的頻帶。要想從強背景噪聲下準確地提取出真實工況信息，采用傳統的消噪方法具有一定困難。而現代信號處理方法在機械設備狀態監測領域迫切需要解決的問題之一就是可靠的地震模擬振動臺的工況信息提取方法。。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種利用EMD消噪的具有可靠的消噪能力和快速識別能力的地震模擬振動臺工況的消噪的監測方法。

為解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的：一種地震模擬振動臺工況的監測方法，包括以下步驟：

步驟1，獲取地震模擬振動臺的正常工況信號樣本，理論工況信號表達式為：

y(n)＝x(n)+s(n)

式(1)中y(n)為理論工況信號，x(n)為理論工作信號，s(n)為隨機噪聲；

步驟2，選取切比雪夫IIR型數字濾波器對正常工況狀態樣本進行高通濾波處理，將濾波器的H(s)采取雙線性映射法至H(z)；

步驟3，將濾波后的正常工況信號樣本和理論工況信號以及理論工作信號輸入循環神經網絡進行訓練主動消噪，選取以下統計特征：