[發(fā)明專利]一種橋梁共振測試裝置及方法

在審

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• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111735532A
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發(fā)明（設計）人: 范媛媛;張英杰;吳迪;張碩;彭槺;丁梓振;程大劍;陳萬;桑英軍
• 申請（專利權）人: 淮陰工學院
• 主分類號: G01H13/00
• 分類號: G01H13/00;G01H11/08
• 代理公司: 淮安市科文知識產(chǎn)權事務所 32223
• 代理人: 鄒文玉;李鋒

1.一種橋梁共振測試裝置及方法,包括橋梁，以及安裝在橋梁上的振動傳感器；其特征在于：所述的振動傳感器包括固定安裝在橋梁的頂面且垂直于水平線的支柱，支柱的一側固定連接有壓電懸臂梁，所述壓電懸臂梁靠近支柱的一側固定連接有壓電片；所述的壓電片通過數(shù)據(jù)線與A/D轉換器連接，將測得的數(shù)據(jù)經(jīng)過A/D轉換后通過數(shù)據(jù)線輸送到微處理器，微處理器與計算機連接，最終將監(jiān)測的數(shù)據(jù)上傳至計算機；具體的測試方法如下：

步驟一：測試離心泵正常運轉振動頻率ω，令壓電懸臂梁的共振頻率ω_n＝ω，根據(jù)共振角頻率公式設計懸臂梁的具體尺寸；

步驟二：在橋梁需要檢測的檢測點上設置壓電懸臂梁；

步驟三：給壓電懸臂梁設定振動頻率的最大閾值，即將橋梁的共振頻率設定為壓電懸臂梁的最大閾值；

并在計算機中設定標準特征信號的閾值，即輸出電壓幅值的最大閾值和輸出頻率的最大閾值；

步驟四：在橋梁上的多個壓電懸臂梁分別獲取振動信號，并將獲取的振動信號與設定的振動頻率進行比對；

若壓電懸臂梁的振動頻率低于設定的最大閾值時，則進入步驟五；

若壓電懸臂梁的振動頻率達到或超出設定的最大閾值，則判斷橋梁發(fā)生共振，進入步驟六；

步驟五：判定橋梁處于正常情況，則沒有電壓信號輸出或者輸出電壓信號很小，并經(jīng)AD轉換器轉換信號后將信號傳送至微處理器暫存，最后將數(shù)據(jù)送入計算機進行數(shù)據(jù)處理；進入步驟七；

步驟六：判定橋梁發(fā)生共振，輸出大電壓，并經(jīng)AD轉換器轉換信號后將信號傳送至微處理器暫存，最后將數(shù)據(jù)送入計算機進行數(shù)據(jù)處理；進入步驟七；

步驟七：計算機在接收到微處理器上傳的數(shù)據(jù)后，對數(shù)據(jù)進行消噪預處理；計算機對振動信號進行消噪預處理后，得到反映電壓幅值變化和頻率大小變化的工作特征型號，并儲存獲得的工作特征信號；

步驟八：將獲得的工作特征信號與設定的標準特征信號的閾值進行比對；

若多處監(jiān)測點中工作特征信號的值均低于設定的標準特征信號的閾值，進入步驟九；

若多處監(jiān)測點中有任一工作特征信號的電壓和頻率達到或超出特征信號的最大閾值，則判斷橋梁發(fā)生共振，進入步驟十；

步驟九：系統(tǒng)判定橋梁處于正常情況，單次檢測結束；進入循環(huán)檢測狀態(tài)；

步驟十：系統(tǒng)判定橋梁發(fā)生共振，發(fā)出預警提醒工作人員進行注意，單次檢測結束；進入循環(huán)檢測狀態(tài)。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種橋梁共振測試裝置及方法,其特征在于：所述的壓電懸臂梁包括固定在支柱頂部一側的彈性金屬片，彈性金屬片靠近支柱一側的頂面上貼有壓電片；位于彈性金屬片遠離支柱的另一端附貼有質量塊。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種橋梁共振測試裝置及方法,其特征在于：所述的壓電懸臂梁包括固定在支柱頂部一側的彈性金屬片，彈性金屬片靠近支柱一側的頂面和底面上貼有壓電片；位于彈性金屬片遠離支柱的另一端附貼有質量塊。

4.根據(jù)權利要求2或3所述的一種橋梁共振測試裝置及方法,其特征在于：所述壓電懸臂梁的振動模型為：

其中，y(t)＝Y sinωt，m＝Δm+0.236M，y(t)為外部振動引起的基座的位移，z(t)為等效質量塊的相對位移，c為系統(tǒng)等效阻尼，K為系統(tǒng)有效彈性系數(shù)，Δm為質量塊的質量，M為懸臂梁的質量；

根據(jù)橫截面轉換法和慣性矩平行軸定理，懸臂梁在x＝0-l_p段和x＝l_p-l_e段的等效截面慣性矩為：

d為壓電層下表面距中性軸的距離，t_p和t_sh分別為壓電層和彈性層的厚度，w為懸臂梁的寬度，也就是壓電層和彈性層的寬度，η＝Y_sh/Y_p，Y_sh、Y_p分別為彈性層和壓電層的彈性模量，由結構力學相關理論可知該懸臂梁的系統(tǒng)有效彈性系數(shù)為

共振角頻率為

5.根據(jù)權利要求4所述的一種橋梁共振測試裝置及方法,其特征在于：所述共振角頻率的修正公式為：

式中K₁為頻率修正系數(shù)，為共振角頻率的多次實驗數(shù)據(jù)和對應理論計算數(shù)值的比值的平均值，ω′_n為共振角頻率的第n次實驗測得數(shù)據(jù)，n為實驗次數(shù)。