[發(fā)明專利]一種適用于橋梁振動(dòng)監(jiān)測的加速度實(shí)時(shí)重構(gòu)動(dòng)態(tài)位移方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111083922.X
• 申請(qǐng)日: 2021-09-15
• 公開（公告）號(hào): CN113820003B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張秋昭;劉振文;孫澳;鄭南山;孟曉林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01H17/00
• 分類號(hào): G01H17/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 徐瑩

本發(fā)明公開了一種適用于橋梁振動(dòng)監(jiān)測的加速度實(shí)時(shí)重構(gòu)動(dòng)態(tài)位移方法，包括：初始化兩個(gè)濾波參數(shù)和濾波初值；對(duì)當(dāng)前歷元下的原始監(jiān)測數(shù)據(jù)遞推處理，得到當(dāng)前歷元下可用加速度數(shù)據(jù)并一次積分計(jì)算，再利用加權(quán)滑動(dòng)均值濾波算法進(jìn)行濾波處理，得到濾波后的當(dāng)前歷元下的可用速度數(shù)據(jù)，并再進(jìn)行一次積分計(jì)算，得到當(dāng)前歷元下的位移數(shù)據(jù)；利用加權(quán)滑動(dòng)均值濾波算法進(jìn)行濾波處理，再遞推處理，得到當(dāng)前歷元下的可用位移數(shù)據(jù)，獲得當(dāng)前歷元測點(diǎn)的實(shí)時(shí)振動(dòng)位移數(shù)據(jù)；利用頻域處理方法對(duì)兩個(gè)濾波參數(shù)進(jìn)行最優(yōu)固定；循環(huán)執(zhí)行，逐歷元解算獲得測點(diǎn)的實(shí)時(shí)振動(dòng)位移數(shù)據(jù)。本發(fā)明能夠逐歷元對(duì)加速度傳感器實(shí)時(shí)產(chǎn)生的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行在線解算，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)重構(gòu)橋梁的振動(dòng)位移。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種適用于橋梁振動(dòng)監(jiān)測的加速度實(shí)時(shí)重構(gòu)動(dòng)態(tài)位移方法，屬于橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

橋梁在外力作用下會(huì)發(fā)生振動(dòng)，其動(dòng)態(tài)變形直接反映橋梁結(jié)構(gòu)剛度，是橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的重要監(jiān)測內(nèi)容。然而在實(shí)際中測量其絕對(duì)變形非常困難，通常的接觸式測量方法需要提供絕對(duì)靜止的參考點(diǎn)，這在實(shí)際的橋梁監(jiān)測環(huán)境下難以實(shí)現(xiàn)。液位計(jì)這種測量方法對(duì)于位移變化響應(yīng)較慢，通常適用于靜態(tài)位移測量。非接觸測量方法，比如全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)技術(shù)可直接獲取點(diǎn)位變形信息，已在柔性橋梁的變形監(jiān)測中得到了廣泛應(yīng)用，但其在豎直方向上實(shí)時(shí)監(jiān)測精度存在局限性，難以準(zhǔn)確識(shí)別出高頻率、低幅度的變形信息，且布設(shè)位置存在一定的局限性。全站儀測量精度較高，但其采樣頻率較低，難以進(jìn)行高頻動(dòng)態(tài)跟蹤測量。地基干涉雷達(dá)等干涉測量技術(shù)對(duì)監(jiān)測區(qū)域現(xiàn)場條件要求較高，且成本十分高昂。加速度計(jì)采樣率高，廣泛應(yīng)用于橋梁的振動(dòng)模態(tài)提取，理論上通過積分運(yùn)算可以將加速度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為速度與位移，是一種較為方便且低成本獲取橋梁振動(dòng)變形的方法。

對(duì)原始加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行直接二次積分時(shí)會(huì)產(chǎn)生累積誤差導(dǎo)致結(jié)果發(fā)散，傳統(tǒng)的積分算法通常對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理，但難以滿足橋梁健康監(jiān)測中連續(xù)實(shí)時(shí)的監(jiān)測需求。近年來不少研究提出了加速度的實(shí)時(shí)積分方案，但其算法較為復(fù)雜，尤其高階矩陣嚴(yán)重影響計(jì)算效率，這些方法由于均沒有實(shí)現(xiàn)對(duì)原始數(shù)據(jù)的逐歷元解算，都存在不同程度的時(shí)間滯后。此外，前人所提的積分方法較為依賴數(shù)字濾波器，對(duì)低頻變形信號(hào)的衰損較大。因此，提出一種基于遞推濾波的加速度重構(gòu)位移方法來實(shí)時(shí)獲取橋梁更寬頻帶的振動(dòng)變形十分必要。

發(fā)明內(nèi)容

為了能夠更加高效、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的監(jiān)測出橋梁的較寬頻帶的振動(dòng)變形信息，提供一種適用于橋梁振動(dòng)監(jiān)測的加速度實(shí)時(shí)重構(gòu)動(dòng)態(tài)位移方法，能夠逐歷元對(duì)加速度傳感器實(shí)時(shí)產(chǎn)生的原始監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行在線解算，實(shí)現(xiàn)利用加速度監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)重構(gòu)橋梁的振動(dòng)位移。

本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題：

一種適用于橋梁振動(dòng)監(jiān)測的加速度實(shí)時(shí)重構(gòu)動(dòng)態(tài)位移方法，包括以下步驟：

步驟1：在橋體適當(dāng)位置安裝加速度傳感器，初始化遞歸高通濾波與加權(quán)滑動(dòng)均值濾波的濾波參數(shù)及加速度、速度、位移的濾波初值；

步驟2：利用遞歸高通濾波器對(duì)當(dāng)前歷元下的加速度傳感器實(shí)時(shí)產(chǎn)生的原始監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行遞推處理，得到當(dāng)前歷元下的可用加速度數(shù)據(jù)；

步驟3：利用梯形積分公式對(duì)當(dāng)前歷元下的可用加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行一次積分計(jì)算，得到當(dāng)前歷元下的速度數(shù)據(jù)；

步驟4：利用加權(quán)滑動(dòng)均值濾波算法對(duì)當(dāng)前歷元及當(dāng)前歷元之前L長度下的速度數(shù)據(jù)序列進(jìn)行濾波處理，得到濾波后的當(dāng)前歷元下的可用速度數(shù)據(jù)，其中L為加權(quán)平滑窗口長度；

步驟5：利用梯形積分公式對(duì)當(dāng)前歷元下的可用速度數(shù)據(jù)進(jìn)行一次積分計(jì)算，得到當(dāng)前歷元下的位移數(shù)據(jù)；

步驟6：利用加權(quán)滑動(dòng)均值濾波算法對(duì)當(dāng)前歷元及當(dāng)前歷元之前L長度下的位移數(shù)據(jù)序列進(jìn)行濾波處理，得到濾波后的當(dāng)前歷元下的位移數(shù)據(jù)；

步驟7：利用遞歸高通濾波器對(duì)濾波后的當(dāng)前歷元下的位移數(shù)據(jù)進(jìn)行遞推處理，得到當(dāng)前歷元下的可用位移數(shù)據(jù)，從而獲得測點(diǎn)的實(shí)時(shí)振動(dòng)位移數(shù)據(jù)；