基于阵列移动传感器的桥梁模态参数评估系统专利检索

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基于阵列移动传感器的桥梁模态参数评估系统专利检索

2024-07-13 17:00:30| 来源: 网络整理| 查看: 265

1.一种基于阵列移动传感器的桥梁模态参数评估系统,其特征在于:包括:现场测量系统,包括测量车系统、数据采集模块、数据转换模块、数据通信模块和数据存储模块;所述测量车系统包括测量车和牵引车,所述牵引车用于引导所述测量车移动,且所述测量车可绕一转轴相对于所述牵引车转动、并可沿一滑轴相对于所述牵引车移动,所述转轴和滑轴相互垂直;所述测量车上设有一根车轴,所述车轴分别与所述转轴和滑轴垂直;所述车轴上线性阵列布置有用于采集竖向振动响应的传感器;所述数据采集模块采集所述传感器测量得到的竖向振动响应数据,所述数据转换模块将采集得到的竖向振动响应数据进行数据转换,所述数据通信模块将转换后的竖向振动响应数据传输至所述数据存储模块进行存储;数据分析处理平台,用于根据采集得到的竖向振动响应数据进行桥梁模态参数识别;数据输出及显示终端,用于实时输出和显示所述数据分析处理平台的计算结果。2.根据权利要求1所述基于阵列移动传感器的桥梁模态参数评估系统,其特征在于:所述现场测量系统采集竖向振动响应数据的方法为:11)采用线性阵列的方式将传感器布置在测量车的车轴上;12)采用牵引车引导测量车匀速驶过待测桥梁,在测量车在待测桥梁上行驶过程中,采集每个传感器检测得到的竖向振动响应。3.根据权利要求1所述基于阵列移动传感器的桥梁模态参数评估系统,其特征在于:所述数据分析处理平台根据采集得到的竖向振动响应数据进行桥梁模态参数识别的方法为:21)依次计算采集得到的不同竖向振动响应之间的互协方差响应;22)根据密集频率区间确定小波的宽带参数和中心小波参数;23)利用小波的宽带参数和中心小波参数,对互协方差响应执行小波变换,得到相应的小波系数矩阵;24)采用同步挤压方法沿频率轴方向压缩小波系数以增强待分析信号的局部时频特征,得到挤压小波系数矩阵;25)考虑小波尺度与瞬时频率的关系,依次提取每一个挤压小波系数矩阵的第k行,形成新的尺度矩阵;26)利用奇异值分解技术分解尺度矩阵并确定小波脊线的位置;27)利用小波脊线的信息计算得到桥梁的模态参数。4.根据权利要求3所述基于阵列移动传感器的桥梁模态参数评估系统,其特征在于:所述步骤21)中,不同竖向振动响应之间的互协方差响应为:其中,Rgh(t)表示互协方差响应;yg(nΔt)和yh[(n+i)Δt]分别为第g和h个传感器在第n和n+i个时刻记录的响应;N为数据总长;Δt=1/fs为采样间隔;fs为采样时间。5.根据权利要求4所述基于阵列移动传感器的桥梁模态参数评估系统,其特征在于:所述步骤22)中,小波的宽带参数和中心小波参数为:Δfi,i+1=fi+1‑fifi,i+1=(fi+1‑fi)/2其中,fb和fc分别表示小波的宽带参数和中心小波参数;fi和fi+1表示密集频率区间的两个端值;β表示根据所需精度水平确定的整数;α表示定义Morlet小波的相邻高斯窗口之间的重叠度;γ表示经验参数;T表示用于分析的信号长度;Δfi,i+1和fi,i+1均为便于计算的中间参数。6.根据权利要求5所述基于阵列移动传感器的桥梁模态参数评估系统,其特征在于:所述步骤23)中,小波系数矩阵为:其中,Wi表示表示不同尺度a下经小波变换分解得到的小波系数矩阵;Wi(a,b)表示单个尺度下经小波变换分解得到的小波系数矩阵;a和b表示小波变换中的尺度参数和平移参数;Aj和θj分别表示第j阶模态的振幅和相位角;ξj表示第j阻尼系数;fj和fdj分别表示第j阶模态的无阻尼频率和阻尼频率; 和 分别表示第g和h个传感器测量的第j阶模态;p表示小波尺度的维度,m表示互协方差响应的长度。7.根据权利要求6所述基于阵列移动传感器的桥梁模态参数评估系统,其特征在于:所述步骤24)中,选取一定频率范围内[ωl‑Δω/2,ωl+Δω/2]的小波系数进行挤压,根据小波系数的幅值大小分配不同的权值,将整个时频分布进行重排,得到挤压小波系数Ti(ωl,b):其中,Δω=ωl+1‑ωl,ωl表示第l个中心圆频率;aj表示第j个小波尺度;(Δa)j=aj+1‑aj,表示相邻尺度的差值。8.根据权利要求7所述基于阵列移动传感器的桥梁模态参数评估系统,其特征在于:所述步骤25)中,小波尺度与瞬时频率的关系为:aj=2πfc/ωl尺度矩阵表示为:其中,Ak表示每一个挤压小波系数矩阵的第k行形成的尺度矩阵;k=1,2,…,p表示当前尺度。9.根据权利要求8所述基于阵列移动传感器的桥梁模态参数评估系统,其特征在于:所述步骤26)中,将尺度矩阵ak表示为:其中,Uk表示Ak的左奇异值矩阵,由 的特征向量组成;Sk表示Ak的奇异值矩阵,由的特征值平方根组成,并且按照降序排列,值越大所占的权重越高; 表示Ak的右奇异值矩阵,由 的特征向量组成;在尺度a1‑ap范围内,Ak的每一个最大奇异值可以与不同的尺度下ak相关联,以形成奇异值图,曲线的峰值对应于需要定位的小波脊,得到小波脊线的位置及相应的小波脊信息。10.根据权利要求9所述基于阵列移动传感器的桥梁模态参数评估系统,其特征在于:所述步骤26)中,利用小波脊信息,得到尺度参数:aj=fc/fj将尺度参数aj代入Wi(a,b)的表达式中,同时将Wi(a,b)表达式中的平移参数b替换为t,将Wi(a,b)的表达式改写为:其中,Bj(t)表示时变振幅; 表示瞬时相位角;对时变振幅Bj(t)执行对数和导数运算,对瞬时相位角 执行导数运算,得到:通过lnBj(t)和 的斜率计算桥梁的固有频率fj和阻尼比ξj:



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