一种基于双传感器信息的传递熵的桥梁结构损伤定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于双传感器信息的传递熵的桥梁结构损伤定位方法，包括下列步骤：在桥梁上任意两个不同位置垂直于安装两个加速度传感器；测量车辆荷载经过桥梁时的加速度响应，分别得到加速度传感器的加速度信号a(t)、b(t)；定义移动时间窗口；利用移动时间窗口对两个测点加速度信号进行同步信号截取，对窗口内的两段信号计算传递熵，得到损伤指标传递熵Ki的时间序列；通过传递熵K曲线在桥梁损伤处会发生突变来定位梁式桥梁结构损伤。该方法通过对采集到的两列加速度信号之间的窗口化传递熵在桥梁损伤前后会发生改变进行梁式桥梁结构损伤定位，只需用到两个传感器所测加速度数据，然后计算传递熵值，定位桥梁损伤位置，降低了传感器的数量和成本。

A bridge damage location method based on transfer entropy of two sensor information

The invention discloses a method for damage location of bridge structure based on transfer entropy of double sensor information, which comprises the following steps: installing two acceleration sensors perpendicular to any two different positions on the bridge; measuring acceleration response of vehicle load passing through the bridge, and obtaining acceleration signal a of acceleration sensor respectively. T, B (t); define the moving time window; use the moving time window to intercept the acceleration signals of the two measuring points synchronously, calculate the transmission entropy of the two signals in the window, get the time series of the transmission entropy Ki of the damage index; locate the structural damage of the beam bridge by the sudden change of the transmission entropy K curve at the damage point of the bridge. Injury. In this method, the window transfer entropy between the two acceleration signals is changed before and after the bridge damage to locate the damage of the beam bridge. Only the acceleration data measured by the two sensors are needed, and then the transfer entropy is calculated to locate the damage position of the bridge, thus reducing the number and cost of the sensors.

【技术实现步骤摘要】
一种基于双传感器信息的传递熵的桥梁结构损伤定位方法
本专利技术涉及无损结构检测
，具体涉及一种基于双传感器信息的传递熵的桥梁结构损伤定位方法。
技术介绍
结构损伤检测是结构安全监测系统的核心，是安全监测领域具有挑战性的研究课题.随着现代传感技术、无线通讯技术、信号采集与处理、信息融合以及系统建模等技术的日益精确和完善，发展了许多不同类型的结构损伤检测方法，例如频域法、时域法、应力法等。桥梁安全监测中主要关注的参数有桥梁形变、静应变、动应变、静应变、加速度、索力、温湿度、索力、风载荷等相关数据。基于振型和频响函数的频域方法需要很多的测点，安全监测系统需要大量传感器，以及传输、记录和数据处理设备，其硬件成本较高，这使得在实际工程结构应用中耗资巨大。而且处理监测海量数据也是当前遇到的一大难题.当前桥梁安全监测系统数据没有得到充分应用。当前健康监测技术难以应用于实际工程的一个重要原因是测点繁多。桥梁安全监测中主要关注的各类相关数据，需要众多不同类型的传感器进行采集这样不仅耗资巨大，而且管理和养护困难，需要大量的专业技术人员。因此必须发展应用少量传感器的损伤检测和健康监测方法来解决这一问题。本方法提出一种只需在桥梁上安装两个传感器所测得的桥梁响应，分析这两个传感器信号的传递熵进行桥梁结构损伤诊断和定位的方法，降低传感器的使用量，解决测点过多，耗资巨大等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种基于双传感器信息的传递熵的桥梁结构损伤定位方法，该方法只利用安装在移动车辆荷载作用下的梁式桥梁上的两个传感器，根据两个传感器所测加速度信号之间的传递熵值在损伤前后会发生突变来诊断和定位桥梁损伤。本专利技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：一种基于双传感器信息的传递熵的桥梁结构损伤定位方法，通过对双传感器采集到的加速度信号之间的传递熵计算来进行梁式桥梁结构损伤定位，所述的方法包括:S1、在桥梁上任意两个不同位置安装加速度传感器a和b，安装方向为垂直于桥面方向；S2、采集车辆荷载经过桥梁时的加速度信号，分别得到加速度传感器a和b的测点加速度信号a(t)、b(t)；S3、定义移动时间窗口，窗口长度L公式表示为：其中，f为桥梁基频，fs为采样频率；S4、利用定义的移动时间窗口对两个测点加速度信号a(t)、b(t)从t＝0时刻进行同步信号截取，对窗口内的两段信号进行计算，得到窗口内两段信号之间的传递熵值，并通过依次移动窗口得到传递熵K的时间序列；将x和y分别表示两测点的加速度信号a(t)、b(t)。用Ky→x表示y对x的传递熵，同时假设过程的历史信息是完全知道的，如果过程y影响到过程x的概率为P，那么表示两个过程之间耦合关系的传递熵的表达式就可以表示为下式:其中H、J分别对应马尔可夫过程x与y的阶数。在工程结构振动中，所测振动信号均视为一阶马尔可夫过程，即取H＝J＝1。τ为延滞时间，体现y在不同时间尺度上所包含的关于x的信息量。S5、通过传递熵K曲线定位梁式桥梁结构损伤。进一步地，所述的步骤S5、通过传递熵K曲线定位梁式桥梁结构损伤的过程如下：S51、根据所述传递熵K的时间序列绘制曲线图；S52、通过所述传递熵K曲线的最大峰值处确定车辆经过损伤位置的时刻；S53、通过用车辆速度乘以车辆经过损伤位置的时刻，即把时间轴换算成空间位置轴，从而确定梁式桥梁结构损伤的位置。进一步地，所述的桥梁基频f通过对测得的加速度信号a(t)、b(t)进行FFT变换获得。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：1)本专利技术只需用到两个传感器，通过对采集到的信号进行窗口化传递熵计算就能定位桥梁损伤的位置，降低了传感器的数量和成本。2)本专利技术提出的方法，操作简单，计算快捷，桥梁结构损伤定位效果明显。附图说明图1是本专利技术公开的基于双传感器信息的传递熵的桥梁结构损伤定位方法的流程步骤图；图2是本专利技术实施例中梁式桥梁模型简图；图3是本专利技术实施例中所测得的加速度信号和移动窗口示意图；图4是本专利技术实施例中所测得加速度信号的频谱图；图5是本专利技术实施例中桥梁损伤为10％时传递熵K的曲线图；图6是本专利技术实施例中桥梁损伤为20％时传递熵K的曲线图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例如图1所示，图1为应用该基于双传感器信息的传递熵的桥梁结构损伤定位方法进行桥梁损伤定位的流程步骤图，实施例中使用的钢梁桥模型示意图如图2。模型梁长l为20m，采样频率200Hz，损伤在梁长的4/5处。具体实施过程如下：S1、在桥梁上任意两个不同位置安装加速度传感器a和b，安装方向为垂直于桥面方向，如图2所示实施例中，两个传感器安装位置分别在梁长的1/4处和1/2处。S2、采集车辆荷载经过桥梁时其加速度响应，分别得到加速度传感器a和加速度传感器b的测点加速度信号a(t)、b(t)，如图3所示为其中一个传感器所采集到的信号，信号长度N为4000。S3、定义移动时间窗口，窗口长度L公式表示为：首先对S2中采集到的信号进行FFT变换，获得桥梁基频f。如图4所示为FFT变换后的频谱图，从图中可得基频f为1.123Hz。再根据采样频率fs，可计算得到窗口长度为L＝2×200/1.123＝356.1，取整为356。S4、利用定义的移动时间窗口对两个测点加速度信号a(t)、b(t)从t＝0时刻进行同步信号截取，对窗口内的两段信号进行计算，得到窗口内两段信号之间的信息传递的传递熵值，并通过依次移动窗口得到传递熵K的时间序列，其长度为N-L；将x和y分别表示两测点的加速度信号a(t)、b(t)。用Ky→x表示y对x的传递熵，设y影响到过程x的概率为P，那么表示两个过程之间耦合关系的传递熵的表达式就可以表示为下式，其中H、J分别对应马尔可夫过程x与y的阶数。在工程结构振动中，所测振动信号均视为一阶马尔可夫过程，即取H＝J＝1。τ为延滞时间，体现y在不同时间尺度上所包含的关于x的信息量。S5、通过损伤特征量指标K曲线定位损伤。该步骤具体过程如下：S51、根据所述传递熵K的时间序列绘制曲线图；S52、当移动时间窗口移动到车辆刚好经过桥梁损伤位置时，传递熵K曲线出现峰值，通过K曲线的最大峰值位置来确定车辆经过损伤位置的时刻。S53、通过用车辆速度乘以车辆经过损伤位置的时刻，即把时间轴换算成空间位置轴，从而确定梁式桥梁结构损伤的位置。如图5为桥梁损伤10％的K值曲线，图6为桥梁损伤20％的K值曲线，从图5和6曲线峰值判断出，桥梁损伤位置为0.8，即梁长的4/5处，准确定位了桥梁的损伤。综上所述，该实施例公开的梁式桥梁结构损伤定位的方法只利用安装在移动车辆荷载作用下的梁式桥梁上的两个传感器，根据两个传感器所测加速度信号之间信息传递的传递熵值在损伤前后会发生突变来诊断和定位桥梁损伤。上述实施例为本专利技术较佳的实施方式，但本专利技术的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本专利技术的精神实质与原理下所作的改变、修本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双传感器信息的传递熵的桥梁结构损伤定位方法，其特征在于，所述的桥梁结构损伤定位方法包括下列步骤：S1、在桥梁上任意两个不同位置安装加速度传感器a和b，安装方向为垂直于桥面方向；S2、采集车辆荷载经过桥梁时的加速度信号，分别得到加速度传感器a和b的测点加速度信号a(t)、b(t)；S3、定义移动时间窗口，窗口长度L公式表示为：

【技术特征摘要】
1.一种基于双传感器信息的传递熵的桥梁结构损伤定位方法，其特征在于，所述的桥梁结构损伤定位方法包括下列步骤：S1、在桥梁上任意两个不同位置安装加速度传感器a和b，安装方向为垂直于桥面方向；S2、采集车辆荷载经过桥梁时的加速度信号，分别得到加速度传感器a和b的测点加速度信号a(t)、b(t)；S3、定义移动时间窗口，窗口长度L公式表示为：其中，f为桥梁基频，fs为采样频率；S4、利用定义的移动时间窗口对两个测点加速度信号a(t)、b(t)从t＝0时刻进行同步信号截取，对窗口内的两段信号进行计算，得到窗口内两段信号之间的传递熵值，并通过依次移动窗口得到传递熵K的时间序列；将x和y分别表示两测点的加速度信号a(t)、b(t)，用Ky→x表示y对x的传递熵，同时假设过程的历史信息是完全知道的，如果过程y影响到过程x的概率为P，那么表示两个过程之间耦合关系的传递熵的表达式就可以表示为下式:其中H、J分别对应马尔可夫过程...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂振华，杨卫星，林隽，马宏伟，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：广东,44