本实用新型专利技术属于工程结构的隔振技术领域，涉及一种基于差值波谱分析的隔振沟动态监测装置。该装置在两钢板之间构造了线性无关的两组位移差响应：直接位移差响应和复式位移差响应；应变片a采集的是直接位移差响应，其反应的是隔振沟前后位移响应的直接差值；应变片b采集的是复式位移差响应，其反应的是隔振沟前侧的位移响应同质量块位移响应的差值；质量块位移响应是隔振沟后侧位移响应作用于弹簧质量部件后形成的；数据分析处理器对两种位移差响应进行频谱分析，确定每个频率成分在隔振沟前后的频域特征；色带显示器将获得的频域特征实时显示，对处在0-50Hz内的频率成分以不同颜色进行显示，来标定隔振沟的减振效果特征。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种基于差值波谱分析的隔振沟动态监测装置，属于工程结构的 隔振
技术介绍
随着现代工业技术的快速发展，高精密设备日益广泛应用，其对振动环境的要求 越来越高，例如重型水压机、地铁、爆破施工等对精密厂房设备的影响。此外在日常生活中， 我们也比较关注外部环境振动的影响，例如地铁、高铁、高速公路等机动车辆运行所引起的 地面振动对生活环境的影响。为了保证精密设备正常使用的适应性以及人们生活环境的适 宜性，需要采取一定的减振措施来减小外部振动的影响。 从沿波动传播方向上质点的振动来看，这些振动问题可看作沿着传播方向地表质 点的竖向运动问题，类似于剪切波的性质。在工程中，隔振沟和排粧隔振技术是常用的两种 隔振形式，可以用来隔断或减弱振动能量的传递。从原理上看，以隔振沟为例，其基本形式 是通过在地表振源附近挖出具有一定宽度和深度的沟来隔断沿着地表水平方向传播的振 动波，从而保证隔振沟后环境的安定性。 通常情况下，隔振沟在设计时，往往是对周围某一预设振源，经过理论分析或试验 验证来完成设计，起到一定减振或隔振效果。但在生产或生活过程中，外部振源往往是多变 的。振源的性质一旦发生改变，由其引起的振动波的特征也会发生改变。隔振沟对这些振 源是否仍有隔振效果是工程人员比较关心的问题。而且，工程人员也很关心从定量角度来 探究隔振沟对不同振源的隔振效果以及隔振沟前后波动信号的衰减特征。 目前，从监测的角度来看，评价隔振沟的减振效果需要解决两个主要方面的问题： 一是以频谱的形式来表征隔振沟前后振动信号的振动特征和衰减特征；二是监测设备在长 期使用状态下的鲁棒性和适用性。而目前缺乏这种集成性好，又满足要求的动态监测装置。 当前主要的监测技术依然是实验室形式的临时装置，通过在隔振沟前后某一方向上布置长 距离的加速度和速度振动信号采集线，观测该测线上多个测点的响应，通过分析加速度峰 值和速度峰值大小来确定隔振沟的减振效果。这种监测形式难以在各种复杂变化环境下长 期、有效、稳定的工作。本技术也是在此背景下，提出了一种基于差值波谱分析的隔振 沟动态监测装置及其设计方法。其主要满足易用性、长效性和鲁棒性这三方面的特性。其 中，易用性是说明装置集成性好，主要采用的是常规的动应变采集技术，操作简便，监测数 据准确；长效性是装置及其量测功能具有很高的可靠性，能够满足工程中长时间的监测需 要；鲁棒性是指设备中的不同部件，不仅要满足长时间的协调使用要求，而且还应克服同一 振动在传播过程中不同采集仪捕捉信号的同步性问题。
技术实现思路
本技术提供了一种基于差值波谱分析的隔振沟动态监测装置，将隔振沟两侧 动态相对剪切变形问题转换成动态线应变量测问题；利用差值量测解决了隔振沟前后信号 的同步问题；基于成熟的应变片动态监测技术，解决需要长时间进行动态监测隔振沟隔振 效果的稳定性的问题；基于复式差值装置的设计方法，对隔振沟前后同一频率成分的信号 同时采集直接位移差响应和复式位移差响应，来构造线性无关的两组位移差响应，解决了 由单组位移差导致的信息不完备的问题；基于频谱分析理论，对这两组位移差进行综合频 谱分析，可以明确隔振沟前后振动信号的频域特征，利于识别不同振源及振动的主要能量 成分。 本技术装置构造如下：钢板a固定在隔振沟前侧上，钢板b固定在隔振沟后侧 上；T型支架a和T型支架b固定在钢板a上；T型支架c和弹簧质量部件固定在钢板b上； 应变载片a连接在T型支架a和T型支架c之间；应变载片b连接在T型支架b和弹簧质 量部件之间；弹簧质量部件由质量块和弹簧串联组成；应变片a紧密贴在应变载片a上；应 变片b紧密贴在应变载片b上；应变片a和应变片b通过电导线连接于数据分析处理器；色 带显示器和数据记录仪通过电导线连接于数据分析处理器。 上述装置进行差值频谱分析的方法如下： 应变片a采集的是直接位移差响应AU，采集位移差的主要目的是解决隔振沟前 后信号的同步采集问题。对AU进行综合频谱分析得出隔振沟前后每个频率成分的直接位 移差响应Διι = sin(c〇t+ Θ )-Asin(c〇t+ θ + φ)，而其中相对幅值A是隔振沟前侧某一频率 成分的振幅同隔振沟后侧对应频率成分振幅的比值。再对Au进行三角函数变换最终得到 Au和幅值|F|的三角函数关系式： Au = |F|sin(c〇t+θ+Ψ)，即为此三角函数表达 式的幅值。 由Au = |F|sin(c〇t+0+W)曲线可知，在某一频率下，根据已知的信息相角φ 和幅值IFI，对给定A = 1时IFI随Φ的变化曲线进行插值获得该频率成分的A值。再根 据A和1的大小关系即可确定这种频率成分在隔振沟前后的频域特征：如果A>1则表示这 种频率成分在经过隔振沟后被加强，A〈1则表示这种频率成分在经过隔振沟后发生削弱，A =1则表示这种频率成分在经过隔振沟后没有发生变化。 通过分析可得，|F|随φ和A的变化曲线是根据φ的取值分成三个区段：第一区。通过确定在各个区 段内A和1的关系大小，来明确这种频率成分在隔振沟前后的频域特征。可以发现，在第一 区段和第三区段当中，|F|〈1的情况对应有两个A值。因此在此区段内不能确定这种频率 成分的频域特征，还需要补充条件来确定A的取值。 而必要的补充条件是应变片b采集到的复式位移差值响应AU'。通过质量 弹簧部件，将隔振沟后侧的响应转换成质量块单质点的响应，构建了一种与应变片a采 集的直接差值响应线性无关的复式差值形式。对AU'进行频谱分析可以得出Au' = sin(c〇t+0)-A'sin(〇t+0+(})'）= |F' |sin(〇t+0+W'）。根据结构动力学的知识，隔振 沟后侧某频率成分的响应作用在质量弹簧部件上，可以计算得出质量单质点的动态响应， 这质量单质点的动态响应就是Au'，继而可以确定A和1的关系大小，从而可以确定具体的 八值。 色带显示器以0~50Hz之间频率成分的颜色来反应A的大小，根据A与1的大小 关系来确定某一频段的频率成分是发生衰减来还是被加强，继而用色带显示器显示出来。 如某一频段的频率成分发生衰减就用绿色显示，某一频段的频率成分被加强就用红色显 不。 本技术可以有效识别隔振沟前后振动波的频域特征，根据动态监测在隔振沟 前后各个频率成分的频域特征，可以使工程人员了解隔振沟的实际作用效果，即可以通过 该监测装置确定外部振源的频域特征及振动信号对保护区域的真是影响。基于差值频谱分 析技术能保证设备不同部件间在监测过程中的同步性问题，这对高频信号长期监测尤为重 要。【附图说明】 图1是本技术的装置结构示意图。 图2是不同A的取值情况下|F|随Φ的变化曲线图。 图3是在给定A等于1的情况下|F|随Φ的变化曲线图。 图4是|F|和Φ的共同变化下A的取值曲线图。 图中：1钢板a，2钢板b，3应变片a，4应变片b，5应变载片a，6应变载片b，7质 量块，8弹簧，9质量弹簧体系，IOT型支架a，IlT型支架b，12T型支架c，13隔振沟前侧，14 隔振沟后侧，15数据分析处理器，16数据记录仪，17色带显示器，18电导线。【当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于差值波谱分析的隔振沟动态监测装置，其特征在于：该装置包括钢板a、钢板b、应变片a、应变片b、应变载片a、应变载片b、质量块(7)、弹簧(8)、质量弹簧体系(9)、T型支架a、T型支架b、T型支架c、数据分析处理器(15)、数据记录仪(16)和色带显示器(17)；钢板a固定在隔振沟前侧(13)上，钢板b固定在隔振沟后侧(14)上；T型支架a和T型支架b固定在钢板a上；T型支架c和弹簧质量部件(9)固定在钢板b上；应变载片a连接在T型支架a和T型支架c之间；应变载片b连接在T型支架b和弹簧质量部件(9)之间；弹簧质量部件(9)由质量块(7)和弹簧(8)串联组成；应变片a紧密贴在应变载片a上；应变片b紧密贴在应变载片b上；应变片a和应变片b通过电导线(18)连接于数据分析处理器(15)；色带显示器(17)和数据记录仪(16)通过电导线(18)连接于数据分析处理器(15)。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李建波，梅润雨，周磊，林皋，刘俊，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：新型
国别省市：辽宁;21
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