基于振动信号的拉索断丝识别方法技术

本发明专利技术公开的一种基于振动信号监测的拉索断丝识别方法，是通过分级切割索体钢丝的方式，在每根拉索或吊杆中分别设置加速度传感器，采集拉索或吊杆的横向振动加速度信号，获取断丝时的索体脉冲振动幅值，并以同时段长度范围内信号的能量或功率作为信号的特征值指标，引入断丝过程中能量与断丝前后平均能量的比值作为判定参数，判别断丝信号与常规振动信号的差异值。采用本发明专利技术捕捉此脉冲振动信号的方法，可对拉索损伤进行长期监测，有效断定拉索断丝的发生。

\u57fa\u4e8e\u632f\u52a8\u4fe1\u53f7\u7684\u62c9\u7d22\u65ad\u4e1d\u8bc6\u522b\u65b9\u6cd5

The invention discloses a method for identifying broken wires of cables based on vibration signal monitoring. Acceleration sensors are set in each cable or suspender separately by cutting steel wires of cables by stages, and lateral vibration acceleration signals of cables or suspenders are collected to acquire pulse vibration amplitude of cables when broken wires, and energy or power of signals in the same length range are used as signals. The ratio of energy to average energy before and after wire breaking is introduced as the judging parameter to distinguish the difference between wire breaking signal and conventional vibration signal. By adopting the method of capturing the pulse vibration signal, the cable damage can be monitored for a long time and the occurrence of cable breakage can be effectively determined.

【技术实现步骤摘要】
基于振动信号的拉索断丝识别方法
本专利技术涉及拉索断丝识别领域，具体是一种基于振动信号的拉索断丝识别方法。
技术介绍
目前，较多的大中型桥梁建立了健康监测系统，希望通过健康监测系统实时获取的数据，来评价桥梁的健康状况，从而对桥梁可能出现的安全事故提前采取应对措施。对于拉索类桥梁(如悬索桥、斜拉桥、吊杆拱桥等)，拉索(吊杆)是桥梁的主要受力构件，拉索的破断容易引起桥梁的整体倒塌。由于拉索的破断往往发生在拉索(吊杆)内部很小的区域，常规的检测和监测手段很难发现。目前，针对拉索的破断还未形成行之有效的检测手段，使得即使在安装了健康监测系统的拉索类桥梁，倒塌破坏的事件也时有发生。而且从该类桥梁的破坏情况来看，拉索破断往往是引起破坏的根源。
技术实现思路
为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本专利技术提供了一种基于振动信号监测的拉索断丝识别方法。实现本专利技术目的的技术方案是：基于振动信号监测的拉索断丝识别方法，是：通过分级切割索体钢丝的方式，在每根拉索或吊杆中分别设置加速度传感器，采集拉索或吊杆的横向振动加速度信号，获取断丝时的索体脉冲振动幅值，并以同时段长度范围内信号的能量或功率作为信号的特征值指标，引入断丝过程中能量与断丝前后平均能量的比值作为判定参数，判别断丝信号与常规振动信号的差异值，其中：所述信号的能量或功率计算公式为：式中，E为振动信号x(t)在t1至t2时间段内的信号能量，P为振动信号x(t)在t1至t2时间段内的信号功率；所述断丝过程中能量与断丝前后平均能量的比值判定参数为α，判别断丝信号与常规振动信号的差异值公式为：当α>50时，即可以判定拉索出现断丝。本专利技术的有益效果是：在拉索或吊杆产生断丝损伤时，由于断丝为一瞬时过程，并且发生力学变化，会对拉索的索体产生一个脉冲作用力，此作用力相当于对索体的一种脉冲激励，会引起拉索振动。因此，采用本专利技术捕捉此脉冲振动信号的方法，可对拉索损伤进行长期监测，有效断定拉索断丝的发生。附图说明图1为本专利技术实施例拉索断丝过程中的横向振动加速度信号示意图；图2为本专利技术实施例第一级切割横向振动加速度信号示意图；图3为本专利技术实施例断丝前、断丝过程中、断丝后长度为0.2s的振动加速度信号示意图。具体实施方式实施例：蒲庙大桥主跨为中承式劲性钢骨架钢筋混凝土拱桥，本例对大桥上下游1#、2#、26#、27#共8根短吊杆进行更换，涉及到吊杆的拆卸、安装、重新张拉新吊杆的过程监测。在拆卸吊杆的过程中，通过分级切割索体钢丝的方式进行吊杆断丝的模拟，在此过程中利用加速度传感器采集吊杆的横向振动加速度信号。吊杆振动加速度信号采集采用江苏东华生产的DH5906无线索力测试仪，采样频率为100Hz。吊杆切割过程中采集到吊杆的横向振动加速度信号如图1-2所示。从图中可以看出，在拉索或吊杆产生断丝损伤时，由于断丝为一瞬时过程，并且发生力学变化，会对拉索的索体产生一个脉冲作用力。此作用力相当于对索体的一种脉冲激励，会引起拉索振动。断丝时的拉索振动幅值明显变大，与拉索常规振动信号特征相比，存在明显的差异。从试验结果分析可知，断丝时的拉索振动幅值明显变大，与拉索常规振动信号特征相比，存在明显的差异。采用同时间段长度范围内信号的能量或功率作为信号的特征值指标，用以判别断丝信号与常规振动信号的差异。信号的能量或功率计算公式如下：式中，E为振动信号x(t)在t1至t2时间段内的信号能量，P为振动信号x(t)在t1至t2时间段内的信号功率。引入判定参数α作为判定参数，α为断丝过程中能量与断丝前后平均能量的比值，如下式所示：从大量试验结果可以得出：当α>50时，可以判定拉索出现断丝。以对于蒲庙大桥2#吊杆的模拟断丝试验为例，对本方法进行详细说明及验证。取振动信号突变过程中的断丝前、断丝过程中、断丝后长度为0.2s的信号进行分析。三段信号列于同一图中，如图3所示。利用信号的能量或功率计算公式对三段信号进行分析，并计算判定参数α，结果如下表所示：断丝前、断丝过程中、断丝后信号特征计算结果指标断丝前断丝过程断丝后判定参数α能量(g2)1.19241E-075.294E-059.1484E-08502.42功率(g2/s)5.96205E-070.00026474.5742E-07502.42从表中结果可以看出：(1)断丝过程中的振动信号能量及功率特征值与断丝前后存在明显差异，达到两个数量级的差别；(2)断丝信号为瞬时信号，突变时间及短(0.2s)，可利用这一特征作为识别断丝信号的依据；(3)利用本文提出的拉索断丝判定参数α，可有效的断定拉索断丝的产生，采用本方法，可进行拉索损伤的长期监测。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于振动信号监测的拉索断丝识别方法，其特征是：通过分级切割索体钢丝的方式，在每根拉索或吊杆中分别设置加速度传感器，采集拉索或吊杆的横向振动加速度信号，获取断丝时的索体脉冲振动幅值，并以同时段长度范围内信号的能量或功率作为信号的特征值指标，引入断丝过程中能量与断丝前后平均能量的比值作为判定参数，判别断丝信号与常规振动信号的差异值，其中：所述信号的能量或功率计算公式为：

【技术特征摘要】
1.基于振动信号监测的拉索断丝识别方法，其特征是：通过分级切割索体钢丝的方式，在每根拉索或吊杆中分别设置加速度传感器，采集拉索或吊杆的横向振动加速度信号，获取断丝时的索体脉冲振动幅值，并以同时段长度范围内信号的能量或功率作为信号的特征值指标，引入断丝过程中能量与断丝前后平均能量的比值作为判定参数，判别断丝信号与...

【专利技术属性】
技术研发人员：王龙林，莫荣华，毛志刚，罗吉智，郝天之，李丽琳，
申请(专利权)人：广西交通科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：广西,45