桥梁实时频率测试方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及振动测试装置领域，公开了一种桥梁实时频率测试方法及系统，包括，测量装置，用于测量桥梁的多个主频并输出所有主频信号；带通滤波器，其与所述测量装置连接，用于过滤除基准频率信号以外的其他主频信号；信号转换装置，其与所述带通滤波器连接，用于接收所述基准频率并转换为方波信号；基准时钟，其与所述信号转换装置连接，用于测量方波信号的周期。本发明专利技术能有效地解决传统的频域法得到的桥梁结构中频率测量都有一定的延时性，不能够实时测试桥梁的频率的问题。

Bridge real time frequency test method and system

【技术实现步骤摘要】
桥梁实时频率测试方法及系统
本专利技术涉及振动测试装置领域，具体涉及桥梁实时频率测试方法及系统。
技术介绍
桥梁在车辆经过时、或者人行桥在行人经过时，桥梁的频率会发生变化，为保障桥梁安全，需要得到桥梁的高精度实时频率。常规的桥梁结构频率测试法，主要是基于频域法原理，即通过振动传感器，记录桥梁的实际振动时程曲线，采样结束后，通过快速傅里叶变换，得到结构的频谱信息。由于频域法的频率分辨率等于数据测试时长的倒数(Δf＝1/t,t为采样时间)，为了提高桥梁结构频率的测试分辨率，需要延长采样时间t，一方面增加了计算量，同时也增加了时间延时，最终只能得到t时间内的平均频率，而不是当前时刻的振动频率。因此对于上述车辆或者行人导致快速影响桥梁频率的工况，上述常规基于频域谱分析的办法难以得到桥梁的实时频率。如某高速公路桥梁为连续钢板梁桥，其每一联跨径布置为4×35＝140m，本桥基频为2.5Hz，为了达到1％的频率分辨率Δf＝0.025Hz，则采样时间t＝40s，假设车速100km/h，则40s后该车已经快速远离，到达距离测量点为1111m的新位置，基于频域的分析方法可以得到40s内的频率平均值，但是无法得到重车在桥梁上快速行驶过程中，测量点的振动频率随时间变化的情况。如某人行桥，主跨50m，基频约1Hz，假设行人的速度为1m/s，为了达到1％的频率分辨率Δf＝0.01Hz，则采样时间要达到100s，则本采样时间段内，行人的移动距离为100m，大于桥梁跨径，无法得到行人在桥面上不同位置行走引起的桥梁频率的变化。传统的频域法只能得到一段时间内的频率平均值，并且具有较长的时间滞后，不能够实时测试桥梁的频率。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种桥梁实时频率测试方法及系统，能有效地解决传统的频域法得到的桥梁结构中频率测量都有一定的延时性，不能够实时测试桥梁的频率的问题。为达到以上目的，本专利技术采取的技术方案是：一方面本专利技术提供一种桥梁实时频率测试方法，包括：获取桥梁的多个主频信号f1、f2…fn，确定基准频率信号fi，其中i∈[1,n]，并确定基准频率信号fi与其他主频信号的最小频率间隔W；根据基准频率信号fi和最小频率间隔W设置带通滤波器的带宽范围B；将所有主频信号输入带通滤波器并输出基准频率信号；将基准频率信号整形之后得到方波信号；根据该方波信号的周期Δt，计算实时频率为f＝1/Δt。在上述技术方案的基础上，根据基准频率信号fi和最小频率间隔W设置带通滤波器的带宽范围，具体包括：设置带宽范围B以基准频率信号fi为中心设置，并且设置带宽范围B∈[fi-0.5W,fi+0.5W]。在上述技术方案的基础上，在将所有主频信号输入带通滤波器并输出基准频率信号前，所有所述主频信号经过信号放大器放大输入带通滤波器。在上述技术方案的基础上，采用频域法获得桥梁结构的多个主频信号。在上述技术方案的基础上，基准频率信号通过模拟电压比较器整形之后得到方波信号另一方面，本专利技术提供一种桥梁实时频率测试系统，包括：测量装置，用于测量桥梁的多个主频并输出所有主频信号；带通滤波器，其与所述测量装置连接，用于过滤除基准频率信号以外的其他主频信号；信号转换装置，其与所述带通滤波器连接，用于接收所述基准频率并转换为方波信号；基准时钟，其与所述信号转换装置连接，用于测量方波信号的周期。在上述技术方案的基础上，所述测量装置为振动传感器，所述振动传感器采用频域法获得桥梁结构的多个主频信号。在上述技术方案的基础上，测试系统还包括信号放大器，所述振动传感器与带通滤波器通过所述信号放大器连接，所述信号放大器用于接收测量装置输出的主频信号并放大传输至所述带通滤波器。在上述技术方案的基础上，所述信号转换装置为模拟电压比较器，用于将基准频率信号整形之后得到方波信号。在上述技术方案的基础上，所述测试系统还包括控制器，其与所述信号放大器、带通滤波器和基准时钟均连接。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术提供一种桥梁实时频率测试方法及系统，通过传统的频域法得到桥梁的多个主频信号，并确定基准频率。在通过带通滤波器出去其他阶次的主频信号，利用信号转换装置转换主频信号形成方波，并利用基准时钟得到方波的周期，最终得到桥梁的实时主频信号。解决了传统的频域法得到的桥梁结构中频率分辨率都有一定的延时性，不能够实时测试桥梁的频率的问题。附图说明图1为本专利技术实施例中桥梁实时频率测试系统的示意图。具体实施方式以下结合附图及实施例对本专利技术作进一步详细说明。图1为本专利技术实施例中桥梁实时频率测试系统的示意图，如图1所示，本专利技术实施例提供一种桥梁实时频率测试方法，该测试方法包括：S1：获取桥梁的多个主频信号f1、f2…fn，确定基准频率信号fi，其中i∈[1,n]，n，为正整数，并确定基准频率信号fi与其他主频信号的最小频率间隔W。优选地，利用振动传感器采用传统的频域法获得桥梁结构的多个主频信号。具体地，在采样时间内，采集采样时间内的频率分部信息，从而得到桥梁的各个阶次的主频信号。多个主频信号包括对桥梁影响最大的基准信号，以及与该基准信号相邻的其他主频信号。确定基准频率信号fi与其他主频信号的最小频率间隔W。可以为后续的带通滤波器的设置做准备。S2：根据基准频率信号fi和最小频率间隔W设置带通滤波器的带宽范围B。优选地，根据基准频率信号fi和最小频率间隔W设置带通滤波器的带宽范围，具体包括：在本实施例中，根据fi和W设置带宽范围B，可以使带通滤波器过滤掉其他的主频信号，只允许基准频率信号通过。优选地，设置带宽范围B以基准频率信号fi为中心设置，并且设置带宽范围B∈[fi-W,fi+W]。这样可以确保带通滤波器过滤掉非基准频率信号的其他阶次的主频信号。一般情况下，带通滤波器的带宽范围建议为基准频率信号的±20％范围内。不同桥梁的最优带宽值B有所不同，需根据实际桥梁情况进行实测优化。B越小能够观察的频率变化范围小，测量精度越高。优选地，在将所有主频信号输入带通滤波器并输出基准频率信号前，所有主频信号经过信号放大器放大输入带通滤波器。利用信号放大器将所有的主频信号方大，可以使带通滤波器更好的识别所有的主频信号。信号放大器的放大倍数是由外部的控制器程序控制。S3：将所有主频信号输入带通滤波器并输出基准频率信号。设置好带通滤波器的带宽范围后，只有基准频率信号才能通过带通滤波器，所以就将对桥梁影响最大的基准频率信号筛选出来。在本实施例中，带通滤波器为程控模拟滤波器，其参数为(带宽B、品质因数Q)，程控模拟滤波器的品质因数Q＝fi/B。程控模拟滤波器也是由外部的控制器程序控制。S4：将基准频率信号整形之后得到方波信号。优选地，基准频率信号通过模拟电压比较器整形之后得到方波信号。在本实施例中，利用模拟电压比较器得到方波信号可以更好的S5：根据该方波信号的周期Δt，计算实时频率为f＝1/Δt。对方波的频率测量则利用半波(一个上升沿、一个下降沿)来测量，上升沿开始对基准时钟计数(N1)，下降沿结束计数(N2)，因此半波周期0.5Δt＝(N2-N1)*基准时钟，本系统利用1MHz低温漂时钟源做基准时钟，最终基准时钟是指两个时间很小的时间间隔。基准时钟，采用高精度低温漂时钟，基准时钟一般采用1MHz的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种桥梁实时频率测试方法，其特征在于，包括：获取桥梁的多个主频信号f1、f2…fn，确定基准频率信号fi，其中i∈[1,n]，并确定基准频率信号fi与其他主频信号的最小频率间隔W；根据基准频率信号fi和最小频率间隔W设置带通滤波器的带宽范围B；将所有主频信号输入带通滤波器并输出基准频率信号；将基准频率信号整形之后得到方波信号；根据该方波信号的周期Δt，计算实时频率为f＝1/Δt。

【技术特征摘要】
1.一种桥梁实时频率测试方法，其特征在于，包括：获取桥梁的多个主频信号f1、f2…fn，确定基准频率信号fi，其中i∈[1,n]，并确定基准频率信号fi与其他主频信号的最小频率间隔W；根据基准频率信号fi和最小频率间隔W设置带通滤波器的带宽范围B；将所有主频信号输入带通滤波器并输出基准频率信号；将基准频率信号整形之后得到方波信号；根据该方波信号的周期Δt，计算实时频率为f＝1/Δt。2.如权利要求1所述的桥梁实时频率测试方法，其特征在于，根据基准频率信号fi和最小频率间隔W设置带通滤波器的带宽范围，具体包括：设置带宽范围B以基准频率信号fi为中心设置，并且设置带宽范围B∈[fi-0.5W,fi+0.5W]。3.如权利要求1所述的桥梁实时频率测试方法，其特征在于，在将所有主频信号输入带通滤波器并输出基准频率信号前，所有所述主频信号经过信号放大器放大输入带通滤波器。4.如权利要求1所述的桥梁实时频率测试方法，其特征在于，采用频域法获得桥梁结构的多个主频信号。5.如权利要求1所述的桥梁实时频率测试方法，其特征在于，基准频率信号通过模拟电压比较器整形之后得到方...

【专利技术属性】
技术研发人员：柴小鹏，刘德清，李东明，史雪峰，尹琪，张刚，吕江，赵海威，史晶，张越，王泽豪，赵智达，
申请(专利权)人：中铁大桥科学研究院有限公司，中铁大桥局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42