一种埋入振弦式渗压计智能激励与拾振方法技术

技术编号:24328608 阅读:58 留言:0更新日期:2020-05-29 18:52
本发明专利技术公开了一种埋入振弦式渗压计智能激励与拾振方法,包括步骤:在一定的频率范围内进行全频段激振扫描,对钢弦的返回波进行运放、滤波和拾取,并测量其固有频率值;估计渗压值,估计理论响应频段;判断所测量的频率范围与估计的理论响应频段是否一致,若不一致则重新进行全频段激振扫描,若一致则自动截取合理频段;在所截取的合理频段内进行精细化激振扫描,对钢弦的返回波进行运放、滤波和拾取,并测量频率;判断所测量的频率是否可靠,若不可靠,则重新进行全频段激振扫描并重复以上步骤,若可靠则记录该频率,即为埋入振弦式渗压计的固有频率。本发明专利技术测量精度高、适应性强和长期稳定性好。

An intelligent excitation and vibration pick-up method of embedded vibrating wire osmometer

【技术实现步骤摘要】
一种埋入振弦式渗压计智能激励与拾振方法
本专利技术属于水利工程
,具体涉及一种埋入振弦式渗压计智能激励与拾振方法。
技术介绍
渗透(或孔隙水)压力是分析大坝、堤防、水电站厂房、地下洞室、闸站和边坡等工程渗流破坏及稳定性的基础,埋设振弦式渗压计是渗透压力的主要监测方法。由于大型工程服役时间长,保证监测数据的长期可靠性是分析结论正确性的前提和基础。一般情况下仪器初期可靠性比较高,但随着时间的推移,时间漂移显现,由于钢弦存在多阶固有频率和频率混叠,钢弦及附属结构在长期应力作用下将发生徐变和松弛,在信号拾取过程中还可能发生拾取误差甚至错误,目前的埋设振弦式渗压计采用的近似随机的通扫激励和信号拾取方式,难以准确获得渗透压力作用下对应阶固有频率,更不能保证长期测值的准确性,一旦出现读数错误将直接影响工程安全评价和预警,甚至造成人员伤亡。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足,提供一种埋入振弦式渗压计智能激励与拾振方法,测量精度高、适应性强、长期稳定性好。本专利技术提供了如下的技术方案:一种埋入振弦式渗压计智能激励与拾振方法,包括以下步骤:在一定的频率范围内进行全频段激振扫描,对埋入振弦式渗压计钢弦的返回波进行运放、滤波和拾取,并测量其固有频率值;根据外界环境参数及已知水头估计渗压值,根据现场率定和埋入振弦式渗压计初期正常使用阶段获得的数据估计理论响应频段;判断所测量的频率范围与估计的理论响应频段是否一致,若不一致则重新进行全频段激振扫描,若一致则自动截取合理频段;在所截取的合理频段内进行精细化激振扫描,对钢弦的返回波进行运放、滤波和拾取,并测量频率;判断所测量的频率是否可靠,若不可靠,则重新进行全频段激振扫描并重复以上步骤,若可靠则记录该频率,即为埋入振弦式渗压计的固有频率。优选的,全频段激振扫描的频率范围是400~4500Hz。优选的,激振扫描时核心微控制器的相关频率输出引脚PULSE与斩波稳零运算放大器的同相输入端相连,构成波形发生器,该波形发生器的两个同步反向输出引脚FREQ1和FREQ2产生一系列波幅相等、频率不同的连续变频方波激振信号,接入振弦式渗压计频率线圈两端,对振弦式渗压计的钢弦进行低压激振。优选的,对振弦式渗压计钢弦的返回波进行去干扰拾取时,在振弦式仪器线圈返回波的输入端加入一个截止频率为200Hz的2阶有源高通滤波器,用于去掉叠加在直流供电电压和系统中存在的低频干扰,所述低频为工频50Hz。优选的,选用径向基函数作为核函数,利用室内率定试验的渗压、当时温度、作用时间和实测频率值组成样本训练模型,通过模型泛化能力检验得到最优模型参数,得到向量机回归模型1,通过向量机回归模型1估计理论响应频段。优选的,在分析确定影响现场埋入振弦式渗压计测值的外界影响因素的基础上,假设仪器测值正常,通过实测数据训练和检验得到最优支持向量回归机模型2,通过向量回归机模型2估计渗压值。优选的,影响渗压值的外界影响因素包括当日及前几日降水、坝前或坡前水位、当地气压数据、气温和时间。优选的,判断所测量的频率范围与估计的理论响应频段是否一致,若不一致,则统计全频段激振扫描的次数,若次数≤3次,则重新进行全频段激振扫描,若次数>3次,则发出测量异常报警。优选的,判断所测量的频率是否可靠的方法是:将所测量的频率与本地存储的该振弦式渗压计前一次的测量频率值进行比对,若两者之间模数差值小于设定值,则认为所测量的频率可靠。优选的,判断所测量的频率是否可靠,若不可靠,则统计全频段激振扫描的次数,若次数≤3次,则重新进行全频段激振扫描,若次数>3次,则发出测量异常报警。与现有技术相比,本专利技术的有益效果是:本专利技术先在较宽的范围内进行全频段激振扫描、信号拾取和测量频率范围,通过与理论响应频段相比较,获得较小范围的合理频段,再进行精细化激振扫描、信号拾取和测量频率,通过判断可靠性,不断修正频率,最终获得振弦式渗压计的固有频率,测量精度高、适应性强、长期稳定性好;此外,激振扫描后对振弦式渗压计钢弦的返回波进行运放、滤波和拾取,有助于提高测量精度。附图说明图1是本专利技术的方法流程图;图2是振弦式渗压计测量激振电路图;图3是光耦继电器电路图;图4是振弦线圈返回波信号处理电路图;图5是向量机回归模型1的理论响应频段输出估计图;图6是向量回归机模型2的渗压值输出估计图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案,而不能以此来限制本专利技术的保护范围。如图1所示,一种埋入振弦式渗压计智能激励与拾振方法,包括以下步骤:步骤一、在400~4500Hz频率范围内进行全频段激振扫描,对埋入振弦式渗压计钢弦的返回波进行运放、滤波和拾取,并测量频率范围,此值为较为准确的频率测值;步骤二、根据外界环境参数及已知水头估计渗压值,根据现场率定和埋入振弦式渗压计初期正常使用阶段获得的数据估计理论响应频段;步骤三、判断所测量的频率范围与估计的理论响应频段是否一致,若一致则自动截取合理频段,若不一致则统计全频段激振扫描的次数,若次数≤3次,则重新进行全频段激振扫描,若次数>3次,则发出测量异常报警;步骤四、在所截取的合理频段内进行精细化激振扫描,对钢弦的返回波进行运放、滤波和拾取,并测量频率;步骤五、判断所测量的频率是否可靠,具体为将所测量的频率与本地存储的该振弦式渗压计前一次的测量频率值进行比对,若两者之间模数(频率平方除以1000)差值小于设定值,则认为所测量的频率可靠,若可靠则记录该频率,即为埋入振弦式渗压计的固有频率,若不可靠,则统计全频段激振扫描的次数,若次数≤3次,则重新进行全频段激振扫描,若次数>3次,则发出测量异常报警。关于步骤一、四中的激振电路设计要测量振弦式渗压计在一定渗透/孔隙水压力静置时的固有频率,首先需要对渗压计的钢弦进行激振,一般激振电路采用扫频激振技术,就是用一个一定电压的频率可以调节的连续方波或正弦波信号去激励振弦式传感器的钢弦,当信号的频率和振弦的固有频率接近时,振弦能迅速达到共振状态。由于激励信号的频率是可以用软件方式控制,所以只要知道振弦式渗压计固有频率大致范围,就用这个频率附近的激励信号去激发,就可以使振弦很快起振。在具体的电路设计中,本专利技术采用了高精度的斩波稳零运算放大器U7,即TLE2072I作为波形发生器核心器件,激振扫描时核心微控制器的相关频率输出引脚PULSE与U7的同相输入端相连,构成波形发生器,该波形发生器的两个同步反向输出引脚FREQ1和FREQ2产生一系列波幅相等、频率不同的连续变频方波激振信号,接入振弦式渗压计频率线圈两端,对振弦式渗压计的钢弦进行低压激振,振弦式渗压计测量激振电路设计如图2所示。由于测量前事先不知道所测量振弦式仪器的固有频率,则一般用一个较宽的频本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种埋入振弦式渗压计智能激励与拾振方法,其特征在于,包括以下步骤:/n在一定的频率范围内进行全频段激振扫描,对埋入振弦式渗压计钢弦的返回波进行运放、滤波和拾取,并测量其固有频率值;/n根据外界环境参数及已知水头估计渗压值,根据现场率定和埋入振弦式渗压计初期正常使用阶段获得的数据估计理论响应频段;/n判断所测量的频率范围与估计的理论响应频段是否一致,若不一致则重新进行全频段激振扫描,若一致则自动截取合理频段;/n在所截取的合理频段内进行精细化激振扫描,对钢弦的返回波进行运放、滤波和拾取,并测量频率;/n判断所测量的频率是否可靠,若不可靠,则重新进行全频段激振扫描并重复以上步骤,若可靠则记录该频率,即为埋入振弦式渗压计的固有频率。/n

【技术特征摘要】
1.一种埋入振弦式渗压计智能激励与拾振方法,其特征在于,包括以下步骤:
在一定的频率范围内进行全频段激振扫描,对埋入振弦式渗压计钢弦的返回波进行运放、滤波和拾取,并测量其固有频率值;
根据外界环境参数及已知水头估计渗压值,根据现场率定和埋入振弦式渗压计初期正常使用阶段获得的数据估计理论响应频段;
判断所测量的频率范围与估计的理论响应频段是否一致,若不一致则重新进行全频段激振扫描,若一致则自动截取合理频段;
在所截取的合理频段内进行精细化激振扫描,对钢弦的返回波进行运放、滤波和拾取,并测量频率;
判断所测量的频率是否可靠,若不可靠,则重新进行全频段激振扫描并重复以上步骤,若可靠则记录该频率,即为埋入振弦式渗压计的固有频率。


2.根据权利要求1所述的埋入振弦式渗压计智能激励与拾振方法,其特征在于,全频段激振扫描的频率范围是400~4500Hz。


3.根据权利要求1所述的埋入振弦式渗压计智能激励与拾振方法,其特征在于,激振扫描时核心微控制器的相关频率输出引脚PULSE与斩波稳零运算放大器的同相输入端相连,构成波形发生器,该波形发生器的两个同步反向输出引脚FREQ1和FREQ2产生一系列波幅相等、频率不同的连续变频方波激振信号,接入振弦式渗压计频率线圈两端,对振弦式渗压计的钢弦进行低压激振。


4.根据权利要求1所述的埋入振弦式渗压计智能激励与拾振方法,其特征在于,对振弦式渗压计钢弦的返回波进行去干扰拾取时,在振弦式仪器线圈返回波的输入端加入一个截止频率为200Hz的2阶有源高通滤波器,用于去掉叠加在直流供电电压和系统中存在的低频干扰,所述低频为工频50Hz。

【专利技术属性】
技术研发人员:方卫华吴钢程德虎韦耀国周柏兵杨浩东徐兰玉郝泽嘉李东陆纬李家群梅星
申请(专利权)人:江苏南水科技有限公司南水北调中线干线建设管理局
类型:发明
国别省市:江苏;32

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