一种基于雷达的非接触式的梁称重方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于雷达的非接触式的梁称重方法和系统，该方法通过对LFMCW雷达的线性调频信号的拉伸处理系统接收的信号采用FFT处理，以得到形变值R

【技术实现步骤摘要】
一种基于雷达的非接触式的梁称重方法和系统


[0001]本专利技术属于雷达测量
，特别是涉及一种基于如线性调频连续波等雷达的非接触式的梁称重方法和系统。

技术介绍

[0002]在建筑施工等诸多领域中，梁是承受竖向荷载，以受弯为主的构件，梁可水平放置，用来支撑板并承受板传来的各种竖向荷载和梁的自重，梁还可以和板共同组成建筑的楼面和屋面结构，与其他的横向受力结构(如桁架，拱等)相比，梁的受力性能是较差的，但它分析简单，制作方便，故在中小跨度等建筑中仍得到了广泛应用，梁在荷载作用中主要承受弯矩和剪力，有时也承受扭矩。
[0003]在一般情况下，承重梁、桥梁、支架梁等梁在力的作用下会弯曲产生挠度，而挠度大小往往与梁受力位置、力的大小、梁横截面惯性矩及材料的弹性模量有关，但是其弯曲的微小形变量不易直接接触测量，且对梁进行称重的装置往往易于发生老化而引起称重失效，从而导致现有技术中难以对梁的承重能力进行精确的计算和校准。
[0004]因此，对于道路、桥梁及承重梁等诸多应用场景的车辆、支架等梁的称重或者承重问题，急需设计一种非接触式的梁称重方法和系统，在实现对梁的承重能力进行非接触式的精确计算和校准的基础上，防止因称重装置老化引起的称重失效和无法实时在线校准称重装置的问题。

技术实现思路

[0005](一)要解决的技术问题
[0006]基于此，本专利技术公开了一种基于雷达的非接触式的梁称重方法和系统，该方法能够对梁的承重能力进行非接触式的精确计算和校准，且取消了接触式的称重装置，有效的防止因称重装置老化引起的称重失效和无法实时在线校准称重装置的问题。
[0007](二)技术方案
[0008]本专利技术公开了一种基于雷达的非接触式的梁称重方法，包括以下步骤：
[0009]步骤1：通过雷达测量得到梁上靶点的形变值R
a
；
[0010]所述步骤1中的雷达为线性调频连续波LFMCW雷达，将雷达采集的信号进行FFT计算，最终得到梁上靶点的微小形变值R
a
：
[0011][0012]其中，ΔF为LFMCW带宽，L为一帧内的数据点数，k
T
为因目标距离导致有效数据的减少点数，f0为LFMCW起始频率，c为光速，FFT序列的目标序号l
T
对应的FFT值为Y(l
T01
)，其中Y
(1)
(l
T01
)的上标(1)表示第1次监测，上标(2)表示第2次监测；上标则*表示求复数的共轭，
arg函数表示对复数求(
‑
π,π]范围内的辐角；
[0013]步骤2：将形变值R
a
与挠度值W
max
等值替换，并将形变值R
a
代入称重用的挠度计算公式中；
[0014]步骤3：将挠度计算公式变形得到梁上物体质量m的计算公式。
[0015]优选的，所述步骤2中的挠度计算公式为：
[0016][0017]其中，W
max
为挠度值，F为作用在梁上的载荷力，EI是梁的弯曲刚度，l是梁的长度。
[0018]优选的，所述步骤3中物体质量的计算公式为：
[0019][0020]其中，F＝mg，m为物体质量，g为重力加速。
[0021]优选的，所述步骤2中具体包括：将形变值R
a
与挠度值W
max
实现绝对值下的等值替换，即满足
[0022][0023]优选的，所述步骤1中还包括：基于FFT的频偏进行补偿后的相位估计计算，其补偿方法如下：
[0024]FFT每次测相需要估计频率值以便确定频偏，此时采用时移相位差频率校正法，即将两个长度为N的延时量为N的序列分别进行FFT，再取主谱线的相位差值来估计频率，从而确定频偏；并获取补偿后的相位估计值；
[0025]按如下公式进行补偿：
[0026][0027]其中
[0028]θ——补偿后的相位估计值
[0029]——输入信号序列的FFT峰值谱相位值
[0030]N——FFT阶数
[0031]Δk——频偏，Δk∈[
‑
0.5,0.5][0032]那么对于公式中：
[0033][0034]补偿快速得到其中的复数辐角值arg{[Y
(2)
(l
T01
)][Y
(1)
(l
T01
)]*
}＝θ2‑
θ1；其中，θ1为第一次补偿后的相位估计值；θ2为第二次补偿后的相位估计值。
[0035]优选的，所述步骤1的梁为路面、地面或桌面时，采用互易原理对梁上的靶点的形
变量R
a
进行测量。
[0036]优选的，述靶点处设置标靶，所述标靶至于梁的上部或者底部。
[0037]优选的，通过摄像头采集的所述物体的图像信息，以分辨出特定的重物，并根据配置信息进行受力分析及数据修正，得出准确的重物质量。
[0038]优选的，所述步骤3中的EI和l为预先输入的参数。
[0039]在第二方面，本专利技术还公开了一种基于雷达的非接触式的梁称重系统，包括：
[0040]至少一个处理器；以及与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：
[0041]所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如上述任一项所述的基于雷达的非接触式的梁称重方法。
[0042]在第三方面，本专利技术还公开了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行如上述任一项所述的基于雷达的非接触式的梁称重方法。
[0043](三)有益效果
[0044](1)本专利技术的称重方法是可用于桥梁上车辆、道路上车辆、支架上重物的梁称重方法，该方法取消了设置在梁上的接触式称重装置，通过微变雷达有效的防止因称重装置老化引起的称重失效，并实现了实时在线校准称重装置，还通过一个雷达可同时对多个标靶监测点进行称重测量，且该方法随着称重重量的增加测量精度也越高。
[0045](2)本专利技术的称重方法通过对LFMCW雷达的线性调频信号的拉伸处理系统接收的信号采用快速傅里叶变换FFT处理，以得到形变值R
a
，随后基于重力方向为始终垂直于水平结构梁向下的原理，将形变值R
a
与挠度值W
max
实现绝对值下的等值替换，并将形变值R
a
代入可用于梁体称重的挠度计算公式中，最终变形得到物体质量m的计算公式。此外，本专利技术的方法由于只有静止的雷达和微位移的靶点，无其他的接触式称重等附加部件，在测量时也可以基于互易原理测量，故操作和计算都较为简易，且适用的测量范围广。
[0046](3)另外，本专利技术还进一步基于FFT的频偏对形变值进行补偿后的相位估计计算，从而减本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于雷达的非接触式的梁称重方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：通过雷达测量得到梁上靶点的形变值R
a
；所述步骤1中的雷达为线性调频连续波LFMCW雷达，将雷达采集的信号进行FFT计算，最终得到梁上靶点的微小形变值R
a
：其中，ΔF为LFMCW带宽，L为一帧内的数据点数，k
T
为因目标距离导致有效数据的减少点数，f0为LFMCW起始频率，c为光速，FFT序列的目标序号l
T
对应的FFT值为Y(l
T01
)，其中Y
(1)
(l
T01
)的上标(1)表示第1次监测，上标(2)表示第2次监测；上标则*表示求复数的共轭，arg函数表示对复数求(
‑
π,π]范围内的辐角；步骤2：将形变值R
a
与挠度值W
max
等值替换，并将形变值R
a
代入称重用的挠度计算公式中；步骤3：将挠度计算公式变形得到梁上物体质量m的计算公式。2.根据权利要求1所述的基于雷达的非接触式的梁称重方法，其特征在于，所述步骤2中的挠度计算公式为：其中，W
max
为挠度值，F为作用在梁上的载荷力，EI是梁的弯曲刚度，l是梁的长度。3.根据权利要求2所述的基于雷达的非接触式的梁称重方法，其特征在于，所述步骤3中物体质量的计算公式为：其中，F＝mg，m为物体质量，g为重力加速。4.根据权利要求2所述的基于雷达的非接触式的梁称重方法，其特征在于，所述步骤2中具体包括：将形变值R
a
与挠度值W
max
实现绝对值下的等值替换，即满足5.根据权利要求1所述的基于雷达的非接触式的梁称重方法，其特征在于，所述步骤1中还包括：基于...

【专利技术属性】
技术研发人员：湛永坚，罗治，曹毅强，李春苗，
申请(专利权)人：中大智能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：