一种多点激励及多点测量的箱梁裂纹检测方法技术

一种多点激励及多点测量的箱梁裂纹检测方法，包括固定设置在箱梁上的两个锤击发生器和若干个振动检测装置，锤击发生器对被检测箱梁进行锤击激励，振动检测装置采集被检测箱梁对锤击激励传递路径有关响应的250Hz以上的音频信号，检测箱梁水泥砼中应力大小、应力分布等信息；当预应力箱梁中的裂纹发展时，即使裂纹仍然处于闭合状态，但被检测箱梁激励点至信号采集点路径中的水泥砼结构连续性、水泥砼应力大小、应力分布等结构特征均发生变化，因此会导致振动检测装置采集到的音频信号的频谱特征发生变化；通过对振动检测装置采集到的音频信号的频谱特征变化的分析，即可实现对桥梁预应力箱梁裂纹的检测。预应力箱梁裂纹的检测。预应力箱梁裂纹的检测。

【技术实现步骤摘要】
一种多点激励及多点测量的箱梁裂纹检测方法


[0001]本专利技术涉及预应力箱梁桥梁裂纹动态检测
，具体涉及一种多点激励及多点测量的箱梁裂纹检测方法。

技术介绍

[0002]桥梁结构在使用过程中，由于各种因素的作用，都存在不动程度的损伤，当这些损伤累计到一定程度，结构的性能会呈现大幅下降，从而影响桥梁的正常使用，甚至酿成重大桥梁事故；因此对桥梁结构进行动态监测，做到桥梁结构损伤的早期预警和修复，不仅可以防止重大桥梁事故的发生，还可以极大延长桥梁结构的使用寿命；在我国的桥梁结构中，预应力箱梁桥梁占大多数，因此对预应力箱梁结构的动态监测，有着重大经济和社会意义；预应力箱梁的结构损伤，最初都是由原生裂纹逐渐发展，最终形成不可逆的结构损伤，因此对预应力箱梁结构的动态监测，实际就是对预应力箱梁裂纹发展的监测；对预应力箱梁裂纹发展的监测，国内外已有大量的研究，主要集中在裂纹对桥梁结构自振频率、振型及刚度的影响，证明了预应力箱梁裂纹检测的可行性；但到目前为止，仍未有真正将预应力箱梁裂纹自动检测应用于实践，究其原因在于：现有对预应力箱梁裂纹对其结构影响的研究，均将重点放在了自振频率及振型的中低阶，即放在了裂纹对预应力箱梁整体结构的影响上，而实际上预应力箱梁由于其内在预应力的存在，当裂纹已经发展但仍处于闭合状态时，其对整体结构决定的中低阶自振频率和振型的影响是微小的，同时检测传感器的安装位置对检测结果又有着巨大的影响，因此将现有裂纹对桥梁结构自振频率、振型及刚度的研究结果应用于预应力箱梁裂纹检测的实际实施中时，遇到了无法准确检测到箱梁裂纹及其位置的巨大技术瓶颈。

技术实现思路

[0003]为了克服
技术介绍
中的不足，本专利技术公开了一种多点激励及多点测量的箱梁裂纹检测方法，包括锤击发生器、振动检测装置，锤击发生器对被检测箱梁进行锤击激励，振动检测装置采集被检测箱梁对锤击激励响应的250Hz以上的音频信号，其音频信号的频谱特征仅与锤击发生器特性、被检测箱梁激励点至信号采集点的音频传递路径的结构特征有关，而与预应力箱梁整体结构无关，被检测箱梁激励点至信号采集点的路径结构特征包括水泥砼材质特性、水泥砼结构的连续性、水泥砼中钢筋的配置结构、水泥砼应力大小、应力分布等；当预应力箱梁中的裂纹发展时，即使裂纹仍然处于闭合状态，但被检测箱梁激励点至信号采集点的路径中水泥砼结构的连续性、水泥砼应力大小、应力分布等结构特征发生变化，因此会导致振动检测装置采集到的音频信号的频谱特征发生变化；反过来，通过对振动检测装置采集到的音频信号的频谱特征变化的分析，即可实现对桥梁预应力箱梁裂纹的检测。
[0004]为了实现所述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种多点激励及多点测量的箱梁裂纹检测方法，包括锤击发生器、振动检测装置，锤击发生器对被检测箱梁进行锤击激
励，振动检测装置采集被检测箱梁对锤击激励响应的250Hz以上的音频信号；当预应力箱梁中的裂纹发展时，被检测箱梁激励点至信号采集点的路径中的结构连续性、水泥砼应力大小、应力分布等结构特征发生变化，会导致振动检测装置采集到的音频信号的频谱特征发生变化，因此通过对振动检测装置采集到的音频信号的频谱特征变化的分析，即可实现对桥梁预应力箱梁裂纹的检测。
[0005]进一步的，锤击发生器设有两个，其固定设置在箱梁长度方向两端；振动检测装置设有若干个，其沿箱梁长度方向固定设置在两个锤击发生器之间；对桥梁预应力箱梁进行检测时，两个锤击发生器以设定顺序先后在箱梁两端对箱梁进锤击激励，若干个振动检测装置先后检测出两组锤击激励响应的音频信号；将两组锤击激励响应的音频信号转换为包含声音基频及若干频率和幅值的频谱信号，再将频谱信号的前N阶转成频谱信号矩阵表（即包含频率及相应幅值的矩阵表，具体矩阵表结构参见说明书附图），对频谱信号矩阵表进行聚类分析，根据聚类分析结果判断桥梁预应力箱梁是否出现裂纹及裂纹的位置；在本专利技术中，设置两个锤击发生器、多个振动检测装置的目的有两个：1、通过两个方向的激励，保证对箱梁上裂纹发生检测结果准确性，因为从锤击发生器到振动检测装置的传递路径理论上存在无数条，但对音频信号频谱特征影响最大的通常是两者之间的最短路径，随着传递路径的加长，其对音频信号频谱特征的影响也逐渐降低，因此当两个振动检测装置之间出现裂纹时，位于裂纹与锤击发生器之间的振动检测装置所采集到的音频信号频谱特征变化相对较小，但位于裂纹与锤击发生器之外的振动检测装置所采集到的音频信号频谱特征变化则相对较大，据此理论上仅设置一个锤击发生器即可实现裂纹及其位置的检测；但在本专利技术中，对音频信号频谱特征的变化检测，是通过聚类分析实现的，并无任何先验条件或阈值的设定，尤其在裂缝检测初期，音频信号频谱特征数据积累较少的情况下，即使箱梁的裂缝未发展，因存在数据采集误差及漂移的影响，可能导致检测分析结果出现误判；但是当设置两个方向的激励后，可将两个方向激励所采集到的音频信号频谱特征的聚类分析结果进行比对验证，仅在比对验证结果一致的情况下，才会输出检测到裂缝和裂缝位置的结果，从而避免出现误判，保证箱梁上裂纹发生检测结果的准确性；2、通过在两个锤击发生器之间设置多个振动检测装置，提高对裂纹检测的灵敏度；当箱梁上的裂缝发展时，裂缝对其距离最近的振动检测装置所采集到的音频信号频谱特征变化的影响最大，振动检测装置设置数量较少时，振动检测装置相对箱梁上裂缝的距离会偏大，导致振动检测装置所采集到的音频信号频谱特征变化相对较小；如果增加设置在两个锤击发生器之间的振动检测装置数量，相对会缩短检测装置与箱梁上裂缝的距离，从而提高对裂纹检测的灵敏度；振动检测装置在实际实施时的具体设置数量，以实际检测精度需求与成本平衡而定，推荐两个振动检测装置之间的距离为1
‑
4米之间。
[0006]进一步的，根据聚类分析结果判断桥梁预应力箱梁是否出现裂纹的方法为：两组音频信号聚类分析结果同时具有时间上的稳定性、时间上的同步性、振动检测装置拐点位置的稳定性，即两组音频信号聚类分析结果在频谱信号矩阵表中同时具有时间上的稳定性、时间上的同步性、振动检测装置拐点位置的稳定性时，聚类分析结果才有效，可以判定桥梁预应力箱梁出现裂纹；在此解释说明：时间上的稳定性，表示聚类分析结果以日期排序时，以某一日期为分界，其后分类结果不再出现分类结果相互交叉的现象；时间上的同步性，表示聚类分析结果以日期排序时，两组音频信号聚类分析结果在日期上保持一致；振动
检测装置拐点位置的稳定性，表示聚类分析结果拐点位置均保持在某一个振动检测装置上且不发生变化。
[0007]进一步的，根据聚类分析结果判断桥梁预应力箱梁裂纹的位置的方法为：两组音频信号聚类分析结果在频谱信号矩阵表中，两组振动检测装置拐点位置之间所包含区域即为桥梁预应力箱梁裂纹出现的范围；当两组振动检测装置拐点位置出现重叠时，表示裂纹出现在两组振动检测装置拐点处附近。
[0008]进一步的，对频谱信号进行聚类分析时，频谱信号的幅值做归一化处理，其实际操作为：将频谱信号的前N阶转成频谱信号矩阵表时，前N阶频谱信号的幅值做归一化处理。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多点激励及多点测量的箱梁裂纹检测方法，包括锤击发生器（1）、振动检测装置（2），锤击发生器（1）对被检测箱梁进行锤击激励，振动检测装置（2）采集被检测箱梁对锤击激励的响应信号；其特征是：振动检测装置（2）采集被检测箱梁对锤击激励的响应信号为250Hz以上的音频信号。2.根据权利要求1所述多点激励及多点测量的箱梁裂纹检测方法，其特征是：锤击发生器（1）设有两个，其固定设置在箱梁长度方向两端；振动检测装置（2）设有若干个，其沿箱梁长度方向固定设置在两个锤击发生器（1）之间；对桥梁预应力箱梁进行检测时，两个锤击发生器（1）以设定顺序先后在箱梁两端对箱梁进锤击激励，若干个振动检测装置（2）先后检测出两组锤击激励响应的音频信号；将两组锤击激励响应的音频信号转换为频谱信号，对频谱信号进行聚类分析，根据聚类分析结果判断桥梁预应力箱梁是否出现裂纹及裂纹的位置。3.根据权利要求1所述多点激励及多点测量的箱梁裂纹检测方法，其特征是：根据聚类分析结果判断桥梁预应力箱梁是否出现裂纹的方法为：两组音频信号聚类分析结果同时具有时间上的稳定性、时间上的同步性、振动检测装置（2）拐点位置的稳定性时，可以判定桥梁...

【专利技术属性】
技术研发人员：张新颜，孟林超，周鹏，杜晓甫，张昊天，张娜，赵斌，田国娟，李娜娜，崔义梅，张会群，孙魁月，董彬彬，杜晓，李伟康，耿丹鹤，刘晋彤，
申请(专利权)人：河南开炜建设工程质量检测有限公司，
类型：发明
国别省市：