【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及结构健康监测领域，尤其是涉及一种基于多元传感器的支吊架监测系统及支吊架损伤评估方法。
技术介绍
1、建筑功能的实现依赖建筑主体结构的同时，也有赖于非结构构件的支撑。现有的建筑监测与评估方法大多着眼于建筑结构主体损伤造成的功能丧失，对抗震支吊架一类非结构构件在维系建筑功能的重要作用往往仅做简单的定性评估，难以精确量化建筑结构整体的功能减退。行业出台了一些标准化的文件，为支吊架的标准化生产和检验提供了依据，但此类构件在地震中的反应与损伤受制于主体结构的动力响应，具有与建筑结构不完全相同的力学行为和损伤特征，受限于有限的试验和分析研究，尚缺乏科学的方法定量评估其损伤程度和健康情况。
2、近年来，针对支吊架正常服役状态监测存在的不足，有学者提出将振动监测领域的方法引入支吊架监测领域。利用先进的数据分析技术，可以确定结构不同性态下的信号特征，在信号特征发生较大变化时提供预警，从而对结构进行性能和损伤评估并对结构剩余寿命进行预测，进而为维修、改造和更换等结构干预措施提供决策支持。然而，现在还没有一套完整、可靠的支吊架监测系统和方法用于评估支吊架的健康状况。
3、近年来，数据融合作为智能方法在指标构建、算法优化和应用场景等方面得到了较高的重视，但目前采用数据融合技术的结构损伤识别尚且面临如下问题：(1)损伤识别效果高度依赖于融合算法和损伤指标的选取，当损伤指标与损伤状态相关性不高或受不确定性因素影响较大时，识别效果将显著下降；(2)许多基于概率统计的融合方法，如bayes方法和d-s证据理论，经常受限于先
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于多元传感器的支吊架监测系统及支吊架损伤评估方法，以解决现有支吊架监测方法监测数据不完备、不能准确评估支吊架健康状况的问题。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、一种基于多元传感器的支吊架监测系统，包括多元传感器组、数据传输装置、集成装置和存储与计算装置，所述多元传感器组包括设置在支吊架各构件关键部位的imu和设置在支吊架竖向吊杆顶部和侧向斜撑的管夹端的轴力传感器；多元传感器组采集的模拟信号通过集成装置集成并转换成数字信号，传输至存储与计算装置进行数据存储和分析计算。
4、所述支吊架各构件关键部位为管夹、竖向吊杆中点、侧向斜撑中点中的一处或多处。
5、所述轴力传感器为拉压双向应变式力传感器。
6、一种支吊架损伤评估方法，基于如上述所述的支吊架监测系统实现，包括以下步骤：
7、s1：利用所述支吊架监测系统采集监测场地内安装位置最不利的支吊架监测数据，并对数据进行预处理；
8、s2：对加速度数据进行时序特征统计分析，定义特征值相对变化量rcv用于对特征进行筛选，筛选出评估支吊架状态的加速度特征；
9、s3：同步利用加速度计数据与倾角仪数据获取加速度特征和转角特征，从加速度特征和转角特征的不同组合中选取识别效果最佳的组合作为最佳损伤特征组合，对最佳损伤特征组合中的特征进行多测点时空融合，并计算时空融合后的各个最佳损伤特征的rcv值，利用证据融合理论对最佳损伤特征的rcv值进行融合，得到对应不同损伤程度的损伤概率；
10、s4：根据最佳损伤特征的rcv值和损伤概率，进行支吊架损伤评估。
11、所述预处理包括剔除数据中的异常值、滤波、去除趋势项。
12、所述加速度特征包括峭度、峰值因子、脉冲因子和裕度因子四类无量纲指标。
13、所述s3包括以下步骤：
14、s31：以基础工况或初始工作性能作为参照，依据长期监测数据建立基于rcv的支吊架损伤状态特征矩阵，作为原始特征集：
15、s32：同步利用加速度计数据与倾角仪数据获取加速度特征和转角特征，从加速度特征和转角特征的不同组合中选取识别效果最佳的组合作为最佳损伤特征组合，对最佳损伤特征组合中的特征进行多测点时空融合，计算时空融合后的各个损伤特征的rcv值，构建支吊架运行状态特征向量；
16、s33：基于支吊架损伤状态特征矩阵和支吊架运行状态特征向量，由欧式距离公式计算不同损伤特征间的距离，并取距离倒数，经归一化后建立基本概率分配函数集；
17、s34：计算各损伤特征之间的归一化因子，结合基本概率分配函数集，利用d-s证据融合理论合成规则对支吊架的多个损伤特征进行多元数据融合，输出对应不同损伤程度的损伤概率。
18、所述支吊架损伤状态特征矩阵表示为：
19、
20、式中，di表示第i类损伤状态，i＝1,2,…，n；；dij表示基础工况或初始工作性能条件下第i类损伤状态下第j个损伤特征的rcv值，j＝1,2,…，n。
21、所述支吊架运行状态特征向量表示为：
22、p＝(rcv1 rcv2 … rcvn)
23、
24、其中，dfdamaged和dfstandard分别代表损伤状态和标准状态下的损伤特征向量，rcvj表示第j个损伤特征的rcv值。
25、所述步骤s33具体为：
26、基于支吊架损伤状态特征矩阵和支吊架运行状态特征向量，由欧式距离公式计算出不同损伤特征间的距离dij，表示该运行状态与第i类损伤状态的差距：
27、dij＝rcvj-dij
28、取距离dij的倒数ρij＝1/dij，经归一化后建立基本概率分配函数集bpa：
29、
30、
31、其中，mij表示第j个损伤特征对支吊架第i类损伤状态识别的概率分配。
32、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
33、(1)本专利技术解决了传统支吊架状态监测中传感器种类及对应监测量类型相对单一的问题，并且通过数据采集仪集成多物理量和多通道数据的同步采集，能够对支吊架监测数据进行实时分析和评估。
34、(2)本专利技术满足支吊架杆件的安装需求，便于安装且能保证各种传感器的可靠安装，特别地，轴力传感器作为可靠连接件可插入原有杆件体系；选取的传感器测点为支吊架关键及易损节点，能够有效反映支吊架的状况。
35、(3)本专利技术比较支吊架监测时序数据的各种统计特征，得到了对支吊架损伤敏感且具有鲁棒性的损伤特征，利用时空融合和d-s证据融合理论得到损伤评估依据，提高了对支吊架健康状况评估的准确性和效率。
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1.一种基于多元传感器的支吊架监测系统，其特征在于，包括多元传感器组、数据传输装置、集成装置和存储与计算装置，所述多元传感器组包括设置在支吊架各构件关键部位的IMU和设置在支吊架竖向吊杆顶部和侧向斜撑的管夹端的轴力传感器；多元传感器组采集的模拟信号通过集成装置集成并转换成数字信号，传输至存储与计算装置进行数据存储和分析计算。
2.根据权利要求1所述的一种基于多元传感器的支吊架监测系统，其特征在于，所述支吊架各构件关键部位为管夹、竖向吊杆中点、侧向斜撑中点中的一处或多处。
3.根据权利要求1所述的一种基于多元传感器的支吊架监测系统，其特征在于，所述轴力传感器为拉压双向应变式力传感器。
4.一种支吊架损伤评估方法，其特征在于，基于如权利要求1-3中任一所述的支吊架监测系统实现，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种支吊架损伤评估方法，其特征在于，所述预处理包括剔除数据中的异常值、滤波、去除趋势项。
6.根据权利要求4所述的一种支吊架损伤评估方法，其特征在于，所述加速度特征包括峭度、峰值因子、脉冲因子和裕度因子四类无量纲
7.根据权利要求4所述的一种支吊架损伤评估方法，其特征在于，所述S3包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的一种支吊架损伤评估方法，其特征在于，所述支吊架损伤状态特征矩阵表示为：
9.根据权利要求8所述的一种支吊架损伤评估方法，其特征在于，所述支吊架运行状态特征向量表示为：
10.根据权利要求9所述的一种支吊架损伤评估方法，其特征在于，所述步骤S33具体为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于多元传感器的支吊架监测系统，其特征在于，包括多元传感器组、数据传输装置、集成装置和存储与计算装置，所述多元传感器组包括设置在支吊架各构件关键部位的imu和设置在支吊架竖向吊杆顶部和侧向斜撑的管夹端的轴力传感器；多元传感器组采集的模拟信号通过集成装置集成并转换成数字信号，传输至存储与计算装置进行数据存储和分析计算。
2.根据权利要求1所述的一种基于多元传感器的支吊架监测系统，其特征在于，所述支吊架各构件关键部位为管夹、竖向吊杆中点、侧向斜撑中点中的一处或多处。
3.根据权利要求1所述的一种基于多元传感器的支吊架监测系统，其特征在于，所述轴力传感器为拉压双向应变式力传感器。
4.一种支吊架损伤评估方法，其特征在于，基于如权利要求1-3中任一所述的支吊架监...
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