本發(fā)明涉及橋梁建設(shè)領(lǐng)域，特別是一種橋梁加速度傳感器動位移實時解算方法。

背景技術(shù)：

1、橋梁建設(shè)的發(fā)展與我們生活息息相關(guān)，作為公共交通的重要部分，它對區(qū)域交通的流暢運行和社會經(jīng)濟的進步起到了關(guān)鍵作用。橋梁加速度傳感器動位移實時解算方法用來監(jiān)測橋梁在各種壓力下的位移變化的一種技術(shù)。此方法通過采集橋梁上布置的加速度傳感器裝置的加速度數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過橋梁動位移實時解算方法進行處理和分析。通過對加速度數(shù)據(jù)的計算方式分析，可以轉(zhuǎn)換橋梁的位移、速度和加速度等參數(shù)。

2、在傳統(tǒng)的加速度換算位移方法中，通常采用二次積分的方式。然而，這種方法存在誤差累積、初始值問題。加速度的二次積分算法都是基于離散數(shù)據(jù)點的計算，因此存在誤差累積的問題。隨著時間的推移，誤差會逐漸累積，導致計算結(jié)果偏離實際值。并且加速度的二次積分算法無法對初始值進行求解，需要對初始值進行設(shè)置。如果初始值設(shè)置不當，會導致計算結(jié)果偏離實際值。在橋梁復雜環(huán)境下存在各種不同的噪聲，如何在計算之前預處理數(shù)據(jù)的方法，還原真實的加速度數(shù)據(jù)是橋梁動位移解算方法的重要過程。

3、因此如今需要一種誤差累積更小、初始值更精確的橋梁加速度傳感器動位移實時解算方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的誤差累積、初始值誤差大的問題，提供一種橋梁加速度傳感器動位移實時解算方法。

2、為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

3、一種橋梁加速度傳感器動位移實時解算方法，包括以下步驟：

4、數(shù)據(jù)獲取：通過橋梁加速度傳感器獲取的待分析數(shù)據(jù)；

5、濾波處理：對所述待分析數(shù)據(jù)進行濾波處理，輸出增強數(shù)據(jù)；

6、直流分量處理：通過快速傅里葉變換濾除所述增強數(shù)據(jù)的直流分量，輸出加速度數(shù)據(jù)；

7、實時解算：通過時域二次積分法對所述加速度數(shù)據(jù)進行相位譜、幅度譜計算，輸出所述待分析數(shù)據(jù)對應(yīng)位移初始數(shù)據(jù)點和完整速度序列。

8、作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述濾波處理采用巴特沃斯濾波器。

9、作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述直流分量處理包括以下步驟：

10、對所述待分析數(shù)據(jù)進行快速傅里葉變換，將其從時域信號數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為頻域信號數(shù)據(jù)；

11、將所述頻域信號數(shù)據(jù)中處于零頻和鏡像對稱頻率下的數(shù)據(jù)過濾掉；

12、利用逆傅里葉變化將過濾后的頻域信號數(shù)據(jù)進行逆傅里葉變化，輸出為加速度數(shù)據(jù)。

13、作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述實時解算步驟包括以下步驟：

14、對所述加速度數(shù)據(jù)進行快速傅里葉變換，將其從時域信號數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為頻域信號數(shù)據(jù)；

15、從轉(zhuǎn)換后的所述加速度數(shù)據(jù)中獲取加速度的主頻率、相位和幅度；

16、計算速度的幅度和相位；

17、根據(jù)速度的幅度和相位計算速度序列的初始數(shù)據(jù)點和完整速度序列；

18、根據(jù)加速度的幅度和主頻率計算位移的幅度和相位；

19、計算出位移初始數(shù)據(jù)點和完整速度序列，并輸出所述待分析數(shù)據(jù)對應(yīng)位移初始數(shù)據(jù)點和完整速度序列。

20、作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，速度的幅度和速度的相位的計算式為：

21、速度的幅度a’v(j)：

22、

23、其中，a’v(j)為第j個頻率分量上的速度幅度值，a’a(j)為第j個頻率分量的加速度幅度值，w’a(j)為加速度在第j個頻率分量的主頻率，fs為采樣頻率，表示單位時間內(nèi)對信號進行采樣的次數(shù)；

24、速度的相位

25、

26、其中，為速度的相位，為第j個頻率分量加速度的相位，w’a(j)為加速度在第j個頻率分量的主頻率，fs為采樣頻率。

27、作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，速度序列的初始數(shù)據(jù)點v’0和完整速度序列v’n的計算式為：

28、

29、其中，v’0為初始時刻的速度值，v’n為第n個時刻的速度值。m為求和頻率分量的總數(shù)，a’v(j)為第j個頻率分量的速度幅度值，為速度在第j個頻率分量的相位，fs為采樣頻率，ai為第i個時刻的加速度值，ai-1為第i-1個時刻的加速度值。

30、作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，位移的幅度和位移的相位的計算式為：

31、位移的幅度a’u：

32、

33、其中，a’u為位移的幅度，a’a(j)為第j個頻率分量的加速度幅度值，w’a(j)為加速度在第j個頻率分量的主頻率，fs為采樣頻率，表示單位時間內(nèi)對信號進行采樣的次數(shù)；

34、位移的相位

35、

36、其中，為位移的相位，為第j個頻率分量的加速度相位，w’a(j)為加速度在第j個頻率分量的主頻率，fs為采樣頻率。

37、作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述位移初始數(shù)據(jù)點u’0和完整速度序列u’n的計算式為：

38、

39、其中，u’0為初始時刻的位移值，u’n為第n個時刻的位移值，a’u(j)為第j個頻率分量的位移幅度值，m為頻率分量的總數(shù)，為位移在第j個頻率分量的相位，fs為采樣頻率，n是速度序列的長度，ai為第i個時刻的加速度值，v'i為第i個時刻的速度值。

40、一種橋梁加速度傳感器動位移實時解算設(shè)備，包括至少一個處理器，以及與所述至少一個處理器通信連接的存儲器；所述存儲器存儲有可被所述至少一個處理器執(zhí)行的指令，所述指令被所述至少一個處理器執(zhí)行，以使所述至少一個處理器能夠執(zhí)行上述任一項所述的方法。

41、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

42、本發(fā)明所述的實時解算方法通過對橋梁加速度傳感器獲取的待分析數(shù)據(jù)依次進行濾波處理、直流分量處理后，再通過時域二次積分法進行實時解算，從而得到更加準確的位移初始數(shù)據(jù)點和完整速度序列。從而克服了目前所存在的誤差累積、初始值誤差大的問題。與傳統(tǒng)的加速度二次積分方法相比，本發(fā)明所提出的橋梁加速度傳感器動位移方法更加精確和可靠。

技術(shù)特征：

1.一種橋梁加速度傳感器動位移實時解算方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種橋梁加速度傳感器動位移實時解算方法，其特征在于，所述濾波處理采用巴特沃斯濾波器。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種橋梁加速度傳感器動位移實時解算方法，其特征在于，所述直流分量處理包括以下步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種橋梁加速度傳感器動位移實時解算方法，其特征在于，所述實時解算步驟包括以下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種橋梁加速度傳感器動位移實時解算方法，其特征在于，速度的幅度和速度的相位的計算式為：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種橋梁加速度傳感器動位移實時解算方法，其特征在于，速度序列的初始數(shù)據(jù)點v’0和完整速度序列v’n的計算式為：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種橋梁加速度傳感器動位移實時解算方法，其特征在于，位移的幅度和位移的相位的計算式為：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種橋梁加速度傳感器動位移實時解算方法，其特征在于，所述位移初始數(shù)據(jù)點u’0和完整速度序列u’n的計算式為：

9.一種橋梁加速度傳感器動位移實時解算設(shè)備，其特征在于，包括至少一個處理器，以及與所述至少一個處理器通信連接的存儲器；所述存儲器存儲有可被所述至少一個處理器執(zhí)行的指令，所述指令被所述至少一個處理器執(zhí)行，以使所述至少一個處理器能夠執(zhí)行權(quán)利要求1至8中任一項所述的方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及橋梁建設(shè)領(lǐng)域，特別是一種橋梁加速度傳感器動位移實時解算方法。本發(fā)明所述的實時解算方法通過對橋梁加速度傳感器獲取的待分析數(shù)據(jù)依次進行濾波處理、直流分量處理后，再通過時域二次積分法進行實時解算，從而得到更加準確的位移初始數(shù)據(jù)點和完整速度序列。從而克服了目前所存在的誤差累積、初始值誤差大的問題。與傳統(tǒng)的加速度二次積分方法相比，本發(fā)明所提出的橋梁加速度傳感器動位移方法更加精確和可靠。

技術(shù)研發(fā)人員：劉勇,潘兆馬,李強,楊學鋒,裴起帆,鄒文露,楊森,楊國靜,劉孜學,高柏松,余浩偉,謝聯(lián)蓮,張杰亮,汪崢,范琪,譚冠華
受保護的技術(shù)使用者：中鐵二院工程集團有限責任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9