一種利用雷射位移信號測試橋面柔度裝置及其方法
2023-05-28 21:38:56
一種利用雷射位移信號測試橋面柔度裝置及其方法
【專利摘要】一種利用雷射位移信號測試橋面柔度裝置及其方法，包括力錘或落錘、雷射發生器、雷射接收器、數據線、數據採集儀、測點，所述測點設於橋面上，所述力錘或落錘用於錘擊測點，所述雷射接收器通過數據線與數據採集儀電連接；所述雷射發生器設於橋面上且雷射接收器設於橋梁主跨支撐處外側，或雷射接收器設於橋面上且雷射發生器設於橋梁主跨支撐處外側。本發明還包括橋面柔度測試的方法。本發明之方法簡單，可直接利用頻響函數矩陣在0Hz處取值，從而得到模態柔度；測試準確；本發明的裝置結構簡單，製造成本低。
【專利說明】一種利用雷射位移信號測試橋面柔度裝置及其方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於動力測試領域，尤其是涉及一種利用雷射位移信號測試橋面柔度裝置及其方法。
【背景技術】
[0002]現有技術中，利用動力測試來進行結構參數識別的方法有以下兩種:1、工作模態分析，利用隨機脈動的測試信號來進行模態參數提取；2、實驗模態分析，利用外部激勵的手段使結構振動來識別參數，其中利用力錘來對結構進行激勵的方法稱為脈衝錘擊法，該方法能夠提供較高的信噪比，已逐漸成為一種廣泛應用於橋梁結構的動力測試方法。
[0003]並且脈衝錘擊測試能從頻響函數中獲取結構的模態質量從而獲得模態柔度，因此就能預測靜載試驗下結構的任何變形，成為靜載試驗的有力補充。它與靜載試驗結果的比較，能成為橋梁性能評估的有力工具。
[0004]實際橋梁結構的頻率響應函數會受到各種噪聲的幹擾而辨識困難，因此如何從頻響函數中有效地識別結構的柔度是一個具有挑戰性的問題。
[0005]傳統的結構動力信號測試，往往利用加速度傳感器測試結構反應，由這種情形計算出的頻響函數為「加速度導納」。而要計算模態柔度，則需要將「加速度導納」轉化為「位移導納」。因此在計算頻響函數的過程中，需要在頻域中除以(jw)2。這樣理論上可以直接在位移導納頻率為O的縱軸上直接量取頻響函數的截距即為柔度矩陣中的柔度係數。然而當頻率較小時，由於頻響函數在轉化過程中除以了(jw)2，因此獲得的位移導納將增大。當頻率接近為O時，位移導納為無窮大。這樣用測量在加速度導納OHz截距的方法獲取柔度係數就遇到了實際困難，因為它得到的是一個無窮大的數值。
【發明內容】
[0006]本發明所要解決的技術問題是，克服現有技術存在的上述缺陷，提供一種利用雷射位移信號測試橋面柔度裝置及其方法。
[0007]本發明解決其技術問題所採用的技術方案是，
[0008]本發明之一種利用雷射位移信號測試橋面柔度的裝置，包括力錘或落錘、雷射發生器、雷射接收器、數據線、數據採集儀、測點，所述測點設於橋面上，所述力錘或落錘用於錘擊測點，所述雷射接收器通過數據線與數據採集儀電連接；所述雷射發生器設於橋面上且雷射接收器設於橋梁主跨支撐處外側，或雷射接收器於橋面上且雷射發生器設於橋梁主跨支撐處外側。
[0009]進一步，所述測點的位置與加載車的輪載點位置相同。
[0010]本發明之一種利用雷射位移信號測試橋面柔度方法，包括以下步驟:
[0011](I)設備安裝:將一個雷射發生器放在被測試橋梁主體結構橋面的某一測點上，將雷射接收器設於橋梁主跨支撐處外側的固支位置處，使雷射接收器保持固定不動，不隨橋面的振動而振動；或將雷射接收器設於橋面上且雷射發生器設於橋梁主跨支撐處外側的固支位置處，使雷射發生器保持固定不動，不隨橋面的振動而振動，雷射接收器與數據採集儀器電連接；
[0012](2)獲取力錘的力信號和位移響應信號:將力錘或落錘放在某一錘擊點進行錘擊，使橋臺產生振動，同時帶動步驟(I)中雷射發生器振動，雷射發生器所在測點位置的位移隨時間變化的位移時域信號傳送給雷射接收器，同時數據採集儀器記錄下來位移響應信號；力脈衝信號通過數據採集儀器進行了記錄，即同時得到了力信號和位移響應信號；
[0013](3)計算頻率響應函數:對步驟(2)所得的力信號和位移響應信號進行傅立葉變換，得到測試點的頻率響應函數；
[0014](4)獲取頻率響應函數矩陣上對應的一列:移動步驟(I)中雷射發生器的測點位置，將力錘或落錘放在步驟(2)的錘擊點進行錘擊，重複步驟(2)和步驟(3)，直到將所有測點的位移響應得到，即得到頻率響應函數上對應的一列；
[0015](5)獲取滿陣的頻率響應函數矩陣:將力錘或落錘移動到下一個錘擊點進行錘擊，重複步驟(2)-(4)，如此反覆，將所有測點都錘擊完成後，即得到一個滿陣的頻率響應函數矩陣；
[0016](6)柔度分析:通過截取步驟(5)滿陣中的位移在OHz上的截距，得到結構的柔度矩陣中的柔度係數，利用該矩陣可以預測結構在卡車加載下的變形，對比實測值和預測值，對結構的性能進行判斷和評估。
[0017]與現有技術相比，本發明之方法簡單，可直接利用頻響函數矩陣在OHz處取值，從而得到模態柔度；測試準確；本發明之裝置，結構簡單，製造成本低，橋臺端部設有雷射接收器，由於雷射接收器所處位置不受橋面振動的影響，能接收到雷射發生器產生的振動信號。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明一實施例的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0019]以下結合附圖及實施例對本發明做進一步說明。
[0020]實施例1
[0021]參照附圖1，本實施例之利用雷射位移信號測試橋面柔度裝置，包括力錘1、雷射發生器2、雷射接收器3、數據線4、數據採集儀5、測點，測點6設於橋面7上，力錘I錘擊測點6，雷射接收器3通過數據線4與數據採集儀5電連接，使測試得到的位移響應數據保存起來；雷射發生器2設於橋面7上且雷射接收器3設於橋梁主跨支撐處8外側，由於雷射接收器3所處位置不受橋面7振動的影響，因此它能夠接收到接收雷射發生器2產生的振動信號。
[0022]測點6的位置分布正好對應於一車輛的輪胎位置，測點的數量為6個，用於模擬橋面板的卡車荷載。
[0023]本實施例之利用雷射位移信號測試橋面柔度方法，包括以下步驟:
[0024](I)設備安裝:將一個雷射發生器2放在被測試橋梁主體結構的橋面7某一測點6上，將雷射接收器3設於橋梁主跨支撐處8外側的固支位置處，使雷射接收器3不隨橋面7的振動而振動，雷射接收器3與數據採集儀器5電連接；
[0025](2)獲取力錘I的力信號和位移響應信號:將力錘I放在某一錘擊點進行錘擊，使橋面7產生振動，同時帶動步驟(I)中雷射發生器2振動，雷射發生器2所在測點位置的位移隨時間變化的位移時域信號傳送給雷射接收器3，同時數據採集儀器5記錄下來位移響應信號；力脈衝信號通過數據採集儀器5進行了記錄，即同時得到了力信號和位移響應信號;
[0026](3)計算單點的頻率響應函數:對步驟(2)所得的力信號和位移響應信號進行傅立葉變換，到頻率響應函數矩陣上對應的一點；
[0027](4)獲取頻率響應函數上對應的一列:移動步驟(I)中雷射發生器2的測點位置，將力錘I放在步驟(2)的錘擊點進行錘擊，重複步驟(2)和步驟(3)，直到將所有測點的位移響應得到，即得到頻率響應函數上對應的一列；
[0028](5)6X6的頻率響應函數矩陣:將力錘I移動到下一個錘擊點進行錘擊，重複步驟
(2)-(4)，如此反覆，將所有測點都錘擊完成後，即得到一個滿陣的頻率響應函數矩陣；
[0029](6)柔度分析:通過截取滿陣中的位移導納在OHz上的截距，得到結構的柔度矩陣中的柔度係數，利用該矩陣可以預測結構在卡車荷載的變形，對比實測值和預測值，對結構的性能進行判斷和評估。
[0030]實施例2
[0031]本實施例與實施例1的區別僅在於，落錘I錘擊測點，雷射接收器3設於橋面7上且雷射發生器2設於橋梁主跨支撐處8外側。
[0032]其餘與實施例1基本相同。
【權利要求】
1.一種利用雷射位移信號測試橋面柔度裝置，其特徵在於，包括力錘或落錘、雷射發生器、雷射接收器、數據線、數據採集儀、測點，所述測點設於橋面上，所述力錘或落錘用於錘擊測點，所述雷射接收器通過數據線與數據採集儀電連接；所述雷射發生器設於橋面上且雷射接收器設於橋梁主跨支撐處外側，或雷射接收器設於橋面上且雷射發生器設於橋梁主跨支撐處外側。
2.根據權利要求1所述的利用雷射位移信號測試橋面柔度裝置，其特徵在於，所述測點的位置與加載車的輪載點位置相同。
3.一種利用雷射位移信號測試橋面柔度方法，其特徵在於，包括以下步驟: (1)設備安裝:將一個雷射發生器放在被測試橋梁主體結構橋面的某一測點上，將雷射接收器設於橋梁主跨支撐處外側的固支位置處，使雷射接收器保持固定不動，不隨橋面的振動而振動；或將雷射接收器設於橋面上且雷射發生器設於橋梁主跨支撐處外側的固支位置處，使雷射發生器保持固定不動，不隨橋面的振動而振動，雷射接收器與數據採集儀器電連接； (2)獲取力錘的力信號和位移響應信號:將力錘或落錘放在某一錘擊點進行錘擊，使橋臺產生振動，同時帶動步驟(I)中雷射發生器振動，雷射發生器所在測點位置的位移隨時間變化的位移時域信號傳送給雷射接收器，同時數據採集儀器記錄下來位移響應信號；力脈衝信號通過數據採集儀器進行了記錄，即同時得到了力信號和位移響應信號； (3)計算頻率響應函數:對步驟(2)所得的力信號和位移響應信號進行傅立葉變換，得到測試點的頻率響應函數； (4)獲取頻率響應函數矩陣上對應的一列:移動步驟(I)中雷射發生器的測點位置，將力錘或落錘放在步驟(2)的錘擊點進行錘擊，重複步驟(2)和步驟(3)，直到將所有測點的位移響應得到，即得到頻率響應函數上對應的一列； (5)獲取滿陣的頻率響應函數矩陣:將力錘或落錘移動到下一個錘擊點進行錘擊，重複步驟(2)-(4)，如此反覆，將所有測點都錘擊完成後，即得到一個滿陣的頻率響應函數矩陣； (6)柔度分析:通過截取步驟(5)滿陣中的位移在OHz上的截距，得到結構的柔度矩陣中的柔度係數，利用該矩陣可以預測結構在卡車加載下的變形，對比實測值和預測值，對結構的性能進行判斷和評估。
【文檔編號】G01M7/02GK104132792SQ201410348948
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月22日 優先權日:2014年7月22日
【發明者】周雲, 蔣運忠, 謝利民 申請人:湖南大學