錨桿是一種有效的支護技術(shù),被廣泛應(yīng)用在礦上、橋梁和隧道等工程領(lǐng)域。因而,對錨桿運行狀態(tài)及錨固程度等問題的檢測也成了當下十分必要和迫切的任務(wù)之一。傳統(tǒng)的靜載荷檢測方法對錨桿具有破壞作用,并且難以滿足大量檢測的要求。頻響函數(shù)具有更直接,誤差小的優(yōu)點。為此,本文以頻響函數(shù)作為錨桿錨固模型的特征參量,通過主元分析和多元控制理論對損傷進行識別,最后通過實驗驗證了方法的可行性。本文的主要工作如下:(1)研究應(yīng)力波反射法在錨桿中的傳播特性,應(yīng)用錘擊法構(gòu)造頻率響應(yīng)函數(shù)矩陣,這是錨桿損傷識別的基礎(chǔ)原始數(shù)據(jù)矩陣。同時,為保證頻響函數(shù)的質(zhì)量,研究了頻響函數(shù)的處理方法與質(zhì)量評估方法。(2)應(yīng)用多元控制理論識別錨固錨桿損傷。文中將主元分析法應(yīng)用到錨桿的無損檢測中,通過主成分分析算法得到原始數(shù)據(jù)的各階主元,計算各階主元的貢獻率,從而得到前N階主元的累積貢獻率,實現(xiàn)對原始數(shù)據(jù)的壓縮。同時,通過前N階主元對原始數(shù)據(jù)進行重構(gòu),可以實現(xiàn)的對原始數(shù)據(jù)的降噪濾波,并運用多元控制圖(橢圓控制圖、T~2控制圖)分離出異常數(shù)據(jù),實現(xiàn)對錨桿損傷識別。(3)應(yīng)用主元分析和馬氏距離(Mahalanobis distance)評估錨桿損傷程度。在實驗中,由于受到環(huán)境以及人為因素等的影響,同一測點的兩次測量結(jié)果不能為零。計算出兩次測量結(jié)果的最小馬氏距離,大于該距離則認為有損傷存在。反之,則認為不存在損傷。損傷距離越大,損傷程度越嚴重。該方法可以彌補文中提出的錨桿無損識別方法不敏感的問題。(4)設(shè)計錨桿無損檢測的信號采集與分析系統(tǒng)。針對實驗中使用的IEPE型力錘和加速度傳感器,設(shè)計了恒壓源電路、升壓電路以及信號調(diào)理電路。通過DSP的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊對數(shù)據(jù)進行采集以及數(shù)據(jù)傳輸。最后通過LabVIEW對數(shù)據(jù)進行顯示和分析。文中通過頻響函數(shù)獲得錨固錨桿參數(shù)特征,由多元控制理論對錨固錨桿類型進行區(qū)分。并基于DSP開發(fā)板設(shè)計錨桿無損檢測儀,由LabVIEW分析、顯示。
【學(xué)位單位】：石家莊鐵道大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG115.28
【部分圖文】：

圖 2-1 FIR 濾波器技術(shù)信號與響應(yīng)信號中仍然包含有部分噪聲，求得的頻響函要用平均技術(shù)進行進一步處理。使用當前樣本的一部分數(shù)據(jù)，重疊平均，從而到達去掉部分噪聲的目的。數(shù)域信號處理時，不可能處理無限長信號，而是取其中的展，作為分析、處理的原始信號。加窗過程中會造成頻增加新的頻譜成分，導(dǎo)致頻譜發(fā)生畸變。所以在應(yīng)用窗同的信號要應(yīng)用不同的窗函數(shù)對信號進行處理。力錘產(chǎn)，所以選用矩形窗，矩形窗的表達式為：( )111 00t Tw tT t T ≤ ≤= ≤ ≤ 為了避免響應(yīng)信號發(fā)生頻譜泄漏，文中應(yīng)用指數(shù)窗，指頻率/Hz

圖 2-2 SISO 時不變線性系統(tǒng)應(yīng)信號均受到了噪聲的污染，噪聲分別為( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )x t u t m tX U My t v t n tY V Nω ω ωω ω ω = + = + = + = + 定義可知( )( )( )( )( )( )( )11 1 uv m u u S S HS S ω ω ω ωωω ω = + = 當激勵與響應(yīng)都受到噪聲的污染時，由計，同時與響應(yīng)信號中的噪聲無關(guān)。

主元 特征值 貢獻率/% 累計貢獻率/%1 155.19 43.084 43.0842 91.326 25.354 68.4383 19.833 5.506 73.9444 10.594 2.9411 76.8855 9.5939 2.6635 79.5486 8.1681 2.2676 81.8167 7.4767 2.0757 83.8928 7.372 2.0466 85.9389 6.8367 1.898 87.83610 6.2184 1.7264 89.56311 5.4118 1.5024 91.06512 5.2007 1.4438 92.5091 可知，前 12 個主元的累計貢獻率高達 92.509，表中列貢獻率可以反映每個主元攜帶信息的能力，方差的累計 n 階主元攜帶原始數(shù)據(jù)信息的能力，如圖 3-1 所示。
【參考文獻】

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1 霍雷剛;馮象初;;基于主成分分析和字典學(xué)習(xí)的高光譜遙感圖像去噪方法[J];電子與信息學(xué)報;2014年11期

2 張文磊;趙洪亮;;基于TMS320F28335的高速數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計[J];電子設(shè)計工程;2013年17期

3 林海明;杜子芳;;主成分分析綜合評價應(yīng)該注意的問題[J];統(tǒng)計研究;2013年08期

4 王猛;李義;董嘉;;應(yīng)力波法錨桿錨固質(zhì)量無損檢測現(xiàn)場實驗研究[J];煤炭技術(shù);2013年01期

5 李亞峻;史興榮;李毅;;傅里葉變換在信號處理中的優(yōu)越性[J];數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)與研究;2012年13期

6 芮強;王紅巖;歐陽華江;;機械結(jié)構(gòu)動力學(xué)模型修正技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J];裝甲兵工程學(xué)院學(xué)報;2012年02期

7 李兵祥;樊超;張維娜;;基于TMS320F28335的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計[J];電子元器件應(yīng)用;2011年12期

8 郭鐵能;李玲;蔡力鋼;劉志峰;趙永勝;楊坤;;基于頻響函數(shù)辨識機械結(jié)合部動態(tài)參數(shù)的研究[J];振動與沖擊;2011年05期

9 曹堅;;基于參數(shù)模型的頻響函數(shù)估計方法[J];振動.測試與診斷;2011年01期

10 江文武;徐國元;馬長年;;FLAC_3D的錨桿拉拔數(shù)值模擬試驗[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報;2009年10期

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1 張雷;非全長粘結(jié)錨桿錨固缺陷無損檢測原理及方法研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2016年

2 薛道成;煤礦巷道錨桿無損檢測技術(shù)及在西山礦區(qū)的應(yīng)用研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2013年

3 楊彥芳;基于頻響函數(shù)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)損傷診斷方法研究[D];大連理工大學(xué);2008年

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1 李巍;基于電駐波的錨桿無損檢測儀的研究[D];北方工業(yè)大學(xué);2017年

2 蔣依壇;基于改進遺傳算法的橋梁監(jiān)測傳感器測點優(yōu)化布置研究及監(jiān)測信號處理[D];西南交通大學(xué);2017年

3 鄭緒濤;不同荷載下錨桿錨固系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)分析[D];南華大學(xué);2014年

4 顏甄瑜;多變量控制圖的理論分析與實際應(yīng)用[D];西安電子科技大學(xué);2009年

本文編號：2874589