錨桿是一種有效的支護技術,被廣泛應用在礦上、橋梁和隧道等工程領域。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)研究應力波反射法在錨桿中的傳播特性,應用錘擊法構造頻率響應函數(shù)矩陣,這是錨桿損傷識別的基礎原始數(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)應用多元控制理論識別錨固錨桿損傷。文中將主元分析法應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,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果不能為零。計算出兩次測量結果的最小馬氏距離,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)板設計錨桿無損檢測儀,由LabVIEW分析、顯示。
【學位單位】：石家莊鐵道大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TG115.28
【部分圖文】：

圖 2-1 FIR 濾波器技術信號與響應信號中仍然包含有部分噪聲，求得的頻響函要用平均技術進行進一步處理。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，導致頻譜發(fā)生畸變。所以在應用窗同的信號要應用不同的窗函數(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 ≤ ≤= ≤ ≤ 為了避免響應信號發(fā)生頻譜泄漏，文中應用指數(shù)窗，指頻率/Hz

圖 2-2 SISO 時不變線性系統(tǒng)應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 = + = 當激勵與響應都受到噪聲的污染時，由計，同時與響應信號中的噪聲無關。

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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本文編號：2874589