本文關(guān)鍵詞：基于ZFFT的橋梁索力測量方法及其應(yīng)用軟件開發(fā)

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【摘要】：大型橋梁的安全性與可靠性對社會影響巨大,其拉索的受力狀態(tài)是評價橋梁運營安全的重要指標(biāo)之一。索力測量方法主要有油壓表法、壓應(yīng)力法和頻率法。油壓表法和壓應(yīng)力法僅適合在建橋梁的索力檢測,而頻率法因其具有設(shè)備可重復(fù)使用,整套設(shè)備攜帶、安裝方便,可對已經(jīng)施工完畢的大型橋梁進行索力復(fù)測。工程上橋梁索力的測量精度要求控制在±6%以內(nèi),而頻率法的索力測量精度一般難以滿足工程實際應(yīng)用要求。因此,有必要對提高索力測量精度做進一步的研究。本論文研究了橋梁索力應(yīng)力波無損測試中的信號降噪方法和頻普精細化處理方法,并開發(fā)了相應(yīng)的工程應(yīng)用軟件。本文的主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下:(1)對比分析巴特沃斯濾波、切比雪夫濾波和小波降噪三種方法對拉索振動信號的降噪效果。小波降噪處理后的拉索振動信號,頻譜曲線中各處波峰位置處所對應(yīng)的頻率值最為容易判定。根據(jù)噪聲和信號的小波系數(shù)在不同尺度上具有不同性質(zhì)的機理,在小波域內(nèi)使用模極大值法對含有噪聲的拉索振動信號的小波系數(shù)進行處理,將經(jīng)過處理后的小波系數(shù)重構(gòu)原始信號,得到真實信號的最優(yōu)估計。小波降噪方法對拉索振動信號進行降噪處理的效果優(yōu)于切比雪夫濾波和巴特沃斯濾波,使用模極大值法在不同尺度上對拉索振動信號進行處理,有助于提高拉索振動信號的抗干擾能力。(2)研究了ZFFT方法在拉索振動信號處理中的應(yīng)用。拉索的低頻段很低,常與橋面板或橋塔基頻耦合,導(dǎo)致實測拉索振動信號處理結(jié)果中譜曲線上常出現(xiàn)頻率混疊現(xiàn)象�；赯FFT算法的頻譜細化技術(shù)適用于干涉現(xiàn)象嚴重的密集型頻率成分的情況下,因此將ZFFT算法應(yīng)用于橋梁拉索的振動頻率識別當(dāng)中。采用ZFFT算法對拉索振動信號進行頻譜分析,具有在選定頻率范圍內(nèi)進行頻譜細化分析的特點,有助于提高頻率分辨率和減少采樣點數(shù)的計算量。實測拉索振動信號進行ZFFT分析的實驗結(jié)果表明,在采樣長度、采樣頻率等參數(shù)相同情況下,ZFFT分析獲得的頻率分辨率比傳統(tǒng)傅里葉分析方法高10倍,提高了拉索索力的檢測精度。(3)根據(jù)索力測量的實際應(yīng)用要求,完成了系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計和索力測試應(yīng)用軟件的開發(fā)。通過Lab VIEW軟件編寫的應(yīng)用程序主要功能模塊包括采樣信號的實時顯示、拉索基頻的自動識別、檢測結(jié)果的自動生成等功能。硬件電路的設(shè)計主要包括信號放大、濾波電路模塊設(shè)計、STM32微控制器最小系統(tǒng)的實現(xiàn)以及數(shù)據(jù)采集單元的軟件編程。最后對索力測量系統(tǒng)進行了現(xiàn)場測試,測試結(jié)果與該橋在13年索力調(diào)整目標(biāo)值進行對比,得到最大誤差小于±3%,說明測量結(jié)果可靠且索力測量系統(tǒng)可以滿足工程應(yīng)用要求。本文研究的基于ZFFT的橋梁索力測量方法結(jié)合工程實際應(yīng)用,有助于提高索力檢測精度,具有一定的實用意義和廣闊的應(yīng)用前景。
【關(guān)鍵詞】：拉索 索力 ZFFT算法 小波降噪 虛擬儀器
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U446
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-19
• 1.1 課題研究背景及意義9-10
• 1.2 橋梁索力測試技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 常用索力測試方法10-11
• 1.2.2 索力計算的基本原理11-12
• 1.2.3 影響索力測量精度的因素12-13
• 1.3 拉索振動信號數(shù)字處理方法研究13-18
• 1.3.1 常用數(shù)字信號處理方法14-15
• 1.3.2 數(shù)字信號的小波降噪15-16
• 1.3.3 頻譜細化技術(shù)介紹16-18
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容18-19
• 第2章 拉索振動信號處理方法研究19-33
• 2.1 拉索索力計算方法19-20
• 2.1.1 頻率法計算索力基本原理19
• 2.1.2 頻差法計算拉索索力19-20
• 2.2 拉索振動信號的小波降噪處理20-28
• 2.2.1 多分辨小波變換20-21
• 2.2.2 拉索振動信號的小波降噪21-28
• 2.3 ZFFT算法基本原理28-29
• 2.4 ZFFT算法在拉索基頻識別中的應(yīng)用29-32
• 2.5 本章小結(jié)32-33
• 第3章 基于虛擬儀器技術(shù)的索力測量系統(tǒng)軟硬件設(shè)計33-57
• 3.1 虛擬儀器技術(shù)33-37
• 3.1.1 虛擬儀器技術(shù)發(fā)展33-34
• 3.1.2 虛擬儀器的優(yōu)勢34-35
• 3.1.3 LabVIEW開發(fā)平臺35-37
• 3.2 橋梁索力測量系統(tǒng)總體設(shè)計37-38
• 3.2.1 系統(tǒng)設(shè)計原則37
• 3.2.2 系統(tǒng)總體設(shè)計37-38
• 3.3 應(yīng)用軟件模塊化設(shè)計38-48
• 3.3.1 基本模塊設(shè)計38-41
• 3.3.2 數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計41-43
• 3.3.3 信號處理模塊設(shè)計43-48
• 3.4 數(shù)據(jù)采集卡設(shè)計與實現(xiàn)48-55
• 3.4.1 STM32主控芯片簡介48-49
• 3.4.2 STM32最小系統(tǒng)49-51
• 3.4.3 信號調(diào)理電路模塊設(shè)計51-54
• 3.4.4 數(shù)據(jù)采集單元的軟件設(shè)計54-55
• 3.4.5 數(shù)據(jù)采集卡實現(xiàn)55
• 3.5 本章小結(jié)55-57
• 第4章 現(xiàn)場測試及工程應(yīng)用57-63
• 4.1 湘潭某大橋工程概況57-58
• 4.2 湘潭某大橋索力測量58-61
• 4.2.1 索力測量系統(tǒng)介紹58-60
• 4.2.2 現(xiàn)場測試60-61
• 4.3 索力測試結(jié)果與分析61-62
• 4.4 本章小結(jié)62-63
• 第5章 總結(jié)與展望63-65
• 5.1 總結(jié)63-64
• 5.2 展望64-65
• 參考文獻65-68
• 致謝68-69
• 附錄：個人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及取得的科研成果69

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本文編號：834059