[发明专利]正常交通流下斜拉桥模态参数测定装置及方法

权利要求书

1.正常交通流下斜拉桥模态参数测定装置，其特征在于：它包括多个布置在桥面众多检测点的用于采集并输出振动频率、幅值信号的多个超低频传感器；一个用于捕捉所述传感器输出信号的数据采集仪；一个用于接收、过滤所述捕捉信号并将该过滤信号输出的一个低通滤波器；一个用于接收所述的过滤信号并将该信号转换成数字信号输出的一个扩展箱；一个用于接收所述扩展箱的数字信号并对该信号进行处理以识别测试桥固有频率及每个检测点处振型坐标的一个预置有数据采集分析软件的计算机。

2.根据权利要求1所述的正常交通流下斜拉桥模态参数测定装置，其特征在于：所述的低通滤波器的截止频率设置为10HZ。

3.一种正常交通流下斜拉桥模态参数测定方法，其特征在于它包括以下步骤：

(1)在桥跨中选择对振动最敏感的测点作为参考测点，在该测点分别设置横向、纵向、竖向传感器；

(2)由于所需传感器数量巨大，可根据所拥有的传感器数量，将全桥分区段并同时在桥面左右两侧测试，每个测试区段选择多个测试位置，在桥面左右两侧每个测试位置分别设置横向、纵向、竖向传感器，每个区段在记录测试位置传感器数据的同时记录参考测点传感器的数据；

(3)取自由车流为振动测源，启动所述的各个测点的传感器以读取所述的各个测点的振动频率及振幅信号，所述的传感器将所述的各个测点的信号输出给一个用于捕捉所述的振动频率及振幅信号的数据采集仪，所述的数据采集仪将所述的捕捉信号输出给一个用于接收并过滤所述的捕捉信号的一个低通滤波器，所述的低通滤波器输出所述的过滤信号给一个用于接收所述的过滤信号并将该信号转换为数字信号的一个扩展箱，所述的扩展箱将所述的数字信号输出给一个计算机，所述的计算机对来自扩展箱的数字信号进行记录；

(4)变换所述的步骤(2)中的测试区段，重复步骤(2)和(3)直至结束；

(5)采用所述的步骤(3)中的计算机对其记录的信号进行处理以识别测试桥的固有频率及在每个检测点处的振型坐标。

4.根据权利要求3所述的正常交通流下斜拉桥模态参数测定方法，其特征在于所述的步骤(3)中每一信号记录时间为20秒～60秒，并且每一测点的测试次数大于20次。

5.根据权利要求3所述的正常交通流下斜拉桥模态参数测定方法，其特征在于：所述的步骤(2)中在桥面左右两侧设置的测试位置沿全桥对称布置。

6.根据权利要求3所述的正常交通流下斜拉桥模态参数测定方法，所述的计算机信号处理包括以下步骤：

(1)对各测点环境随机振动频率、幅值信号进行回放；

(2)对所有采集到的振动频率、幅值信号进行自功率谱分析，并对参考测点处的信号和每个其它测点处的信号进行互谱分析，然后根据所述的互谱分析作出相关系数-频率曲线以及相位差-频率曲线；

(3)读取所述的各测点的自功率谱分析结果以及相位差-频率曲线中相位差值，然后计算出所有测点处的信号对应的自功率谱密度并作出自功率谱密度曲线；

(4)找出参考测点信号所对应的自功率谱密度曲线上的包括峰值和峰值频率的所有峰值点；

(5)设定待研究的频率范围并设定在该范围内有N个自功率谱密度峰值；

(6)设定循环次数为N；

(7)读取所述的各测点对应的步骤(2)中的相关系数-频率曲线中的相关系数值并将该值与步骤(5)中待研究的频率范围比较以确定在此峰值频率范围内是否大多数测点的随机振动信号都相关；

(8)提取步骤(7)中相关系数值接近1、桥面左右侧参考测点的相位差为0°或180°的信号，然后求出所述测点的频率并绘制出振型图；

(9)循环次数是否为N，如果为否，则返回步骤(6)；

(10)若步骤(9)中的结果为是，则根据步骤(8)中提取的信号计算M≤N阶固有频率；

(11)读取所述的固有频率值并计算出每个测点处的振型坐标；

(12)信号处理过程完成。