專利名稱：一種斜拉橋拉索振動信號的降噪處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種斜拉橋拉索振動信號的處理技術(shù)，尤其是涉及一種橋梁工程施工及監(jiān)測領(lǐng)域中的斜拉橋拉索振動信號的前期降噪處理方法。
背景技術(shù)：
拉索是斜拉橋結(jié)構(gòu)中的主要承載構(gòu)件，因此斜拉橋拉索振動信號的采集、有效分析處理，是橋梁工程施工及監(jiān)測有效進(jìn)行的根本保障。然而由于外界環(huán)境噪聲的干擾，加速度傳感器采集到的振動信號往往疊加有噪聲信號，使得振動信號曲線出現(xiàn)毛刺，嚴(yán)重影響了分析結(jié)果。為了削弱干擾信號的影響，需要對采集到的振動信號進(jìn)行降噪處理，期刊《電子測量技術(shù)》(2007年6月第6期30卷)上的“基于MATLAB的振動信號平滑處理方法” 一文中公開了一種五點(diǎn)三次平滑法以降低噪聲信號，其主要是利用最小二乘法原理對離散數(shù)據(jù)進(jìn)行三次最小二乘多項式平滑的方法對采樣信號進(jìn)行降噪處理，該方法獲得平滑的振動信號曲線和頻譜需要平滑處理40次，導(dǎo)致計算復(fù)雜度較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種處理速度快，能有效提高振動信號信噪比的基于頻譜平均的斜拉橋拉索振動信號的降噪處理方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為一種斜拉橋拉索振動信號的降噪處理方法，主要包括以下處理步驟a)在斜拉橋拉索上設(shè)置加速度傳感器，加速度傳感器采集斜拉橋拉索在環(huán)境激勵下的振動時域信號，并且按加速度傳感器設(shè)置的固定采樣頻率對振動時域信號進(jìn)行采樣， 獲得振動時域信號采樣數(shù)據(jù)序列χ (η) ,(η = 1,2,...，L)，其中，L為采樣長度，η為序列號；b)對振動時域信號采樣數(shù)據(jù)序列x(n)，(n = 1，2，. . .，L)進(jìn)行零均值化處理，具體過程為根據(jù)振動時域信號采樣數(shù)據(jù)序列的每個采樣值和振動時域信號采樣數(shù)據(jù)序列的平均采樣值，計算得到振動時域信號離散序列只《)，^0 = 1( )-1( = 1,2,...,1)，其中，1為
振動時域信號采樣數(shù)據(jù)序列的平均采樣值j=；
L n=\c)對振動時域信號離散序列只《)> = 1,2,...,Ζ)按固定抽樣步長N進(jìn)行分割處理， 獲得分割數(shù)據(jù)序列組6(0，x//) = ^V(/-l) + _/+),C/+ = l,2,...,#;/=l,2,...,M)，其中，N e [2，
U 2], M= lL/Ν], “L」”為向下取整符號；d)對分割數(shù)據(jù)序列組Xj (i)，(j = 1，2，. . .，N ;i = 1，2，. . .，M)進(jìn)行快速傅里葉變換處理，獲取頻譜組 Xj (w)，Xj (w) = FFT ( ⑴)，(j = 1，2，. . .，N ;i = 1，2，. . .，M)，其中，F(xiàn)FTO為快速傅里葉變換函數(shù)，w代表頻率；e)通過頻譜組Xj (w), (j = 1,2, ... , N)頻譜平均，獲得平均頻譜X(W)，
_I N
ζ—)=7 ΣΑ )，然后對平均頻譜進(jìn)行快速傅里葉反變換處理，獲得降噪后的時域信號x{t) ,x{t) = IFFTiX{w)) IFFTO為快速傅里葉反變換函數(shù)。所述的步驟a)設(shè)置的固定采樣頻率為32 256Hz，采樣長度L大于4096 ；所述的步驟c)的固定抽樣步長N為4 16。所述的步驟a)設(shè)置的固定采樣頻率為128Hz，采樣長度L為8192 ；所述的步驟c) 的固定抽樣步長N為8。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于信號處理的計算量小，處理速度快，能有效的提高信噪比，從而克服采集的斜拉橋拉索振動信號易受環(huán)境噪聲干擾的問題，滿足復(fù)雜環(huán)境變化下的斜拉橋拉索振動信號監(jiān)測分析的前期降噪處理要求。


圖1為本發(fā)明的處理流程圖；圖2為本發(fā)明零均值化后的時域信號截取圖；圖3為本發(fā)明降噪后的時域信號與零均值化后離散序列數(shù)據(jù)點(diǎn)的對比圖；圖4為圖1中數(shù)據(jù)分割處理工作原理圖；圖5為圖1中FFT處理工作原理圖；圖6為圖1中頻譜平均和IFFT處理工作原理圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。如圖1所示，一種斜拉橋拉索振動信號的降噪處理方法，主要包括以下處理步驟a)在斜拉橋拉索上設(shè)置加速度傳感器，加速度傳感器采集斜拉橋拉索在環(huán)境激勵下的振動時域信號，并且按加速度傳感器設(shè)置的固定采樣頻率對振動時域信號進(jìn)行采樣， 獲得振動時域信號采樣數(shù)據(jù)序列Χ (η) ,(η = 1,2,...，L)，其中，L為采樣長度，η為序列號， 設(shè)置的固定采樣頻率為32 256Hz，優(yōu)選128Hz，采樣長度L大于4096，優(yōu)選為8192 ；b)對振動時域信號采樣數(shù)據(jù)序列x(n)，(n = 1，2，. . .，L)進(jìn)行零均值化處理，具體過程為根據(jù)振動時域信號采樣數(shù)據(jù)序列的每個采樣值和振動時域信號采樣數(shù)據(jù)序列的平均采樣值，計算得到振動時域信號離散序列只
權(quán)利要求
1.一種斜拉橋拉索振動信號的降噪處理方法，其特征在于包括以下處理步驟a)在斜拉橋拉索上設(shè)置加速度傳感器，加速度傳感器采集斜拉橋拉索在環(huán)境激勵下的振動時域信號，并且按加速度傳感器設(shè)置的固定采樣頻率對振動時域信號進(jìn)行采樣，獲得振動時域信號采樣數(shù)據(jù)序列χ (η)，(η = 1，2，. . .，L)，其中，L為采樣長度，η為序列號；b)對振動時域信號采樣數(shù)據(jù)序列χ(η)，(η = 1，2，. . .，L)進(jìn)行零均值化處理，具體過程為根據(jù)振動時域信號采樣數(shù)據(jù)序列的每個采樣值和振動時域信號采樣數(shù)據(jù)序列的平均采樣值，計算得到振動時域信號離散序列只《)，只《) = 1( )-1> = 1,2,...,1)，其中^為振動時域信號采樣數(shù)據(jù)序列的平均采樣值，〒=+1>( )；L η=\c)對振動時域信號離散序列只(n = 1，2，. . .，L)按固定抽樣步長N進(jìn)行分割處理， 獲得分割數(shù)據(jù)序列組 \ ⑴，勺(0 = -1) + _/+), (j = 1，2，. . .，N ； i = 1，2，. . .，M)，其中， Ne [2，L/2]，M= \_L!N\,」”為向下取整符號；d)對分割數(shù)據(jù)序列組\(i)，(j= 1，2，...，N;i = 1，2，...，M)進(jìn)行快速傅里葉變換處理，獲取頻譜組 Xj (w)，Xj (w) = FFT(Xj(i)), (j = 1,2, ...，N;i = 1,2, ...，M)，其中， FFTO為快速傅里葉變換函數(shù)，w代表頻率；e)通過對頻譜組Xj(W)，(j= 1,2, ...,N)頻譜平均，獲得平均頻譜叉―)，_I Nζ—)=:ΣΑ )，然后對平均頻譜進(jìn)行快速傅里葉反變換處理，獲得降噪后的時域信號 iV ；=1x(t) ,x(t) = IFFT(X(w)) IFFTO為快速傅里葉反變換函數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種斜拉橋拉索振動信號的降噪處理方法，其特征在于所述的步驟a)設(shè)置的固定采樣頻率為32 256Hz，采樣長度L大于4096 ；所述的步驟c)的固定抽樣步長N為4 16。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種斜拉橋拉索振動信號的降噪處理方法，其特征在于所述的步驟a)設(shè)置的固定采樣頻率為U8Hz，采樣長度L為8192 ；所述的步驟c)的固定抽樣步長N為8。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種斜拉橋拉索振動信號的降噪處理方法，包括以下處理步驟按加速度傳感器設(shè)置的固定采樣頻率采集并且采樣斜拉橋拉索振動時域信號，獲得振動時域信號采樣數(shù)據(jù)序列；通過對振動時域信號采樣數(shù)據(jù)序列零均值化處理，獲得振動時域信號離散序列；通過對振動時域信號離散序列等間隔抽樣分割處理，獲得分割數(shù)據(jù)序列組；通過對分割數(shù)據(jù)序列組進(jìn)行快速傅里葉變換，獲得頻譜組；通過對頻譜組頻譜平均，得到平均頻譜，然后對平均頻譜進(jìn)行快速傅里葉反變換，獲得降噪后的時域信號；本發(fā)明剔除實(shí)際測量中各種干擾信號所帶來的影響，有效降噪，為工程后續(xù)分析提供有力的保障，且實(shí)現(xiàn)簡便，在橋梁工程施工及監(jiān)測領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用。
文檔編號G01H17/00GK102305661SQ20111016336
公開日2012年1月4日 申請日期2011年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月17日
發(fā)明者馮志敏, 葉慶衛(wèi), 武冬星, 王曉東, 胡海剛 申請人:寧波大學(xué)