一種利用激光位移信號測試橋面柔度裝置及其方法
【專利摘要】一種利用激光位移信號測試橋面柔度裝置及其方法，包括力錘或落錘、激光發(fā)生器、激光接收器、數(shù)據(jù)線、數(shù)據(jù)采集儀、測點，所述測點設于橋面上，所述力錘或落錘用于錘擊測點，所述激光接收器通過數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集儀電連接；所述激光發(fā)生器設于橋面上且激光接收器設于橋梁主跨支撐處外側，或激光接收器設于橋面上且激光發(fā)生器設于橋梁主跨支撐處外側。本發(fā)明還包括橋面柔度測試的方法。本發(fā)明之方法簡單，可直接利用頻響函數(shù)矩陣在0Hz處取值，從而得到模態(tài)柔度；測試準確；本發(fā)明的裝置結構簡單，制造成本低。
【專利說明】一種利用激光位移信號測試橋面柔度裝置及其方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于動力測試領域，尤其是涉及一種利用激光位移信號測試橋面柔度裝置及其方法。
【背景技術】
[0002]現(xiàn)有技術中，利用動力測試來進行結構參數(shù)識別的方法有以下兩種:1、工作模態(tài)分析，利用隨機脈動的測試信號來進行模態(tài)參數(shù)提?。?、實驗模態(tài)分析，利用外部激勵的手段使結構振動來識別參數(shù)，其中利用力錘來對結構進行激勵的方法稱為脈沖錘擊法，該方法能夠提供較高的信噪比，已逐漸成為一種廣泛應用于橋梁結構的動力測試方法。
[0003]并且脈沖錘擊測試能從頻響函數(shù)中獲取結構的模態(tài)質(zhì)量從而獲得模態(tài)柔度，因此就能預測靜載試驗下結構的任何變形，成為靜載試驗的有力補充。它與靜載試驗結果的比較，能成為橋梁性能評估的有力工具。
[0004]實際橋梁結構的頻率響應函數(shù)會受到各種噪聲的干擾而辨識困難，因此如何從頻響函數(shù)中有效地識別結構的柔度是一個具有挑戰(zhàn)性的問題。
[0005]傳統(tǒng)的結構動力信號測試，往往利用加速度傳感器測試結構反應，由這種情形計算出的頻響函數(shù)為“加速度導納”。而要計算模態(tài)柔度，則需要將“加速度導納”轉化為“位移導納”。因此在計算頻響函數(shù)的過程中，需要在頻域中除以(jw)2。這樣理論上可以直接在位移導納頻率為O的縱軸上直接量取頻響函數(shù)的截距即為柔度矩陣中的柔度系數(shù)。然而當頻率較小時，由于頻響函數(shù)在轉化過程中除以了(jw)2，因此獲得的位移導納將增大。當頻率接近為O時，位移導納為無窮大。這樣用測量在加速度導納OHz截距的方法獲取柔度系數(shù)就遇到了實際困難，因為它得到的是一個無窮大的數(shù)值。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明所要解決的技術問題是，克服現(xiàn)有技術存在的上述缺陷，提供一種利用激光位移信號測試橋面柔度裝置及其方法。
[0007]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是，
[0008]本發(fā)明之一種利用激光位移信號測試橋面柔度的裝置，包括力錘或落錘、激光發(fā)生器、激光接收器、數(shù)據(jù)線、數(shù)據(jù)采集儀、測點，所述測點設于橋面上，所述力錘或落錘用于錘擊測點，所述激光接收器通過數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集儀電連接；所述激光發(fā)生器設于橋面上且激光接收器設于橋梁主跨支撐處外側，或激光接收器于橋面上且激光發(fā)生器設于橋梁主跨支撐處外側。
[0009]進一步，所述測點的位置與加載車的輪載點位置相同。
[0010]本發(fā)明之一種利用激光位移信號測試橋面柔度方法，包括以下步驟:
[0011](I)設備安裝:將一個激光發(fā)生器放在被測試橋梁主體結構橋面的某一測點上，將激光接收器設于橋梁主跨支撐處外側的固支位置處，使激光接收器保持固定不動，不隨橋面的振動而振動；或將激光接收器設于橋面上且激光發(fā)生器設于橋梁主跨支撐處外側的固支位置處，使激光發(fā)生器保持固定不動，不隨橋面的振動而振動，激光接收器與數(shù)據(jù)采集儀器電連接；
[0012](2)獲取力錘的力信號和位移響應信號:將力錘或落錘放在某一錘擊點進行錘擊，使橋臺產(chǎn)生振動，同時帶動步驟(I)中激光發(fā)生器振動，激光發(fā)生器所在測點位置的位移隨時間變化的位移時域信號傳送給激光接收器，同時數(shù)據(jù)采集儀器記錄下來位移響應信號；力脈沖信號通過數(shù)據(jù)采集儀器進行了記錄，即同時得到了力信號和位移響應信號；
[0013](3)計算頻率響應函數(shù):對步驟(2)所得的力信號和位移響應信號進行傅里葉變換，得到測試點的頻率響應函數(shù)；
[0014](4)獲取頻率響應函數(shù)矩陣上對應的一列:移動步驟(I)中激光發(fā)生器的測點位置，將力錘或落錘放在步驟(2)的錘擊點進行錘擊，重復步驟(2)和步驟(3)，直到將所有測點的位移響應得到，即得到頻率響應函數(shù)上對應的一列；
[0015](5)獲取滿陣的頻率響應函數(shù)矩陣:將力錘或落錘移動到下一個錘擊點進行錘擊，重復步驟(2)-(4)，如此反復，將所有測點都錘擊完成后，即得到一個滿陣的頻率響應函數(shù)矩陣；
[0016](6)柔度分析:通過截取步驟(5)滿陣中的位移在OHz上的截距，得到結構的柔度矩陣中的柔度系數(shù)，利用該矩陣可以預測結構在卡車加載下的變形，對比實測值和預測值，對結構的性能進行判斷和評估。
[0017]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明之方法簡單，可直接利用頻響函數(shù)矩陣在OHz處取值，從而得到模態(tài)柔度；測試準確；本發(fā)明之裝置，結構簡單，制造成本低，橋臺端部設有激光接收器，由于激光接收器所處位置不受橋面振動的影響，能接收到激光發(fā)生器產(chǎn)生的振動信號。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明一實施例的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0019]以下結合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0020]實施例1
[0021]參照附圖1，本實施例之利用激光位移信號測試橋面柔度裝置，包括力錘1、激光發(fā)生器2、激光接收器3、數(shù)據(jù)線4、數(shù)據(jù)采集儀5、測點，測點6設于橋面7上，力錘I錘擊測點6，激光接收器3通過數(shù)據(jù)線4與數(shù)據(jù)采集儀5電連接，使測試得到的位移響應數(shù)據(jù)保存起來；激光發(fā)生器2設于橋面7上且激光接收器3設于橋梁主跨支撐處8外側，由于激光接收器3所處位置不受橋面7振動的影響，因此它能夠接收到接收激光發(fā)生器2產(chǎn)生的振動信號。
[0022]測點6的位置分布正好對應于一車輛的輪胎位置，測點的數(shù)量為6個，用于模擬橋面板的卡車荷載。
[0023]本實施例之利用激光位移信號測試橋面柔度方法，包括以下步驟:
[0024](I)設備安裝:將一個激光發(fā)生器2放在被測試橋梁主體結構的橋面7某一測點6上，將激光接收器3設于橋梁主跨支撐處8外側的固支位置處，使激光接收器3不隨橋面7的振動而振動，激光接收器3與數(shù)據(jù)采集儀器5電連接；
[0025](2)獲取力錘I的力信號和位移響應信號:將力錘I放在某一錘擊點進行錘擊，使橋面7產(chǎn)生振動，同時帶動步驟(I)中激光發(fā)生器2振動，激光發(fā)生器2所在測點位置的位移隨時間變化的位移時域信號傳送給激光接收器3，同時數(shù)據(jù)采集儀器5記錄下來位移響應信號；力脈沖信號通過數(shù)據(jù)采集儀器5進行了記錄，即同時得到了力信號和位移響應信號;
[0026](3)計算單點的頻率響應函數(shù):對步驟(2)所得的力信號和位移響應信號進行傅里葉變換，到頻率響應函數(shù)矩陣上對應的一點；
[0027](4)獲取頻率響應函數(shù)上對應的一列:移動步驟(I)中激光發(fā)生器2的測點位置，將力錘I放在步驟(2)的錘擊點進行錘擊，重復步驟(2)和步驟(3)，直到將所有測點的位移響應得到，即得到頻率響應函數(shù)上對應的一列；
[0028](5)6X6的頻率響應函數(shù)矩陣:將力錘I移動到下一個錘擊點進行錘擊，重復步驟
(2)-(4)，如此反復，將所有測點都錘擊完成后，即得到一個滿陣的頻率響應函數(shù)矩陣；
[0029](6)柔度分析:通過截取滿陣中的位移導納在OHz上的截距，得到結構的柔度矩陣中的柔度系數(shù)，利用該矩陣可以預測結構在卡車荷載的變形，對比實測值和預測值，對結構的性能進行判斷和評估。
[0030]實施例2
[0031]本實施例與實施例1的區(qū)別僅在于，落錘I錘擊測點，激光接收器3設于橋面7上且激光發(fā)生器2設于橋梁主跨支撐處8外側。
[0032]其余與實施例1基本相同。
【權利要求】
1.一種利用激光位移信號測試橋面柔度裝置，其特征在于，包括力錘或落錘、激光發(fā)生器、激光接收器、數(shù)據(jù)線、數(shù)據(jù)采集儀、測點，所述測點設于橋面上，所述力錘或落錘用于錘擊測點，所述激光接收器通過數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集儀電連接；所述激光發(fā)生器設于橋面上且激光接收器設于橋梁主跨支撐處外側，或激光接收器設于橋面上且激光發(fā)生器設于橋梁主跨支撐處外側。
2.根據(jù)權利要求1所述的利用激光位移信號測試橋面柔度裝置，其特征在于，所述測點的位置與加載車的輪載點位置相同。
3.一種利用激光位移信號測試橋面柔度方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)設備安裝:將一個激光發(fā)生器放在被測試橋梁主體結構橋面的某一測點上，將激光接收器設于橋梁主跨支撐處外側的固支位置處，使激光接收器保持固定不動，不隨橋面的振動而振動；或將激光接收器設于橋面上且激光發(fā)生器設于橋梁主跨支撐處外側的固支位置處，使激光發(fā)生器保持固定不動，不隨橋面的振動而振動，激光接收器與數(shù)據(jù)采集儀器電連接； (2)獲取力錘的力信號和位移響應信號:將力錘或落錘放在某一錘擊點進行錘擊，使橋臺產(chǎn)生振動，同時帶動步驟(I)中激光發(fā)生器振動，激光發(fā)生器所在測點位置的位移隨時間變化的位移時域信號傳送給激光接收器，同時數(shù)據(jù)采集儀器記錄下來位移響應信號；力脈沖信號通過數(shù)據(jù)采集儀器進行了記錄，即同時得到了力信號和位移響應信號； (3)計算頻率響應函數(shù):對步驟(2)所得的力信號和位移響應信號進行傅里葉變換，得到測試點的頻率響應函數(shù)； (4)獲取頻率響應函數(shù)矩陣上對應的一列:移動步驟(I)中激光發(fā)生器的測點位置，將力錘或落錘放在步驟(2)的錘擊點進行錘擊，重復步驟(2)和步驟(3)，直到將所有測點的位移響應得到，即得到頻率響應函數(shù)上對應的一列； (5)獲取滿陣的頻率響應函數(shù)矩陣:將力錘或落錘移動到下一個錘擊點進行錘擊，重復步驟(2)-(4)，如此反復，將所有測點都錘擊完成后，即得到一個滿陣的頻率響應函數(shù)矩陣； (6)柔度分析:通過截取步驟(5)滿陣中的位移在OHz上的截距，得到結構的柔度矩陣中的柔度系數(shù)，利用該矩陣可以預測結構在卡車加載下的變形，對比實測值和預測值，對結構的性能進行判斷和評估。
【文檔編號】G01M7/02GK104132792SQ201410348948
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月22日 優(yōu)先權日:2014年7月22日
【發(fā)明者】周云, 蔣運忠, 謝利民 申請人:湖南大學