橋梁振動監(jiān)測裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種橋梁振動監(jiān)測裝置。該橋梁振動監(jiān)測裝置包括用于獲取橋梁振動加速度的加速度獲取單元，該橋梁振動監(jiān)測裝置還包括卡爾曼濾波單元，該卡爾曼濾波單元與加速度獲取單元相連，從該加速度獲取單元獲取振動加速度并對振動加速度進(jìn)行卡爾曼濾波。通過本實用新型公開的橋梁振動監(jiān)測裝置可快速準(zhǔn)確地計算出橋梁振動加速度。
【專利說明】橋梁振動監(jiān)測裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及橋梁監(jiān)測領(lǐng)域，具體地，涉及一種橋梁振動監(jiān)測裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]橋梁結(jié)構(gòu)在移動的車輛、人群、風(fēng)力和地震等動力荷載作用下會產(chǎn)生振動，并會隨著結(jié)構(gòu)的老化發(fā)生變化。橋梁結(jié)構(gòu)的振動是橋梁結(jié)構(gòu)分析的一項重要內(nèi)容。計算機(jī)的出現(xiàn)和有限元法的應(yīng)用，使得建立復(fù)雜的列車橋梁分析模型成為可能。
[0003]橋梁振動加速度是用于衡量橋梁健康狀況的重要指標(biāo)。監(jiān)測人員能根據(jù)該振動加速度判斷橋梁是否還可通行等，以在橋梁可能出現(xiàn)故障前及時提出預(yù)警，防止事故放生。
[0004]下列幾個問題是橋梁加速度監(jiān)測中主要面臨的難題:
[0005](I)測量環(huán)境較差，通?，F(xiàn)場的溫差和噪聲大，導(dǎo)致測量信號的準(zhǔn)確性較低；
[0006](2)需要降低現(xiàn)場測量設(shè)備的功耗；
[0007](3)在對觀測信號進(jìn)行進(jìn)一步處理時，往往需要觀測歷史記錄和/或估計歷史記錄，計算較復(fù)雜。
實用新型內(nèi)容
[0008]本實用新型的目的是提供一種裝置，該裝置能采用低功耗設(shè)備測量橋梁振動加速度并且利用卡爾曼濾波消除或部分地消除溫度漂移、零點漂移、低信噪比的影響，快速準(zhǔn)確地得到橋梁加速度信息。
[0009]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供一種橋梁振動監(jiān)測裝置，所述橋梁振動監(jiān)測裝置包括用于獲取橋梁振動加速度的加速度獲取單元，所述橋梁振動監(jiān)測裝置還包括卡爾曼濾波單元，所述卡爾曼濾波單元與所述加速度獲取單元相連，從所述加速度獲取單元獲取所述振動加速度并對所述振動加速度進(jìn)行卡爾曼濾波。
[0010]優(yōu)選地，所述加速度獲取單元包括用于測量橋梁振動速度的傳感器、低通濾波器和A/D轉(zhuǎn)換器。
[0011]優(yōu)選地，所述傳感器是MEMS傳感器。
[0012]優(yōu)選地，所述橋梁振動監(jiān)測裝置包括多個加速度獲取單元，分別用于獲取橋梁沿不同方向的振動加速度。
[0013]優(yōu)選地，所述橋梁振動監(jiān)測裝置包括3個加速度獲取單元，分別用于獲取橋梁沿水平方向的X軸和Y軸以及沿豎直方向的Z軸的振動加速度。
[0014]通過上述技術(shù)方案，可采用例如低功耗高靈敏度MEMS傳感器等直接測量橋梁振動加速度，然后對測得的信號進(jìn)行低通濾波和A/D轉(zhuǎn)換，以獲取去除高頻噪聲的數(shù)字信號，再對該數(shù)字信號進(jìn)行卡爾曼濾波，從而在無需歷史數(shù)據(jù)的情況準(zhǔn)確地獲得橋梁振動加速度。
[0015]本實用新型的其它特征和優(yōu)點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細(xì)說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]附圖是用來提供對本實用新型的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的【具體實施方式】一起用于解釋本實用新型，但并不構(gòu)成對本實用新型的限制。在附圖中:
[0017]圖1是根據(jù)本實用新型實施例的橋梁振動監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]附圖標(biāo)記說明
[0019]100橋梁振動監(jiān)測裝置110加速度獲取單元
[0020]111傳感器112低通濾波器
[0021]113A/D轉(zhuǎn)換器120卡爾曼濾波單元
[0022]200中央處理器

【具體實施方式】
[0023]以下結(jié)合附圖對本實用新型的【具體實施方式】進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的【具體實施方式】僅用于說明和解釋本實用新型，并不用于限制本實用新型。
[0024]圖1是根據(jù)本實用新型優(yōu)選實施例的橋梁振動監(jiān)測裝置100的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，橋梁振動監(jiān)測裝置100包括加速度獲取單元110和卡爾曼濾波單元120。
[0025]加速度獲取單元110可用于獲取橋梁振動的加速度。如圖所示，加速度獲取單元110可包括傳感器111、低通濾波器112和A/D轉(zhuǎn)換器113。傳感器111可安裝在橋梁上，以測量橋梁的加速度。優(yōu)選地，可選用MEMS傳感器來測量橋梁的加速度，MEMS傳感器具有體積小、靈敏度高、直流響應(yīng)特性和噪聲特性好、低溫靈敏度好、功耗低等優(yōu)點?？刹捎弥T如壓電式、壓阻式、電容式、諧振式、熱對流式等任意類型的MEMS傳感器來實現(xiàn)測量橋梁振動加速度的功能。傳感器113測量到的加速度模擬信號可先經(jīng)過低通濾波器112去除高頻噪聲，然后再經(jīng)由A/D(模擬到數(shù)字)轉(zhuǎn)換器113轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
[0026]優(yōu)選地，本實用新型可采用多個加速度獲取單元110來獲取橋梁沿不同方向的振動加速度。例如，可采用3個加速度獲取單元110來分別獲取橋梁沿水平方向(即橫向方向)的X軸和Y軸以及沿豎直方向的Z軸的振動加速度，以更全面準(zhǔn)確地反映橋梁振動信息。圖1中將多個低通濾波器112示出為分離設(shè)置的狀態(tài)，將多個A/D轉(zhuǎn)換器113示出為集成設(shè)置的狀態(tài)，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，在實施中可根據(jù)需要將多個低通濾波器112和/或A/D轉(zhuǎn)換器113設(shè)置為集成狀態(tài)或分離狀態(tài)。同樣，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，可將卡爾曼濾波單元112設(shè)置為集成狀態(tài)(如圖1所示)或者對應(yīng)于不同方向的振動加速度的分離狀態(tài)。
[0027]本實用新型采用卡爾曼濾波單元112對加速度獲取單元110輸出的加速度信號進(jìn)行卡爾曼濾波，以得到準(zhǔn)確的加速度信息?？柭鼮V波單元112可通過對當(dāng)前測量到的振動加速度信息進(jìn)行遞歸估計并以最小均方誤差為估計準(zhǔn)則對數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。特別地，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，將卡爾曼濾波單元112用于本實用新型公開的橋梁振動監(jiān)測裝置100中，對消除或部分消除由于溫度漂移、零點漂移和環(huán)境噪聲等導(dǎo)致的測量誤差具有良好效果。進(jìn)一步地，卡爾曼濾波單元112不需要觀測和/或估計歷史記錄并且計算量較小，可快速得到修正后的結(jié)果。
[0028]橋梁振動監(jiān)測裝置100可將經(jīng)過修正的橋梁加速度信息輸出給中央處理器200等，以便于中央處理器200執(zhí)行相應(yīng)的操作。
[0029]以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本實用新型的優(yōu)選實施方式，但是，本實用新型并不限于上述實施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本實用新型的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本實用新型的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本實用新型的保護(hù)范圍。
[0030]另外需要說明的是，在上述【具體實施方式】中所描述的各個具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進(jìn)行組合。為了避免不必要的重復(fù)，本實用新型對各種可能的組合方式不再另行說明。
[0031]此外，本實用新型的各種不同的實施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本實用新型的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本實用新型所公開的內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種橋梁振動監(jiān)測裝置(100)，所述橋梁振動監(jiān)測裝置(100)包括用于獲取橋梁振動加速度的加速度獲取單元(110)，其特征在于，所述橋梁振動監(jiān)測裝置(100)還包括卡爾曼濾波單元(120)，所述卡爾曼濾波單元(120)與所述加速度獲取單元(110)相連，從所述加速度獲取單元(110)獲取所述振動加速度并對所述振動加速度進(jìn)行卡爾曼濾波。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橋梁振動監(jiān)測裝置(100)，其特征在于，所述加速度獲取單元(110)包括用于測量橋梁振動速度的傳感器(111)、低通濾波器(112)和A/D轉(zhuǎn)換器(113)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的橋梁振動監(jiān)測裝置(100)，其特征在于，所述傳感器是MEMS傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橋梁振動監(jiān)測裝置(100)，其特征在于，所述橋梁振動監(jiān)測裝置(100)包括多個加速度獲取單元(110)，分別用于獲取橋梁沿不同方向的振動加速度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的橋梁振動監(jiān)測裝置(100)，其特征在于，所述橋梁振動監(jiān)測裝置(100)包括3個加速度獲取單元(110)，分別用于獲取橋梁沿水平方向的X軸和Y軸以及沿豎直方向的Z軸的振動加速度。
【文檔編號】G01H17/00GK204255494SQ201420811599
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月18日
【發(fā)明者】常曉東, 秦憲國, 陳鵬, 謝民, 邊海軍, 韓磊宏 申請人:中國神華能源股份有限公司, 中國神華能源股份有限公司神朔鐵路分公司