基于激光多普勒的橋梁動(dòng)態(tài)參數(shù)提取系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及橋梁檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于激光多普勒的橋梁動(dòng)態(tài)參數(shù)提 取系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，用于橋梁動(dòng)態(tài)檢測(cè)的傳感器技術(shù)蓬勃發(fā)展，包括基于半導(dǎo)體材料壓阻效 應(yīng)、材料壓電效應(yīng)等原理的加速度傳感器，但基本都是接觸式傳感器。接觸式傳感器弊端很 大，安裝接觸式傳感器費(fèi)時(shí)費(fèi)力，并且會(huì)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)造成不同程度的損傷，安裝后會(huì)阻礙現(xiàn) 場(chǎng)交通。利用非接觸式橋梁動(dòng)態(tài)檢測(cè)技術(shù)能夠解決上述弊端，其中，基于激光多普勒原理的 測(cè)速儀是非接觸式動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)的一個(gè)典型代表?；诩す舛嗥绽赵淼臏y(cè)速儀擁有測(cè)速 精度高、動(dòng)態(tài)范圍大、測(cè)速響應(yīng)快等優(yōu)異性能，廣泛應(yīng)用于測(cè)量流體中微粒子的流動(dòng)速度， 以及測(cè)量生物血液中各類細(xì)胞的流動(dòng)速度等等，也被應(yīng)用于測(cè)量橋梁的動(dòng)態(tài)參數(shù)。
[0003] 參見圖1所示，一種基于激光的橋梁振動(dòng)檢測(cè)裝置，包括相互連接的測(cè)試箱1和計(jì) 算機(jī)14,所述測(cè)試箱1的內(nèi)部設(shè)置有光纖激光發(fā)射器5、第一光纖耦合器4、第一光纖準(zhǔn)直 鏡2、第二光纖準(zhǔn)直鏡9、第二光纖耦合器11、光電探測(cè)器12、高頻信號(hào)采集儀13和激光筆 10 ;所述激光筆10位于第一光纖準(zhǔn)直鏡2和第二光纖準(zhǔn)直鏡9之間；所述光纖激光發(fā)射器 5、第一光纖耦合器4和第一光纖準(zhǔn)直鏡2順次連接，所述第二光纖準(zhǔn)直鏡9、第二光纖耦合 器11、光電探測(cè)器12和高頻信號(hào)采集儀13順次連接；所述第一光纖耦合器4與第二光纖 耦合器11連接，所述高頻信號(hào)采集儀13與安裝有激光多普勒信號(hào)處理系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)14連 接。本檢測(cè)裝置的工作原理：光纖激光發(fā)射器5發(fā)射激光，激光通過第一光纖耦合器4后分 為第一激光和第二激光，第一激光經(jīng)過振動(dòng)的物體表面會(huì)因?yàn)槎嗥绽招?yīng)而改變頻率，因 此，漫反射光的頻率與第一激光、第二激光的頻率不同，由于入射光和發(fā)射光的頻率差與物 體的振動(dòng)速度有一個(gè)固定的解析關(guān)系，計(jì)算機(jī)14內(nèi)設(shè)有激光多普勒信號(hào)處理系統(tǒng)，能夠通 過漫反射光與第一激光的頻率差，計(jì)算待測(cè)物的振動(dòng)信息。
[0004] 不同目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度范圍對(duì)激光多普勒信號(hào)處理系統(tǒng)的要求差別極大，由于橋梁結(jié) 構(gòu)運(yùn)動(dòng)速度較小，因此信號(hào)光與參考光頻率差很小，信噪比下降，光頻率的提取精度較低。 對(duì)于橋梁等低速運(yùn)動(dòng)的工程結(jié)構(gòu)，目前的激光多普勒信號(hào)處理系統(tǒng)很難將測(cè)量信號(hào)中的動(dòng) 態(tài)參數(shù)提取出來，因此，很難測(cè)量橋梁結(jié)構(gòu)的低速運(yùn)動(dòng)，比如速度為100m/ S~lmm/s，甚至 100m/s ~CL 1mm/s 的測(cè)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于激光多普勒的橋梁 動(dòng)態(tài)參數(shù)提取系統(tǒng)及方法，光頻率的提取精度高，用于測(cè)量橋梁等工程結(jié)構(gòu)的低速運(yùn)動(dòng)速 度及振動(dòng)頻率。
[0006] 為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：一種基于激光多普勒的橋梁動(dòng)態(tài)參 數(shù)提取系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：
[0007] 光電探測(cè)器，用于探測(cè)光電信號(hào)；
[0008] 高頻信號(hào)采集儀，用于采集光電探測(cè)器中一定長度的光電信號(hào)，并轉(zhuǎn)化為電壓值， 得到光電信號(hào)離散序列；
[0009] 計(jì)算機(jī)，用于對(duì)光電信號(hào)離散序列進(jìn)行快速傅里葉變換，得到頻率運(yùn)動(dòng)序列；尋找 頻率運(yùn)動(dòng)序列峰值所對(duì)應(yīng)的光電信號(hào)的具體位置，得到頻率細(xì)分區(qū)間；將頻率細(xì)分區(qū)間進(jìn) 一步細(xì)分，計(jì)算頻率細(xì)分區(qū)間上的頻譜，得到頻譜序列；尋找頻譜序列的峰值所對(duì)應(yīng)的光電 信號(hào)的具體位置，計(jì)算多普勒頻移；根據(jù)多普勒頻移，計(jì)算目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度；判斷是否需要計(jì) 算目標(biāo)的振動(dòng)頻率，判斷是否需要計(jì)算目標(biāo)的振動(dòng)頻率，若否，則計(jì)算不同長度光電信號(hào)對(duì) 應(yīng)的運(yùn)動(dòng)速度；若是，則根據(jù)運(yùn)動(dòng)速度形成得到速度序列計(jì)算目標(biāo)的振動(dòng)頻率；對(duì)速度序 列進(jìn)行快速傅里葉變換，得到頻率振動(dòng)序列；尋找頻率振動(dòng)序列峰值所對(duì)應(yīng)的光電信號(hào)的 具體位置，得到振動(dòng)頻率細(xì)分區(qū)間；將頻率細(xì)分區(qū)間進(jìn)一步細(xì)分，計(jì)算振動(dòng)頻率細(xì)分區(qū)間上 的振動(dòng)頻譜，得到振動(dòng)頻譜序列，尋找振動(dòng)頻譜序列峰值所對(duì)應(yīng)的光電信號(hào)的具體位置，計(jì) 算目標(biāo)的振動(dòng)頻率；
[0010]用于所述系統(tǒng)的基于激光多普勒的橋梁動(dòng)態(tài)參數(shù)提取方法，包括以下步驟：
[0011] Si.高頻信號(hào)采集儀采集光電探測(cè)器中一定長度的光電信號(hào)，并轉(zhuǎn)化為電壓值，得 到光電信號(hào)離散序列；
[0012] S2.計(jì)算機(jī)對(duì)光電信號(hào)離散序列進(jìn)行快速傅里葉變換，得到頻率運(yùn)動(dòng)序列；尋找 頻率運(yùn)動(dòng)序列峰值所對(duì)應(yīng)的光電信號(hào)的具體位置，得到頻率細(xì)分區(qū)間；將頻率細(xì)分區(qū)間進(jìn) 一步細(xì)分，計(jì)算頻率細(xì)分區(qū)間上的頻譜，得到頻譜序列；尋找頻譜序列的峰值所對(duì)應(yīng)的光電 信號(hào)的具體位置，計(jì)算多普勒頻移；根據(jù)多普勒頻移，計(jì)算目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度；
[0013] S3.判斷是否需要計(jì)算目標(biāo)的振動(dòng)頻率，若否，則重復(fù)步驟Sl~S2,計(jì)算不同長度 光電信號(hào)對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)速度；若是，則轉(zhuǎn)到步驟S4 ;
[0014] S4.根據(jù)不同長度光電信號(hào)對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)速度，得到速度序列；
[0015] S5.對(duì)速度序列進(jìn)行快速傅里葉變換，得到頻率振動(dòng)序列；尋找頻率振動(dòng)序列峰 值所對(duì)應(yīng)的光電信號(hào)的具體位置，得到振動(dòng)頻率細(xì)分區(qū)間；將頻率細(xì)分區(qū)間進(jìn)一步細(xì)分，計(jì) 算振動(dòng)頻率細(xì)分區(qū)間上的振動(dòng)頻譜，得到振動(dòng)頻譜序列，尋找振動(dòng)頻譜序列峰值所對(duì)應(yīng)的 光電信號(hào)的具體位置，計(jì)算目標(biāo)的振動(dòng)頻率。
[0016] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，步驟Sl的具體過程為：在一段時(shí)間At內(nèi)，高頻信號(hào)采 集儀按照電壓采樣率FS，采集光電探測(cè)器中的光電信號(hào)，并轉(zhuǎn)化為電壓值，所述光電信號(hào)的 長度為N，N為正整數(shù)，光電信號(hào)在長度方向的每個(gè)位置對(duì)應(yīng)一個(gè)電壓值X，得到光電信號(hào)離 散序列X = {x(n)，n = 0, Ρ··Ν-1}，頻率的分辨率為Af，
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于激光多普勒的橋梁動(dòng)態(tài)參數(shù)提取系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括： 光電探測(cè)器，用于探測(cè)光電信號(hào)； 高頻信號(hào)采集儀，用于采集光電探測(cè)器中一定長度的光電信號(hào)，并轉(zhuǎn)化為電壓值，得到 光電信號(hào)離散序列； 計(jì)算機(jī)，用于對(duì)光電信號(hào)離散序列進(jìn)行快速傅里葉變換，得到頻率運(yùn)動(dòng)序列；尋找頻率 運(yùn)動(dòng)序列峰值所對(duì)應(yīng)的光電信號(hào)的具體位置，得到頻率細(xì)分區(qū)間；將頻率細(xì)分區(qū)間進(jìn)一步 細(xì)分，計(jì)算頻率細(xì)分區(qū)間上的頻譜，得到頻譜序列；尋找頻譜序列的峰值所對(duì)應(yīng)的光電信號(hào) 的具體位置，計(jì)算多普勒頻移；根據(jù)多普勒頻移，計(jì)算目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度；判斷是否需要計(jì)算目 標(biāo)的振動(dòng)頻率，判斷是否需要計(jì)算目標(biāo)的振動(dòng)頻率，若否，則計(jì)算不同長度光電信號(hào)對(duì)應(yīng)的 運(yùn)動(dòng)速度；若是，則根據(jù)運(yùn)動(dòng)速度形成得到速度序列計(jì)算目標(biāo)的振動(dòng)頻率；對(duì)速度序列進(jìn) 行快速傅里葉變換，得到頻率振動(dòng)序列；尋找頻率振動(dòng)序列峰值所對(duì)應(yīng)的光電信號(hào)的具體 位置，得到振動(dòng)頻率細(xì)分區(qū)間；將頻率細(xì)分區(qū)間進(jìn)一步細(xì)分，計(jì)算振動(dòng)頻率細(xì)分區(qū)間上的振 動(dòng)頻譜，得到振動(dòng)頻譜序列，尋找振動(dòng)頻譜序列峰值所對(duì)應(yīng)的光電信號(hào)的具體位置，計(jì)算目 標(biāo)的振動(dòng)頻率。
2. 用于權(quán)利要求1