专利名称：一种输电线路高塔结构振动测试方法
技术领域：
本发明属于输电线路铁塔结构力学性能测试中的振动测试领域，具体涉及一种输电线 路高塔结构振动测试方法。
背景技术：
输电线路高塔结构的振动状态与外界干扰特性和结构本身的动力特性有关，结构的动 力特性一般是指结构的振动频率、振型及阻尼比，该参数只与结构自身的材料特性、刚度、 重量、约束等有关，与外界载荷无关。虽然结构的自振频率、振型可以通过理论计算求得， 但通过测试得到的动力特性仍然具有重要的意义。通过输电线路高塔结构振动响应测试及 模态分析，可以起到验证理论计算、给出简单易用的计算结构频率的经验公式、为输电线 路高塔结构的安全性评估及损伤识别积累基本技术资料、得到结构的阻尼比、寻找减小振 动的途径的作用。
传统的振动响应测试方法不适宜应用到输电线路高塔结构，主要存在信号传输和激励 方式两方面的问题。在信号传输方面采用传统的信号采集和传输方式，电源无法保障、 测试方案操作难度大，且由于信号线过长导致信号衰减；在激励方式方面输电线路高塔 结构重量大，传统锤击法的能量不足以激励铁塔，而采用人工激励显然是不现实的，其效 果也不令人满意。为保证输电线路高塔结构振动响应测试结果的准确性，需要采用新的信 号传输和激励方式。
发明内容
本发明提供了一种采用无线方式传输振动信号、风荷载作为外部环境激励，对输电线 路高塔结构进行振动响应测试的测试方法。本发明相对采用有线传输和锤击法激励的传统 振动响应测试手段来说，具有操作和分析更为简便易行、精度更高的特点。
为达到上述目的，本发明通过气象环境监测装置确定环境激励的相关环境参数，选用 加速度传感器来测试铁塔的振动响应，应用无线传感器网络传输输电线路高塔结构振动响 应测试数据，最后通过监测系统后端处理确定输电线路高塔结构的模态参数。为此，本发明提供了一种输电线路高塔结构振动测试方法，其特征在于包括以下步骤:
(1) 建立振动测试模型
在进行振动测试之前，建立输电线路高塔结构的有限元模型，对输电线路高塔结构进 行初步动力特性分析，使测点沿输电线路高塔结构高度设置在振型模型曲线上位移较大的 部位；
(2) 测试方案设计
依据输电线路高塔结构振动测试模型的有限元模型分析结果，在输电线路高塔结构关 键部位设置测点，测点在平面上设置时，设置在主材或靠近主材的地方，各传感器安装时 保持安装方向一致，并使测点远离振动干扰源；
(3) 振动信号采集 -使用加速度传感器对所述输电线路高塔进行水平X向时域测试和竖直Y向时域测试，
在铁塔振动测试中采用通用的网络将采集到的数据传输到后端服务器和数据分析系统；
(4) 振动信号处理
使用加速度传感器测量得到的输电线路高塔结构在不同位置不同高度处的振动加速 度数值后，通过后端服务器进行输电线路高塔结构模态参数识别，包括对输电线路高塔结 构进行频率估计、振型估计和阻尼比估计，最后确定输电线路高塔结构的模态参数。
并且上述方法在信号采集过程中
(1) 要求传感器具有很低的频响特性以及较高的灵敏度；
(2) 要求振动信号经过高放大倍数的低噪声放大器再进行传输；
(3) 对于高度超过200米的输电线路高塔结构，为了得到主材水平向弯曲和扭转振 型，沿高度方向在主材上设置至少10个以上的测量点。
本发明还具有以下优点本方法采用无线通信方式传输振动信号，将风荷载等作为外 部环境激励，对输电线路高塔结构进行振动响应测试，相对采用有线传输和锤击法激励的 传统振动响应测试手段来说，具有操作和分析更为简便易行、精度更高的特点。
图1是使用本发明的测试装置的输电线路高塔结构振动测试方法的流程图； 图2是依据本发明的输电线路高塔结构振动测试装置的构成示意图； 图3是依据本发明的输电线路高塔结构振动测试装置的工作流程图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进一歩说明。 图2示出了依据本发明的输电线路高塔结构振动测试装置构成示意图，依据本发明的
方法的振动测试装置应满足如下基本性能要求
(1) 加速度传感器量程-0.5g~0.5g
(2) 传感器分辨率O.OOlg
(3) 传感器频率范围O.l-lOOHz
(4) 传感器重量《1.0kg
(5) 无线传输距离〉〉200m
(6) 数据传输标准无线正EE802.15.4
本输电线路高塔振动测试方法的具体操作流程如图1所示，主要包括以下歩骤
1. 建立振动测试模型
输电线路高塔结构动力特性测试的重点是结构沿水平X向和Y向的自振频率及振型。
为得到需要的振型，应使测点沿结构高度设置在振型曲线上位移较大的部位，要注意防止 将测点设置在振型曲线的"节"点处，即在某一振型上结构振动时位移为"零"的不动点。 为此，在振动测试之前，建立输电线路高塔结构有限元模型，对输电线路高塔结构进行初 步动力特性分析，对可能产生的振动有大致了解。
2. 测试方案设计
依据输电线路高塔结构振动测试模型的有限元分析结果，在输电线路高塔结构关键部 位设置测点。测点在平面上设置时，尽量设置在主材或靠近主材的地方，避免杆件局部振 动的干扰。各传感器安装时需保持方向一致。此外，测点应远离振动干扰源。
3. 振动信号采集
针对输电线路高塔结构的特点，选用加速度传感器对铁塔进行水平X向时域测试和Y 向时域测试，在铁塔振动测试中可采用无线射频技术来传输数据，本发明专利应用无线传
感器网络技术。在信号采集过程中应注意以下几点
(1) 要求测量传感器具有很低的频响特性，例如低频特性小于0.3Hz，以及较高的灵
敏度，例如lg对应lV或更高；
(2) 振动信号必须经过高放大倍数的低噪声放大器，放大倍数需要几千甚至1万倍
以上；
(3) 使用高质量的低通滤波器，其低通滤波截止频率小于5Hz;(4)为了获得比较可信的振型，要求有足够的实测自由度。对于高度为200米左右 的输电线路高塔结构，为了得到主材水平向弯曲和扭转振型，应沿高度方向在主材上设置 IO个以上的测点，如果为了得到辅材的局部振型，则需更多的自由度测点。 4.振动信号处理
采用加速度传感器通过无限网络采集技术测量得到输电线路高塔结构不同位置不同 高度处的振动加速度值后，通过监测系统后端进行输电线路高塔结构模态参数识别，包括 对输电线路高塔结构进行频率估计、振型估计和阻尼比估计等，最终确定输电线路高塔结 构的模态参数。
图3是依据本发明的输电线路高塔结构振动测试装置的工作流程图。首先启动和初始 化监测仪，在接收到外部的开始工作指令后，监测仪进行振动信号数据的采集并将数据储 存在内存，完成预先设定的采样时间内的采集任务后，监测仪的传感器关闭，将数据发送 至在线监测基站。基站再通过无线网络将数据远距离传输至终端的数据分析处理系统。
已经根据优选的实施例描述了本发明。显然，在阅读和理解了上述详细说明书后能做
出多种修正和替换。本发明意欲的是本申请构建成包括了落入附属的权利要求书或其等同 物的范围之内的所有这些修正和替换。
权利要求
1、一种输电线路高塔结构振动测试方法，包括以下步骤(1)建立振动测试模型在进行振动测试之前，建立输电线路高塔结构的有限元模型，对输电线路高塔结构进行初步动力特性分析，使测点沿输电线路高塔结构高度设置在振型模型曲线上位移较大的部位；(2)测试方案设计依据输电线路高塔结构振动测试模型的有限元模型分析结果，在输电线路高塔结构关键部位设置测点，测点在平面上设置时，设置在主材或靠近主材的地方，各传感器安装时保持安装方向一致，并使测点远离振动干扰源；(3)振动信号采集使用加速度传感器对所述输电线路高塔进行水平X向时域测试和竖直Y向时域测试，在铁塔振动测试中采用通用的网络将采集到的数据传输到后端服务器和数据分析系统；(4)振动信号处理使用加速度传感器测量得到的输电线路高塔结构在不同位置不同高度处的振动加速度数值后，通过后端服务器进行输电线路高塔结构模态参数识别，包括对输电线路高塔结构进行频率估计、振型估计和阻尼比估计，最后确定输电线路高塔结构的模态参数。
2、 如权利要求1所述的测试方法，其特征在于在信号采集过程中(1) 要求传感器具有很低的频响特性以及较高的灵敏度；(2) 要求振动信号经过高放大倍数的低噪声放大器再进行传输；(3) 对于高度超过200米的输电线路高塔结构，为了得到主材水平向弯曲和扭转振 型，沿高度方向在主材上设置至少10个以上的测量点。
全文摘要
本发明提供了一种采用无线方式传输振动信号、风荷载作为外部环境激励，对输电线路高塔结构进行振动响应测试的测试方法。本方法相对采用有线传输和锤击法激励的传统振动响应测试手段来说，具有操作和分析更为简便易行、精度更高的特点。本发明通过气象环境监测装置确定环境激励的相关环境参数，选用加速度传感器来测试铁塔的振动响应，应用无线传感器网络传输输电线路高塔结构振动响应测试数据，最后通过监测系统后端处理确定输电线路高塔结构的模态参数。
文档编号G01M7/00GK101446517SQ20081023978
公开日2009年6月3日 申请日期2008年12月17日 优先权日2008年12月17日
发明者于钦刚, 代泽兵, 杨靖波, 杨风利, 郭志广, 韩军科 申请人:中国电力科学研究院