桥梁振动监测装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种桥梁振动监测装置。该桥梁振动监测装置包括用于获取桥梁振动加速度的加速度获取单元，该桥梁振动监测装置还包括卡尔曼滤波单元，该卡尔曼滤波单元与加速度获取单元相连，从该加速度获取单元获取振动加速度并对振动加速度进行卡尔曼滤波。通过本实用新型公开的桥梁振动监测装置可快速准确地计算出桥梁振动加速度。
【专利说明】桥梁振动监测装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及桥梁监测领域，具体地，涉及一种桥梁振动监测装置。
【背景技术】
[0002]桥梁结构在移动的车辆、人群、风力和地震等动力荷载作用下会产生振动，并会随着结构的老化发生变化。桥梁结构的振动是桥梁结构分析的一项重要内容。计算机的出现和有限元法的应用，使得建立复杂的列车桥梁分析模型成为可能。
[0003]桥梁振动加速度是用于衡量桥梁健康状况的重要指标。监测人员能根据该振动加速度判断桥梁是否还可通行等，以在桥梁可能出现故障前及时提出预警，防止事故放生。
[0004]下列几个问题是桥梁加速度监测中主要面临的难题:
[0005](I)测量环境较差，通常现场的温差和噪声大，导致测量信号的准确性较低；
[0006](2)需要降低现场测量设备的功耗；
[0007](3)在对观测信号进行进一步处理时，往往需要观测历史记录和/或估计历史记录，计算较复杂。
实用新型内容
[0008]本实用新型的目的是提供一种装置，该装置能采用低功耗设备测量桥梁振动加速度并且利用卡尔曼滤波消除或部分地消除温度漂移、零点漂移、低信噪比的影响，快速准确地得到桥梁加速度信息。
[0009]为了实现上述目的，本实用新型提供一种桥梁振动监测装置，所述桥梁振动监测装置包括用于获取桥梁振动加速度的加速度获取单元，所述桥梁振动监测装置还包括卡尔曼滤波单元，所述卡尔曼滤波单元与所述加速度获取单元相连，从所述加速度获取单元获取所述振动加速度并对所述振动加速度进行卡尔曼滤波。
[0010]优选地，所述加速度获取单元包括用于测量桥梁振动速度的传感器、低通滤波器和A/D转换器。
[0011]优选地，所述传感器是MEMS传感器。
[0012]优选地，所述桥梁振动监测装置包括多个加速度获取单元，分别用于获取桥梁沿不同方向的振动加速度。
[0013]优选地，所述桥梁振动监测装置包括3个加速度获取单元，分别用于获取桥梁沿水平方向的X轴和Y轴以及沿竖直方向的Z轴的振动加速度。
[0014]通过上述技术方案，可采用例如低功耗高灵敏度MEMS传感器等直接测量桥梁振动加速度，然后对测得的信号进行低通滤波和A/D转换，以获取去除高频噪声的数字信号，再对该数字信号进行卡尔曼滤波，从而在无需历史数据的情况准确地获得桥梁振动加速度。
[0015]本实用新型的其它特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的【具体实施方式】一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中:
[0017]图1是根据本实用新型实施例的桥梁振动监测装置的结构示意图。
[0018]附图标记说明
[0019]100桥梁振动监测装置110加速度获取单元
[0020]111传感器112低通滤波器
[0021]113A/D转换器120卡尔曼滤波单元
[0022]200中央处理器
【具体实施方式】
[0023]以下结合附图对本实用新型的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
[0024]图1是根据本实用新型优选实施例的桥梁振动监测装置100的结构示意图。如图所示，桥梁振动监测装置100包括加速度获取单元110和卡尔曼滤波单元120。
[0025]加速度获取单元110可用于获取桥梁振动的加速度。如图所示，加速度获取单元110可包括传感器111、低通滤波器112和A/D转换器113。传感器111可安装在桥梁上，以测量桥梁的加速度。优选地，可选用MEMS传感器来测量桥梁的加速度，MEMS传感器具有体积小、灵敏度高、直流响应特性和噪声特性好、低温灵敏度好、功耗低等优点。可采用诸如压电式、压阻式、电容式、谐振式、热对流式等任意类型的MEMS传感器来实现测量桥梁振动加速度的功能。传感器113测量到的加速度模拟信号可先经过低通滤波器112去除高频噪声，然后再经由A/D(模拟到数字)转换器113转换为数字信号。
[0026]优选地，本实用新型可采用多个加速度获取单元110来获取桥梁沿不同方向的振动加速度。例如，可采用3个加速度获取单元110来分别获取桥梁沿水平方向(即横向方向)的X轴和Y轴以及沿竖直方向的Z轴的振动加速度，以更全面准确地反映桥梁振动信息。图1中将多个低通滤波器112示出为分离设置的状态，将多个A/D转换器113示出为集成设置的状态，但本领域技术人员应当了解，在实施中可根据需要将多个低通滤波器112和/或A/D转换器113设置为集成状态或分离状态。同样，本领域技术人员应当了解，可将卡尔曼滤波单元112设置为集成状态(如图1所示)或者对应于不同方向的振动加速度的分离状态。
[0027]本实用新型采用卡尔曼滤波单元112对加速度获取单元110输出的加速度信号进行卡尔曼滤波，以得到准确的加速度信息。卡尔曼滤波单元112可通过对当前测量到的振动加速度信息进行递归估计并以最小均方误差为估计准则对数据进行修正。特别地，发明人发现，将卡尔曼滤波单元112用于本实用新型公开的桥梁振动监测装置100中，对消除或部分消除由于温度漂移、零点漂移和环境噪声等导致的测量误差具有良好效果。进一步地，卡尔曼滤波单元112不需要观测和/或估计历史记录并且计算量较小，可快速得到修正后的结果。
[0028]桥梁振动监测装置100可将经过修正的桥梁加速度信息输出给中央处理器200等，以便于中央处理器200执行相应的操作。
[0029]以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。
[0030]另外需要说明的是，在上述【具体实施方式】中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0031]此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。
【权利要求】
1.一种桥梁振动监测装置(100)，所述桥梁振动监测装置(100)包括用于获取桥梁振动加速度的加速度获取单元(110)，其特征在于，所述桥梁振动监测装置(100)还包括卡尔曼滤波单元(120)，所述卡尔曼滤波单元(120)与所述加速度获取单元(110)相连，从所述加速度获取单元(110)获取所述振动加速度并对所述振动加速度进行卡尔曼滤波。
2.根据权利要求1所述的桥梁振动监测装置(100)，其特征在于，所述加速度获取单元(110)包括用于测量桥梁振动速度的传感器(111)、低通滤波器(112)和A/D转换器(113)。
3.根据权利要求2所述的桥梁振动监测装置(100)，其特征在于，所述传感器是MEMS传感器。
4.根据权利要求1所述的桥梁振动监测装置(100)，其特征在于，所述桥梁振动监测装置(100)包括多个加速度获取单元(110)，分别用于获取桥梁沿不同方向的振动加速度。
5.根据权利要求4所述的桥梁振动监测装置(100)，其特征在于，所述桥梁振动监测装置(100)包括3个加速度获取单元(110)，分别用于获取桥梁沿水平方向的X轴和Y轴以及沿竖直方向的Z轴的振动加速度。
【文档编号】G01H17/00GK204255494SQ201420811599
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月18日 优先权日:2014年12月18日
【发明者】常晓东, 秦宪国, 陈鹏, 谢民, 边海军, 韩磊宏 申请人:中国神华能源股份有限公司, 中国神华能源股份有限公司神朔铁路分公司