基于振动信号的拉索断丝识别方法与流程

本发明涉及拉索断丝识别领域，具体是一种基于振动信号的拉索断丝识别方法。
背景技术：
：目前，较多的大中型桥梁建立了健康监测系统，希望通过健康监测系统实时获取的数据，来评价桥梁的健康状况，从而对桥梁可能出现的安全事故提前采取应对措施。对于拉索类桥梁(如悬索桥、斜拉桥、吊杆拱桥等)，拉索(吊杆)是桥梁的主要受力构件，拉索的破断容易引起桥梁的整体倒塌。由于拉索的破断往往发生在拉索(吊杆)内部很小的区域，常规的检测和监测手段很难发现。目前，针对拉索的破断还未形成行之有效的检测手段，使得即使在安装了健康监测系统的拉索类桥梁，倒塌破坏的事件也时有发生。而且从该类桥梁的破坏情况来看，拉索破断往往是引起破坏的根源。技术实现要素：为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种基于振动信号监测的拉索断丝识别方法。实现本发明目的的技术方案是：基于振动信号监测的拉索断丝识别方法，是：通过分级切割索体钢丝的方式，在每根拉索或吊杆中分别设置加速度传感器，采集拉索或吊杆的横向振动加速度信号，获取断丝时的索体脉冲振动幅值，并以同时段长度范围内信号的能量或功率作为信号的特征值指标，引入断丝过程中能量与断丝前后平均能量的比值作为判定参数，判别断丝信号与常规振动信号的差异值，其中：所述信号的能量或功率计算公式为：式中，e为振动信号x(t)在t1至t2时间段内的信号能量，p为振动信号x(t)在t1至t2时间段内的信号功率；所述断丝过程中能量与断丝前后平均能量的比值判定参数为α，判别断丝信号与常规振动信号的差异值公式为：当α>50时，即可以判定拉索出现断丝。本发明的有益效果是：在拉索或吊杆产生断丝损伤时，由于断丝为一瞬时过程，并且发生力学变化，会对拉索的索体产生一个脉冲作用力，此作用力相当于对索体的一种脉冲激励，会引起拉索振动。因此，采用本发明捕捉此脉冲振动信号的方法，可对拉索损伤进行长期监测，有效断定拉索断丝的发生。附图说明图1为本发明实施例拉索断丝过程中的横向振动加速度信号示意图；图2为本发明实施例第一级切割横向振动加速度信号示意图；图3为本发明实施例断丝前、断丝过程中、断丝后长度为0.2s的振动加速度信号示意图。具体实施方式实施例：蒲庙大桥主跨为中承式劲性钢骨架钢筋混凝土拱桥，本例对大桥上下游1#、2#、26#、27#共8根短吊杆进行更换，涉及到吊杆的拆卸、安装、重新张拉新吊杆的过程监测。在拆卸吊杆的过程中，通过分级切割索体钢丝的方式进行吊杆断丝的模拟，在此过程中利用加速度传感器采集吊杆的横向振动加速度信号。吊杆振动加速度信号采集采用江苏东华生产的dh5906无线索力测试仪，采样频率为100hz。吊杆切割过程中采集到吊杆的横向振动加速度信号如图1-2所示。从图中可以看出，在拉索或吊杆产生断丝损伤时，由于断丝为一瞬时过程，并且发生力学变化，会对拉索的索体产生一个脉冲作用力。此作用力相当于对索体的一种脉冲激励，会引起拉索振动。断丝时的拉索振动幅值明显变大，与拉索常规振动信号特征相比，存在明显的差异。从试验结果分析可知，断丝时的拉索振动幅值明显变大，与拉索常规振动信号特征相比，存在明显的差异。采用同时间段长度范围内信号的能量或功率作为信号的特征值指标，用以判别断丝信号与常规振动信号的差异。信号的能量或功率计算公式如下：式中，e为振动信号x(t)在t1至t2时间段内的信号能量，p为振动信号x(t)在t1至t2时间段内的信号功率。引入判定参数α作为判定参数，α为断丝过程中能量与断丝前后平均能量的比值，如下式所示：从大量试验结果可以得出：当α>50时，可以判定拉索出现断丝。以对于蒲庙大桥2#吊杆的模拟断丝试验为例，对本方法进行详细说明及验证。取振动信号突变过程中的断丝前、断丝过程中、断丝后长度为0.2s的信号进行分析。三段信号列于同一图中，如图3所示。利用信号的能量或功率计算公式对三段信号进行分析，并计算判定参数α，结果如下表所示：断丝前、断丝过程中、断丝后信号特征计算结果指标断丝前断丝过程断丝后判定参数α能量(g2)1.19241e-075.294e-059.1484e-08502.42功率(g2/s)5.96205e-070.00026474.5742e-07502.42从表中结果可以看出：(1)断丝过程中的振动信号能量及功率特征值与断丝前后存在明显差异，达到两个数量级的差别；(2)断丝信号为瞬时信号，突变时间及短(0.2s)，可利用这一特征作为识别断丝信号的依据；(3)利用本文提出的拉索断丝判定参数α，可有效的断定拉索断丝的产生，采用本方法，可进行拉索损伤的长期监测。当前第1页12