基于小波分析的橋梁安全監(jiān)測系統(tǒng)研究與開發(fā).pdf

1、橋梁是交通樞紐中非常重要的組成部分，其安全性關(guān)系重大。橋梁本身又容易受到大風(fēng)、溫度、濕度等自然環(huán)境和超載、破壞等人為因素的影響，而導(dǎo)致內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，這種變化的累積容易對橋梁造成損傷。而近年來，由于這些損傷導(dǎo)致的橋梁安全事故頻繁發(fā)生，造成了大量的人員傷亡和巨大的財產(chǎn)損失。為避免這些災(zāi)難的發(fā)生，通過一些有效方法實(shí)現(xiàn)對橋梁的在線安全監(jiān)測很有必要。 本文首先闡述了橋梁健康監(jiān)測的意義，介紹了國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀，對橋梁監(jiān)測過程中的一些關(guān)鍵

2、性問題作了探討。在此基礎(chǔ)上提出了一種對橋梁進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控的可行性方法。文中選用壓電片P-51作為傳感器，布設(shè)在橋梁底部的相應(yīng)位置，壓電片受到壓力，能產(chǎn)生電荷，且產(chǎn)生電荷的大小與受到的壓力大小保持對應(yīng)關(guān)系，利用這個原理能將橋梁的振動信號轉(zhuǎn)化為電荷信號進(jìn)行采集。將采集到的電荷信號進(jìn)行濾波、放大等前端處理后，經(jīng)由PCL-10168數(shù)據(jù)電纜傳輸至PCI-1711數(shù)據(jù)采集卡，上位機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)通過軟件觸發(fā)方式定時地對數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行讀取，獲得數(shù)據(jù)，并以數(shù)

3、值和二維圖像兩種形式實(shí)時顯示這些數(shù)據(jù)，從而能如實(shí)直觀反映橋梁當(dāng)前的受壓情況。軟件同時能實(shí)時地對數(shù)據(jù)做相應(yīng)處理，通過實(shí)時FFT變換，能直觀得到橋梁振動的頻率分布情況及其變化趨勢。 小波分析是近十幾年來發(fā)展起來的數(shù)學(xué)理論，小波分析能很好的分析出信號奇異點(diǎn)的位置和奇異性的強(qiáng)弱。本文引入小波分析，對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。文中對小波去燥原理以及基于小波多尺度分析的信號奇異點(diǎn)檢測原理作了深入探討，并進(jìn)行了數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)。經(jīng)過分析對比，文中采用效果

4、較好的db5小波基，啟發(fā)式閾值原則對采集的信號進(jìn)行去燥，能取得較好的去燥效果。通過對信號作多尺度分析，能準(zhǔn)確檢測出信號奇異點(diǎn)的位置和強(qiáng)弱，從而能診斷出橋梁故障點(diǎn)的存在。 本文結(jié)合實(shí)驗(yàn)對監(jiān)測系統(tǒng)做了測試，通過對模型橋梁的各種破壞來模擬實(shí)際橋梁的受損情況，經(jīng)采集系統(tǒng)對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，上位機(jī)監(jiān)測軟件能實(shí)時地反映出橋梁振動幅度和頻率的變化情況。利用小波變換對數(shù)據(jù)作細(xì)致分析，能判斷出故障點(diǎn)及其強(qiáng)弱，這與實(shí)驗(yàn)時橋梁被破壞的時刻及強(qiáng)度相符合