桥梁振动与索力的监测系统集成与信号处理研究

摘要

桥梁的结构健康监测系统是目前国内外研究的热点。大型桥梁的安全性与可靠性对社会的影响巨大，因此，对其进行长期、稳定、实时、在线的健康监测很有必要。新型的桥梁健康监测系统要实现对桥梁整体的监测，完成对所有监测数据的采集、汇总和分析，并实现远程发布。其中，桥梁振动和索力信号的采集、处理、分析与监测是桥梁结构健康监测的主要技术要点和难点。
　　 本文结合企业合作项目以湖北某斜拉索大桥为研究对象，针对该桥结构特点及监测系统的要求，重点对桥梁健康监测系统的集成、监测信息的采集与相关数据分析进行了研究。
　　 本系统集成了光纤传感检测与虚拟仪器技术。研究传感子系统的组成，设计集成光纤传感子系统与电类传感子系统，搭建服务器平台、通信与网络平台;采用LabVIEW为主要开发平台，结合PCI数据采集卡、SQL Server软件平台等共同实现对各类桥梁监测数据的采集、分析、显示、存储，并实现了数据的远程发布;采用了多种数字处理手段实现对振动数据和索力数据的分析，如巴特沃斯滤波、小波降噪、幅值频率提取技术、多阶谐波提取技术等，通过振动测量理论计算加速度，通过弦振动理论计算索力值。
　　 软件系统的构架采用了多协议、多线程的设计集成方式，很好的实现了数据的采集和分析，具有良好的实时性。基于错误簇的错误处理机制很好的保证了系统的长期无人值守运行。基于TCP/IP协议和SQL触发器的设计很好的实现了数据的远程共享和发布。
　　 监测系统已投入预运行，截至目前已成功交付使用，性能和指标都满足了设计要求。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 桥梁结构健康监测的研究现状

1．3 桥梁结构健康监测的相关技术

1．4 本文研究的主要内容

第2章 桥梁振动与索力监测系统总体构架设计

2．1 传感子系统

2．1．1 光纤传感检测原理

2．1．2 振动测量及分析

2．1．3 弦振动理论

2．2 数据采集子系统

2．2．1 虚拟仪器技术

2．2．2 数据采集卡

2．3 数据处理与存储子系统

2．4 人机交互子系统

2．5 本章小结

第3章 桥梁振动与索力的数字信号处理技术研究

3．1 振动及索力实时信号的预处理

3．1．1 数字滤波

3．1．2 波形拆分和格式化处理

3．2 小波降噪在振动及索力信号处理中的应用

3．2．1 小波降噪理论

3．2．2 小波降噪在LabVIEW中的实现

3．3 振动加速度计算

3．4 索力信号多阶谐波频率的提取

3．5 本章小结

第4章 桥梁振动与索力监测系统总体软件设计

4．1 系统软件总体构架

4．2 多线程构架

4．2．1 多线程程序设计

4．2．2 生产者消费者结构

4．2．3 按键响应线程

4．2．4 数据存储线程

4．3 系统参数配置

4．3．1 参数配置文件格式

4．3．2 系统参数说明

4．4 人机交互界面与容错机制

4．4．1 人机交互界面

4．4．2 程序容错机制

4．5 应用程序发布

4．6 本章小结

第5章 桥梁振动与索力监测系统信号处理软件设计

5．1 数据处理

5．1．1 巴特沃斯滤波

5．1．2 小波降噪

5．1．3 快速傅里叶变换

5．1．4 幅值频率提取

5．1．5 索力信号多阶谐波分析

5．2 数据存储

5．2．1 TXT数据存储

5．2．2 数据库存储

5．3 数据发布

5．3．1 触发器设计

5．3．2 网络发布

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 前景展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢