一种基于统计方法的索力检测用基频提取方法

摘要

本发明公布了一种基于统计方法的索力检测用基频提取方法，包括下述步骤：（1）对拉索上的加速度传感器采集到的数据进行FFT变换，将FFT变换后的数据按照峰值大小提取前N个最大频点，并记下测量的时间作为一条记录；（2）对多个时间点的历史数据进行加权统计，找出权值最大的频点即为所需要的基频分量。本方法可以利用DSP芯片先对时域信号做定点FFT变换，减少工程中数据传输造成的时间耗费和资源浪费。利用统计方法，可以减小一次测量所造成的基频测量误差。还可方便进行人工干预，可以对明显的误差进行人工调整。

说明书

技术领域

本发明涉及一种数字信号处理技术领域的系统，具体是一种基于统计方法的索力检测用 基频提取方法。

背景技术

斜拉锁的索力大小直接决定着斜拉索的工作状态，采用准确的方法进行合理的索力测试 是保证斜拉索桥顺利施工和安全运营的必要手段。迄今为止，可供现场测定索力的方法主要 有四种：压力测定法、压力传感器测定法、磁通法和频率法，本发明便是基于频率法的一种 测量斜拉索索力大小的对频率提取的一种算法。

本发明主要依托于这种高智能型加速度传感器在桥梁中的应用展开，提出了一种有效的 计算基频分量的方案。拉索及拉索的索力是大跨度桥梁设计的重要参数，也是施工监控实施 中需要检测和调整的施工控制参数之一。斜拉桥拉索在桥梁动载和风雨等因素作用下引起随 机性震动，从而造成疲劳破坏，降低拉索疲劳寿命，从而严重影响桥梁的安全运行。索力的 检测结果直接对结构的施工质量和结构物的安全产生影响，使用振弦式高智能型传感器结合 上层处理软件不但可以在拉索张拉时检测索力，还可以随时检测索力，了解拉索的受力变化， 及时调整索力，保证结构物的安全。

经过对现有技术的文献检索发现，专利申请号为200710300271.9的中国专利，专利名称 为“一种用于斜拉桥索力检测的基频识别方法”公开了一种斜拉桥索力检测的基频识别方法， 它通过自功率谱模块与倒频谱模块两种方案先获得两种基频，利用两种模块获得基频差值的 绝对值与基频之和的一半的商是否小于等于设定的阈值决定是否使用两种模块获得基频之和 的二分之一作为所需要的基频。其中使用的自功率谱法与倒谱法也代表了现有基频检测技术 中常用的基频解决方案，但这些方法一方面使用中需要由底层传感器测量出大量的时域数据 并传输给上位机软件进行数据处理，运算量往往也比较大，另一方面这些方法主要是针对于 一次测量基频提取的有效性，而对于大桥安全检测往往更多的是一个渐变衰老损伤的过程， 所以利用统计学方法给予历史测量记录无疑是从另一角度提供了一种有效的解决方案。此外 由于系统可能存在明显的系统误差，故缺少可人工干预的功能，可以在系统出现明显测量误 差时进行校准。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种基于监测数据的历史记录，针对桥梁安全监测 中基频分量的提取提供了一种简单有效的解决方案。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

一种基于统计方法的索力检测用基频提取方法，包括下述步骤：

（1）对拉索上的加速度传感器采集到的数据进行FFT变换，将FFT变换后的数据按 照峰值大小提取前N个最大频点，并记下测量的时间作为一条记录；

（2）对多个时间点的历史数据进行加权统计，找出权值最大的频点即为所需要的基频 分量。

进一步其特征在于：上述步骤（2）包括：

a.设定一个需要统计的次数StatisticTime，一个权值X和一个大于1的衰减系数δ；

b.使用哈希表结构统计StatisticTime次记录中的数据，以<频点，权值>的方式统计；

c.统计次数为从最新一条记录开始，并在人工干预调节基频分量数据记录时间之前的 StatisticTime次，若不足则全统计；

d.对于每一条记录，遍历访问并进行加权统计计入哈希表中；

e.对于有人工干预的情况下，统计次数若不足StatisticTime次，所差的次数由人工干预 的基频分量计入哈希表中，所叙述的人工干预数据记录形式为包含人工干预调节的基频分量 和人工干预的时间。

人工干预在测量结果出现明显系统误差时启用，目的是为了进一步消除系统测量误差对 基频提取结果的影响。方法为人工通过软件或者直接修改人工干预记录表，记录修正的基频 分量以及人工干预的时间，并设置人工干预标识位来标识已经引入人工干预。

进一步的：所述步骤（d）的加权统计的方法为：每条记录，设定第一个最大频点的权值 为X，则第n（n≤N）个频点的权值为对于每个频点，如果哈希表中不存在此频点， 则在哈希表中加入此频点<频点，如果哈希表中已经存在此频点，则对此频点进行< 频点，原有权值的操作。

本发明具有如下有益效果：

1.本方法可以利用DSP芯片先对时域信号做定点FFT变换，减小工程中数据传输造成 的时间耗费和资源浪费。

2.利用统计方法，减小一次测量所造成的基频测量误差。

3.可方便进行人工干预，可以对明显的误差进行人工调整。

附图说明

图1为本发明方法流程示意图。

具体实施方式

如图1所示一种基于统计方法的索力检测用基频提取方法，具体操作主要分成五个步骤， 主要操作在第四个步骤，最后可以返回需要的基频分量，具体如下：

步骤一：对加速度传感器采集到的数据进行FFT变换。

步骤二：按照从大到小的顺序提取前N个峰值最大的频点和对应的测量时间并做为一条 记录。

步骤三：设定一个需要统计的次数StatisticTime和一个衰减系数δ（δ>1）。

步骤四：进行加权统计。创建并使用哈希表<频点，权值>的方式进行记录统计，统计次 数为从当前最新一次测量记录往前并在最后一次人工干预基频分量的时间之后，追踪 StatisticTime次记录，如果次数不够则统计全部记录。对于每次统计，进行以下操作：每条记 录，设定第一个最大频点的权值为X，则第n（n≤N）个频点的权值为对于每个频点， 如果哈希表中不存在此频点，则在哈希表中加入此频点<频点，如果哈希表中已经存 在此频点，则对此频点进行<频点，原有权值的操作。如果统计次数不足StatisticTime 次，且存在人工干预，在哈希表中加入频点<人工干预频点，X*（StatisticTime-已统计次数）>。 步骤五：遍历哈希表，找出权值最大的频点即为所需要的基频分量。