一种低采样频率的钢丝绳张力信号修复方法

摘要

本发明提供一种低采样频率的钢丝绳张力信号修复方法，其包括：步骤S1.读取钢丝绳张力信号的采样频率；步骤S2.绘制钢丝绳张力信号的时域图；步骤S3.对钢丝绳张力信号进行离散傅里叶变换，找到张力信号的最高频率：步骤S4.设定张力信号的修复频率F上限：F修复＝A×F上限；A为频率修复系数，20≤A≤100；步骤S5.基于修复公式获得修复后的张力信号。本发明所述修复方法相比已有技术，能够对已采集的低采样频率的钢丝绳张力信号进行修复，还原因采样频率偏低而丢失的部分峰、谷极值；对于将要采集的张力信号，可以降低采样频率，减少张力信号数据存储要求、提高张力信号传输效率。

说明书

技术领域

本发明属于工程技术领域，涉及一种能够修复低采样频率钢丝绳张力信号的方法。

背景技术

在工程领域为了掌握钢丝绳的受力情况，需要对其张力进行测量。通常对于载荷变化率较小的情况，100Hz(赫兹)至1000Hz的采样频率是足够的，不会因采样频率不足导致测量的张力信号失真，如丢失关键的峰值、谷值等。但是在钢丝绳承受短时冲击载荷时，如陆地机场、航母上使用的飞机阻拦索承受的阻拦张力，因冲击过程时间很短，且一般不便采用有线测量设备；但采取无线测量时，因传输速率限制无法使用过高的采样频率。但较低的采样频率存在丢失张力信号峰值、谷值的情况，将导致对钢丝绳受力情况的判断存在偏差，造成使用安全隐患。

因此，有必要采用一种对低采样频率的钢丝绳快速冲击张力信号进行修复的方法。

发明内容

本发明拟针对民用和军用领域，钢丝绳受到冲击载荷其张力快速变化时，较低的采样频率导致张力信号失真，无法准确反映信号峰值和谷值的问题，给出一种低采样频率张力信号测量事后的补充修复技术。

本发明所述低采样频率的钢丝绳张力信号修复方法的基本实施过程如下：

步骤S1.读取钢丝绳张力信号的采样频率；钢丝绳张力信号的采样频率由测量装置软件或硬件测定；

步骤S2.绘制钢丝绳张力信号的时域图，其包括：

步骤2.1，将采样的时间序列表示为：

T

T

将时间序列T

S

S

步骤2.2，建立二维坐标系，横轴为时间轴，单位设为s；纵轴为张力轴，单位设为kN；将式(1)、(2)的数据序列一一对应构成二维数据坐标点，将其绘制在二维坐标系中，并按顺序相连。

步骤S3.对钢丝绳张力信号进行离散傅里叶变换，找到张力信号的最高频率：

具体包括：

步骤3.1，构建离散傅里叶变换的频率序列：

式中f

本发明中2000点作为固定方式；

优选地，离散傅里叶变换点数须为不小于1000的偶数。

对钢丝绳张力信号S

式中，N

步骤3.2，建立二维坐标系，横轴为频率轴，单位为Hz；纵轴为张力轴，单位设为kN。式(3)、(4)的数据序列一一对应构成二维数据坐标点，将其绘制在二维坐标系中，并按顺序相连。

步骤3.3，根据张力信号的频域图，

标记出最大幅值对应的坐标点，记为(F

沿频率轴向大于F

步骤S4.设定张力信号的修复频率F

式中，A为频率修复系数，20≤4≤100，在此区间内A取值越大，修复效果越好。

步骤S5.基于修复公式得到修复的张力信号：

步骤5.1，根据修复频率F

其中k为正整数，t

将式(6)的时间序列代入式(7)构建修复的张力信号：

式中S

步骤5.2，建立二维坐标系，横轴为频率轴，单位设为Hz；纵轴为张力的幅值，单位设为kN；将式(6)和(7)的数据序列一一对应构成二维数据坐标点，将各数据坐标点绘制在二维坐标系中，并按顺序连成折线图，即为修复的张力信号。

有益效果：

本发明所述修复方法，对比已有技术，能够对已采集的低采样频率的钢丝绳张力信号进行修复，还原因采样频率偏低而丢失的部分峰、谷极值；对于将要采集的张力信号，可以降低采样频率，减少张力信号数据存储要求、提高张力信号传输效率。

附图说明

图1是本发明所述低采样频率的钢丝绳张力信号修复方法的一优选实施例的流程图；

图2是本发明所述实施例中低采样频率的钢丝绳张力信号示意图；

图3为本发明所述实施例中低采样频率的钢丝绳张力信号离散傅里叶变换示意图；

图4为本发明所述实施例中修复的钢丝绳张力信号示意图；

图5为本发明所述实施例中局部放大的修复效果图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明所述技术方案进一步地详细说明。

实施例1.低采样频率的钢丝绳张力信号修复方法，具体步骤如图1所示，包括：

步骤一、读取钢丝绳张力信号的采样频率

从测量设备读到钢丝绳张力测量的采样频率：f

步骤二、绘制钢丝绳张力信号时域图

步骤2.1，根据张力测量结果，将采样的时间序列表示为：

T

T

将时间序列T

S

S

步骤2.2，建立二维坐标系，横轴为时间轴，单位设为s；纵轴为张力轴，单位设为kN。式(1)、(2)的数据序列一一对应构成二维数据坐标点，将其绘制在二维坐标系中，并按顺序相连，如附图2所示。

步骤三、对张力信号进行离散傅里叶变换得到频率上限

步骤3.1，构建离散傅里叶变换的频率序列，表示为：

式中f

本实施例中推荐使用2000点作为固定方式，也可以根据需要进行适当调整，但必须取大于等于1000的偶数。

对钢丝绳张力信号S

式中，N

步骤3.2，建立二维坐标系，横轴为频率轴，单位为Hz；纵轴为张力轴，单位设为kN。式(3)、(4)的数据序列一一对应构成二维数据坐标点，将其绘制在二维坐标系中，并按顺序相连，如附图3所示。

步骤3.3，为便于查找F

步骤四、设定修复信号的采样频率

本实施例中确定频率修复系数A＝50，则修复频率为：

F

步骤五、重构修复的张力信号

步骤5.1，根据公式(5)确定的修复频率F

其中k为正整数，t

将式(6)的时间序列代入式(7)构建修复的张力信号：

式中S

步骤5.2，建立二维坐标系，横轴为频率轴，单位设为Hz；纵轴为张力的幅值，单位设为kN。

式(6)和(7)的数据序列一一对应构成二维数据坐标点，将各数据坐标点绘制在二维坐标系中，并按顺序连成折线图，如附图4所示。

步骤5.3，将修复的张力信号与原始测量的低采样频率张力信号进度对比，以验证修复效果，如附图5所示为局部放大的修复效果对比图；可以看出本发明给出的修复方法，有效还原了钢丝绳张力测量因采样频率过低而丢失的峰、谷等极值信息。

自此，完成低采样频率的钢丝绳张力信号修复。

以上为本发明的优选实施方式之一，本领域技术人员应当知晓，上述实施方式仅用于解释本发明的优选实施方案。