橋梁振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種橋梁振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置。該橋梁振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置包括用于獲取橋梁振動(dòng)加速度的加速度獲取單元，該橋梁振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置還包括卡爾曼濾波單元，該卡爾曼濾波單元與加速度獲取單元相連，從該加速度獲取單元獲取振動(dòng)加速度并對(duì)振動(dòng)加速度進(jìn)行卡爾曼濾波。通過(guò)本實(shí)用新型公開(kāi)的橋梁振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置可快速準(zhǔn)確地計(jì)算出橋梁振動(dòng)加速度。
【專利說(shuō)明】橋梁振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及橋梁監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，具體地，涉及一種橋梁振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]橋梁結(jié)構(gòu)在移動(dòng)的車(chē)輛、人群、風(fēng)力和地震等動(dòng)力荷載作用下會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，并會(huì)隨著結(jié)構(gòu)的老化發(fā)生變化。橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)是橋梁結(jié)構(gòu)分析的一項(xiàng)重要內(nèi)容。計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和有限元法的應(yīng)用，使得建立復(fù)雜的列車(chē)橋梁分析模型成為可能。
[0003]橋梁振動(dòng)加速度是用于衡量橋梁健康狀況的重要指標(biāo)。監(jiān)測(cè)人員能根據(jù)該振動(dòng)加速度判斷橋梁是否還可通行等，以在橋梁可能出現(xiàn)故障前及時(shí)提出預(yù)警，防止事故放生。
[0004]下列幾個(gè)問(wèn)題是橋梁加速度監(jiān)測(cè)中主要面臨的難題:
[0005](I)測(cè)量環(huán)境較差，通常現(xiàn)場(chǎng)的溫差和噪聲大，導(dǎo)致測(cè)量信號(hào)的準(zhǔn)確性較低；
[0006](2)需要降低現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量設(shè)備的功耗；
[0007](3)在對(duì)觀測(cè)信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步處理時(shí)，往往需要觀測(cè)歷史記錄和/或估計(jì)歷史記錄，計(jì)算較復(fù)雜。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0008]本實(shí)用新型的目的是提供一種裝置，該裝置能采用低功耗設(shè)備測(cè)量橋梁振動(dòng)加速度并且利用卡爾曼濾波消除或部分地消除溫度漂移、零點(diǎn)漂移、低信噪比的影響，快速準(zhǔn)確地得到橋梁加速度信息。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供一種橋梁振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置，所述橋梁振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置包括用于獲取橋梁振動(dòng)加速度的加速度獲取單元，所述橋梁振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置還包括卡爾曼濾波單元，所述卡爾曼濾波單元與所述加速度獲取單元相連，從所述加速度獲取單元獲取所述振動(dòng)加速度并對(duì)所述振動(dòng)加速度進(jìn)行卡爾曼濾波。
[0010]優(yōu)選地，所述加速度獲取單元包括用于測(cè)量橋梁振動(dòng)速度的傳感器、低通濾波器和A/D轉(zhuǎn)換器。
[0011]優(yōu)選地，所述傳感器是MEMS傳感器。
[0012]優(yōu)選地，所述橋梁振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置包括多個(gè)加速度獲取單元，分別用于獲取橋梁沿不同方向的振動(dòng)加速度。
[0013]優(yōu)選地，所述橋梁振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置包括3個(gè)加速度獲取單元，分別用于獲取橋梁沿水平方向的X軸和Y軸以及沿豎直方向的Z軸的振動(dòng)加速度。
[0014]通過(guò)上述技術(shù)方案，可采用例如低功耗高靈敏度MEMS傳感器等直接測(cè)量橋梁振動(dòng)加速度，然后對(duì)測(cè)得的信號(hào)進(jìn)行低通濾波和A/D轉(zhuǎn)換，以獲取去除高頻噪聲的數(shù)字信號(hào)，再對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行卡爾曼濾波，從而在無(wú)需歷史數(shù)據(jù)的情況準(zhǔn)確地獲得橋梁振動(dòng)加速度。
[0015]本實(shí)用新型的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的【具體實(shí)施方式】部分予以詳細(xì)說(shuō)明。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]附圖是用來(lái)提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分，與下面的【具體實(shí)施方式】一起用于解釋本實(shí)用新型，但并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的限制。在附圖中:
[0017]圖1是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的橋梁振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]附圖標(biāo)記說(shuō)明
[0019]100橋梁振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置110加速度獲取單元
[0020]111傳感器112低通濾波器
[0021]113A/D轉(zhuǎn)換器120卡爾曼濾波單元
[0022]200中央處理器

【具體實(shí)施方式】
[0023]以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的【具體實(shí)施方式】?jī)H用于說(shuō)明和解釋本實(shí)用新型，并不用于限制本實(shí)用新型。
[0024]圖1是根據(jù)本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例的橋梁振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置100的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，橋梁振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置100包括加速度獲取單元110和卡爾曼濾波單元120。
[0025]加速度獲取單元110可用于獲取橋梁振動(dòng)的加速度。如圖所示，加速度獲取單元110可包括傳感器111、低通濾波器112和A/D轉(zhuǎn)換器113。傳感器111可安裝在橋梁上，以測(cè)量橋梁的加速度。優(yōu)選地，可選用MEMS傳感器來(lái)測(cè)量橋梁的加速度，MEMS傳感器具有體積小、靈敏度高、直流響應(yīng)特性和噪聲特性好、低溫靈敏度好、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。可采用諸如壓電式、壓阻式、電容式、諧振式、熱對(duì)流式等任意類型的MEMS傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量橋梁振動(dòng)加速度的功能。傳感器113測(cè)量到的加速度模擬信號(hào)可先經(jīng)過(guò)低通濾波器112去除高頻噪聲，然后再經(jīng)由A/D(模擬到數(shù)字)轉(zhuǎn)換器113轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。
[0026]優(yōu)選地，本實(shí)用新型可采用多個(gè)加速度獲取單元110來(lái)獲取橋梁沿不同方向的振動(dòng)加速度。例如，可采用3個(gè)加速度獲取單元110來(lái)分別獲取橋梁沿水平方向(即橫向方向)的X軸和Y軸以及沿豎直方向的Z軸的振動(dòng)加速度，以更全面準(zhǔn)確地反映橋梁振動(dòng)信息。圖1中將多個(gè)低通濾波器112示出為分離設(shè)置的狀態(tài)，將多個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器113示出為集成設(shè)置的狀態(tài)，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，在實(shí)施中可根據(jù)需要將多個(gè)低通濾波器112和/或A/D轉(zhuǎn)換器113設(shè)置為集成狀態(tài)或分離狀態(tài)。同樣，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，可將卡爾曼濾波單元112設(shè)置為集成狀態(tài)(如圖1所示)或者對(duì)應(yīng)于不同方向的振動(dòng)加速度的分離狀態(tài)。
[0027]本實(shí)用新型采用卡爾曼濾波單元112對(duì)加速度獲取單元110輸出的加速度信號(hào)進(jìn)行卡爾曼濾波，以得到準(zhǔn)確的加速度信息?？柭鼮V波單元112可通過(guò)對(duì)當(dāng)前測(cè)量到的振動(dòng)加速度信息進(jìn)行遞歸估計(jì)并以最小均方誤差為估計(jì)準(zhǔn)則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。特別地，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，將卡爾曼濾波單元112用于本實(shí)用新型公開(kāi)的橋梁振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置100中，對(duì)消除或部分消除由于溫度漂移、零點(diǎn)漂移和環(huán)境噪聲等導(dǎo)致的測(cè)量誤差具有良好效果。進(jìn)一步地，卡爾曼濾波單元112不需要觀測(cè)和/或估計(jì)歷史記錄并且計(jì)算量較小，可快速得到修正后的結(jié)果。
[0028]橋梁振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置100可將經(jīng)過(guò)修正的橋梁加速度信息輸出給中央處理器200等，以便于中央處理器200執(zhí)行相應(yīng)的操作。
[0029]以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本實(shí)用新型并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡(jiǎn)單變型，這些簡(jiǎn)單變型均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0030]另外需要說(shuō)明的是，在上述【具體實(shí)施方式】中所描述的各個(gè)具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過(guò)任何合適的方式進(jìn)行組合。為了避免不必要的重復(fù)，本實(shí)用新型對(duì)各種可能的組合方式不再另行說(shuō)明。
[0031]此外，本實(shí)用新型的各種不同的實(shí)施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本實(shí)用新型的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本實(shí)用新型所公開(kāi)的內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種橋梁振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置(100)，所述橋梁振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置(100)包括用于獲取橋梁振動(dòng)加速度的加速度獲取單元(110)，其特征在于，所述橋梁振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置(100)還包括卡爾曼濾波單元(120)，所述卡爾曼濾波單元(120)與所述加速度獲取單元(110)相連，從所述加速度獲取單元(110)獲取所述振動(dòng)加速度并對(duì)所述振動(dòng)加速度進(jìn)行卡爾曼濾波。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橋梁振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置(100)，其特征在于，所述加速度獲取單元(110)包括用于測(cè)量橋梁振動(dòng)速度的傳感器(111)、低通濾波器(112)和A/D轉(zhuǎn)換器(113)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的橋梁振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置(100)，其特征在于，所述傳感器是MEMS傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橋梁振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置(100)，其特征在于，所述橋梁振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置(100)包括多個(gè)加速度獲取單元(110)，分別用于獲取橋梁沿不同方向的振動(dòng)加速度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的橋梁振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置(100)，其特征在于，所述橋梁振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置(100)包括3個(gè)加速度獲取單元(110)，分別用于獲取橋梁沿水平方向的X軸和Y軸以及沿豎直方向的Z軸的振動(dòng)加速度。
【文檔編號(hào)】G01H17/00GK204255494SQ201420811599
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月18日
【發(fā)明者】常曉東, 秦憲國(guó), 陳鵬, 謝民, 邊海軍, 韓磊宏 申請(qǐng)人:中國(guó)神華能源股份有限公司, 中國(guó)神華能源股份有限公司神朔鐵路分公司