一種構(gòu)件固有頻率的識別系統(tǒng)和識別方法
【專利說明】一種構(gòu)件固有頻率的識別系統(tǒng)和識別方法
[技術(shù)領(lǐng)域]
[0001] 本發(fā)明涉及單元振動模態(tài)實驗，尤其涉及一種構(gòu)件固有頻率的識別系統(tǒng)和識別方 法。
[【背景技術(shù)】]
[0002] 固有頻率、振型和阻尼比等模態(tài)參數(shù)是結(jié)構(gòu)及其單元系統(tǒng)的固有特征，也是進行 結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)分析、性能評估的重要前提和依據(jù)。工程實踐和科研工作中，模態(tài)試驗是確定 實際結(jié)構(gòu)及其單元模態(tài)參數(shù)直接而有效的途徑。
[0003] 模態(tài)測試的常規(guī)方法在許多土木和機械工程振動的學(xué)術(shù)或技術(shù)著作中都有介紹， 例如《建筑振動工程手冊》（徐建主編，中國建筑工業(yè)出版社，北京，2002年11月）。實施的 基本過程是，利用受測結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)單元的振動，通過事先布置在結(jié)構(gòu)上的拾振器采集相關(guān) 數(shù)據(jù)并傳輸至數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，進而得到受測系統(tǒng)的固有頻率等模態(tài)參數(shù)。
[0004] 結(jié)構(gòu)模態(tài)借助結(jié)構(gòu)的自由振動或外激振動的信號信息加以辯識。模態(tài)試驗或工程 測試中，結(jié)構(gòu)的振動源可采用環(huán)境激勵或人工激勵。其中，環(huán)境激勵利用了地脈動和風(fēng)脈動 引起的受測對象的微小振動，而人工激勵則采用力錘、振動臺或激振器等設(shè)施。前者信噪比 低，需要長時間采集振動信號，識別效率和效果通常較低；后者對實驗者的經(jīng)驗、實施的技 術(shù)條件要求較高，實驗成本和協(xié)調(diào)難度較大且具有損傷結(jié)構(gòu)的潛在風(fēng)險。
[
【發(fā)明內(nèi)容】
]
[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種對構(gòu)件無損、且能夠排除環(huán)境干擾，激振簡 便實用、識別過程高效、結(jié)果準確的構(gòu)件固有頻率的識別系統(tǒng)。
[0006] 本發(fā)明另一個要解決的技術(shù)問題是提供一種對構(gòu)件無損、且能夠排除環(huán)境干擾， 激振簡便實用、識別過程高效、結(jié)果準確的構(gòu)件固有頻率的識別方法。
[0007] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種構(gòu)件固有頻率的識別系 統(tǒng)，包括粘貼于被測構(gòu)件上的拾振器、通過導(dǎo)線連接于拾振器信號輸出端的信號采集與處 理裝置和外部激振源，所述的外部激振源是播音裝置。
[0008] 以上所述的識別系統(tǒng)，播音裝置的揚聲器布置在被測構(gòu)件附近，朝向被測構(gòu)件。
[0009] 以上所述的識別系統(tǒng)，所述的信號采集與處理裝置是動態(tài)信號分析儀。
[0010] 以上所述的識別系統(tǒng)，所述的拾振器為加速度傳感器、速度傳感器或位移傳感器。
[0011] 一種構(gòu)件固有頻率的識別方法，使用上述的識別系統(tǒng)，并包括以下步驟：
[0012] 1)使用播音裝置面向被測構(gòu)件播放樂曲；
[0013] 2)利用拾振器和信號采集與處理裝置拾取被測構(gòu)件的振動信號；
[0014] 3)利用信號采集與處理裝置具有的頻域分析功能獲得被測構(gòu)件的固有頻率。
[0015]
[0016] 本發(fā)明的構(gòu)件固有頻率的識別系統(tǒng)和識別方法，可用于識別鋼筋和混凝土結(jié)構(gòu)及 單元的模態(tài)參數(shù)，具有激振方法簡便實用、識別過程和結(jié)果高效準確的特點，激勵的施加可 以不受空間及結(jié)構(gòu)單元形式的限制且不會對構(gòu)件造成損傷、激勵效應(yīng)可以排除環(huán)境干擾， 便于批量快速識別獲取多組結(jié)構(gòu)單元的固有頻率及其特征規(guī)律。
[【附圖說明】]
[0017] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0018] 圖1是本發(fā)明實施例簡支梁固有頻率識別系統(tǒng)示意圖。
[0019] 圖2是本發(fā)明實施例播音裝置播放的《梁山伯與祝英臺》小提琴協(xié)奏曲主旋律前 180秒的時程。
[0020] 圖3是本發(fā)明實施例播音裝置播放的《梁山伯與祝英臺》小提琴協(xié)奏曲主旋律前 180秒的頻譜。
[0021] 圖4是本發(fā)明實施例信號采集與處理裝置記錄的前180秒的時程。
[0022] 圖5是本發(fā)明實施例信號采集與處理裝置記錄的前180秒時程轉(zhuǎn)換的頻譜。
[0023] 圖6是本發(fā)明實施例信號采集與處理裝置記錄的前30分鐘時程轉(zhuǎn)換的頻譜。
[【具體實施方式】]
[0024] 本發(fā)明實施例的構(gòu)件固有頻率的識別系統(tǒng)如圖1所示，包括作為被測構(gòu)件的簡支 梁1、粘貼于簡支梁1上的拾振器2、通過導(dǎo)線3連接于拾振器2信號輸出端的信號采集與 處理裝置3和外部激振源5。
[0025] 其中，外部激振源5是播音裝置，信號采集與處理裝置4是動態(tài)信號分析儀，拾振 器2為加速度傳感器、速度傳感器或位移傳感器。
[0026] 播音裝置5的揚聲器布置在被測構(gòu)件的下方，朝向被測構(gòu)件播放樂曲。
[0027] 本發(fā)明的構(gòu)件固有頻率的識別方法包括以下基本步驟：
[0028] 1)通過網(wǎng)上注冊下載或?qū)嵨镔徺I等方式獲得音樂樂曲；
[0029] 2)采用音箱等常規(guī)音樂播放裝置，面向結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)單元播放樂曲；
[0030] 3)利用拾振器和信號采集與處理裝置拾取被測構(gòu)件的振動信號；
[0031] 4)利用信號采集與處理裝置具有的頻域分析功能獲得被測構(gòu)件的固有頻率。
[0032] 采用圖1所示的系統(tǒng)，可以在實驗室中通過模態(tài)測試方法識別簡支梁1前幾階固 有頻率。事先在梁1上黏貼加速度拾振器2(中國江蘇東華測試技術(shù)股份有限公司生產(chǎn)的 DH201-050型），該拾振器通過傳輸導(dǎo)線3與動態(tài)信號分析儀4 (中國江蘇東華測試技術(shù)股 份有限公司生產(chǎn)的DH5920型）相連；近距離啟動音樂播放器5,則音樂將激起梁結(jié)構(gòu)的受 迫振動，其反應(yīng)數(shù)據(jù)由拾振器2拾取并經(jīng)導(dǎo)線3實時傳輸至動態(tài)信號分析儀4 ;動態(tài)信號分 析儀4中附配的數(shù)據(jù)分析軟件可進行梁結(jié)構(gòu)的固有頻率等常規(guī)的模態(tài)信息分析處理。也可 將采集到的數(shù)字信號拷貝至臺式計算機，然后利用Matlab等商用軟件進行梁結(jié)構(gòu)的固有 頻率等模態(tài)分析。
[0033]圖1所示的簡支梁1是一根截面平均直徑d = 13. 85mm、長度10 = 490mm、總質(zhì)量 M = 566. 36g的HPB300光圓鋼筋模擬，其單位長度質(zhì)量m=1.1558g/mm，左右簡支搭接在 支座上，支座中線水平跨距1 = 483mm。根據(jù)國家《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GB 50010-2010)》， HPB300鋼筋的彈性模量E = 2. 1 X 105N/mm2。
[0034] 已知彎曲振動下簡支梁的固有頻率的理論解為
[0035]
【主權(quán)項】
1. 一種構(gòu)件固有頻率的識別系統(tǒng)，包括粘貼于被測構(gòu)件上的拾振器、通過導(dǎo)線連接于 拾振器信號輸出端的信號采集與處理裝置和外部激振源，其特征在于，所述的外部激振源 是播音裝置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的識別系統(tǒng)，其特征在于，播音裝置的揚聲器布置在被測構(gòu)件 附近，朝向被測構(gòu)件。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的識別系統(tǒng)，其特征在于，所述的信號采集與處理裝置是動態(tài) 信號分析儀。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的識別系統(tǒng)，其特征在于，所述的拾振器為加速度傳感器、速度 傳感器或位移傳感器。
5. -種構(gòu)件固有頻率的識別方法，其特征在于，使用權(quán)利要求1所述的構(gòu)件固有頻率 的識別系統(tǒng)，并包括以下步驟： a) 使用播音裝置面向被測構(gòu)件播放樂曲； b) 利用拾振器和信號采集與處理裝置拾取被測構(gòu)件的振動信號； c) 利用信號采集與處理裝置具有的頻域分析功能獲得被測構(gòu)件的固有頻率。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種構(gòu)件固有頻率的識別系統(tǒng)和識別方法。識別系統(tǒng)包括粘貼于被測構(gòu)件上的拾振器、通過導(dǎo)線連接于拾振器信號輸出端的信號采集與處理裝置和外部激振源，所述的外部激振源是播音裝置。識別方法包括以下步驟：使用播音裝置面向被測構(gòu)件播放樂曲；利用拾振器和信號采集與處理裝置拾取被測構(gòu)件的振動信號；利用信號采集與處理裝置具有的頻域分析功能獲得被測構(gòu)件的固有頻率。本發(fā)明激勵的施加可以不受空間及結(jié)構(gòu)單元形式的限制且不會對構(gòu)件造成損傷、激勵效應(yīng)可以排除環(huán)境干擾，具有激振方法簡便實用、識別過程和結(jié)果高效準確的特點，便于批量快速識別獲取多組結(jié)構(gòu)單元的固有頻率及其特征規(guī)律。
【IPC分類】G01M7-02
【公開號】CN104713690
【申請?zhí)枴緾N201510053783
【發(fā)明人】李大望, 楊約民, 邢鋒, 王東煒, 石志曉, 邢少邦
【申請人】深圳大學(xué)
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2015年1月30日