土木工程健康监测无线测试信号同步性研究(Ⅱ).pdf
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1、78 四川建筑科学研究 S i c h u a n Bu i l d i n g S c i e nc e 第3 6卷第 6期 2 0 1 0年 1 2月 土木工程健康监测无线测试信号同步性研究( ) 张 潞 , 汪 洋 ( 1 湖南科技学院土木工程与建设管理系, 湖南 永州4 2 5 1 0 0 ; 2 上海 电力学 院经济与管理学院 , 上海2 0 0 0 9 0 ) 摘要: 无线传感技术应用到土木工程结构健康监测系统中需解决的重要问题之一, 是传感器在数据采集过程中的同步性问 题。本文从时延误差的产生人手, 用频域内的峰值拾取法( P P ) 和时域内的特征系统实现算法( E R A)
2、, 通过理论分析和数值模 型实验考察了不同算法识别的结构动力参数的精度以及对包含时延的测试数据的处理情况, 以此来判断其对整体结构分析 带来的误差, 并针对不同的系统识别方法提出了处理意见。 关键词: 结构健康监测; 无线传感器; 时间同步性 中图分类号 : T U 3 1 7 文献标识码 : A 文章编号 : 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 0) 0 6 0 7 8 0 2 Ti m e s y n c h r 0 n i z a t i 0 n r e s e a r c h o f s t r uc t u r e he a l t h mo n i t o r i n g
3、 b y u s i n g w i r e l e s s s e n s o r (1 1) ZHANG L u W ANG Ya n g ( 1 C i d l E n g i n e e r i n g a n d C o n s t r u c t i o n M a n a g e m e n t D e p a r t m e n t ,H u n a n U n i v e r s i t y o f Sci e n c e a n d E n gin e e ri n g , Y o n g z h o u 4 2 5 1 0 0 , Ch i n a; 2 Sch o o
4、l o f E c o n o m i e s a n d Ma n a g e m e n t , S h a n g h a i U n i v e r s i t y o f E l e c t ri c P o w e r ,S h a n g h a i 2 0 0 0 9 0, C h i n a ) Ab s t r a c t : T i me s y n c h r o n i z a t i o n i s t h e k e y p r o b l e m i n d a t a a c q u i s i t i o n u s i n g w i r e l e s
5、s s e n s o r f o r s t r u c t u r e h e a l t h mo n i t o rin g A v i r t u a l e x p e ri me n t b y S A P 2 0 0 0 i s d e s i g n i n t h i s p a p e r t o e s t i ma t e t h e e ff e c t o f s t ruc t u r e a n a l y s i s b y t i me d e l a y T h e n a t u r a l e x c i t a t i o n t e c h n
6、o l o g y( N E X T )c o m b i n e d w i th e i g e n s y s t m r e a l i z a t i o n t e c hno l o gy ( E RA )and p e a k p i c k i n g( P P )m e t h o d i n f r e q u e n c y d o m a i n i s u s e d for t h e mo d al i d e n t i fi c a t i o n T h e r e s u l t o f t h e t e s t s h o w t h a t e v
7、 e n a s ma l l t i me d e l a y wi l l c h a n g e t h e mod al s h a pe o f s t r u c t u r e i d e n t i fi e d f r o m t h e e x p e ri me n t I n t h e fi n a h t y , a r e f e r e n c e d me a n s a r e s u p p o s e d t o r e s o l v e t h i s p r o b l e m Ke y wo r d s: s t r u c t u r e h
8、e alt h mo n i t o ri n g ; wir e l e s s s e n s o r ; t i me s yn c h r o n i z a t i o n ( 续前 ) 2 4 时域法识别及 同步性影响 根据上 文 的理 论 研 究 采 用 E R A 法, 并 采 用 N E x T技术 生成结构加速度 自由响应的信号来构 造 H a n k e l 矩阵。识别 的频率和模态见表 5 , 6 。 表 5 E R A法识别的周期和频率 Ta b l e 5 F r e q u e n c y a n d v i b r a ti o n p e r i o d b
9、y E RA me t h o d 表 6 E RA 法识别 的振型及误差 ( 按顶层归一化 ) T a b l e 6 Vi b r a t i o n mo d e a n d e r r o r b y E R A me t h o d( T o p n o r ma l i z a t i o n ) 收稿 日期 : 2 0 0 9 - 0 2 1 7 作者简介: 张潞( 1 9 7 2一) , 男 , 湖南绥 宁人 , 工学硕 士, 讲 师 , 一级 注册建造师 , 主要从事结构工程和工程管理教学与研究。 E ma i l : z h a n g l u 3 61 s i n a c
10、 o n 可以看到, E R A法识别出的振型, 特别是第 1 阶振型, 除了在振型驻点附近处 因为绝对值过小而 百分 比误差较大之外 , 基本上精度符合得相当好 , 这 2 0 1 0 N o 6 张潞, 等: 土木工程健康监测无线测试信号同步性研究( ) 7 9 也是时域整体识别相对于频域法的优越之处。 为与频域法进行 比较 , 用 E R A法对上节 中相同 的几组包含时延 的测试数据进行振型识别 , 结果如 图 91 3所 示 。 图 9 A t = 0 0 4 S 振型 F i g 9 Vi b r a t i o n mo d e( A t = 0 0 4 S ) 1 0 1 a
11、n振 型 0 l 2 3 4 1 0 1 1 0 l 阶振 型 1 阶振 型 a m振 型 图 1 O t = 0 0 8 S 振型 F i g 1 0 Vi b r a t i o n mo d e( A t = 0 0 8 s ) 0 图 1 1 Fi g 11 1 2 3 - 1 0 l 一 1 O l 1 阶 振型 1 阶 振型 3 阶 振型 At =0 1 6 s振 型 V i b r a t i o n mo d e( A t =0 1 6 S ) 3 结 论 、 ( 1 ) P P法 由于采用相角确定测点 的位移方 向, 1 0 1 1 0 l 1 阶振 型 l 阶振 型 图 l
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