發(fā)布時間：2020-11-19 04:41

　　 因為對現(xiàn)有在役結構有著性能評估的需求,并且一部分在役結構正在逐步達到使用壽命,所以結構健康監(jiān)測(SHM)技術在建筑行業(yè)的地位日漸重要,成為不可或缺的組成部分。在性能評估中,位移評估極其重要,但很多現(xiàn)場難以架設傳統(tǒng)的傳感器進行直接且準確的測量,所以很多新的傳感技術(無參考和非接觸)以及利用其他方式進行的位移評估方法有著很大的需求,將其集成入結構健康監(jiān)測系統(tǒng)中,以克服基于參考點的位移傳感器的局限性。本論文的主要內容如下:(1)本文探討了一種無需設置參考點的位移估計方法,無參考位移估計法,其主要針對鐵路橋梁的橫向總位移。此無參考位移估計法,將總位移分解為兩個部分:高頻的動態(tài)位移分量以及低頻的偽靜態(tài)位移分量。其利用接觸式的加速度計來采集兩類數(shù)據(jù),其一為振動方向上的加速度數(shù)據(jù),然后運用有限脈沖響應(FIR)濾波器進行動態(tài)位移分量估計;另一類數(shù)據(jù)為用于計算傾斜角的相互垂直的兩向加速度數(shù)據(jù),然后運用簡單動態(tài)平均(SMA)濾波器消除傾斜角中的動態(tài)分量,再利用理論公式估計偽靜態(tài)位移分量。最終疊加動態(tài)位移分量估計曲線與偽靜態(tài)位移分量估計曲線,獲得總位移估計曲線。(2)本文運用振動臺試驗對該無參考位移估計法進行了驗證。振動臺試驗分為兩類,其一使用自制的可測量三向加速度的低成本高效無線集成傳感器2(LEWIS2),其二使用由PCB Piezotronics公司生產(chǎn)的Model 3711E1110G直流響應加速度計,是一種電容式加速度計。結果顯示,當向振動臺中輸入的是大振幅位移時程數(shù)據(jù)時,用LEWIS2測得的數(shù)據(jù)來估計偽靜態(tài)位移時程曲線時有著較大的偏離,這對最終的總估計位移時程曲線的得出有著比較大的影響。電容式加速度計試驗中的該種影響較小。主要體現(xiàn)估計位移時程曲線與參考位移時程曲線的擬合情況的總位移E2誤差,LEWIS2試驗為30%左右,電容式加速度計試驗為10%以下。說明了無參考位移估計法有著一定的實際意義,并且傳感器設備對無參考位移估計法有著一定的影響。LEWIS2試驗的估計效果沒有電容式加速度計試驗時的好的原因,可以在偽靜態(tài)位移估計時體現(xiàn)出來,LEWIS2在測量低頻數(shù)據(jù)時的誤差比電容式加速度計的大。(3)本文運用ANSYS有限元模擬了振動臺試驗。結果顯示其對比曲線以及量化誤差數(shù)據(jù)非常完美,總位移E2誤差在2%以下,而偽靜態(tài)的各項誤差值都近乎為零。說明了無參考位移估計法具有合理性。對比ANSYS有限元模擬與振動臺試驗。結果顯示ANSYS有限元模擬的對比曲線更加完美,誤差數(shù)據(jù)更加小。ANSYS有限元模擬總位移E2誤差整體僅為電容式加速度計試驗中的1/5,僅為LEWIS2試驗中的1/15。在量化誤差數(shù)據(jù),以及有限元模擬的對比曲線圖上可以表現(xiàn)出無參考位移估計法具有合理性,并且再一次說明了傳感器設備對無參考位移估計法有著一定的影響。
【學位單位】：揚州大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TU317
【部分圖文】：

傳感器測量ｘ軸方向的加速度。但傳感器傾斜時，重力加速度ｇ在傳感器的ｘ軸上的投??影產(chǎn)生了輸出加速度４?，其等于傳感器的ｘ軸與水平軸之間的角度０的正弦與重力加速度ｇ??的乘積，這是正交于重力矢量的，如圖２－３所示。得到的加速度和角度可表示如下：??Ａｘ?＝?ｇ?＊?ｓｉｎ（０）?（２－１３）??０?＝ｓｉｎ－１（＾）?（２－１４）??Ｘ，??＂１＾１：?Ｘ??ＨＨｐ??ｇ??圖２－３單軸的傳感識確??當傳感器的分辨率不高時，單軸傾斜感測可能提供不準確的讀數(shù)。所需最低分辨率如下??確定：??

為了提高精度，傾斜感測集成了第二傳感器，該第二傳感器測量ｙ軸上的重力矢量的投??影。為了將測量的ｙ軸加速度＼轉換為傾斜角，計算ｙ軸和重力矢量之間的角度０的余弦，??如圖２－４所示：??—?９?＾?Ｃ〇ｓ（０）?（２－１６）??９?＝?ｃｏｓ＿１（ｙ）?（２－１７）??ｆ＾ｌＸ，??ｉ??ｇ??圖２＞４雙軸的傳感器轉角??通過合成公式（２－１３）和公式（２－１６），可以計算／＾和／＾之間的比率，并且可以確定傾??斜角的正切值：??＾?＝?（２－１８）??Ａｙ?ｇ＊ｃｏｓ（＜ｄ）?、??在公式（２－１８）的兩側應用反正切函數(shù)：??０?＝?ｔａｎ－１＾）?（２－１９）??通過簡單動態(tài)平均（ＳＭＡ）濾波器衰減動態(tài)分量獲得偽靜態(tài)傾斜角，如下所示：??ｅｐ［ｉ］＝＾＾ｅｔ?［ｉ＋ｊ］?（２－２０）??其中Ａ?＝包含動態(tài)和偽靜態(tài)分量的總傾斜角；ｉ?＝第ｉ時間步；ｎ?＝平均點數(shù)（即平均窗??口的大小）。??公式基于懸臂樁端的撓度和轉角公式，如下：??Ａｐ＝＾?（２－２１）??ｖ?３ＥＩ??ｅｐ?＝?（２－２２）??Ａｐ＝－＾ｅｐＬ?（２－２３）??其中ＡＰ＝估計的偽靜態(tài)位移；０ｐ＝偽靜態(tài)傾斜角；ＰＭ乍用在樁端的力；Ｌ?＝樁的長度；??Ｅ?＝樁的彈性模量。??

ＬＶＤＴ負責收集位移數(shù)據(jù)。??３．１．１低成本高效無線集成傳感器２?（ＬＥＷＩＳ２）??ＬＥＷＩＳ２是一種用于測量加速度的自制傳感器，如圖３－１所示。顧名思義，ＬＥＷＩＳ２非常??便宜，其價格如表３－１所示，總價約１１６美元，遠低于商用傳感器的價格。本試驗所運用的??另一種商用傳感器Ｍｏｄｅｌ?３７１１Ｅ１１１０Ｇ直流響應加速度計的價格為７２４美元（定價僅在美國有??效），其匹配的連接線為８１美元，以及其他配套設備的成本。ＬＥＷＩＳ２可以以５００Ｈｚ的頻率??高效地收集和存儲數(shù)據(jù)，并且使用計算機進行無線控制。ＬＥＷＩＳ２是一種結合了實時無線控??制，實時收集和存儲數(shù)據(jù)等一系列性能的自制傳感器。??ＬＥＷＩＳ２包含了許多組件，包括：ＡｒｄｕｉｎｏＵｎｏＲ３，?Ａｒｄｕｉｎｏ?ｗｉｒｅｌｅｓｓ?ＳＤ?Ｓｈｉｅｌｄ，?ＧＹ－９１?板，??ＸＢｅｅ系列模塊，ＸＢｅｅ導出器，ＳＤ卡和電池。??：＿＿￥??二萬｜?．＾ｒｄｉ？ａｏＵｎｏＲ３?１１?ＡｒｄｕａＷｇｅｉｅＭ?ＳＤ?Ｓｈｉｅｉｄ?｜「Ｘ３抒導，器一??ｉ—ｉ?１１?＾．．．．?ｉ??圖３－】ＬＥＷ１Ｓ２和ＬＥＷ丨Ｓ２的主要組件??
【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 康立志;;基于差動電容式加速度計的安全氣囊系統(tǒng)設計[J];科技創(chuàng)新與應用;2012年25期

2 李寶清,陸德仁,王渭源;微機械電容式加速度計的開環(huán)工作模式[J];功能材料與器件學報;1999年04期

3 王洋,商順昌,任思聰;微機械電容式加速度計靜力分析[J];儀表技術與傳感器;1996年09期

4 肖珊珊;洪利;姚振靜;韓智明;李亞南;;電容式加速度計的溫度特性分析與補償設計[J];儀表技術與傳感器;2018年11期

5 洪利;穆如旺;姚振靜;韓智明;李亞南;;電容式加速度計敏感結構優(yōu)化設計與仿真[J];儀表技術與傳感器;2018年10期

6 史鑫;李金平;丁文波;王輝;;用于矢量水聽器的差分電容式加速度計設計與分析[J];科技創(chuàng)新與應用;2013年27期

7 Ming-jun MA;Zhong-he JIN;Hui-jie ZHU;;一種聯(lián)合調制反饋和溫度補償改善閉環(huán)MEMS電容式加速度計漂移的方法（英文）[J];Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering;2015年06期

8 趙軍榮;戴麗霞;劉雙峰;;電容式加速度計結構與檢測電路的研究[J];電子測試;2010年10期

9 胡雪梅;殷鴻;;微機械電容式加速度計結構設計分析[J];傳感器世界;2006年08期

10 L.Bruce WiIoer;梁永?;;高性能可變電容式加速度計[J];國外計量;1990年01期

相關碩士學位論文 前10條

1 朱燦;基于懸臂式結構的無參考位移估計方法及驗證[D];揚州大學;2019年

2 穆如旺;電容式加速度計性能影響因素研究[D];防災科技學院;2018年

3 王新寓;一種大量程電容式加速度計的設計[D];哈爾濱工業(yè)大學;2014年

4 韓小林;微機械電容式加速度計的設計及制備[D];電子科技大學;2011年

5 耿賽柳;微機械電容式加速度計自動標定及性能參數(shù)測試系統(tǒng)的研究[D];蘇州大學;2013年

6 朱彬彬;MEMS電容式加速度計敏感結構研究[D];杭州電子科技大學;2017年

7 胡雪梅;微機械電容式加速度計的系統(tǒng)分析[D];西安電子科技大學;2006年

8 趙軍榮;水銀微電容式加速度計的特性及測試研究[D];中北大學;2011年

9 張義川;LTCC微機械差分電容式加速度計關鍵技術研究[D];北京信息科技大學;2015年

10 黃文剛;一種MEMS電容式加速度傳感器接口集成電路的設計[D];電子科技大學;2013年

本文編號：2889716