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专利号: 2021107878712
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种无参照点绝对动位移实时监测方法,其特征在于,包括如下步骤:S1、获取传感器测量数据,其中,传感器测量数据包括液位水准传感器以及加速度计传感器测量数据;

S2、根据液位振荡方程对测量数据进行修正,得到真实低频位移;

S3、根据步骤S2得到的真实低频位移,利用数据融合位移反演算法识别运动初始状态;

S4、将步骤S3识别出的运动初始状态带入位移重构公式,得到重构之后的真实位移。

2.根据权利要求1所述的一种无参照点绝对动位移实时监测方法,其特征在于,所述步骤S2中,用于液位测量结果修正的液位水准系统的幅频特性与相频特性公式如下:其中,D(ω)为幅频特性函数、u液位变化幅度、y为激励幅值、 为相频特性函数,ωn为自振频率,ω为激励频率,ξ为阻尼比,β为频率比,且β=ω/ωn,Q为静态荷载作用下响应幅值与荷载幅值的比值。

3.根据权利要求2所述的一种无参照点绝对动位移实时监测方法,其特征在于,所述步骤S2中修正的方法包括傅里叶变换频域修正法、三角级数修正法以及移动加权平均修正法。

4.根据权利要求3所述的一种无参照点绝对动位移实时监测方法,其特征在于,所述傅里叶变换频域修正法具体为:

S201、对采集信号做傅立叶变换,得到激励幅值以及液位变化幅值的频域特性,表示为:

‑iωt

Y(ω)=∫y(t)e dt;

‑iωt

U(ω)=∫u(t)e dt;

其中,y(t)为时域激励,Y(ω)为激励的频域特性,u(t)为时域液位变化幅度,U(ω)为液位变化幅度的频域特性;

S202、在频域内按照系统频率响应对步骤S101得到的激励幅值以及液位变化幅度的幅频特性进行缩放,按相频特性进行平移,得到修正之后的激励幅值响应,表示为:其中,Y′(ω)为修正之后的激励幅值响应, 为系统频率响应函数;

S203、对修正后的频域激励进行傅里叶逆变换,得到时域真实低频位移,表示为:

5.根据权利要求4所述的一种无参照点绝对动位移实时监测方法,其特征在于,所述三角级数修正法具体为:

S211、对液位变化幅值信号进行三角级数展开并保留其余弦项,表示为:其中,An为幅值, 为相位,u(t)为液位变化幅值信号;

S212、对步骤S211中保留的余弦项按照系统幅频特性及相频特性进行修正,得到修正后的真实低频位移,表示为:

其中,u′(t)为修正后的真实低频位移, 为系统相频特性,D(ω)为系统幅频特性。

6.根据权利要求5所述的一种无参照点绝对动位移实时监测方法,其特征在于,所述移动加权平均修正法具体步骤为:S221、对移动加权平均频率响应函数Hf(ω)进行傅里叶逆变换得到移动加权平均的权重函数,表示为:

其中,f(x)为移动加权平均的权重函数,Hf(ω)为移动加权平均的频响函数,H(ω)为液位水准系统频率响应函数,且

S222、计算待测量的真实低频位移的截止频率并根据该截止频率计算加权平均窗长度;

S223、根据步骤S222确定的加权平均窗长度与步骤S221中的权重函数对就测量数据进行移动加权平均,得到真实低频位移。

7.根据权利要求6所述的一种无参照点绝对动位移实时监测方法,其特征在于,所述步骤S3中识别运动初始状态的方法为:S31、构造位移残差公式计算位移残差序列,表示为:ΔU=U‑Ul;

其中,ΔU为位移残差序列,Ul为实际测量的动态位移,U为由包含运动初始状态的由位移重构公式计算出的位移。

S32、以最小残差位移为目标构建优化矩阵,求解运动初始状态,表示为:其中,L为加速度积分等效矩阵,为测量加速度, 为二范数的平方,C为初始状态识别矩阵,为运动初始状态向量,包括初位移为U0、初始速度为V0和初始加速度为A0。

8.根据权利要求7所述的一种无参照点绝对动位移实时监测方法,其特征在于,所述步骤S4中,重构之后的真实位移表示为:其中,Δt表示传感器采样间隔, f为传感器采样频率, 表示初始位移累计影响向量, 表示初始加速度累计影响向量。