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基于小波分析的桥梁安全监测系统研究与开发
| 论文题名： | 基于小波分析的桥梁安全监测系统研究与开发 |
| 关键词： | 小波分析;桥梁安全;监测系统;信号处理;在线监测 |
| 摘要： | 桥梁是交通枢纽中非常重要的组成部分，其安全性关系重大。桥梁本身又容易受到大风、温度、湿度等自然环境和超载、破坏等人为因素的影响，而导致内部结构发生变化，这种变化的累积容易对桥梁造成损伤。而近年来，由于这些损伤导致的桥梁安全事故频繁发生，造成了大量的人员伤亡和巨大的财产损失。为避免这些灾难的发生，通过一些有效方法实现对桥梁的在线安全监测很有必要。 本文首先阐述了桥梁健康监测的意义，介绍了国内外研究的现状，对桥梁监测过程中的一些关键性问题作了探讨。在此基础上提出了一种对桥梁进行实时监控的可行性方法。文中选用压电片P-51作为传感器，布设在桥梁底部的相应位置，压电片受到压力，能产生电荷，且产生电荷的大小与受到的压力大小保持对应关系，利用这个原理能将桥梁的振动信号转化为电荷信号进行采集。将采集到的电荷信号进行滤波、放大等前端处理后，经由PCL-10168数据电缆传输至PCI-1711数据采集卡，上位机监测系统通过软件触发方式定时地对数据采集卡进行读取，获得数据，并以数值和二维图像两种形式实时显示这些数据，从而能如实直观反映桥梁当前的受压情况。软件同时能实时地对数据做相应处理，通过实时FFT变换，能直观得到桥梁振动的频率分布情况及其变化趋势。 小波分析是近十几年来发展起来的数学理论，小波分析能很好的分析出信号奇异点的位置和奇异性的强弱。本文引入小波分析，对采集到的数据进行处理。文中对小波去燥原理以及基于小波多尺度分析的信号奇异点检测原理作了深入探讨，并进行了数据实验。经过分析对比，文中采用效果较好的db5小波基，启发式阈值原则对采集的信号进行去燥，能取得较好的去燥效果。通过对信号作多尺度分析，能准确检测出信号奇异点的位置和强弱，从而能诊断出桥梁故障点的存在。 本文结合实验对监测系统做了测试，通过对模型桥梁的各种破坏来模拟实际桥梁的受损情况，经采集系统对实验数据进行采集，上位机监测软件能实时地反映出桥梁振动幅度和频率的变化情况。利用小波变换对数据作细致分析，能判断出故障点及其强弱，这与实验时桥梁被破坏的时刻及强度相符合。从而反映出小波分析在信号处理中的有效意义。软件同时可结合一段时间内的数据对桥梁状况作整体的评估。 |
| 作者： | 刘贵 |
| 专业： | 模式识别与智能系统 |
| 导师： | 刘明军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 济南大学 |
| 学位年度： | 2008 |
| 正文语种： | 中文 |
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