基于微波雷达的工程结构动态特征监测系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111708019A(43)申请公布日2020.09.25(21)申请号202010533069.6(22)申请日2020.06.12(71)申请人上海交通大学地址200240上海市闵行区东川路800号(72)发明人彭志科李松旭熊玉勇任泽生(74)专利代理机构上海交达专利事务所31201代理人王毓理王锡麟(51)Int.Cl.G01S13/88(2006.01)G01M7/02(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图5页(54)发明名称基于微波雷达的工程结构动态特征监测系统(57)摘要一种基于微波雷达的工程结构动态特征监测系统，包括：控制模块和分别与之相连的连续波微波雷达收发器、数据采集与处理模块、信号分析模块和显示与保存模块，本发明具有测量精度高、环境适应性强、量程范围大、低功耗、信号处理复杂度低的特点。CN111708019ACN111708019A权利要求书1/1页1.一种基于连续波微波雷达的工程结构动态特征监测系统，其特征在于，包括：控制模块和分别与之相连的连续波微波雷达收发器、数据采集与处理模块、信号分析模块和显示与保存模块，其中：用于发射雷达信号并接收回波信号，得到I/Q两个通道的零中频基带信号的连续波微波雷达收发器与数据采集与处理模块相连接并传输零中频基带信号，数据采集与处理模块根据连续波微波雷达收发器产生的两通道零中频基带信号，并提取振动位移时域信息x(t)后输出至信号分析模块，信号分析模块对提取的振动位移时域信息分别进行频谱分析和时频谱分析，提取工程结构的固有频率以及在不同运行工况下的受迫振动频率与负载效应频率并输出至显示与保存模块以显示并保存包括振动位移时域波形及振动特征分析结果在内的信息，控制模块分别与连续波微波雷达收发器、数据采集与处理模块、信号分析模块和显示与保存模块相连接并输出控制系统的启动与停止、设置连续波微波雷达参数、控制各模块的工作运行和数据传输指令。2.根据权利要求1所述的基于连续波微波雷达的工程结构动态特征监测系统，其特征是，所述的连续波微波雷达收发器包括：射频信号源、功分器、功率放大器和发射天线组成的发射支路以及低通滤波器、正交混频器、低噪声信号放大器和接收天线组成的接收支路，其中：射频信号源与功分器相连并传输单频载波信号，功分器一端与功率放大器相连并传输单频载波信号，一端与正交混频器相连并传输本振信号，功率放大器与发射天线相连并传输放大的载波信号，接收天线与低噪声放大器相连并传输接收信号，低噪声信号放大器与正交混频器相连并传输放大的接收信号，正交混频器与低通滤波器相连并传输下变频基带信号。3.根据权利要求1所述的基于连续波微波雷达的工程结构动态特征监测系统，其特征是，所述的工程结构的固有频率以及在不同运行工况下的受迫振动频率与负载效应频率，通过以下步骤得到：步骤1，分析列车驶离后工程结构的自由振动响应，对提取位移信息x(t)中列车驶离阶段的振动位移通过快速傅里叶变换得到结构振动的固有频率f1；步骤2，分析列车行驶过程中对工程结构的振动响应，将提取的振动位移时域信息x(t)中列车经过阶段进行快速傅里叶变换，得到频谱图，根据列车车速v以及车身长度L计算受迫振动频率的理论值f＝v/L，并与频谱图中的峰值对比可得列车运行实际引起的受迫振动频率f2；列车运行过程中结构振动位移信息的频谱图与列车驶离后结构的振动位移的频谱图进行对比分析，从中提取由于列车对结构的负载作用引起的负载效应频率f3；步骤3，分析列车运行车速对受迫振动频率的影响，对列车运行过程中测得的振动位移信号进行短时傅里叶变换，从而获取振动位移信号的时频谱图，并通过脊线提取的方法提取受迫振动频率随时间变化的曲线，反演得到列车运行的车速和工程结构受迫振动频率的演变趋势。2CN111708019A说明书1/4页基于微波雷达的工程结构动态特征监测系统技术领域[0001]本发明涉及的是一种结构动态特征监测领域的技术，具体是一种基于微波雷达的工程结构动态特征监测系统。背景技术[0002]随着近年来中国高铁及地铁的高速发展，大量的高架道路与桥梁建成通车，这类土木工程结构在服役过程中的结构健康监测与安全评估备受关注和重视。[0003]土木工程结构的动态响应监测主要体现为在外界载荷激励下的振动响应监测，一般地，振动测量技术与方法可以分为接触式和非接触式两大类。接触式振动测量传感器，如加速度传感器、千分表和应变仪，这类传感器的安装往往比较耗时和费力，在实际工程中难以适用；非接触的测量方法包括激光多普勒测振和基于视觉的振动测量技术，但是基于激光的振动测量技术与方法常应用于小型结构或表面的微幅高频振动测量，对测量环境要求较高，基于视觉的振动测量方法受光线及成像质量影响较大，且