[发明专利]一种频率法测量索力的精确算法

权利要求书

1.一种频率法测量索力的精确算法，其特征在于，包括如下步骤：

a.获取拉索的振动信号；

b.对所述拉索振动信号进行分析，得出前n阶的振动频率f₁、f₂、…、f_n，其中，n≥1；

c.确定所述拉索的第n阶振动频率f_n与只考虑几何刚度时的第n阶频率f_cn和只考虑弯曲刚度时的第n阶频率f_bn之间的第一关系函数f_n²＝f_cn²+f_bn²；

d.基于第一关系函数确定所述拉索的第n阶振动频率f_n与只考虑几何刚度时的第一阶频率f_c1和只考虑弯曲刚度时的第一阶频率f_b1之间的第二关系函数fn²＝n²f_c1²+n⁴f_b1²，其中，n为振动频率的阶次，f_n为第n阶振动频率，f_c1为第一阶只考虑几何刚度的拉索振动频率，f_b1为第一阶只考虑弯曲刚度的拉索振动频率；

e.确定所述拉索在只考虑几何刚度时的第一阶频率f_c1与索力T之间的第三关系函数T＝4mL²f_c1²，其中，m为所述拉索单位长度的质量，L为所述拉索的计算长度，n为振动频率阶次；

f.基于所述第二关系函数以及所述第三关系函数，计算所述索力T。

2.根据权利要求1所述的精确算法，其特征在于，在所述步骤a中通过一组检测装置获取所述振动信号。

3.根据权利要求2所述的精确算法，其特征在于，所述检测装置包括振动传感器、信号采集仪及存储装置，且所述振动传感器被固定于所述拉索上，所述振动传感器以及所述信号采集仪通过相关信号线与所述存储装置连接。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的精确算法，其特征在于，在所述步骤c中，所述第一关系函数的确定主要包括如下步骤：

C1.确定只考虑几何刚度时拉索的频率的计算公式；

C2.确定只考虑弯曲刚度时拉索的频率的计算公式；

C3.确定拉索索力的计算公式；

C4.得出所述第一关系函数。

5.根据权利要求4所述的精确算法，其特征在于，所述几何刚度是指与拉索所受轴向拉力有关的拉索抵抗横向变形的能力；所述弯曲刚度是指与拉索的材料性质及截面尺寸有关的拉索抵抗横向变形的能力，其中，

只考虑几何刚度时拉索的第n阶频率：只考虑弯曲刚度时拉索的第n阶频率：其中，

T为索力，m为拉索的单位长质量，L为所述拉索的计算长度，n为振动频率阶次，EI为所述拉索的抗弯刚度。

6.根据权利要求5所述的精确算法，其特征在于，在所述拉索两端的边界条件可以简化为铰支的情况下，所述拉索索力的计算公式为

7.根据权利要求6所述的精确算法，其特征在于，所述振动频率阶次n的取值范围在1～4之间。

8.根据权利要求7所述的精确算法，其特征在于，每阶之间的频率关系是呈算术级数增加。

9.根据权利要求1至3和5至8中任一项所述的精确算法，其特征在于，在所述步骤f中，所述f_c1值通过如下公式计算获得：

10.根据权利要求9中所述的精确算法，其特征在于，所述振动频率阶次n为1和2。