[发明专利]一种结构损伤在线实时监测方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及结构损伤诊断领域，特别是涉及一种结构损伤在线实时监测方法及系统。

背景技术

在线结构损伤检测、诊断是结构损伤诊断的一个重要方面。在此方面提出的方法大多数都是基于模型参数(固有频率、振型、振型曲率等)的变化或者利用有限元模型修正技术等。基于振动信号的损伤诊断识别本质是一个动态信号统计特性的提取与分析过程，目前关于振动模态参数识别和损伤检测相关的理论研究很多。早期研究包括:Yuen提出根据振型的斜率变化率确定损伤位置的方法，来定位结构的损伤；Aktan等人研究用测量的柔度矩阵的方法来判定桥梁结构的完整性；韩西等人利用模态实验数据对拱结构进行损伤识别等。近年来，随着时频分析方法的应用，利用小波分析和小波包分析等方法逐渐应用到损伤识别中。S.S.Patel等利用小波分析原理，有效地识别了六层钢筋混凝土结构损伤情况；Asgarian等成功将小波包变换方法应用到夹套式海上平台结构损伤识别中；Z.D.Zheng等采用功率谱密度分析方法，成功识别了平面框架在单一损伤和多重损伤下的损伤情况。但这些研究方法大多集中于低速、低频、需要长期监测的土木工程类结构中，对于工业化设备当中的高速、高频条件下的结构损伤在线实时监测相对较少。例如高速滑动电接触滑轨，该高速滑动电接触滑轨是自动化设备、遥控机械和通信等设备中非常重要的元件，是整个设备或系统的关键结构。在大载流、高速、高频工作条件下，高速滑动电接触滑轨表面易产生微小损伤，如：烧蚀、磨损、刨削等损伤现象，严重影响工作效率，且高速滑动电接触滑轨在机械系统内部，处于不可见区域，并不能通过以上方法进行损伤检测。因此，急需一种能够在高频、高速背景条件下，实时检测结构损伤情况的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构损伤在线实时监测方法及系统，能够在高频、高速背景条件下，实现结构瞬态微小损伤的在线识别与定位。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种结构损伤在线实时监测方法，所述结构损伤在线实时监测方法应用于高速滑动电接触滑轨；所述高速滑动电接触滑轨包括高速滑动电接触压板、滑块以及滑轨，所述滑轨设置在所述高速滑动电接触压板内；所述滑块在所述滑轨内滑动；所述结构损伤在线实时监测方法包括：

获取所述高速滑动电接触压板各测量点上，方向为垂直于所述高速滑动电接触压板的加速度信号；

获取所述滑轨表面未损伤时的所述高速滑动电接触滑轨的固有频率和所述高速滑动电接触压板各测量点上的能量值；

对所述加速度信号进行积分处理，得到位移信号；

对所述位移信号进行集合经验模分解，得到集合经验模分解后的第一阶固有频率和第二阶固有频率；

判断所述第一阶固有频率与所述固有频率是否相等且所述第二阶固有频率与所述固有频率是否相等，得到第一判断结果；

若所述第一判断结果表示所述第一阶固有频率与所述固有频率相等且所述第二阶固有频率与所述固有频率相等，则确定所述滑轨表面未发生损伤；

若所述第一判断结果表示所述第一阶固有频率与所述固有频率不相等或者所述第二阶固有频率与所述固有频率不相等，则确定所述滑轨表面发生损伤，并计算在不同滑动次数中所述高速滑动电接触压板各测量点的能量值；

判断不同滑动次数中所述高速滑动电接触压板中各测量点的能量值与所述滑轨表面未损伤时的所述高速滑动电接触压板中各测量点的能量值是否相等，得到第二判断结果；

若所述第二判断结果表示不同滑动次数中高速滑动电接触压板测量点的能量值与所述滑轨表面未损伤时的所述高速滑动电接触压板测量点的能量值都相等，则确定所述高速滑动电接触压板测量点未发生损伤；

若所述第二判断结果表示任一滑动次数中高速滑动电接触压板测量点的能量值与所述滑轨表面未损伤时的所述高速滑动电接触压板测量点的能量值不相等，则确定所述高速滑动电接触压板测量点发生损伤。

可选的，所述获取所述高速滑动电接触压板各测量点上，方向为垂直于所述高速滑动电接触压板的加速度信号，具体包括：

在所述高速滑动电接触压板表面布置多个压电加速度传感器；

获取所述压电加速度传感器采集的加速度信号；所述加速度信号的方向垂直于所述高速滑动电接触压板。

可选的，所述对所述位移信号进行集合经验模分解，得到集合经验模分解后的第一阶固有频率和第二阶固有频率，具体包括：

在所述位移信号的基础上，添加一个高斯白噪声信号，得到总体信号；