[发明专利]一种输电线路高塔结构振动测试方法

说明书

技术领域

本发明属于输电线路铁塔结构力学性能测试中的振动测试领域，具体涉及一种输电线路高塔结构振动测试方法。

背景技术

输电线路高塔结构的振动状态与外界干扰特性和结构本身的动力特性有关，结构的动力特性一般是指结构的振动频率、振型及阻尼比，该参数只与结构自身的材料特性、刚度、重量、约束等有关，与外界载荷无关。虽然结构的自振频率、振型可以通过理论计算求得，但通过测试得到的动力特性仍然具有重要的意义。通过输电线路高塔结构振动响应测试及模态分析，可以起到验证理论计算、给出简单易用的计算结构频率的经验公式、为输电线路高塔结构的安全性评估及损伤识别积累基本技术资料、得到结构的阻尼比、寻找减小振动的途径的作用。

传统的振动响应测试方法不适宜应用到输电线路高塔结构，主要存在信号传输和激励方式两方面的问题。在信号传输方面：采用传统的信号采集和传输方式，电源无法保障、测试方案操作难度大，且由于信号线过长导致信号衰减；在激励方式方面：输电线路高塔结构重量大，传统锤击法的能量不足以激励铁塔，而采用人工激励显然是不现实的，其效果也不令人满意。为保证输电线路高塔结构振动响应测试结果的准确性，需要采用新的信号传输和激励方式。

发明内容

本发明提供了一种采用无线方式传输振动信号、风荷载作为外部环境激励，对输电线路高塔结构进行振动响应测试的测试方法。本发明相对采用有线传输和锤击法激励的传统振动响应测试手段来说，具有操作和分析更为简便易行、精度更高的特点。

为达到上述目的，本发明通过气象环境监测装置确定环境激励的相关环境参数，选用加速度传感器来测试铁塔的振动响应，应用无线传感器网络传输输电线路高塔结构振动响应测试数据，最后通过监测系统后端处理确定输电线路高塔结构的模态参数。

为此，本发明提供了一种输电线路高塔结构振动测试方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)建立振动测试模型

在进行振动测试之前，建立输电线路高塔结构的有限元模型，对输电线路高塔结构进行初步动力特性分析，使测点沿输电线路高塔结构高度设置在振型模型曲线上位移较大的部位；

(2)测试方案设计

依据输电线路高塔结构振动测试模型的有限元模型分析结果，在输电线路高塔结构关键部位设置测点，测点在平面上设置时，设置在主材或靠近主材的地方，各传感器安装时保持安装方向一致，并使测点远离振动干扰源；

(3)振动信号采集

使用加速度传感器对所述输电线路高塔进行水平X向时域测试和竖直Y向时域测试，在铁塔振动测试中采用通用的网络将采集到的数据传输到后端服务器和数据分析系统；

(4)振动信号处理

使用加速度传感器测量得到的输电线路高塔结构在不同位置不同高度处的振动加速度数值后，通过后端服务器进行输电线路高塔结构模态参数识别，包括对输电线路高塔结构进行频率估计、振型估计和阻尼比估计，最后确定输电线路高塔结构的模态参数。

并且上述方法在信号采集过程中：

(1)要求传感器具有很低的频响特性以及较高的灵敏度；

(2)要求振动信号经过高放大倍数的低噪声放大器再进行传输；

(3)对于高度超过200米的输电线路高塔结构，为了得到主材水平向弯曲和扭转振型，沿高度方向在主材上设置至少10个以上的测量点。

本发明还具有以下优点：本方法采用无线通信方式传输振动信号，将风荷载等作为外部环境激励，对输电线路高塔结构进行振动响应测试，相对采用有线传输和锤击法激励的传统振动响应测试手段来说，具有操作和分析更为简便易行、精度更高的特点。

附图说明

图1是使用本发明的测试装置的输电线路高塔结构振动测试方法的流程图；

图2是依据本发明的输电线路高塔结构振动测试装置的构成示意图；

图3是依据本发明的输电线路高塔结构振动测试装置的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图2示出了依据本发明的输电线路高塔结构振动测试装置构成示意图，依据本发明的方法的振动测试装置应满足如下基本性能要求：

(1)加速度传感器量程：-0.5g～0.5g

(2)传感器分辨率：0.001g

(3)传感器频率范围：0.1～100Hz

(4)传感器重量：<<1.0kg

(5)无线传输距离：>>200m

(6)数据传输标准：无线IEEE802.15.4