[发明专利]一种基于振弦式传感器的动态数据测量方法及装置

权利要求书

1.一种基于振弦式传感器的动态数据测量方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、将振弦式传感器固定于待测结构体的测点上；

步骤二、使用相位补偿型自适应激频方法激励并维持振弦式传感器中的钢弦以其固有频率稳定共振；采集钢弦振动时切割磁感线产生的电动势信号和温度，即得到钢弦的共振信号和此时的温度数据；

步骤三、基于幅值比插值的加窗FFT算法对步骤二采集的振弦式传感器内钢弦的共振信号进行处理，在每一时段估算出所采集信号中幅值最大的信号分量的频率，作为传感器内钢弦的实时共振频率；

步骤四、根据步骤三所得振弦式传感器内钢弦的实时共振频率与步骤二所得振弦式传感器内钢弦此时的温度进行温度补偿，得到振弦传感器内钢弦的实时应变ε，进而得到待测结构体的实时应变ε_s；

步骤二具体实现方法如下，

步骤2.1、向振弦式传感器输出扫频激励信号，激励传感器内钢弦共振；

步骤2.2、等待共振信号波形稳定后，记下之后预设的几个波形周期，由记录下的周期计算出波形的平均频率作为振弦式传感器内钢弦的当前共振频率；

步骤2.3、根据步骤2.2计算出的振弦式传感器内钢弦的当前共振频率，查表得到信号处理电路模块对应不同频率信号的输出相移，依照与振弦式传感器内钢弦的共振信号同频率同相位的原则输出复激励信号；

步骤2.4、在步骤2.2共振波形信号稳定后，同时采集振弦式传感器内钢弦振动时切割磁感线产生的电动势信号以及温度，即得到钢弦的共振信号及温度补偿所用的温度数据；

步骤2.5、重复步骤2.2-2.4，维持振弦式传感器中的钢弦以其固有频率稳定共振，持续采集钢弦的共振信号和温度数据；

步骤三具体实现方法如下，

步骤3.1、对步骤二采集的振弦式传感器内钢弦的共振信号加窗；

步骤3.2、对步骤3.1加窗后的信号进行快速傅里叶变换；

步骤3.3、在步骤3.2得到的幅值谱中，选取具有最大幅值点的谱线及其两侧的谱线；记下最大幅值点的谱线及其两侧的谱线对应的频率和幅值；

步骤3.4、使用基于幅值比的插值算法对步骤3.3得到的频率和幅值进行处理，即能够估算出当前时段所采集信号中幅值最大的信号分量的频率，作为传感器内钢弦的实时共振频率；

步骤四具体实现方法如下：

步骤4.1：步骤三求出的振弦式传感器内钢弦的实时共振频率为步骤二得到的振弦式传感器内钢弦此时的温度为T，未对传感器施加外力时振弦传感器内钢弦的共振频率为f₀，选定f₀时测得振弦传感器内钢弦的温度为T₀，所用传感器标定的常值系数为k_s，振弦式传感器内钢弦所用材料的常数值热膨胀系数为α，被测结构体的热膨胀系数为β；

步骤4.2、根据步骤4.1中的T、f₀、T₀、k_s、α、β，带入频率与应变变换公式即求出振弦式传感器内钢弦的实时应变ε；

步骤4.3、根据步骤4.2得到振弦传感器内钢弦的实时应变ε，对大型结构体进行受力分析得到振弦传感器内钢弦的应变ε与待测结构体的应变ε_s之间的关系，进而通过振弦传感器内钢弦的实时应变ε得到待测结构体的实时应变ε_s；

步骤3.4所述基于幅值比的插值算法公式为，

其中，

为所求的实时共振频率，即当前时段所采集信号中幅值最大的信号分量的频率估算值，

n_m为FFT变换结果中具有最大幅值点的谱线的序数，

Δf为频率分辨率，即相邻两条谱线间隔，

S[n_m]为FFT变换结果中具有最大幅值点的谱线对应的幅值；

S[n_m-1]为FFT变换结果中具有最大幅值点的谱线左侧的谱线对应的幅值；

S[n_m+1]为FFT变换结果中具有最大幅值点的谱线右侧的谱线对应的幅值。

2.如权利要求1所述的一种基于振弦式传感器的动态数据测量方法，其特征在于：步骤3.1所述的加窗选加汉宁窗。