[发明专利]一种基于关联分析法的结构状态监测和评估方法

说明书

本发明公开了一种基于关联分析法的结构状态监测和评估方法，包括根据结构的实际情况布置传感器测点、调试数据通路和采集传感器信号，并按程序框图进行数据处理。其主要机理是利用静态监测传感器对结构物的状态进行监测和评估，通过监测结构物的状态是否发生了变化，进而找到一个能够反映结构物物理状态的特征量，本发明不需要辨识出结构物的模态参数；通过理论推导和实际测量数据的分析比较，对传感器进行关联分析就能反映结构物的物理状态，从而大大提高了对结构物状态监测和评估的效率以及准确率。

技术领域

本发明涉及结构健康监测技术领域，具体为一种基于关联分析法的结构状态监测和评估方法。

背景技术

随着国民经济的发展，我国基础建设步伐也不断加快，相应的结构安全问题也越来越受到人们的关注，结构物结构的安全性得到了普遍的重视。

按照相关规范，结构物安全的责任方需要定期组织专业人员对结构物进行检测并评定出结构物的安全等级，其检测方法主要是根据现场勘查的结果进行打分评定，这种做法很大程度上依赖评定者的主观因素。为了减小人的主观性，增加安全评估的准确性，目前在结构物检测中，有一些采用了现代光学、超声波、电磁等技术手段对结构物的力学性能和工作性能进行检测，但这些技术只能提供局部的检测和诊断信息，而不能提供整体和全面的结构健康检测和评估信息，并且这些检测方法很难能够做到在线的连续实时监测。

在诸多结构安全评估方法中，模态分析法是最为典型的一种方法，它是通过测量振动情况得出相应结构物的数学模型参数，具体做法是，利用某种特定形式的激励（如标准载荷或锤击的脉冲激励、随机载荷的白噪声激励等），迫使结构物产生振动；由于激励源是特定形式的，它的频谱值可以认为是已知的，这时只要检测结构物的振动输出响应，就可以辨识出结构物的传递函数，进而就能得到结构物的模态参数（模态质量、模态刚度、模态阻尼等）。因为模态参数是实际结构物的数学模型参数，它完全反映了实际结构物的物理状态，通过对模态参数的连续监测就能对结构物的安全状态进行评判。

由于得到了数学模型参数，模态分析法除了能够对结构物进行状态评估外，它还能对结构物的设计指标、施工质量等进行验证。事实上，检验结构物是否满足工程设计指标是提出模态分析法的初衷，而状态评估反而是附带的一个功能。

尽管模态分析法能够得到结构物的模态参数，但这一方法在工程实施时比较繁琐，一方面，它需要用到较繁杂的数学变换，不利于在线实时监测；另一方面，它对系统硬件要求相对较高（需要安装较多的加速度传感器或应变传感器才能相对准确的结果）。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于关联分析法的结构状态监测和评估方法，以解决上述背景技术中提出的现有监测系统计算繁琐、对硬件要求高的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于关联分析法的结构状态监测和评估方法，包括以下步骤：

S1：根据结构的实际情况布置传感器测点；

S2：调试数据通路；

S3：采集传感器信号，访问数据库，获取传感器数据；

S4：定义采样周期，数据处理窗口大小；

S5：根据窗内数据的均值、方差，判断数据是否过大或过小；

S6：对数据分别进行互相关分析和自相关分析，判断评估结构状态。

优选的，所述步骤S6中互相关分析方法包括：先融合各传感器的互相关性分析结果，并评判传感器本身的数据质量，再根据融合结果对结构状态进行评估。

优选的，所述步骤S6中自相关分析方法即用于评判传感器本身的数据质量。

优选的，所述方法依据的相关性准则为：取绝对值后，0-0.1为没有相关性；0.1-0.3为弱相关性；0.3-0.5为中等相关；0.5-1.0为强相关。