[发明专利]基于EMD分解的准静态长标距应变提取方法

说明书

本发明公开了一种基于EMD分解的准静态长标距应变提取方法，包括：提取结构单元的应变时程；对提取出来的应变信号进行EMD分解，分解出若干个本征模态函数IMF及一个无法再继续分解的残余分量；对分解后的各阶IMF分量进行频谱分析，获取特征频率低于基频的IMF分量及残余分量；将特征频率低于基频的IMF分量及残余分量进行相加，得到结构单元的准静态应变时程。本发明采用基于EMD技术对长标距应变信号进行动静态应变分离，提取结构单元的准静态长标距应变时程，可对移动荷载进行更准确的识别，同时也可对监测结构进行快速的损伤评估。

技术领域

本发明属于结构振动分析领域，具体涉及一种基于EMD分解的准静态长标距应变提取方法。

背景技术

随着信号处理技术的发展，基于信号处理的损伤识别及荷载识别方法在结构健康监测领域得到了迅速发展，现有的信号分离分析技术包括了傅里叶变化、短时傅里叶、小波分析及经验模态分析等。

目前长标距应变传感器在结构健康监测体系中得到了广泛的应用，其主要优点在于它不同于传统的点式应变计，点式应变计只能监测某一点的应变响应，而长标距应变传感器可以获得一段标距内的结构平均响应。同时在监测的过程中，由于监测的目标不一致，有的侧重于损伤识别，有的侧重于荷载识别。但是不论是哪一种监测目标，现场所采集的数据都不可避免的掺杂了环境变化因素，如果我们直接对信号进行分析，很可能会导致监测的数据严重失真，从而不能获取结构真实的状态。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种基于EMD分解的准静态长标距应变提取方法，本基于EMD分解的准静态长标距应变提取方法采用基于EMD技术对长标距应变信号进行动静态应变分离，提取结构单元的准静态长标距应变时程，可对移动荷载进行更准确的识别，同时也可对监测结构进行快速的损伤评估。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

基于EMD分解的准静态长标距应变提取方法，包括以下步骤：

(1)提取结构单元的应变时程；

(2)对提取出来的应变信号进行EMD分解，分解出若干个本征模态函数IMF及一个无法再继续分解的残余分量；

(3)对分解后的各阶IMF分量进行频谱分析，获取特征频率低于基频的IMF分量及残余分量；

(4)将特征频率低于基频的IMF分量及残余分量进行相加，得到结构单元的准静态应变时程。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述步骤(1)具体包括：

通过数值模拟对结构单元的两个节点的转角时程进行数据采集，通过转角时程与应变时程的关系，计算出结构单元的长标距应变时程。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述的计算出结构单元的长标距应变时程的计算公式为：

式中，h_m为长标距应变传感器粘贴位置距离结构中性轴的距离，L_m为结构单元的长度，θ_i(t)，θ_j(t)分别为结构单元的两个节点的转角时程。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述的步骤(2)具体为：

(1)找出原始应变信号所有的极大值点并将其用三次样条函数插值成为原数据序列的上包络线V₁(t)；找出信号所有的极小值点并将其用三次样条函数插值成为原数据序列的下包络线V₂(t)，求出其上包络线和下包络线的平均值m₁(t)：

(2)将原数据序列减去平均包络m₁(t)后即可得到一个去掉低频的新数据序列：