[发明专利]基于超声回波包络建模的悬索桥索夹螺杆轴力识别方法

权利要求书

1.一种基于超声回波包络建模的悬索桥索夹螺杆轴力识别方法，其特征在于，其包括步骤：

根据螺杆轴力与纵波波速的线性关系，建立螺杆轴力计算公式；

制作悬索桥索夹螺杆样件，依次标定螺杆应力系数和螺杆温度系数，并代入所述螺杆轴力计算公式；所述螺杆样件的几何参数及材料参数与待测螺杆一致；

根据所述螺杆应力系数和螺杆温度系数的标定过程，设定高斯回波包络模型的各参数阈值；所述各参数阈值包括幅值参数阈值、尺度参数最小阈值、尺度参数最大阈值和确定系数阈值；

在待测螺杆端面施加超声波激励，得到所述待测螺杆的回波信号，采用小波阈值降噪对所述回波信号进行降噪处理；

对降噪后的回波信号f(t)进行Hilbert变换，得到：

进而得到回波包络信号：

采用最小二乘法对所述回波包络信号建立待测螺杆高斯回波包络模型；

测量待测螺杆的温度和夹持长度；

所述待测螺杆高斯回波包络模型为：

其中，为待测螺杆高斯回波包络模型的函数表达式；a为幅值参数，用于反映信号能量；b为时间参数，用于反映信号能量峰值时刻；c为尺度参数，用于反映模型形状；

当所述待测螺杆高斯回波包络模型的幅值参数大于所述幅值参数阈值，其尺度参数大于所述尺度参数最小阈值且小于尺度参数最大阈值，以及其确定系数大于确定系数阈值时，获取所述待测螺杆高斯回波包络模型的时间参数作为所述待测螺杆的回波声时，并将其带入所述螺杆轴力计算公式，得到待测螺杆轴力；

所述螺杆轴力计算公式为：

其中，E为螺杆弹性模量，A为螺杆截面积，L₀为螺杆夹持长度，K_s为应力系数，K_t为温度系数，为声时差，S为螺杆的回波声时，S₀为螺杆的无应力声时，T为螺杆温度，T₀为基准温度。

2.如权利要求1所述的基于超声回波包络建模的悬索桥索夹螺杆轴力识别方法，其特征在于，所述标定螺杆应力系数具体包括：

在基准温度下，对所述螺杆样件进行逐级张拉，并在每个张拉状态下分别对所述螺杆样件端面施加超声波激励，得到每个张拉力对应的回波声时；

根据所述螺杆样件的无应力声时，计算每个张拉力对应的声时差；

对所述张拉力与声时差进行线性拟合，通过线性拟合的斜率得到所述螺杆应力系数；

标定螺杆温度系数具体包括：

在非基准温度下，对所述螺杆样件进行逐级张拉，并在每个张拉状态下分别对所述螺杆样件端面施加超声波激励，得到每个张拉力对应的回波声时；

根据所述螺杆样件的无应力声时，计算每个张拉力对应的声时差；

对所述张拉力与声时差进行线性拟合，通过线性拟合的斜率以及所述螺杆应力系数，得到所述螺杆温度系数。

3.如权利要求2所述的基于超声回波包络建模的悬索桥索夹螺杆轴力识别方法，其特征在于，对所述螺杆样件进行逐级张拉，并在每个张拉状态下分别对所述螺杆样件端面施加超声波激励，得到每个张拉力对应的回波声时，具体包括：

对所述螺杆样件进行逐级张拉，并在每个张拉状态下分别对所述螺杆样件端面施加超声波激励，得到每个张拉力对应的回波信号，采用小波阈值降噪对每个回波信号进行降噪处理；

对每个降噪后的回波信号进行Hilbert变换，得到螺杆样件的每个张拉力对应的回波包络信号，

采用最小二乘法对螺杆样件的每个回波包络信号分别建立螺杆样件高斯回波包络模型；

将所述螺杆样件的每个螺杆样件高斯回波包络模型的时间参数分别作为对应张拉力的回波声时。