[发明专利]用于减小结构阻尼比识别的不确定性的传感器布置方法

说明书

本发明涉及一种用于减小结构阻尼比识别不确定性的传感器布置方法，用于土木工程结构健康监测，其特征在于，包括：阻尼比的后验概率密度函数和基于信息熵的传感器布置；所述阻尼比的后验概率密度函数，用来描述阻尼比识别的不确定性；所述基于信息熵的传感器布置，提出信息熵准则量化阻尼比参数识别的不确定性，通过信息熵准则利用顺序算法以指导传感器的布置。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种用于土木工程结构健康监测中 减小结构阻尼比识别的不确定性的传感器布置方法。

背景技术

结构阻尼比反映了结构的耗能减震性能，体现在结构的振动衰减过程当中。 在对结构进行性能评估时，需要依据结构各阶次阻尼比，来分析结构的耗能情 况，判断高阶次模态参与振动情况。在结构运营过程中，利用测量数据识别结 构的各阶阻尼比时，测量噪声会引起识别的阻尼比和真实阻尼比之间的偏差。 不同的分段采样数据，进行多次阻尼比识别，会得到不同的结果，就是结构阻 尼比识别的不确定性。传感器布置是结构健康监测的重要环节，传感器获取监 测数据的质量直接影响着结构阻尼比识别的效果。在传感器数目有限的前提下， 通过合理选择布置传感器的位置，可以获得更多、更好的测量数据。通过传感 器位置的优化选择后，利用测量数据进行结构阻尼比的识别时，可以有效降低 识别结果的不确定性，提高识别精度。

目前传感器布置方法较多针对加速度(位移)传感器的布置，这些方法均 能够很好地应用于结构模态参数信息的获取上。已有针对结构模态识别的传感 器布置方法，大都基于结构的模态坐标的识别：使得模态矩阵独立可区分的有 效独立法；综合考虑质量阵和模态矩阵的模态动能法；量化模态坐标识别不确 定性的时域信息熵方法。但是，这些传感器布置方法的理论框架，未考虑测量 噪声这类误差因素对于结构阻尼比参数识别的影响，并不适用于结构阻尼比的 识别。本发明提出的传感器布置方法，适用于结构运营情况下结构阻尼比参数 的识别，可有效减小结构阻尼比识别的不确定性，在结构健康监测中有着很高 的工程实际价值和重大的研究前景。

发明内容

为了更好地解决现有技术中的存在的问题，本发明提出了一种用于减小结 构阻尼比识别的不确定性的传感器布置方法。

本发明采用一种用于减小结构阻尼比识别不确定性的传感器布置方法，用 于土木工程结构健康监测，其特征在于，包括：阻尼比的后验概率密度函数和 基于信息熵的传感器布置；所述阻尼比的后验概率密度函数，用来描述阻尼比 识别的不确定性；所述基于信息熵的传感器布置，提出信息熵准则量化阻尼比 参数识别的不确定性，通过信息熵准则利用顺序算法以指导传感器的布置。

进一步，所述阻尼比的后验概率密度函数，采用离散测量响应进行数据采 样；因测量噪声的影响，离散的测量响应表示为如下形式：

式(1)中为传感器位置选择矩阵；N_L为测点的自由度；N_d为结 构的总自由度；是传感器所测得的结构响应；n表示离散采样时刻， 即在t＝nΔt时刻的采样，其中Δt表示采样间隔；是所需识别的结构阻尼 比，ζ＝{ζ_i,i＝1,2,…,N_m}，ζ_i表示结构的第i阶阻尼比；N_m为结构参与振动模 态阶数；是结构的真实响应；是测量值和真实值之间的 误差。

进一步，所述阻尼比的后验概率密度函数，对离散测量响应采样数据进行 离散傅里叶变换；

对离散采样数据通过将式(1)代入进公式Y_N＝{y(f,n),n＝1,…N}，N为 采样点数，进行离散傅里叶变换得到：