小波变换在缆索张力测量中的应用研究

　　引　言

　　索力测量方法有多种,如油压表读数法、传感器读数法、频率法、三点弯曲法等等。现有的这些方法测量系统复杂,测试结果易受环境及外界因素影响。作为一种索力测试新方法,波动法在国外工程中已被广泛用来测定高压输电线、矿井提升机和架空索道等缆索的张力。国内已成功地用在斜拉桥施工钢索张力的测定,并逐步在高压输电线路工程中采用[1]。文献[2]还应用它来识别索的损伤位置和大小。波动法根据应力波在缆索中传播速度与索张力的关系来确定索力,只需力锤敲击,激起应力波,由测出的应力波传播图即可分析得出结果。实际测量　　中,缆索处于自然激励或工况激励之下,振动噪声有时会大于被测应力波信号,尤其是当缆索外包有防护层时,波形衰减很快,限制了波动法的应用。因此,　寻找一种良好的滤波方法将应力波从被随机振动干扰的信号中提取出来就显得尤为重要。

　　利用小波的多尺度分析进行信号滤波是近年来才兴起的技术,它能同时在时频域中对信号进行分析[3]。小波变换的本质是计算被分析信号波形与小波波形的局部相似程度,对信号选择不同小波进行变换会产生不同的结果。本文利用小波函数和索横向脉冲响应函数的相关系数选取合适的小波,同时根据噪声在多尺度分解下的传播特性,对每一层采用不同的软阈值去噪方法把应力波从干扰中提取出来。实验结果表明,采用本文的方法能滤去大部分噪声,从信号传播图中可以清晰地辨识入射波和反射波的波峰。

　　1　波动法基本原理及其检测方法

　　被一定张力S张紧而安装在两支承点间的架空缆索,就如同完全弹性体的弦一样,敲击后即产生振动,其振动波沿弦两边传播,碰到另一端的障碍便反射回来。设弦线密度为ρ,以v表示振动波沿线传递的速度,可得到张力的计算公式

　　为了确定弦的轴向张力S,可以先通过测定在缆索中传播的波速,从而由式(1)计算出索的张力。波动法测张力的检测系统一般由测量、采集和计算机三大部分构成。图1为实际工程测量框图。在本文实验中,OO′是一段直径为12 mm,长为4.55 m的钢绞线,在靠近固定端O的A点处横向安装一只加速度传感器,并由它测出应力波的走时时差tOA,加速度计所测得的应力波传播信号经采样频率为50 kHz的高速A/D采集卡数字化存于计算机中。

　　为了避免缆索的另一端O′产生的反射波的干扰,一般取A点远离缆索的另一固定端O′。但为了使时差的测量能有较高的精度,则希望在满足上述条件的前提下尽可能将O和A之间的距离LOA取得大一些。在实验中,LOA取为1.6 m.