混凝土梁超声信号温湿度干扰去除算法
因具有信息丰富和对介质微弱变化敏感等特点，超声尾波在混凝土结构应力测量方面显示出潜在的工程应用价值，在近年来受到持续的关注。随着研究的深入，温度、湿度等环境因素对超声尾波应力测试结果的影响问题引起了重视，目前已有部分学者对此展开了研究。其中，热偏差控制技术和最优基线选择法是消除温湿度影响最为典型的两种方法，其在实验室条件下的有效性已被证明。然而，这两种方法分别对测试条件的完备性以及数据集的丰富性有着较为严格的要求，后续往实际工程应用发展仍需要解决这些技术难点。因此，有必要进一步研究新的方法以解决上述的温湿度影响问题。 本文从超声尾波数据本身出发，建立一种基于残差矩阵 SVD(Singular Value Decomposition，奇异值分解)的信号干扰去除算法，以期为后续超声应力测试技术的研究创造条件。选题来源于国家自然科学基金项目“基于尾波干涉的混凝土结构应力场非加卸载式测量研究”(批准号：51478072)。论文主要研究工作及结论如下： 1、调研混凝土超声尾波测试技术的研究现状，总结归纳该领域的研究进展以及目前存在的问题，由此提出本文的研究课题，并明确研究的技术路线。重点调研了超声尾波测试受温湿度等因素影响的相关文献，分析前述两种典型解决温湿度影响问题方法的特点。确定了本文利用SVD在信号特征提取方面的优势，建立一种新的算法去除温湿度因素对混凝土超声尾波信号的影响。 2、设计并实施混凝土梁非受力状态下的超声试验，采集受环境温湿度影响的超声信号。在自然变化的室内环境条件下，同时开展邻近位置的两片混凝土工字梁非受力状态下的超声测试，在两个不同的温湿度变化区间(区间Ⅰ：{6.5℃~12.5℃, 65%~90%}，区间Ⅱ：{20℃~27.5℃, 72%~90%})均采集了两组试验数据，每组试验均采集14天的超声尾波信号，测试时同步记录环境温度、湿度数据的变化。 3、检验两片试验梁信号是否受相同干扰源影响，并进一步探讨同源干扰因素的具体来源。通过本文构造的信号波动指标分析两梁测试信号的相关性，以判断两者是否受到同源干扰因素的影响。在此基础上，探究同源干扰因素的具体来源，分别分析了环境温度、湿度对信号波动指标的影响。并从波速变化率的角度对上述分析结果进行验证比较，分析指出信号波动指标的便捷性与有效性。研究结果表明：两片试验梁信号主要受到同源干扰因素影响，环境温度变化是同源干扰因素的主要来源，湿度变化为次要来源。 4、针对超声信号的温湿度影响问题，建立了一种基于残差矩阵SVD的信号干扰去除算法。由测试信号与参考信号的偏差组成信号残差矩阵，对其进行 SVD，提取得到环境温湿度干扰的特征信息(即干扰向量)，并对特征信息的一致性进行检验。由此可利用测试信号与干扰向量的投影关系，将测试信号旋转变换至参考信号所对应的高维方向上，实现信号的温湿度干扰去除。研究结果表明：所建立的信号干扰去除算法可有效去除超声尾波信号中大部分环境温湿度变化干扰成分。
混凝土梁;应力测试;超声尾波;温湿度干扰;信号干扰去除算法
重庆交通大学
硕士
土木工程;桥梁与隧道工程
郑罡
2023
中文
TU37;TU317.3
2023-09-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）