對稱分量法的基本原理精選(九篇)

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第1篇：對稱分量法的基本原理范文

[關鍵詞]電力系統；相量測量裝置（PMU）；廣域相量測量系統（WAMS）

引言

隨著特高壓輸電和“西電東送、全國聯網”工程的建設，我國電網互聯規模越來越大，將引起低頻振蕩，電力市場進程的不斷推進使得某些斷面經常運行在接近于滿負荷或滿負荷狀態，電力系統運行的復雜程度日益增加，電網安全問題日益突出，使得對電力系統的穩定性要求也越來越高。傳統的SCADA／EMS調度監控系統，由于缺少電力系統不同地點之間的基準時間，所以只能用于電力系統的穩態特性分析，難以實現系統的實時動態特性分析。

基于PMU的廣域測量系統（wide　Area　Measurement　System，簡稱WAMS），利用成熟的GPS技術，能夠為全系統提供準確的基準時間，能夠實時地反映全網系統的動態變化，對系統的安全穩定運行起到了重要的作用。

1.廣域電網相量測量系統的發展

國外對于PMU的研究起始于20世紀80年代的美國，1983年美國GPS的出現，為相角測量提供了時鐘精度上的保證。1993年美國研發出了第一臺PMU，標志著同步相量技術的實用化。美國西部電力系統協調委員會（western　System　Coordinating　Council簡稱WSCc）已經基本建成了以PMU為基礎的WAMS，投入了近百個PMU。1997年法國電力公司計劃組建基于PMU的協調防御控制系統。

1995年前后國內開始了對PMU的研究，率先開始該領域研究的是清華大學電機工程系，1997年同黑龍江東部電網合作，安裝了7個PMU。近年，隨著GPS技術和通訊技術的快速發展和不斷完善，

加快了PMU應用的發展，全國各大電網正在實施或已部分完成龐大的WAMS。

2.PMU基本原理及結構

基于全球定位系統（GPS）的相量測量單元PMU具有傳統數據采集系統的功能，即對電流、電壓等電氣量的幅值和頻率的采集，同時還具有傳統數據采集系統無法實現的功能：對相角的采集。

圖1是基于GPS的PMU基本原理結構圖，其基本原理為：GPS接收器接收來自衛星的信號，輸出1pps（1個脈沖每秒）信號給鎖相振蕩器，鎖相振蕩器用分頻方法將其劃分成采樣脈沖，對輸入模擬量進行同步采樣，采樣值經濾波器處理然后傳送給模數轉換器A／D，轉換后的數字信號傳送給微處理機，用快速傅里葉算法計算出基頻相量，用對稱分量法將三相向量變換為三序相量，最后PMU將正序分量、時間標記等傳送給調度中心。

3.廣域電網相量測量系統的應用

基于PMU的廣域測量技術發展迅速，近年來已經在很多方面得到了應用，主要包括電力系統狀態估計、低頻振蕩在線監測、動態監測和廣域保護。

3.1狀態估計

現如今的狀態估計是能量管理系統（EMS）的基本內容，它根據sCADA采集到的電壓、電流等電氣量的幅值和頻率的測量值，用迭代方法求解非線性方程組，求得系統狀態變量的最佳估計值。電力系統的安全約束調度、靜態穩定性分析和暫態穩定性分析都依賴于狀態估計的結果，若能直接測量相角，將大大提高狀態估計的速度和精度，但由于沒有統一的基準，相角測量難于實現。隨著全球定位系統（GPS）的發展使相角測量得以實現。同步相量測量單元PMU借助于GPS技術，直接測得系統各節點的電壓幅值和相角，狀態方程中的雅各比矩陣就變成了常數矩陣。應用同步相量測量技術所得到的是電網匯總所有廠、站的正序相量，而且是確切的同步測量結果，如果不考慮壞數據，則不需要再次進行狀態估計，這不僅提高了狀態估計的迭代收斂速度，而且提高了結果的精度。

3.2低頻振蕩在線監測

隨著我國各大電網的互聯，低頻振蕩成為電力系統中的嚴重問題，因此，必須對平時的小干擾振蕩進行連續統計分析，從而了解當前電網經常發生振蕩的頻率和阻尼特性，便于提前發現電網的薄弱點，有利于調整控制系統參數，及早制定校正控制預案，合理安排運行方式，有效的遏制大規模低頻振蕩的發生。

電力系統的低頻振蕩的頻率波動范圍一般為0.1-2.0Hz，當此范圍內存在較強的負阻尼或弱阻尼時，WAMS要能夠及時發出告警信息，并在區域圖上標明異常地方，給數據平臺發送觸發信號，記錄當前的實時數據，用于低頻振蕩的在線監測和分析。因此，只有WAMS能夠提供統一的實時數據，才能實現低頻振蕩的在線分析。

數據經過中央處理器的處理，根據結果快速判別發生振蕩的機組，最后對現象進行分析，得出有用信息。

3.3動態監測

傳統的SCADA／EMS系統無法實現系統的實時動態監測，是因為無法實現全網各節點電壓相角和各發電機功角的測量，相角是判斷電力系統穩定的重要參數，而PMU采用成熟的GPS技術實現了相角的直接測量，極大地改善了系統暫態穩定的預測及控制。當故障時，調度中心可根據各個節點的實時相角數據，分析發電機功角的變化情況，通過功角的變化趨勢來預測哪個機組可能失穩并采取相應的對策，如切機、切負荷、解列等，以防止事故的進一步擴大：也可以用來進行就地控制，如勵磁、調速、電容器的接入等。

3.4廣域保護

廣域保護系統的核心思想是：當系統發生故障時，快速隔離故障，保證系統在故障切除后能夠安全穩定的運行。不同于傳統的繼電保護只是通過開關的通斷實現故障的切除，保證單個設備的安全，廣域保護需要全網的無功、電壓等信息，分析系統的當前運行狀態，采取必要的措施，保證整個系統的穩定。

近年來WAMS系統迅速發展，除了以上高級應用外，WAMS還在其他很多方面像模型的有效性評估、阻尼控制、電壓穩定性控制、線路參數估計以及頻率控制等有著極其廣泛的應用。如今智能電網的廣泛研究給WAMS帶來了更大的發展空間和應用方向。

第2篇：對稱分量法的基本原理范文

【關鍵詞】PMU；WAMS；廣域相量測量；應用技術

1、前 言

同步相量測量裝置PMU是1980年首次提出的。隨著GPS在民用領域的應用，PMU應運而生，而全球發生的幾次大電網事故推動了PMU和基于PMU的WAMS(Wide Area Measurement System)同步相量測量技術在系統中的應用。工程技術人員可以根據PMU提供的精確相量數據，確定系統故障的一系列事件的先后順序，確定導致系統故障的原因和故障點。現場試驗及研究結果表明：WAMW技術在電力系統穩定預測與控制、狀態估計與動態監視、繼電保護、模型驗證、故障定位等有著廣泛的應用前景

2、PMU的主要技術問題

PMU要求同步對時誤差不超過1?s，相量幅度誤差小于0.2％，角度誤差不過0.2度，頻率測量為45－55Hz，誤差不超過0.005Hz，能連續記錄14天的數據，最快100Hz。GPS信號丟失時能自動守時，GPS失鎖60分鐘，誤差不超過55?s，按照標準協議傳送動態數據。PMU的主要技術問題包括同步采集和相量計算。

2.1同步采集

典型的PMU的結構如圖2-1所示，基本原理為：鎖相振蕩器將GPS接收器給出1pps信號分成一系列脈沖用于采樣，交流信號經過濾波處理后經A/D模數轉換器量化，再經過微處理器進行離散傅立葉變換計算出相量。微處理器也可以采用對稱分量法計算出正序相量。PUM裝置按照一定的標準將時間標記、正序相量等裝配成報文，傳送到遠端的數據集中器。收集來自各個數據集中器的PMU信息，為全系統的保護、控制和監視提供數據。

2.2相量計算

相量測量算法主要有離散傅立葉變換法(DFT)、過零檢測法等。

2.2.1 過零檢測法

過零檢測法只需將被測工頻信號的過零點時刻，與某一標準時間相比較即可得出相角差，是比較直觀的一種同步相量測量方法。對于50Hz的工頻信號，子站和參考站的電壓相角差為若要在每一個周波內都能進行相位比較，提高相角測量的實時性，則需要以GPS的1PPS為基準，由WAMS的CPU內的精確晶振時鐘建立標準的50Hz信號，由CPU在電壓過零點時打上時間標簽，再求出各個節點電壓相對于標準的50Hz信號的相角差。過零檢測法原理比較簡單，易于實現，但其易受諧波、噪聲和非周期分量的影響，精度不高，實時性不好，需要與其他技術手段結合使用。

2.2.2 離散傅立葉變換法

DFT是在電力系統相量計算中應用最廣泛的算法之一。DFT有濾波功能，可以準確地求出信號中的直流分量、基波分量和各次諧波分量，計算精度不受直流分量和諧波分量的影響。

N為每周波的采樣點數，X為相量的有效值 ，為采樣值。這種相量計算方法能消除整次諧波分量的影響，但是要求在相量計算之前，對輸入信號進行低通濾波處理，防止頻域混疊現象的發生。

DFT相量計算，要求采樣頻率為基波信號周期的整數倍。信號頻率與采樣頻率不同步時周期采樣信號的相位在始端和終端不連續，會出現頻率泄漏，進而造成計算的誤差。定間隔采樣法和等角度采樣法能減小這種不利影響。

2.2.3數字微分法

數字微分法利用正弦量的特性，差分后可將信號頻率轉化為系數，經過求商約去時域變量后得到相量計算式。數字微分法實質上基于拉格朗日插值曲線擬合法和數字微分。數字微分法計算量小、精度高、耗時短，但該算法不具備抗干擾能力，使其應用范圍有一定的限制。數字微分法通過選取恰當的數據間隔，一定程度上能夠抑制諧波的干擾，但是對于隨機干擾和非周期分量卻難以獲得好的結果，仍然需要濾波處理。

2.3影響測量準確度的因素

系統的頻率并非固定不變的，信號為非工頻信號時，使固定的采樣窗口與信號周期不一致，需要對非工頻信號進行誤差補償，否則對相量測量單元的準確度造成一定的影響。系統中的諧波也會對PMU裝置測量的準確度造成影響，當相量計算方法采用DFT時可消除整數次諧波，起到一定的濾波作用。此外，暫態畸變也會影響PMU的相量測量的精度。

3、PMU在電力系統中的應用

1993年美國的工程技術人員研制出第一臺PMU裝置，標志著同步相量測量技術在電力系統的實用化，使同步相量測量技術的推廣應用上升到一個新的階段。隨著各大電力公司和科研機構對PMU的應用研究和工程實施的迅速開展，基于PUM的同步相量測量技術在電力系統保護、電力系統控制、電力系統監測方面將會有廣闊的應用前景。

3.1動態過程監測和記錄

3.1.1電力系統故障錄波

早期通信信道傳輸能力較低且價格昂貴，最初PMU幾乎唯一的應用就是故障錄波，目前故障錄波仍然是PMU最基本的也是非常重要的一個應用。它包括常規保護的故障錄波和擾動情況下系統的行為錄波。

3.2系統低頻振蕩監測、辨識與抑制

電力系統的低頻振蕩問題已成為制約電網傳輸能力和危及電網安全穩定運行的最主要因素之一。基于PMU的WAMS能夠對電力系統動態過程進行在線同步測量，能夠快速測量與發電機機電暫態密切相關的測量量，如發電機的功角、角速度、內電勢和母線電壓等，并將信息及時地傳送到調度中心，為實現全網在線分析低頻振蕩提供了信息平臺。WAMS根據辨識結果配置PSS參數，有效地抑制低頻振蕩。系統運行人員從中獲知電網經常發生的阻尼特性、振蕩的頻率及其相關機組，提前了解當前電網存在的主要振蕩問題，調整控制系統參數、合理安排運行方式，并提前制定校正控制預案。

4、結語

基于PMU的廣域相量同步測量技術還是一種新生事物，在電力系統中必將有廣闊的發展前景，PMU/WAMS將會有更大的發展空間。智能調度是智能電網的中樞，廣域相量測量技術是實現智能電網的基礎，也是保證電網安全的重要手段。智能控制是智能電網的重要的環節之一，基于PMU的WAMS系統是智能控制得到保證的關鍵。為實現中國堅強型智能電網的宏偉目標，WAMS將是其重要的組成部分。

參考文獻

[1]彭海.基于廣域網的電力系統自適應保護研究[D].西南交通大學碩士論文, 2006.

第3篇：對稱分量法的基本原理范文

基于環境激勵信號的橋梁結構響應在線檢測系統，利用高靈敏度三分量寬頻帶地震計，連續監測北京市四座典型在役橋梁在自然荷載作用下的微弱振動信號，分別利用峰值法和互相關函數法獲得了在役橋梁結構不同方向上的頻譜特征及其結構響應特征。結果表明：（1）三分量地震計能夠準確可靠地連續記錄寬頻帶范圍內的環境激勵的微弱振動信號，非常適用于構建新型的橋梁結構響應檢測系統；（2）峰值法和互相關函數法都能夠可靠地識別多階橋梁模態頻率，互相關函數法的識別結果更為穩定；（3）橋梁的模態頻率受橋梁結構、材料、環境溫度等多種因素影響，橋梁不同方向的固有振動頻率不同，不同類型的橋梁的結構響應也存在顯著差異。該橋梁結構響應檢測技術為在役橋梁實時健康診斷打下了基礎。關鍵詞：

橋梁結構響應；環境激勵信號；頻譜特征；模態分析

中圖分類號：V442文獻標識碼：A文章編號：1000-0666（2016）03-0519-07[HJ]

0引言

橋梁是重要的現代交通基礎設施，對于加強地區文化交流、促進社會經濟發展具有重要作用。在長期的使用過程中，由于環境侵蝕、材料老化等原因，橋梁存在著不同程度的損傷和功能失效的隱患。地震、颶風、洪水等自然災害、以及超限機動車、履帶車、鐵輪車等經過橋梁都有可能誘發橋梁倒塌，從而造成巨大的經濟損失（陳莉，2012）。近實時地監測橋梁損傷狀態，對橋梁的健康狀況進行綜合評估，是預防災難性橋梁事故，確保橋梁安全可靠運行的重要方面。因此橋梁安全健康檢測對于保障大型橋梁的安全性和適用性具有非常重要的意義。

長期以來，人們對于大跨橋的安全檢測以人工方法為主（宋雨，2003），檢查方式具有一定的主觀性，并且檢查周期長，難以實時地對橋梁的健康狀況進行綜合評估。另一種檢查方式是用儀器和損傷識別技術進行自動損傷識別，然而目前檢測技術還有待完善，缺乏統一的定量損傷指標，亟需發展新型的檢測技術和方法。

振動模態參數（頻率、振型和阻尼等）是決定結構動力特性的主要參數，具有簡明、直觀和物理概念清晰等優點（趙駿，2008）。準確識別橋梁結構模態參數及其變化，對于橋梁健康監測和綜合評價具有重要作用。固有頻率是結構動力學特性的重要參數，能反應結構自身屬性和狀態，同時也是結構模B參數中最容易獲得的參數。結構發生損傷會導致頻率降低，這一現象直接推動了與頻率相關的敏感參數在結構識別中的應用（雷理，2012）。Cawlye和Adams（1979）最早利用頻率數據對結構進行損傷識別，通過特征值對結構物理參數的靈敏度分析，得出結論：結構發生損傷后的任意二階模態頻率之比僅是破損位置的函數，與損傷大小無關（李睿，2009；楊樂杰，2012）。Stubbs等（1991）研究了利用共振頻率識別結構損傷的靈敏度方法，通過單元損傷指標的靈敏度分析，使用了廣義逆方法進行了結構損傷定位研究。Heam和Testa（1990）指出，結構損傷后，各階頻率變化按與最大頻率變化歸一化后，任意兩階頻率變化的比值，是結構損傷位置的函數。Penny等（1994）和袁穎（2005）對結構的各種損傷情況進行了數值模擬，計算出由于模擬損傷引起的結構頻率變化，然后用最小二乘法來擬合模擬頻率變化和實測頻率改變，認為擬合誤差最小的損傷情況是結構的實際損傷狀態。Salawu（1997）評述了土木工程領域應用固有頻率作為診斷參數的結構評估方法，對損傷頻率變化間的關系以及限制振動測試在損傷識別中的應用可能因素進行了討論。其結論表明：基于固有頻率的損傷識別方法對結構的常規評估是有用的，但也存在一些局限性。應用頻率進行損傷識別，當損傷發生在低應力區域時可能是不可靠的，另外，兩個不同位置程度相似的損傷可能引起相同的頻率改變。僅根據固有頻率的變化確定結構損傷的位置可能是不充分的（焦莉，2006）。

環境激勵下的模態參數識別由于不需要外部激勵設備且不影響正常交通，已經成為大型橋梁模態參數識別的主要方法（秦世強等，2012）。目前常用的方法包括時域法、頻域法和時頻分析法。頻域法識別方法發展較早，主要包括峰值法和頻域分解法，主要是通過傅里葉變換將時域數據轉換到頻域內，由振幅譜或功率譜密度的峰值確定模態參數。頻域法的物理概念清晰，簡單快捷，在模態分析中得到廣泛應用（杜權，2009）。時域識別法直接利用時域內的數據建立方程，進而求解結構的模態參數。時域法能夠避免頻域識別法因傅里葉變換所帶來的誤差（如頻率分解、泄漏和混淆現象等），一般能得到較精確的辨識結果，近年來逐漸成為研究熱點，主要有序列分析法、隨機減量法、NExT方法、隨機子空間法等（聶雪媛，丁樺，2012）。

本文實驗中，筆者選取北京市區4座典型的大型在役橋梁為監測實驗對象，在橋面上布置多個高靈敏度三分量寬頻帶地震計，連續監測橋梁受到車輛行駛、風載、氣壓等自然荷載激勵的微弱振動信號。采用功率譜密度以及地震學中干涉測量方法，獲得大型橋梁多階模態頻率，精確識別低階模態頻率，為將來橋梁結構動力特性檢測和結構健康診斷打下基礎。

1監測設備與實驗橋梁

監測實驗采用高靈敏度三分量寬頻帶地震計Guralp CMG-6TD。與常用的加速度傳感器及普通

的速度傳感器相比，CMG-6TD地震計具有靈敏度高（2 000 V/m/s）、頻帶寬（003～100 Hz）、監測動態范圍大（138 dB）、自噪聲低等優點，并且能夠同時記錄3個分量的振動信號。CMG-6TD地震計體積小、功耗低、攜帶安裝簡便，不需要開解鎖，通電即開始工作，便于野外流動觀測，廣泛應用于流動地震觀測、火山監測等科學研究，筆者將該類型寬頻帶地震計應用于橋梁監測中，記錄環境激勵下的微弱振動信號，分析其結構響應特征。

參與實驗的橋梁分別是魯疃西路大橋、昌平南環大橋、順義潮白河大橋和百葛立交橋，表1中列出4座橋梁的基本特征。以魯疃西路大橋為例，對監測系統的布設方式進行說明。魯疃西路大橋位于北京市昌平區北七家未來科技城，橋身南北走向，全長568 m，橋面寬45 m。筆者在該橋橋面東側的人行道上布置了8臺地震計，臺站間距約為100 m（圖1a）。圖1b為橋梁監測實驗中架設的地震計，塑料桶用于保護地震計，以減少風等因素對地震計的干擾。所有地震計都利用GPS進行時間同步，地震計的采樣率200 Hz，記錄方式為連續記錄，每座橋梁的監測時間為4～30 h。

本文采用了2種信號處理方法，一是利用常規的峰值法識別模態頻率，二是采用背景噪聲互相關函數識別模態頻率。背景噪聲互相關的基本原理是，在隨機散射場的條件下，2個傳感器記錄信號的互相關函數是兩點之間的格林函數。橋梁可以看成一塊薄的平板，導波在其中的傳播取決于平板的幾何形狀以及平板的力學性質，如彈性模量等。盡管背景噪聲互相關函數不一定收斂到格林函數，但是其仍然對介質狀態非常敏感，有可能被用來監測結構健康狀態。通常，我們利用導波的波速和衰減這2個物理量來刻畫結構的健康狀態。導波的速度測量能提供介質密度和剛度信息，而尾波干涉能夠用來監測橋梁的細微波速變化（Duff et al， 2014）。2個傳感器之間的噪聲互相關函數（Noise Correlation Function， NCF）可以通過計算傳感器的長時間連續記錄的信號，經過信號疊加及互相關函數計算公式得到，其中T為觀測時間。

Cij（t）=T0Si（τ）Sj（τ+t）dτ.（1）

[BT1-*3]3橋梁結構響應特征

31峰值法

圖2是魯疃西路大橋各測點的三分量功率譜密度，圖3給出了橋梁監測實驗中各橋梁主要測點的三分量功率譜密度。從監測實驗的結果可以看出幾個特點：

（1） 從圖2a可以看出， 5號測點（橋身中部）的垂直分量功率譜密度比2號測點（橋梁支點附近）高約3～4個數量級，具有非常高的信噪比，這是因為橋梁支點附近由于固定支點的影響，橋梁振動幅度較小。

（2） 圖2的結果顯示，不同分量上的多階模態各不相同，垂直分量能夠識別4個峰值（13 Hz、15 Hz、19 Hz、25 Hz），南北分量能夠識別出3個明顯峰值（13 Hz、19 Hz、25 Hz），東西分量能識別出3個明顯峰值（19 Hz、25 Hz、35 Hz）。

（3） 從圖3中不同橋梁的功率譜密度對比可以看出，不同橋梁的結果存在較大差異，這是由橋梁的結構特征決定的。百葛立交橋的信噪比最低，且各個方向上的低階模態頻率要高于其他橋梁的相應的低階模態頻率，這是由百葛立交橋的橋身跨度較小這一原因引起的。同時也發現南環大橋（懸索橋）在縱向和橫向分量上相應的低階模態頻率高于潮白河大橋（梁橋）相應的低階模態頻率。

由檢測結果可知，固有頻率是橋梁本身的一個特性，不隨車輛交通等外部因素影響，但不同橋梁的固有頻率存在一定的差異，差異大小依據橋梁的類型、跨度等其他因素而定。一般來說，橋梁橋身長度越短，其固有頻率越高。由于直接對臺站進行頻譜分析會受到橋梁不同位置以及觀測點的影響，因此我們又進行了臺站之間的互相關處理來提高信噪比，排除外界噪音干擾。

32噪聲互相關函數法

利用每個測點的三分量連續波形記錄，計算所有可能的臺站對的相應分量的噪聲互相關函數。圖4a、b是魯疃西路大橋監測實驗中所有臺站對的東西分量和南北分量噪聲互相關函數隨臺站間距的變化。從圖4a可以看出，在t>0（因果信號）和t

均存在明顯的信號。因果信號要比非因果信號強，呈現明顯非對稱性，這可能由地震計布置在橋梁的一側，車輛來往的噪音不對稱這一原因引起的。然而互相關函數信號的視速度基本一致，約為350 m/s，這可能是一種橋梁結構波，圖4c是結構波在橋梁上的傳播過程示意圖。與噪聲互相關函數的東西分量不同，噪聲互相關函數南北分量在t=0處存在較強信號，這說明地震波不同分量的地震波傳播存在明顯的差異。我們也發現噪聲互相關函數垂直分量與南北分量基本一致，形成這種現象的可能原因是，大跨度蛄翰喚齟嬖諫舷路較虻惱穸，而且存在垂直于其走向的水平方向的扭動。

對于8個地震計依次進行互相關處理，圖5分別給出了魯疃西路大橋監測實驗的1號和8號測點、2號和7號測點臺站對的垂直、南北和東西分量互相關函數的振幅譜。從圖中可以看出，在所有臺站對的互相關函數中，垂直分量的互相關函數都能明顯識別出f=13 Hz和f=15 Hz峰值。

為了驗證結果的可靠性，我們根據測點1和測點8不同時間段的垂直分量噪聲互相關函數，得到了f=13 Hz和f=15 Hz處，前二階模態頻率（f=13 Hz和f=15 Hz）隨時間的變化（圖6a）。同時，給出了峰值頻率處的振幅譜值隨時間的變化（圖6b）。可以看出，前二階模態頻率非常穩定，基本不隨時間變化，

這說明基于環境激勵的噪聲互相關方法能夠可靠地提取橋梁的低階模態頻率。噪聲互相關函數的頻譜峰值隨時間變化，頻譜峰值幅度白天高、晚上低，呈現明顯的日變功率譜密度也呈現一定的日變化特征。盡管車流量的變化可能也會影響振幅譜峰值，然而另一項研究表明，橋梁結構的波速也呈現明顯的日變化特征，并且與環境溫度有顯著的相關性（Chen et al，2015）。因此，筆者認為環境溫度變化可能是振幅譜峰值變化的主要原因。

4結論與討論

橋梁結構響應特征是橋梁健康診斷的重要基礎。車輛行駛、風載、氣壓等對橋梁施加了自然載荷，引起橋梁結構的微振響應，為橋梁檢測提供了激勵信號。基于環境激勵的橋梁結構響應檢測方法，由于具有成本低、不影響正常交通通行、能夠進行連續監測等優點，近年來快速發展。本文發展建立一套新型的基于環境激勵信號的橋梁結構響應檢測系統，并且選擇北京市區4座典型在役橋梁開展了橋梁結構響應檢測實驗。利用高靈敏度三分量地震計連續監測環境噪聲激勵下的橋梁微弱振動信號，分別利用峰值法和互相關函數法獲得了監測橋梁3個方向上的橋梁頻譜結構響應特征，為在役橋梁實時健康診斷打下基礎。監測結果表明：

（1） 本次監測實驗采用的寬頻帶三分量地震計，具有靈敏度高、響應頻帶寬、動態范圍大等優點，能夠準確可靠地記錄寬頻帶范圍內的環境激勵的微弱振動信號，非常適用于構建新型的橋梁結構響應檢測系統；

（2） 峰值法和互相關函數法都能夠獲得橋梁的多階模態頻率，其中互相關函數法由于采用了波形互相關、疊加等方法，能夠更加穩定可靠地獲得橋梁的低階模態頻率；

（3） 對于大跨度橋梁，由于垂直于橋梁走向的扭動，存在沿該方向水平傳播的結構波；

（4） 橋梁的模態頻率受橋梁結構、材料、環境和溫度等多種因素影響，橋梁不同方向的固有振動頻率不同，不同類型的橋梁結構響應也存在顯著差異。本次監測實驗中相對較短的梁橋低階模態頻率明顯低于大跨度懸索橋相應的低階模態頻率，并且模態頻率處的互相關函數振幅譜峰值呈現與環境溫度變化相關的日變化特征。

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