CN113252160A - 一种大跨度桥梁的振动数据采集与电量转换方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大跨度桥梁的振动数据采集与电量转换方法，包括被动式减振集电一体化装置，所述被动式减振集电一体化装置包括支撑板，所述支撑板两端均连接有外框，所述支撑板顶端放置有质量块，所述质量块底端四角均安装有滚轮，所述质量块两端与外框均连接有永磁体，两个所述永磁体之间套接有线圈，针对目前桥梁设计中常出现的问题，多载荷工况及低频载荷激励下的振动进行分析研究，提出一种被动式非线性减振集电一体式振动装置，被动式减振集电一体化装置不仅能有效降低桥梁振动，并通过永磁体线圈的相互作用对其振动能源进行采集，实现环境振动能源到电能转化，绿色环保而且安全系数高。
Description
技术领域
本发明涉及振动数据采集与电量转换技术领域，具体为一种大跨度桥梁的振动数据采集与电量转换方法。
背景技术
为了保证桥梁的安全以及对桥梁寿命的预测，人们在桥梁的结构关键部位都安装了安全监视设备，这些监控设备都需要长期的供电，才能满足对桥梁进行实时安全监测，但是由于大跨度桥面上的气候多受风载，浪载等多种载荷的影响，对监控的设备的供电常常带来干扰，因此对于如何将环境振动能源转化为有利的电能，也是人们相当关注的一个研究领域；大跨度桥梁的环境振动问题是不可比避免的，环境振动在自然界中也是无处不在的，为了降低环境振动对人体、设备等产生的破坏性作用及所带来的环境污染，人们设计研究制作了各种减振装置，这些减振装置一般将振动能转换为声能、热能等能量形式耗散到大气环境中，因此振动的能源并没有得到有效利用，造成能量的浪费，另一方面还会对环境产生声、热的二次污染，如若能对减振装置耗散的那部分振动能量加以捕集利用，不仅能够实现能量的二次利用，同时还可以减少对环境的污染。
发明内容
本发明提供一种大跨度桥梁的振动数据采集与电量转换方法，可以有效解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种大跨度桥梁的振动数据采集与电量转换方法，包括被动式减振集电一体化装置，所述被动式减振集电一体化装置包括支撑板，所述支撑板两端均连接有外框，所述支撑板顶端放置有质量块，所述质量块底端四角均安装有滚轮，所述质量块两端与外框均连接有永磁体，两个所述永磁体之间套接有线圈。
根据上述技术方案，所述被动式减振集电一体化装置安装于桥梁下方。
根据上述技术方案，所述桥梁在风波浪载荷激励环境下的振动再现试验平台，以1：500比例构建实验平台模型，桥梁模型安置于水槽中，水槽右方设置造浪板模拟波浪载荷，水槽外部前方设置风扇模拟风载荷，将被动式减振集电一体化装置安装于桥梁下方，进行实验；
分别利用激光位移传感器对桥梁模型的振动信号进行时域信号采集，并由FFT分析仪将时域信号进行频域转换，以峰值加速度，峰值位移，均方根加速度和均方根位移的衰减率为主要评价标准，验证减振装置的可靠性和有效性，实验中，利用信号采集器收集减振装置转化的电能。
根据上述技术方案，所述转换方法步骤为开展调研、收集资料工作，进行阅读分析，进一步总结前人以及本科组在前期项目研究中所取得的研究成果，确立桥梁工况，建立响应工况下振动时域模型，分析桥梁受风波浪载荷激励的振动特性，并研究其在频域上的振动变化规律。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明结构科学合理，使用安全方便：
1、针对目前桥梁设计中常出现的问题，多载荷工况及低频载荷激励下的振动进行分析研究，提出一种被动式非线性减振集电一体式振动装置，该装置能有效的减低桥梁的振动。
2、被动式减振集电一体化装置不仅能有效降低桥梁振动，并通过永磁体线圈的相互作用对其振动能源进行采集，实现环境振动能源到电能转化，绿色环保而且安全系数高。
3、将振动能源转化成电能，并提供给桥梁的安全监视设备，尤其在环境恶劣的条件下可大幅提高桥梁的安全性，本项目的研究为今后桥梁的安全性设计提供了有力的应用基础。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
在附图中：
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的永磁体排斥力的计算图结构示意图；
图3是本发明的永磁体排斥力合力的结果示意图；
图中标号：1、支撑板；2、外框；3、质量块；4、滚轮；5、永磁体；6、线圈。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例：如图1所示，本发明提供技术方案，一种大跨度桥梁的振动数据采集与电量转换方法，包括被动式减振集电一体化装置，被动式减振集电一体化装置包括支撑板1，支撑板1两端均连接有外框2，支撑板1顶端放置有质量块3，质量块3底端四角均安装有滚轮4，质量块3两端与外框2均连接有永磁体5，两个永磁体5之间套接有线圈6。
实行减振动作时，质量块4带动永磁体5在线圈6中运动，进行切割磁感线运动，从而产生电动势，输出电能，实现减振的同时完成能量的转换。
根据上述技术方案，被动式减振集电一体化装置安装于桥梁下方。
根据上述技术方案，桥梁在风波浪载荷激励环境下的振动再现试验平台，以1：500比例构建实验平台模型，桥梁模型安置于水槽中，水槽右方设置造浪板模拟波浪载荷，水槽外部前方设置风扇模拟风载荷，将被动式减振集电一体化装置安装于桥梁下方，进行实验；分别利用激光位移传感器对桥梁模型的振动信号进行时域信号采集，并由FFT分析仪将时域信号进行频域转换，以峰值加速度，峰值位移，均方根加速度和均方根位移的衰减率为主要评价标准，验证减振装置的可靠性和有效性，实验中，利用信号采集器收集减振装置转化的电能。
根据上述技术方案，转换方法步骤为开展调研、收集资料工作，进行阅读分析，进一步总结前人以及本科组在前期项目研究中所取得的研究成果，确立桥梁工况，建立响应工况下振动时域模型，分析桥梁受风波浪载荷激励的振动特性，并研究其在频域上的振动变化规律。
如图2-3所示：其中磁铁参数为：
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种大跨度桥梁的振动数据采集与电量转换方法，其特征在于：包括被动式减振集电一体化装置，所述被动式减振集电一体化装置包括支撑板（1），所述支撑板（1）两端均连接有外框（2），所述支撑板（1）顶端放置有质量块（3），所述质量块（3）底端四角均安装有滚轮（4），所述质量块（3）两端与外框（2）均连接有永磁体（5），两个所述永磁体（5）之间套接有线圈（6）。
2.根据权利要求1所述的一种大跨度桥梁的振动数据采集与电量转换方法，其特征在于，所述被动式减振集电一体化装置安装于桥梁下方。
3.根据权利要求2所述的一种大跨度桥梁的振动数据采集与电量转换方法，其特征在于，所述桥梁在风波浪载荷激励环境下的振动再现试验平台，以1：500比例构建实验平台模型，桥梁模型安置于水槽中，水槽右方设置造浪板模拟波浪载荷，水槽外部前方设置风扇模拟风载荷，将被动式减振集电一体化装置安装于桥梁下方，进行实验；
分别利用激光位移传感器对桥梁模型的振动信号进行时域信号采集，并由FFT分析仪将时域信号进行频域转换，以峰值加速度，峰值位移，均方根加速度和均方根位移的衰减率为主要评价标准，验证减振装置的可靠性和有效性，实验中，利用信号采集器收集减振装置转化的电能。
4.根据权利要求3所述的一种大跨度桥梁的振动数据采集与电量转换方法，其特征在于，所述转换方法步骤为开展调研、收集资料工作，进行阅读分析，进一步总结前人以及本科组在前期项目研究中所取得的研究成果，确立桥梁工况，建立响应工况下振动时域模型，分析桥梁受风波浪载荷激励的振动特性，并研究其在频域上的振动变化规律。
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