基于近場(chǎng)輻射聲壓信號(hào)的索力識(shí)別方法*

余忠儒 邵 帥 周志祥 鄧國(guó)軍 王邵銳 簡(jiǎn)傳熠

(1 重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶 400074)

(2 深圳大學(xué)土木交通工程學(xué)院 深圳 518061)

0 引言

拉索常用于斜拉橋、懸索橋及拱橋等大跨徑橋梁工程體系中，隨著建筑結(jié)構(gòu)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，拉索結(jié)構(gòu)也越來(lái)越廣泛地運(yùn)用于大跨度空間建筑工程中[1]。拉索作為橋梁結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵的受力構(gòu)件，索力的分布與改變會(huì)對(duì)橋梁的內(nèi)力分布以及橋面線形產(chǎn)生較大影響。索力的準(zhǔn)確、方便、快速測(cè)量成為評(píng)價(jià)橋梁結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量與運(yùn)營(yíng)期間橋梁結(jié)構(gòu)健康狀況的關(guān)鍵指標(biāo)。如何對(duì)索力進(jìn)行快速精準(zhǔn)的測(cè)量成為一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題[2]。

目前，針對(duì)索力的測(cè)量已有多種方法，主要包括壓力傳感器法、壓力表法、頻率法、磁通量法以及以三點(diǎn)彎矩法為代表的靜力測(cè)試方法等。傳統(tǒng)測(cè)試方法或多或少存在些許不足。壓力傳感器法和壓力表法雖然能較為準(zhǔn)確地測(cè)量出拉索索力，但是其傳感器昂貴，儀器笨重且只適用于施工階段索力的測(cè)試；磁通量法性能穩(wěn)定、精度高，但其標(biāo)定復(fù)雜，且對(duì)在役結(jié)構(gòu)需現(xiàn)場(chǎng)繞制傳感器，成本較高；靜力測(cè)試方法簡(jiǎn)單易用，相關(guān)學(xué)者也對(duì)其進(jìn)行了深入研究與儀器開發(fā)，但靜力測(cè)試方法只適用于小直徑鋼索，測(cè)試誤差隨鋼索直徑增大而增大。頻率法因其操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用而廣泛運(yùn)用于工程實(shí)際中[3]。傳統(tǒng)頻率法基于精密拾振器，通過(guò)與被測(cè)物接觸，拾取拉索在環(huán)境或者人工激勵(lì)下的振動(dòng)信號(hào)經(jīng)由頻譜分析得出拉索固有頻率以確定拉索索力。由于拾振器粘附在結(jié)構(gòu)物上，其自身重力將會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加質(zhì)量，從而顯著影響結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)識(shí)別；此外，在某些特殊位置及環(huán)境下，傳感器布置困難，通過(guò)傳感器難以獲取結(jié)構(gòu)響應(yīng)[4]?；诩す馐罢駜x、微波雷達(dá)、高速攝影機(jī)和近場(chǎng)聲壓的非接觸測(cè)量技術(shù)由于其非接觸、儀器布置方便以及響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)而越來(lái)越受到重視。相關(guān)學(xué)者針對(duì)聲壓測(cè)量獲取結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)也做了大量研究，Prezelj等[5-6]利用置于振動(dòng)結(jié)構(gòu)的非常近的場(chǎng)中的單麥克風(fēng)，對(duì)結(jié)構(gòu)近場(chǎng)聲壓進(jìn)行測(cè)量，并采用離散Rayleigh 積分方法反演實(shí)現(xiàn)了對(duì)結(jié)構(gòu)表面振動(dòng)模態(tài)的重構(gòu)。Zhu等[7]通過(guò)有限元方法建立聲固耦合的動(dòng)力學(xué)方程，成功識(shí)別結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)，現(xiàn)有方法測(cè)得的固有頻率與有限元測(cè)得的固有頻率之差均小于3%，相關(guān)振型的模態(tài)保證判據(jù)值均大于90%。夏茂龍等[8]利用結(jié)構(gòu)振動(dòng)近場(chǎng)輻射聲壓信號(hào)，成功對(duì)一平面鋼板的固有頻率和模態(tài)阻尼比進(jìn)行了識(shí)別，為工程結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)識(shí)別提供了新的方法。

本文提出利用結(jié)構(gòu)近場(chǎng)固定位置聲壓信號(hào)對(duì)拉索進(jìn)行快速、準(zhǔn)確索力測(cè)試的方法。根據(jù)振聲互易定理，結(jié)構(gòu)振動(dòng)近場(chǎng)聲壓響應(yīng)等價(jià)于利用傳感器獲取的結(jié)構(gòu)振動(dòng)加速度響應(yīng)，避免了加速度傳感器自身重力對(duì)結(jié)構(gòu)固有頻率測(cè)試的影響。以單根拉索為例，通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)中心表面處施加一瞬時(shí)脈沖力，使拉索受迫振動(dòng)發(fā)聲，并對(duì)結(jié)構(gòu)近場(chǎng)范圍內(nèi)拉索振動(dòng)輻射聲壓進(jìn)行測(cè)量，以獲取不同工況下不同位置結(jié)構(gòu)近場(chǎng)聲壓信號(hào)。對(duì)原始聲壓信號(hào)添加高斯白噪聲，利用希爾伯特-黃變換(Hilbert-Huang transform,HHT)方法分析并結(jié)合索力計(jì)算實(shí)用公式準(zhǔn)確識(shí)別出結(jié)構(gòu)固有頻率和計(jì)算出拉索索力值，并探討了索力識(shí)別結(jié)果隨測(cè)試距離變化和測(cè)試位置改變的影響。

1 基本原理

1.1 脈沖激勵(lì)下拉索結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)

對(duì)于一個(gè)多自由度體系其結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)方程可表示為

其中：M表示結(jié)構(gòu)質(zhì)量，C為阻尼，K表示剛度矩陣，X(t)表示結(jié)構(gòu)位移響應(yīng)，F(xiàn)(t)為脈沖力。假設(shè)結(jié)構(gòu)存在正態(tài)振型，則結(jié)構(gòu)的位移和加速度響應(yīng)可表示成各階模態(tài)響應(yīng)的線性疊加：

其中：Φj表示結(jié)構(gòu)的第j階模態(tài)振型，為正交矩陣，qj(t)表示結(jié)構(gòu)的第j階模態(tài)坐標(biāo)。假設(shè)結(jié)構(gòu)為比例阻尼，將式(2)帶入式(1)利用模態(tài)坐標(biāo)表示存在解耦的結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方程為

其中：ωj表示結(jié)構(gòu)的第j階模態(tài)頻率；ξj表示結(jié)構(gòu)的第j階模態(tài)阻尼比；mj表示結(jié)構(gòu)的第j階模態(tài)質(zhì)量。作用在結(jié)構(gòu)上某點(diǎn)h的脈沖激勵(lì)fk(t)=F0δ(t)，其中fj(t)表示F(t)矩陣的第j個(gè)元素，則利用模態(tài)坐標(biāo)表示結(jié)構(gòu)響應(yīng)的第j階加速度為[9]

其中，

式(6)中，φpj,k表示結(jié)構(gòu)在第j階模態(tài)振型中點(diǎn)p與點(diǎn)h的相位差。

1.2 結(jié)構(gòu)振動(dòng)近場(chǎng)輻射聲壓

結(jié)構(gòu)在瞬時(shí)力F作用下受迫振動(dòng)，之后以某一頻率ω自由振動(dòng)，產(chǎn)生的振動(dòng)波在空氣中傳播引起空氣流體介質(zhì)中某點(diǎn)壓強(qiáng)pd的變化，該過(guò)程可以看作結(jié)構(gòu)對(duì)空氣流體的單向耦合作用。本文針對(duì)拉索結(jié)構(gòu)，將拉索沿長(zhǎng)度方向劃分成有限多個(gè)單元，拉索在脈沖力作用下將會(huì)發(fā)生受迫振動(dòng)，類似于吉他撥弦振動(dòng)發(fā)聲，此時(shí)每一個(gè)單元可以看作一個(gè)點(diǎn)聲源。聲場(chǎng)中靠近結(jié)構(gòu)某點(diǎn)的聲壓變化可看作只由該點(diǎn)振動(dòng)產(chǎn)生的聲輻射引起[10]，如圖1所示。

由結(jié)構(gòu)某點(diǎn)振動(dòng)作為聲源，結(jié)構(gòu)近場(chǎng)聲壓變化表示為p(d,t)，對(duì)于拉索結(jié)構(gòu)振動(dòng)的法向速度與法向加速度表示為[5]

其中，ρ0表示空氣密度，表示結(jié)構(gòu)振動(dòng)體積速度振幅，w表示波數(shù)。假設(shè)結(jié)構(gòu)振動(dòng)聲源的表面積大小為S，表示為

將式(11)帶入式(10)，并結(jié)合式(8)、式(9)之間的關(guān)系，令，則結(jié)構(gòu)近場(chǎng)聲壓變化表示為

其中，de為常數(shù)項(xiàng)，結(jié)構(gòu)近場(chǎng)聲壓與聲源振動(dòng)的加速度存在線性比例關(guān)系，即可以說(shuō)明利用結(jié)構(gòu)近場(chǎng)聲壓變化可以反映結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)。

圖1 結(jié)構(gòu)原理示意圖Fig.1 Schematic diagram of structure principle

2 基于HHT的近場(chǎng)聲壓信號(hào)頻域分析

為確定結(jié)構(gòu)固有頻率，需對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)時(shí)域信號(hào)進(jìn)行頻譜分析。由于結(jié)構(gòu)振動(dòng)所產(chǎn)生的聲壓信號(hào)在實(shí)際測(cè)量中具有非線性、非平穩(wěn)的特點(diǎn)，而傳統(tǒng)譜分析方法要求系統(tǒng)具有線性或者數(shù)據(jù)具有周期、平穩(wěn)的特點(diǎn)，否則分析結(jié)果往往不具有任何物理意義。

Huang 等[11]通過(guò)對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析提出基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(Empirical mode decomposition,EMD)的Hilbert 變換方法，用以分析非線性、非平穩(wěn)數(shù)據(jù)，并得到原始信號(hào)相關(guān)振幅、瞬時(shí)頻率和相位。該方法關(guān)鍵部分在于EMD，即任何復(fù)雜數(shù)據(jù)集都可以分解成有限個(gè)且數(shù)量很少的固有模態(tài)函數(shù)(Intrinsic mode functions,IMF)，該分解方法是基于數(shù)據(jù)在時(shí)間尺度上的局部特征，并且是自適應(yīng)的。這些有限數(shù)量的IMF具有良好的Hilbert變換特性，并滿足以下兩個(gè)條件：(1)在整個(gè)數(shù)據(jù)集中，極值點(diǎn)數(shù)目和過(guò)零點(diǎn)數(shù)目相等或最多相差1；(2)由局部極大值確定的包絡(luò)線和局部極小值確定的包絡(luò)線的均值均為0。

由上述知結(jié)構(gòu)近場(chǎng)某點(diǎn)測(cè)量聲壓為pd(t)，基于EMD將原始聲壓信號(hào)分解為有限個(gè)固有模態(tài)函數(shù):

將原始聲壓信號(hào)分解并表示為n個(gè)固有模態(tài)函數(shù)xi(t)求和的形式；rn為殘差，表示一個(gè)常數(shù)或平均趨勢(shì)。Hilbert變換后的IMF表示如下：

其中，P表示柯西主值，x(t)與y(t)形成復(fù)共軛對(duì)，其解析信號(hào)可表示為

由式(16)可知，瞬態(tài)頻率表示為瞬態(tài)相位角θ(t)隨時(shí)間變化的斜率。結(jié)構(gòu)近場(chǎng)一點(diǎn)的聲壓響應(yīng)pd(t)經(jīng)過(guò)EMD 分解以及Hilbert 變換可以得到其相應(yīng)的解析信號(hào)，且由式(12)可知，結(jié)構(gòu)近場(chǎng)某點(diǎn)聲壓頻率和結(jié)構(gòu)振動(dòng)頻率吻合，以此通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)近場(chǎng)聲壓的測(cè)量得到結(jié)構(gòu)振動(dòng)頻率是可行的。

此外，當(dāng)被分解信號(hào)中混有異常信號(hào)時(shí)，尤其是強(qiáng)噪聲干擾信號(hào)和高頻噪聲信號(hào)，經(jīng)過(guò)EMD 分解后會(huì)產(chǎn)生模態(tài)混淆，即在某一個(gè)IMF 分量中包含不同的特征時(shí)間尺度成分。為此，Yang 等[12]提出在進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解前，首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理。本文采用切比雪夫I 類帶通濾波器對(duì)原始聲壓信號(hào)進(jìn)行濾波處理，通過(guò)對(duì)原始聲壓信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換(Fast Fourier transform,FFT)，大致確定各階頻率帶通范圍，然后再以濾波后的信號(hào)作為EMD信號(hào)輸入進(jìn)行后續(xù)處理。

3 索力計(jì)算

通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)近場(chǎng)某點(diǎn)聲壓進(jìn)行測(cè)量，得到聲壓變化時(shí)程曲線，采用HHT 方法對(duì)測(cè)量聲壓信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，以獲取結(jié)構(gòu)振動(dòng)頻率。索力測(cè)試依賴于弦振動(dòng)和梁振動(dòng)理論，通過(guò)建立拉索結(jié)構(gòu)振動(dòng)頻率和兩端張力之間關(guān)系，從而可以用結(jié)構(gòu)振動(dòng)頻率推算出索力大小。根據(jù)《公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程》[13]，利用頻率法對(duì)拉索進(jìn)行索力測(cè)試，拉索索力計(jì)算實(shí)用公式由式(17)給出，該公式不僅適用于長(zhǎng)細(xì)比較大的情況，在長(zhǎng)細(xì)比L/D＜70 的情況下依舊能得到較好的測(cè)試結(jié)果，結(jié)果平均誤差小于2%。

其中：fn表示拉索的第n階固有頻率，EI 表示抗彎剛度。若不考慮拉索抗彎剛度，式(17)可寫成

對(duì)于給定拉索結(jié)構(gòu)，其單位長(zhǎng)度質(zhì)量m、索長(zhǎng)L以及抗彎剛度EI已知，通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)信號(hào)分析獲取索振動(dòng)頻率并結(jié)合式(17)即可推算出索力大小。具體流程圖如圖2所示。

圖2 索力識(shí)別流程圖Fig.2 Cable force identification flow chart

4 數(shù)值模擬及分析

4.1 計(jì)算模型

本文通過(guò)對(duì)空氣聲壓場(chǎng)中一根拉索進(jìn)行有限元模擬，考慮結(jié)構(gòu)對(duì)空氣的單向耦合作用，有限元相關(guān)參數(shù)如下：索長(zhǎng)L=5.0 m，拉索截面為圓截面，直徑d=0.02 m，線密度ρl=2.466 kg/m，楊氏模量E=2.1×1011Pa，泊松比ν=0.3，結(jié)構(gòu)周圍空氣場(chǎng)直徑D=10 m，完美匹配層(Perfectly matched layer,PML)厚度Dp=1.0 m，空氣密度為ρa(bǔ)=1.293 kg/m3，空氣場(chǎng)溫度為15°C，氣壓為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，相應(yīng)聲速為343 m/s。對(duì)拉索兩端分別施加20 kN(I)、30 kN(II)和40 kN(III)三種不同工況的拉力，并考慮拉索結(jié)構(gòu)兩端支撐形式為固定約束。為方便有限元建模，結(jié)構(gòu)阻尼假設(shè)為比例阻尼，阻尼比為0.01，建模相關(guān)參數(shù)如表1所示。結(jié)構(gòu)有限元模型如圖3所示。

表1 有限元模型參數(shù)Table 1 Finite element model parameters

圖3 有限元模型示意圖Fig.3 Schematic diagram of finite element model

4.2 仿真結(jié)果與分析

拉索結(jié)構(gòu)在0 時(shí)刻無(wú)初始加速度，現(xiàn)對(duì)拉索結(jié)構(gòu)中心位置表面O(x=2.5 m,y=0 m)處施加一瞬時(shí)斜坡荷載，峰值力F=100 N，為得到結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)瞬時(shí)信號(hào)，對(duì)結(jié)構(gòu)近場(chǎng)聲壓變化進(jìn)行采集，采樣頻率為1000 Hz，持續(xù)時(shí)間為4 s。以拉索承受20 kN拉力為例，選取垂直于點(diǎn)O(x=2.5 m,y=0 m)近場(chǎng)位置中0.1 m、0.2 m、0.3 m處的3點(diǎn)，得到結(jié)構(gòu)點(diǎn)O加速度時(shí)程響應(yīng)以及近場(chǎng)中聲壓變化瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)如圖4所示。

圖4 加速度及不同位置聲壓變化時(shí)程曲線Fig.4 Time history curve of acceleration and sound pressure change at different positions

由圖4 可知在無(wú)噪聲情況下，結(jié)構(gòu)振動(dòng)加速度響應(yīng)與近場(chǎng)輻射聲壓響應(yīng)具有相同的趨勢(shì)，與理論推導(dǎo)相一致。在實(shí)際測(cè)試過(guò)程中，結(jié)構(gòu)振動(dòng)輻射聲壓信號(hào)往往會(huì)受到環(huán)境噪聲干擾，為模擬信號(hào)受到噪聲干擾的情況，現(xiàn)在對(duì)結(jié)構(gòu)輻射聲壓信號(hào)添加高斯白噪聲，并基于FFT 大致確定頻率響應(yīng)范圍。對(duì)上述0.1 m 處近場(chǎng)處輻射聲壓信號(hào)添加信噪比為0.5 的高斯白噪聲，并由FFT 分析得到一階頻率響應(yīng)范圍5 Hz ≤f≤15 Hz，噪聲信號(hào)及添加噪聲后的聲壓信號(hào)如圖5、圖6所示。采用切比雪夫I 類帶通濾波器對(duì)聲壓響應(yīng)信號(hào)濾波處理并進(jìn)行EMD分解，選取第一階IMF 分量進(jìn)行Hilbert 變換，計(jì)算得到瞬時(shí)相位，以及對(duì)應(yīng)Hilbert 邊際譜如圖7～10所示。

圖5 高斯噪聲信號(hào)Fig.5 Gaussian noise signal

圖6 有噪聲干擾聲壓信號(hào)Fig.6 Noise interference sound pressure signal

圖7 傅里葉頻域譜Fig.7 Fourier frequency spectrum

圖8 第一階IMF 分量Fig.8 First order IMF component

圖9 瞬時(shí)相位Fig.9 Instantaneous phase

圖10 Hilbert 邊際譜Fig.10 Hilbert marginal spectrum

根據(jù)圖9 瞬時(shí)相位角并利用式(16)以及Hilbert邊際譜可得到結(jié)構(gòu)固有頻率為f=9.03 Hz。采用相同方法分別對(duì)不同工況下結(jié)構(gòu)近場(chǎng)0.1 m 位置處聲壓信號(hào)進(jìn)行處理并與有限元法特征頻率分析得到的結(jié)構(gòu)固有頻率進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表2所示。

表2 不同工況下結(jié)構(gòu)固有頻率Table 2 Natural frequency of structure under different working conditions

由表2 知，本文利用HHT方法計(jì)算得結(jié)構(gòu)固有頻率與理論值接近。按照相同步驟處理距離結(jié)構(gòu)表面0.2 m、0.3 m 距離處聲壓信號(hào)，并利用公式(18)計(jì)算出索力值，結(jié)果對(duì)比如表3所示。

表3 不同位置聲壓信號(hào)所得頻率與計(jì)算索力Table 3 Frequency and cable force of different position sound pressure signal

對(duì)比分析表3，結(jié)果表明，利用結(jié)構(gòu)近場(chǎng)輻射聲壓信號(hào)通過(guò)HHT 方法能較為準(zhǔn)確地識(shí)別出結(jié)構(gòu)固有頻率，并且在0.3 m距離范圍內(nèi)保持較高精度。利用結(jié)構(gòu)固有頻率并結(jié)合公式(18)推算出拉索索力值也能達(dá)到較高精度，平均誤差在1%以內(nèi)。為驗(yàn)證本文方法的適用性，另外任取兩點(diǎn)A(x=2.8 m,y=0 m)和B(x=3.0 m,y=0 m)垂直距離上0.1 m、0.2 m、0.3 m處的結(jié)構(gòu)輻射聲壓響應(yīng)，并利用本文所述方法分析得到相應(yīng)頻率值和拉索索力，結(jié)果如表4所示。

表4 A、B 點(diǎn)不同位置聲壓信號(hào)所得頻率與計(jì)算索力Table 4 Frequency and cable force of sound pressure signal at different positions of points A and B

由表4 計(jì)算結(jié)果可知，利用結(jié)構(gòu)近場(chǎng)輻射聲壓信號(hào)通過(guò)HHT 方法在0.3 m 范圍能較為準(zhǔn)確地識(shí)別出結(jié)構(gòu)固有頻率，并結(jié)合索力計(jì)算實(shí)用公式能較為準(zhǔn)確地計(jì)算出拉索索力值。

上述方法通過(guò)數(shù)值分析證明了其可行性和有效性，并在有高斯白噪聲干擾情況下也能得到較好的測(cè)試效果。但在實(shí)際試驗(yàn)中，噪聲信號(hào)往往復(fù)雜多變，環(huán)境中的高頻噪聲以及高能噪聲會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果造成很大的影響，使得聲音信號(hào)產(chǎn)生混淆，導(dǎo)致對(duì)聲音信號(hào)分析處理后較難得到準(zhǔn)確的頻率值，進(jìn)而影響索力測(cè)試結(jié)果；另一方面，從測(cè)試結(jié)果可以看出，聲壓信號(hào)能量較低，在實(shí)際試驗(yàn)過(guò)程中容易被其他噪聲信號(hào)覆蓋淹沒(méi)。針對(duì)以上測(cè)試過(guò)程可能遇到的問(wèn)題，課題組開展相關(guān)研究，考慮如何對(duì)復(fù)雜環(huán)境噪聲剔除、數(shù)據(jù)與信號(hào)深度挖掘以增強(qiáng)有用信號(hào)，改進(jìn)及優(yōu)化該方法的抗噪性和抗干擾性能，提高測(cè)試信號(hào)信噪比及穩(wěn)定性。

5 結(jié)論

本文提出利用結(jié)構(gòu)近場(chǎng)固定位置聲壓信號(hào)并結(jié)合Hilbert-Huang 變換對(duì)拉索進(jìn)行索力測(cè)試的方法。通過(guò)理論推導(dǎo)了結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)與結(jié)構(gòu)近場(chǎng)輻射聲壓響應(yīng)的線性關(guān)系，結(jié)合HHT 推導(dǎo)出聲壓響應(yīng)信號(hào)與結(jié)構(gòu)頻率關(guān)系，并利用索力計(jì)算實(shí)用公式計(jì)算出拉索索力。對(duì)一根5 m 長(zhǎng)拉索進(jìn)行有限元數(shù)值模擬，分別測(cè)試了在不同工況和不同測(cè)量位置下該方法的有效性，結(jié)論如下：

(1)本文利用結(jié)構(gòu)近場(chǎng)輻射聲壓信號(hào)作為分析信號(hào)，具有非接觸的特點(diǎn)，避免了因加速度傳感器自身重力對(duì)結(jié)構(gòu)固有頻率測(cè)試的影響，并在測(cè)試過(guò)程中能準(zhǔn)確、快速、方便地獲取拉索振動(dòng)固有頻率和索力值。

(2)結(jié)構(gòu)振動(dòng)所產(chǎn)生的聲壓信號(hào)在實(shí)際測(cè)量中具有非線性、非平穩(wěn)的特點(diǎn)，結(jié)合HHT 能有效處理結(jié)構(gòu)輻射聲壓信號(hào)，并準(zhǔn)確獲取結(jié)構(gòu)固有頻率，結(jié)合拉索索力計(jì)算實(shí)用公式能準(zhǔn)確計(jì)算索力值。在結(jié)構(gòu)近場(chǎng)0.3 m范圍內(nèi)，不同工況、不同位置聲壓測(cè)量信號(hào)處理得到的結(jié)果都具有較高的準(zhǔn)確性。

(3)本文僅通過(guò)數(shù)值模擬分析并驗(yàn)證了該方法在拉索索力識(shí)別的可行性與有效性。在后續(xù)試驗(yàn)及實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中如何提高算法的抗噪性能，有效剔除干擾信號(hào)及其適用性尚待進(jìn)一步研究。