專利名稱：一種斜拉橋的索力實時預測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種斜拉橋的拉索索力預測裝置。特別是適用于大跨度斜拉橋的拉索索 力實時預測裝置。
背景技術：
在大跨度斜拉橋的生命周期中，斜拉索索力是很重要的監(jiān)測項目。定期實測所有斜拉索 的索力可以及時分析橋梁的運行狀態(tài)，為大橋的安全運行提供必要的前提條件。由于大跨度 斜拉橋拉索數(shù)據(jù)量眾多，同時測量斜拉橋的所有斜拉索的索力是相當費時費力的工作。實際 上，在橋梁健康監(jiān)測過程中很少監(jiān)測一座斜拉橋所有斜拉索的索力變化，而是僅僅監(jiān)測少量 的幾根關鍵斜拉索。當斜拉橋的某根拉索的索力發(fā)生變化時，其余拉索的索力也會相應發(fā)生 改變。由于橋梁結(jié)構系統(tǒng)的復雜性，各拉索索力的相互影響關系很難用傳統(tǒng)的模型來表達。
實用新型內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術問題在于提供一種斜拉橋的索力實時預測裝置，它通過少量 被監(jiān)測拉索的索力預測出其余拉索的索力值，大大節(jié)省索力測量的時間和人力成本，具有較 好的轉(zhuǎn)化應用前景。
為解決上述技術問題，本實用新型的技術方案 一種斜拉橋的索力實時預測裝置。其構 成包括索力測量裝置和索力計算裝置，所述的索力測量裝置安裝在需要實時監(jiān)測的部分斜拉 橋拉索上，索力測量裝置通過通信電纜連接至索力計算裝置。
上述的斜拉橋的拉索索力實時預測裝置中，所述的索力測量裝置采用的是CA-YD-189低 頻振動加速度傳感器。
前述的斜拉橋的拉索索力實時預測裝置中，在所述的索力計算裝置中裝有放大電路、濾 波電路和A/D轉(zhuǎn)換電路。
前述的斜拉橋的拉索索力實時預測裝置中，所述的放大電路采用AD620放大電路，濾波 電路采用MAX294濾波電路，A/D轉(zhuǎn)換電路采用PCI-6220。
本實用新型的有益效果與現(xiàn)有技術相比，利用本實用新型可以在少量已知索力的基礎上，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型快速預測出其它未知索力的大小，實時監(jiān)測整個斜拉橋所有拉索 的索力變化，解決了目前斜拉橋在拉索索力監(jiān)測方面的難題，大大節(jié)省了測量索力的時間與 人力、物力成本，為確保大橋的安全運行提供了良好的技術保障，有利于斜拉橋的監(jiān)測、養(yǎng) 護及安全評估，具有良好的經(jīng)濟和社會效益。
圖l是本實用新型的構成原理圖； 圖2是索力預測人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型的結(jié)構示意圖； 圖3是索力預測人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型的算法程序框圖。
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步的說明。
具體實施方式
實施例l。設定斜拉橋已知的索力有8根，需預測余下的80根拉索的索力。
如圖1所示，本實用新型的索力實時預測裝置包括以下幾部分1)索力測量裝置。本實 施例中索力測量裝置1布置在受實時監(jiān)測的8根拉索上；索力測量裝置1采用的是CA-YD-189低 頻振動加速度傳感器。2)索力計算裝置。索力計算裝置2用于采集8個索力測量裝置1的信號 并計算其索力。在索力計算裝置2中裝有放大電路、濾波電路和A/D轉(zhuǎn)換電路，其中放大電路 采用AD620放大電路，濾波電路采用MAX294濾波電路，A/D轉(zhuǎn)換電路采用PCI-6220。 8個索力 測量裝置1經(jīng)同軸電纜連接至索力計算裝置2，索力測量裝置l采集到的拉索加速度信號經(jīng)放 大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換后進行采樣，并計算索力，索力計算采用振動基頻法。
在需要預測斜拉橋的索力時，先利用本實用新型的索力實時預測裝置實時監(jiān)測斜拉橋8 根拉索的索力值；并利用該索力值建立斜拉橋的索力預測人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型；然后訓練上述 的索力預測人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型，建立已知的8根拉索索力與未知的余下80根拉索索力變化之 間的映射模型；再根據(jù)被實時監(jiān)測的8根拉索的索力值計算出未受監(jiān)測的余下80根拉索的索 力值，從而計算出全部拉索的索力。
如圖2所示，索力預測人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型采用三層結(jié)構，含輸入層、隱含層和輸出層， 其中輸入層采用purelin作用函數(shù)，隱含層采用log-sigmoid作用函數(shù)，輸出層采用purelin 作用函數(shù)。輸入層節(jié)點點數(shù)為有限的已知索力的受實時監(jiān)測的斜拉索數(shù)目，在本實施例中設 置為8;輸出層節(jié)點點數(shù)為余下的要預測索力的斜拉索的數(shù)目，在本實施例中，設置為80; 隱含層節(jié)點點數(shù)采用訓練時收斂速度較快及使同一訓練樣本誤差最小時的節(jié)點數(shù)，在本實施 例中，設置為256。初始權值矩陣采用足夠小的初始權值，即abs(初始權值)〈0。在本實施例 中，采用符合條件的偽隨機數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。索力預測人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型訓練的樣本集為盡可能多的全部斜拉索實測索力數(shù)據(jù)。訓練過程采用誤差反向傳播算法。檢驗樣本為全部 斜拉索的實測索力數(shù)據(jù)。
結(jié)合圖3，索力預測人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型的學習過程分兩個階段第一階段是下向傳播過 程給出輸入的拉索索力，通過輸入層經(jīng)隱含層逐層處理并計算每個單元的實際輸出值。第 二階段是反向傳播過程若輸出層未能得到期望的索力輸出值，則逐層遞歸地計算實際輸出 索力與期望輸出索力之差值(即誤差)，以便根據(jù)此差調(diào)節(jié)權值。這兩個過程的反復運用， 使得誤差信號最小。實際上，誤差達到所期望的要求時，網(wǎng)絡的學習過程就結(jié)束了。當索力 預測人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型訓練完畢達到預定目標后，即可利用該模型預測斜拉橋全部斜拉索的 索力。
本實用新型的實施方式不限于上述實施例，在不脫離本實用新型宗旨的前提下做出的各 種變化均屬于本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權利要求1.一種斜拉橋的索力實時預測裝置，包括索力測量裝置(1)和索力計算裝置(2)，其特征在于所述的索力測量裝置(1)安裝在需要實時監(jiān)測的部分斜拉橋拉索上，索力測量裝置(1)通過通信電纜連接至索力計算裝置(2)。
2 根據(jù)權利要求l所述的斜拉橋的索力實時預測裝置，其特征在于 所述的索力測量裝置(1)是CA-YD-189低頻振動加速度傳感器。
3 根據(jù)權利要求l所述的斜拉橋的索力實時預測裝置，其特征在于 在所述的索力計算裝置(2)中裝有放大電路、濾波電路和A/D轉(zhuǎn)換電路。
4 根據(jù)權利要求3所述的斜拉橋的索力實時預測裝置，其特征在于 所述的放大電路采用AD620放大電路，濾波電路采用MAX294濾波電路，A/D轉(zhuǎn)換電路采用 PCI—6220。
專利摘要本實用新型公開了一種斜拉橋的索力實時預測裝置，包括索力測量裝置(1)和索力計算裝置(2)，所述的索力測量裝置(1)安裝在需要實時監(jiān)測的部分斜拉橋拉索上，索力測量裝置(1)通過通信電纜連接至索力計算裝置(2)。利用本實用新型可以在少量已知斜拉橋索力的基礎上，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型快速預測出其它未知索力的大小，實時監(jiān)測整個斜拉橋所有拉索的索力變化，解決了目前斜拉橋在拉索索力監(jiān)測方面的難題，大大節(jié)省了測量索力的時間與人力、物力成本，為確保大橋的安全運行提供了良好的技術保障，具有良好的經(jīng)濟和社會效益。
文檔編號G01L5/04GK201429485SQ200920305169
公開日2010年3月24日 申請日期2009年6月26日 優(yōu)先權日2009年6月26日
發(fā)明者劉志杰, 謝曉堯, 彥 陳 申請人:貴州師范大學