Page 87 - 《应用声学》2019年第6期

第 38 卷 第 6 期 钱骥等： 基于 ARX 系统辨识模型的钢绞线张拉力识别 989

导波激发和接收传感器 (系统输入和输出) 布
置在钢绞线两端 (图 3)。实验过程中，传感器保持
接触状态不变，当钢绞线加卸载至预定荷载且持载
2 min 后，激发端产生激发脉冲，接收端过门槛自动
采集。

4 实验结果分析

图 2 钢绞线张拉锚固试验系统 4.1 钢绞线ARX模型的建立
Fig. 2 Equipment for strands tensioning and an- 激发端输入波形 (输入波形是通过公式 (14) 得
choring 出的一系列 100 kHz∼1000 kHz 的单周期正弦脉冲

表 1 钢绞线几何及材料参数 信号) 如图 4(a) 所示，不同张拉力条件下，接收端实
Table 1 Geometry and material parame- 测波形如图 4(b)、图 4(c) 所示。实验过程保持激励
ters of steel strand 源不变，激发端及接收端传感器均布置在钢绞线端
面，随钢绞线张拉力增大，钢丝间接触应力发生变
几何参数 材料参数
化，实测导波波形幅值明显降低。
钢丝直径 d c/mm 5.08 弹性模量 E/GPa 196
钢绞线直径 d/mm 15.2 泊松比 v 0.29 10
外围螺旋钢丝螺距 h/mm 260 密度 ρ/(kg·m −3 ) 7850
5
外围螺旋钢丝捻角 β/(°) 7.9 公称抗拉强度 R m/MPa 1860
ࣨϙ 0
钢绞线最大力 F m/kN 260
-5
导波激励与采集系统为美国 PAC 生产的 PCI- -10
0 100 200 300 400 500
2 声 发 射 监 测 系 统， 系 统 可 识 别 频 率 范 围 0∼
௑ᫎ/µs
4000 kHz，传感器采用 WD 宽频压电换能器，频 (a) ᣥКฉॎ
带范围 100 kHz∼1000 kHz，信号采样率 2000 kHz。
导波激励为步径频率 ∆f = 50 kHz 的一系列单周 2
期正弦脉冲，激励波源函数如式(14)所示：
ࣨϙ 0
(f−f 0 )/∆f
∑
f(t) = V i sin (2π(f 0 + i · ∆f)t), (14)
i=0 -2
其中：V i 为矩形窗函数，f 0 = 100 kHz 为起始频率，
0 2000 4000 6000 8000 10000
f = 1000 kHz 为截止频率，∆f = 50 kHz 为步径频 ௑ᫎ/µs
率，矩形窗的窗长T i = 1/f 0 + i · ∆f。 (b) 20% F m

2

ࣨϙ 0

-2
0 2000 4000 6000 8000 10000
௑ᫎ/µs
(a) ቫ᭧ଌஆ (b) Ο᭧ଌஆ (c) 70% F m

图 3 接收传感器的布置 图 4 实测导波信号
Fig. 3 Layout of receiving sensors Fig. 4 Measured guided wave signals