振動(dòng)對(duì)光纖陀螺線形測(cè)量系統(tǒng)影響分析

張 震,楊 燕,鄭 磊,楊丹丹,甘維兵,胡文彬

(1.武漢理工大學(xué) 信息工程學(xué)院,武漢 430070； 2.武漢理工大學(xué) 光纖傳感技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室, 武漢 430070；3.武漢理工大學(xué) 光纖傳感與信號(hào)處理教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 武漢 430070)

振動(dòng)對(duì)光纖陀螺線形測(cè)量系統(tǒng)影響分析

張 震1,3,楊 燕2,鄭 磊2,楊丹丹2,甘維兵3,胡文彬2

(1.武漢理工大學(xué) 信息工程學(xué)院,武漢 430070； 2.武漢理工大學(xué) 光纖傳感技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室, 武漢 430070；3.武漢理工大學(xué) 光纖傳感與信號(hào)處理教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 武漢 430070)

在使用光纖陀螺測(cè)量系統(tǒng)對(duì)橋梁線形進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程中，由于線形測(cè)量結(jié)果是通過(guò)積分算法得到的，所以來(lái)自汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和路面不平的振動(dòng)影響會(huì)給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)巨大的誤差，并且這類誤差會(huì)隨著測(cè)量時(shí)間和距離的增加變得越來(lái)越大，呈現(xiàn)出發(fā)散的特性;為了減小這些振動(dòng)給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)的誤差，可以使用時(shí)頻分析的手段，通過(guò)時(shí)間信息和運(yùn)動(dòng)速度得到位置和路況信息，進(jìn)而得到不同路況下的頻域特點(diǎn);選擇路面完好的路段進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，點(diǎn)狀減速帶代表路面不平，使用Morlet小波對(duì)光纖陀螺采集到的信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻分析，發(fā)現(xiàn)了不同工況下帶來(lái)的振動(dòng)噪聲信號(hào)的頻域特點(diǎn)，并且確定了27 Hz以上均為振動(dòng)帶來(lái)的噪聲信號(hào);在實(shí)際對(duì)某跨江大橋的線形測(cè)量中，使用切比雪夫?yàn)V波器去除光纖陀螺所采集到27 Hz以上的噪聲信號(hào)，相比沒(méi)有使用低通濾波處理的線形，測(cè)量精度提高了50%。

光纖陀螺；線形測(cè)量；信號(hào)處理；振動(dòng)；Morlet小波；切比雪夫?yàn)V波器

0 引言

橋梁結(jié)構(gòu)的線形可以反演出結(jié)構(gòu)內(nèi)力的變化[1]，不但直觀而且易于處理，是評(píng)估橋梁安全的重要指標(biāo)之一。目前，橋梁結(jié)構(gòu)線形測(cè)量的常用方法是使用水準(zhǔn)儀或全站儀等工程測(cè)量?jī)x器測(cè)量橋梁的多個(gè)離散點(diǎn)的高程，然后再通過(guò)擬合測(cè)量數(shù)據(jù)[2]以實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的線形測(cè)量。然而這類采用人工觀測(cè)的“點(diǎn)式”測(cè)量方法，不但測(cè)量效率非常低、測(cè)量周期非常長(zhǎng)，更是難以準(zhǔn)確捕捉到撓度形變的具體位置，尤其是位于未布點(diǎn)的潛在病害，常常會(huì)因?yàn)楸粩M合的線形所淹沒(méi)，進(jìn)而帶來(lái)較大的安全隱患，現(xiàn)有的測(cè)量手段難以滿足對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)線形檢測(cè)的要求。

以光纖陀螺為核心的光纖陀螺線形測(cè)量系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)采集以汽車為運(yùn)載體的運(yùn)動(dòng)參數(shù)信息，然后根據(jù)采集到的運(yùn)動(dòng)參數(shù)信息進(jìn)行積分計(jì)算，就可以得到運(yùn)載體的運(yùn)動(dòng)軌跡曲線，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)快速連續(xù)地測(cè)量橋梁結(jié)構(gòu)線形，以解決目前橋梁結(jié)構(gòu)線形常用測(cè)量方法的局限性[3]。然而，正是因?yàn)楣饫w陀螺線形測(cè)量系統(tǒng)是通過(guò)積分算法實(shí)現(xiàn)的，所以在測(cè)量過(guò)程中，車輛發(fā)動(dòng)機(jī)[4]的振動(dòng)和路面不平整所帶來(lái)的誤差會(huì)隨著測(cè)量時(shí)間和距離的增加，逐步累積，越來(lái)越大，呈現(xiàn)出發(fā)散特性，最終，會(huì)給測(cè)量精度帶來(lái)巨大的負(fù)面影響。

本文使用數(shù)字信號(hào)處理的手段，從頻域的角度分析出有效信號(hào)和噪聲信號(hào)的頻譜差異，為使用其他輔助手段提高測(cè)量精度提供了理論依據(jù)，并去除了部分噪聲信號(hào)，有效的提高測(cè)量精度。

1 橋梁結(jié)構(gòu)線形測(cè)量技術(shù)的工作原理

光纖陀螺所采集的是運(yùn)載體運(yùn)行軌跡的角速度數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)實(shí)時(shí)變化的角速度數(shù)據(jù)進(jìn)行積分運(yùn)算，就能獲得橋梁連續(xù)線型軌跡的角度變化，再聯(lián)合各步積分間距的距離變化量，就可以實(shí)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)線型的連續(xù)軌跡的輸出，如圖1。假設(shè)運(yùn)載體運(yùn)動(dòng)軌跡上任意一點(diǎn)點(diǎn)的坐標(biāo)為(Xi，Yi)，該點(diǎn)的線速度，角速度和初始角分別用υi、ωi、θi表示，則當(dāng)運(yùn)行的位移極限小時(shí)，則第i+1點(diǎn)的坐標(biāo)(Xi+1，Yi+1)為：

(1)

(2)

(3)

根據(jù)(1)～(3)建立的遞推關(guān)系就可以展開(kāi)橋梁連續(xù)線型軌跡的計(jì)算：

圖1 光纖陀螺線形測(cè)量理論原理示意圖

由此可知，線形測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量結(jié)果是通過(guò)積分算法得到的，因此源自于汽車自身和路面不平所帶來(lái)的振動(dòng)噪聲信號(hào)會(huì)帶來(lái)測(cè)量誤差，而且該誤差會(huì)隨著測(cè)量時(shí)間和距離的增加而變得越來(lái)越大，并且呈現(xiàn)出發(fā)散的特性。因此，光纖陀螺橋梁結(jié)構(gòu)線形測(cè)量過(guò)程中，橋面的不平整和由汽車自身引起的振動(dòng)是不可忽視的重要誤差來(lái)源，會(huì)對(duì)整個(gè)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生較大的影響。

2 復(fù)Morlet小波變換基本原理

傳統(tǒng)的傅立葉變換只能獲取一段信號(hào)總體上包含哪些頻率成分，但是不能獲知各成分出現(xiàn)的時(shí)刻，在實(shí)際的應(yīng)用中有很大的局限性。然而，實(shí)際的道路中有多種不同的路況，要分析不同路況下陀螺采集數(shù)據(jù)的頻域特點(diǎn)，則需要使用時(shí)頻分析的手段進(jìn)行時(shí)頻分析，通過(guò)時(shí)間信息和運(yùn)動(dòng)速度得到位置和路況信息，進(jìn)而得到不同路況下的頻域特點(diǎn)。這里選擇使用復(fù)Morlet小波時(shí)頻分析，可以分析各成分出現(xiàn)的時(shí)刻，適用于真實(shí)路況下陀螺數(shù)據(jù)的分析。

2.1 小波變換

假設(shè)信號(hào)x(t)為平方可積函數(shù)，即x(t)∈L2(R),φ(t)為基本函數(shù)或母小波函數(shù)，則式(4)稱為信號(hào)x(t)的小波變換:

(4)

式中，*代表復(fù)數(shù)共軛；a>0是尺度因子；為時(shí)間平移尺度，任意的小波函數(shù)φ(t)必須滿足式(5):

(5)

上述的小波變換可以在頻域內(nèi)表示為:

(6)

因此，信號(hào)x(t)的小波變換可以通過(guò)式(7)進(jìn)行計(jì)算：

(7)

式中，F(xiàn)-1表示Fourier逆變換。

復(fù)Morlet小波的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

(8)

式中，fb為小波帶寬；fc為小波中心頻率。小波中心頻率fc決定了波形的振蕩頻率，小波帶寬參數(shù)fb決定了波形振蕩的快慢程度。

2.2 切比雪夫?yàn)V波器

為了去除線形測(cè)量設(shè)備采集到的噪聲信號(hào)，可以使用數(shù)字信號(hào)處理的方式對(duì)線形測(cè)量的輸出設(shè)備進(jìn)行處理，提高測(cè)量精度。切比雪夫?yàn)V波器是線代信號(hào)處理中的經(jīng)典濾波器。其特點(diǎn)是：誤差值在規(guī)定的頻段上等波紋的變化。

切比雪夫?yàn)V波器的振幅平方數(shù)為：

式中，Ωc為有效通帶截止頻率；ε為與通帶波紋有關(guān)的參量；VN(x)為N階切比雪夫多項(xiàng)式。

3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備平臺(tái)

光纖陀螺線形測(cè)量系統(tǒng)如圖2所示，由載體汽車，光纖陀螺，內(nèi)置存儲(chǔ)設(shè)備及電源與線速度傳感器組成。

圖2 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

其中，光纖陀螺用于采集載體汽車的角速度數(shù)據(jù)，線速度傳感器則負(fù)責(zé)采集載體汽車的里程信息。通過(guò)以上兩種傳感器的合作，就可以使用積分算法，得到橋梁結(jié)構(gòu)的線形，實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)線形的快速連續(xù)檢測(cè)。

3.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

使用別克SGM6530ATA為載體汽車，發(fā)動(dòng)機(jī)類型為自然吸氣四沖程直列四缸發(fā)動(dòng)機(jī)。

如圖3所示，實(shí)驗(yàn)選在某地下通道進(jìn)行。該地下通道于2015年2月通車，路面狀況良好，且每隔50米左右就有一條點(diǎn)狀減速帶，整個(gè)隧道總共五條點(diǎn)狀減速帶，減速帶是線形所不需要體現(xiàn)出來(lái)的信息，屬于噪聲信號(hào)，且與路面不平的情況類似，可以用減速帶代表這種高頻較小幅值的振動(dòng)類型。并且在使用Morlet小波進(jìn)行時(shí)頻分析的時(shí)候，很容易通過(guò)時(shí)間信息和載體汽車的速度信息相結(jié)合，然后得到位置信息。進(jìn)而很容易區(qū)分出行駛在正常路面和經(jīng)過(guò)減速帶的數(shù)據(jù)。根據(jù)路面情況，可分為三個(gè)工況。

圖3 某地下通道示意圖

工況1：僅僅啟動(dòng)載體汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)，不松開(kāi)手剎，將檔位置于駐車檔，保持車輛靜止。用于分析載體車輛在僅發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)光纖陀螺線形測(cè)量系統(tǒng)的影響的頻域特點(diǎn)。

工況2：讓載體車輛以發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為900 r/min,車速為15 km/h的速度在隧道完好的路面上行駛，分析汽車在正常行駛過(guò)程中，陀螺采集到的數(shù)據(jù)的頻域特征。用于對(duì)比工況1在頻域上的異同。

工況3：讓載體車輛以發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為900 r/min,車速為15 km/h的速度行駛過(guò)隧道中的減速帶。分析受外界影響所帶來(lái)的噪聲信號(hào)對(duì)陀螺線形測(cè)量系統(tǒng)的頻域特點(diǎn)。用于對(duì)比工況1和工況2在頻域上的異同。

工況1單獨(dú)使用光纖陀螺線形測(cè)量系統(tǒng)采集信號(hào)，工況2和工況3則可以在同一次實(shí)驗(yàn)中采集，而在后續(xù)的數(shù)據(jù)處理中可以單獨(dú)挑選出進(jìn)行分析。

4 時(shí)頻分析

光纖陀螺在隧道中采集到的原始信號(hào)如圖4所示。

圖4 光纖陀螺儀采集到的原始數(shù)據(jù)

由此可知，減速帶等這類高頻小幅值的振動(dòng)，在時(shí)域中的表現(xiàn)與正常的路面并沒(méi)有明顯區(qū)別。難以分析出它們的特點(diǎn)，更難以對(duì)其進(jìn)行有針對(duì)性的處理。為了找到此類振動(dòng)噪聲信號(hào)的特點(diǎn)，可以從頻域出發(fā)，分析它們的頻域特征。

選擇復(fù)Morlet小波對(duì)工況1數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)頻分析，并畫(huà)出的時(shí)頻圖如圖5所示。

圖5 工況1時(shí)頻分析

工況1在頻域主要表現(xiàn)為在13.5 Hz和27 Hz左右持續(xù)并且穩(wěn)定的存在較大的幅值。由汽車?yán)碚摽芍猍4]，直列四缸發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)和噪聲主要是由基頻和點(diǎn)火頻率引起的點(diǎn)火擾動(dòng)組成。點(diǎn)火擾動(dòng)的主要階數(shù)等于氣缸數(shù)目的一半。由于載體車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)類型為直列四缸發(fā)動(dòng)機(jī)，因此，載體車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)噪聲的主要頻率為發(fā)動(dòng)機(jī)的基頻和2倍頻。而發(fā)動(dòng)機(jī)的基頻則跟發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有關(guān)，在僅僅啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)下發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速約為800 r/min，所以發(fā)動(dòng)機(jī)的基頻在13.5 Hz左右，進(jìn)一步可知點(diǎn)火擾動(dòng)為27 Hz左右，符合時(shí)頻分析的結(jié)果。所以實(shí)驗(yàn)1中，光纖陀螺采集到的信號(hào)是由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生。然而在實(shí)際的測(cè)量的過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)大于或等于僅僅啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)的轉(zhuǎn)速。相應(yīng)的，點(diǎn)火擾動(dòng)所影響的頻率也會(huì)大于或等于27 Hz。

使用Morlet小波對(duì)光纖陀螺采集的隧道信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻分析，畫(huà)出的時(shí)頻圖如下。

圖6 隧道時(shí)頻圖

如圖6所示，載體車輛在真實(shí)的測(cè)量過(guò)程中采集到的數(shù)據(jù)和僅僅啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)的數(shù)據(jù)有明顯差異。且在隧道中采集到工況2和工況3的數(shù)據(jù)在頻域上也明顯不同，說(shuō)明光纖陀螺線形測(cè)量系統(tǒng)采集到的減速帶所引起的這類高頻小幅值的振動(dòng)在時(shí)域上和正常路面的差異并不明顯，但是在頻域上則和正常路面有著較大的區(qū)別，有利于我們對(duì)光纖陀螺線形測(cè)量系統(tǒng)采集到的信號(hào)進(jìn)行分析和處理。為了方便進(jìn)一步的分析三種工況下的頻域特點(diǎn)，從時(shí)間軸上選取有代表性的數(shù)據(jù)，在頻域上進(jìn)行比較和分析。

頻段1(0～10 Hz)：如圖7所示，工況1在此頻段的數(shù)據(jù)幾乎為0，說(shuō)明載體汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)對(duì)該頻段沒(méi)有任何影響。而工況2和工況3在此頻段表現(xiàn)較為一致，0～2 Hz幅值非常的大，然后逐步下降，到8 Hz左右接近于0。由此可知，此頻段的信息來(lái)自于路面線形的數(shù)據(jù)，且不會(huì)受到載體汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和減速帶引起的振動(dòng)的影響。在后續(xù)的數(shù)據(jù)處理中，應(yīng)該完整的保留此頻段的信息。

圖7 頻段1

頻段2(10～18 Hz)：如圖8所示，工況1僅僅只在12～17 Hz有所起伏，且幅值相較于工況2和工況3都要小許多，影響的頻段范圍也較小。工況2在整個(gè)頻段內(nèi)起伏較為劇烈，幅值相較于工況1更大，影響的頻段范圍更廣，但是相較于工況3較小，影響的范圍也較窄。工況3在10～18 Hz整個(gè)頻段內(nèi)起伏劇烈，幅值非常大，影響的范圍也最廣。結(jié)合前文對(duì)工況1的分析可知，工況1為發(fā)動(dòng)機(jī)所引起的振動(dòng)帶來(lái)的影響。工況2在10～18 Hz的表現(xiàn)則為發(fā)動(dòng)機(jī)和路面線形共同影響的結(jié)果。而工況3在10～18 Hz的表現(xiàn)則為發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)，路面線形，減速帶共同影響的結(jié)果。在后續(xù)的信號(hào)處理過(guò)程中，應(yīng)該盡量減小發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)，減速帶對(duì)此頻段的影響，保留路面線形在此頻段內(nèi)的信息。

圖8 頻段2

頻段3(18～27 Hz)：如圖9所示，工況1在此區(qū)間內(nèi)幾乎為0，說(shuō)明載體汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)對(duì)該頻段沒(méi)有任何影響。而工況2在此頻段內(nèi)有較小的起伏，結(jié)合前文分析和所處工況可知，這是由路面線形信息帶來(lái)的影響。相對(duì)于工況1和工況2，工況3在此頻段內(nèi)幅值非常大，所以，這個(gè)頻段內(nèi)的數(shù)據(jù)則是由路面線形信息和減速帶共同影響的結(jié)果，且減速帶影響較大。在后續(xù)的數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，應(yīng)該盡量保留路面線形的信息，大幅度的減小減速帶在此頻段的影響。

圖9 頻段3

頻段4(27 Hz及以上)：如圖10所示，工況1和工況2在27 Hz及以后的頻段表現(xiàn)相當(dāng)一致，27 Hz左右出現(xiàn)較小的峰值，然后在逐漸下降，在35 Hz左右逐步降低至0。而工況3在此頻段內(nèi)，相較于工況1和工況2，在27 Hz左右的幅值大很多，然后也會(huì)逐步下降，但是并不會(huì)下降至0，而是在500-100之間來(lái)回抖動(dòng)。結(jié)合前文對(duì)工況1的分析可知，工況1和工況2在27 Hz左右的峰值來(lái)自于發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火頻率帶來(lái)的點(diǎn)火擾動(dòng)。而工況3中的峰值則源自于點(diǎn)火擾動(dòng)和減速帶共同影響的結(jié)果。27 Hz以上則是源自于減速帶所帶來(lái)的噪聲信號(hào)。由此可知，27 Hz以上均為噪聲信號(hào)，在后續(xù)的數(shù)據(jù)處理中可以采用數(shù)字濾波的方式將27 Hz以上的信號(hào)去除。

圖10 頻段4

為了保證光纖陀螺采集到的有效信息不受到影響，對(duì)于有效信息和噪聲信號(hào)混疊的頻率區(qū)域，應(yīng)該使用減振裝置或者使用平順性更好的載體來(lái)提高測(cè)量精度。而對(duì)于無(wú)有效信息的頻段，則可以采用數(shù)字濾波的方式去除噪聲信號(hào)，提高測(cè)量精度。

5 數(shù)據(jù)處理及應(yīng)用

某跨江大橋如圖11所示，主橋?yàn)殡p塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土梁斜拉橋，其中斜拉橋長(zhǎng)728米。

圖11 某跨江大橋

根據(jù)前文分析可知，27 Hz以上均為噪聲信號(hào)，那么可以使用低通數(shù)字濾波的方式進(jìn)行處理。這里我們選擇切比雪夫低通濾波器對(duì)光纖陀螺線形測(cè)量系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。切比雪夫低通濾波器是現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理中的經(jīng)典濾波器，可以有效的去除信號(hào)中的高頻分量的同時(shí)完整的保留低頻分量。將切比雪夫低通濾波器的處理方法應(yīng)用在該跨江大橋的實(shí)際測(cè)量中。首先對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行譜分析，由前文分析可知，27 Hz以上為噪聲信號(hào)，于是以27 Hz為分界分為高頻部分和低頻部分，保留信號(hào)的低頻項(xiàng)，舍棄掉高頻項(xiàng)。最后再對(duì)濾波后的信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)，就可以有效的去除27 Hz以上的噪聲信號(hào)，提高信噪比。

如圖12所示，切比雪夫低通濾波器有效的抑制了高于27 Hz的噪聲信號(hào)，達(dá)到了降噪的目的。

圖12 幅頻分析

把低通濾波處理前后所繪制橋梁結(jié)構(gòu)線形與以水準(zhǔn)儀為標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖13所示。

圖13 某跨江大橋斜拉橋線型

由此可知，在僅僅只針對(duì)原始數(shù)據(jù)處理，且無(wú)其他輔助手段優(yōu)化測(cè)量精度的情況下，濾波前，跨中誤差為18 cm，濾波后，跨中誤差為9 cm。由此可知，切比雪夫低通濾波器可以有效地提高光纖線形測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量精度。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)時(shí)頻分析，可以分析出光纖陀螺橋梁線形測(cè)量設(shè)備在實(shí)際測(cè)量中不同工況下的頻域特點(diǎn)。為使用其他輔助手段提高測(cè)量精度提供了理論基礎(chǔ)。使用切比雪夫低通濾波器，去除掉噪聲信號(hào)，可以有效的提高測(cè)量精度。在目前靠改進(jìn)硬件設(shè)計(jì)來(lái)減小測(cè)量運(yùn)載體的振動(dòng)噪聲誤差在客觀上困難越來(lái)越多，成本越來(lái)越高的情況下，使用數(shù)字信號(hào)處理的手段分析和解決光纖陀螺線形測(cè)量系統(tǒng)在實(shí)際檢測(cè)中遇到的振動(dòng)所帶來(lái)的誤差，效率高且易于實(shí)現(xiàn)。

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Analysis of Influence from Vibration on FOG Based Measurement System

Zhang Zhen1,3,Yang Yan2,Zheng Lei2,Yang Dandan2,Gan Weibing3,Hu Wenbin2

(1.School of Information Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China; 2.State Engineering Laboratory for Fiber Optic Sensing Technology,Wuhan University of Technology,Wuhan 430070,China；3.Ministerial Key Laboratory of Fiber Optic Sensing Technology and Information Processing，Wuhan University of Technology,Wuhan 430070,China)

In process of measuring the line-shape of bridge structure by FOG based measurement system,as the line-shape is calculated by the integral algorithm, the vibration and shock from vehicle and rode surface can result in large measurement error. And the error will be accumulated with the increase of measurement time and distance, showing the characteristics of divergence. In order to reduce the influence from vibration and shock, obtaining location and traffic information through the data of time and speed with the means of time-frequency analysis, and then getting the frequency characteristics of different road conditions. Choosing a flat road with a dotted speed bump to complete the experiment, then finding different road conditions will bring in different frequency domain characteristics, also finding the signal above 27 Hz is noise by time-frequency analysis with Morlet Wavelet Transform. At last, taking a River Bridge as an example, processing FOG signal with Chebyshev low-pass filter to remove the noise signal higher than 27 Hz, and results show that the measurement precision have been improved by 50%.

FOG；bridge structure measurement；signal processing；vibration；Morlet wavelet；Chebyshev filter

2017-02-06；

2017-03-03。

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(61402435)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(2014-IV-090)。

張 震(1992- )，湖北武漢人，碩士，主要從事光纖傳感技術(shù)方向的研究。

1671-4598(2017)08-0015-05

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.08.005

TN253；TB22

A