本實用新型涉及一種索力動測儀，屬于土木工程領(lǐng)域，應(yīng)用于結(jié)構(gòu)安全健康監(jiān)測行業(yè)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)：傳統(tǒng)的索力測試系統(tǒng)雖然通過時域采樣并經(jīng)過FFT轉(zhuǎn)換成頻域，但是由于受到采樣點數(shù)和設(shè)備處理器運算能力的限制，往往頻率的精度不能得到很高，而且我們的被測對象都是橋梁纜索，屬于低頻信號，此時頻率精度對測量精度的影響將非常大，從而導致索力測量誤差較大。

比如傳統(tǒng)的FFT計算的頻率分辨率公式Δf=SF/N，其中SF為采樣速率，N為采樣點數(shù)，假設(shè)采樣速率為200Hz，采樣點數(shù)為500點，則Δf= 0.4Hz， 那么頻率誤差最大為0.2Hz，再根據(jù)索力計算公式（n為頻率階數(shù)，默認為1，4ml²為常數(shù)不變）， 假設(shè)被測纜索的測量頻率為2.4Hz，實際頻率為2.2Hz，那么力值誤差將有（5.76-4.84）/4.84=19%，故頻率的測量精度對最終的力值影響將是非常大的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種索力動測儀,由于FFT 譜是加窗截斷的離散譜變換, 會產(chǎn)生泄漏現(xiàn)象, 要以FFT 譜反推出實際的頻率f值, 既要考慮到窗函數(shù)的影響, 又要考慮到f 的大小, 即頻率在FFT 譜上所處的位置，本實用新型利用時域信號經(jīng)過FFT變換后，對信號頻率在FFT中所處位置對泄漏的影響從而找出FFT修正的算法，使得索力動測儀的測頻精度大大提高，提高了索力測量精度，從而進一步提升了設(shè)備使用價值。

本實用新型為了實現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案：

一種索力動測儀，它包括振動傳感器、抗混疊濾波器、ADC轉(zhuǎn)換器、嵌入式處理器、鍵盤、RTC實時時鐘、電源管理模塊、LCD顯示器和DSP處理器；

振動傳感器與抗混疊濾波器連接，抗混疊濾波器與ADC轉(zhuǎn)換器連接，ADC轉(zhuǎn)換器與嵌入式處理器連接；

鍵盤、RTC實時時鐘、LCD顯示器和DSP處理器都與嵌入式處理器連接。

本實用新型實現(xiàn)原理：因為索力的基頻、二階、三階等頻率值的獲取都是通過得到該頻點的幅值最大值來選取的，因為FFT變換后，所有我們關(guān)心的如基頻，只能在FFT的等間隔頻率分辨率的點上，即Δf=SF/N這些點，這些點只有當整數(shù)倍采樣的時候，實際頻率才會落到FFT頻率分辨率的點上，這在實際中基本沒有任何用處，因為實際的頻率是隨機的，而且是實數(shù)，如果要想得到高精度的頻率分辨率，需要降低采樣速率和提高采樣點數(shù)，但這兩種措施在實際中都很難操作，降低采樣速率可能導致不滿足采樣定理，而提高采樣點數(shù)，則需要設(shè)備的處理器具有強大的運算能力，從成本可實現(xiàn)上可能得不償失。

本實用新型的有益效果：

本實用新型專利能夠得到精確實際頻率值，使得力值測量，頻率值精度在萬分之五以內(nèi)，而常規(guī)的頻率精度最高只有2%左右，而且隨著頻率降低，誤差越大。

附圖說明

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本實用新型的算法流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖1、2對本實用新型進行詳細描述：

一種索力動測儀，它包括振動傳感器1、抗混疊濾波器2、ADC轉(zhuǎn)換器3、嵌入式處理器4、鍵盤5、RTC實時時鐘6、電源管理模塊7、LCD顯示器8和DSP處理器9；

振動傳感器1與抗混疊濾波器2連接，抗混疊濾波器2與ADC轉(zhuǎn)換器3連接，ADC轉(zhuǎn)換器3與嵌入式處理器4連接；

鍵盤5、RTC實時時鐘6、LCD顯示器8和DSP處理器9都與嵌入式處理器4連接。

嵌入式處理器4將 ADC轉(zhuǎn)換器3采集到的時域信號經(jīng)過DSP處理器9FFT轉(zhuǎn)換并修正后，得到高精度索力值，并通過LCD顯示器8顯示出來。

DSP處理器9使用修正FFT算法得到高精度的頻率值。

其修正FFT算法：

時域信號經(jīng)過FFT變換后，對信號頻率在FFT中所處位置對泄漏的影響得出FFT修正的算法，具體計算方法為：設(shè)基頻信號的幅度為A_n，頻率為f_n，則基頻信號在FFT譜上的前兩個點和后兩個點的幅度分別為A_n-2、A_n-1，A_n+1、A_n+2 ，當A_n-2²+ A_n-1²大于A_n+2²+ A_n+1²，即基頻信號前兩個點的功率之和大于基頻后兩個點的功率之和時，修正頻率值等于fx=f_n +[1-（A_n-2²+ A_n-1²）/（A_n-2²+ A_n-1²+ A_n²+ A_n+2²+ A_n+1²）]；

同理當A_n-2²+ A_n-1²小于A_n+2²+ A_n+1²，即基頻信號前兩個點的功率之和小于基頻后兩個點的功率之和時，修正頻率值等于fx=f_n +[1+（A_n+2²+ A_n+1²）/（A_n-2²+ A_n-1²+ A_n²+ A_n+2²+ A_n+1²）],這樣就得到了高精度的修正后的頻率值；

再通過經(jīng)典索力計算公式 計算得出索力值，其中l(wèi)為索長，m為單位長度索重，f_n為第n階振動頻率。

實施例：

本實用新型專利在實施過程中，嵌入式處理區(qū)使用TI公司的Cortex-A8內(nèi)核的處理器，能夠滿足LCD圖形顯示和人機交互界面、報表制作、打印、人機接口等功能。DSP處理器采用TI公司的C55XX系列的處理器，用于FFT計算和修正FFT算法，并能夠?qū)崟r顯示頻譜圖形。ADC轉(zhuǎn)換器采用ADI公司的AD7190，具有4.8Ksps的采樣率及24位分辨率，能夠滿足索力帶寬及精度的測試要求?？够殳B濾波器一般采用有源濾波器設(shè)計，截止頻率選擇100Hz，對于低于100Hz的采樣，為了滿足采樣定理，使用過采樣抽取的方式。系統(tǒng)在執(zhí)行運算過程中，根據(jù)配置的纜索和采樣參數(shù)，將采集到的時域信號數(shù)據(jù)進行FFT計算后，再根據(jù)人工選擇的基頻頻率，當光標放在被選頻率上，并選擇高精度計算按鈕，此時，系統(tǒng)就會根據(jù)當前頻率使用修正FFT算法，得到高精度的頻率值，最終得到高精度的索力值。

對比參數(shù)表：