本文索力計(jì)測量索力在選取最優(yōu)軸、完成振動(dòng)采樣頻率校準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，主要通過峰值提取和窗口加權(quán)評(píng)估兩個(gè)階段分析獲取索力。

3.2.1 峰值提取

本階段主要目的是對(duì)振動(dòng)FFT功率譜進(jìn)行信息提取，去掉對(duì)于基頻提取無效的干擾信息，保留功率譜中與基頻提取相關(guān)的峰值，以便之后進(jìn)一步進(jìn)行基頻提取。主要步驟如下：

(1)設(shè)置特殊參數(shù)M，F(xiàn)FT功率譜點(diǎn)數(shù)為2N時(shí)，M的取值在[1，2log2N]之間可調(diào)。

(2)對(duì)FFT功率譜進(jìn)行滑動(dòng)平均處理，得到平滑功率譜?；瑒?dòng)平均處理所取的窗口寬度為5～20個(gè)頻點(diǎn)。

(3)將平滑功率譜的前M點(diǎn)直接置零。從第M點(diǎn)到第N點(diǎn)掃描FFT平滑功率譜，保留FFT平滑功率譜中的所有極大值，其他非極大值點(diǎn)全部置0。

(4)再次從第M點(diǎn)到第N點(diǎn)掃描FFT平滑功率譜中的非零點(diǎn)，設(shè)第k點(diǎn)為當(dāng)前掃描非零點(diǎn)，k-1點(diǎn)為上一個(gè)掃描到的非零點(diǎn)，k+1為下一個(gè)掃描到的非零點(diǎn)。

(5)若第k點(diǎn)的幅度大于第k-1點(diǎn)和第k+1點(diǎn)的幅度，則不做處理，繼續(xù)掃描第k+1點(diǎn)，否則，依據(jù)第k點(diǎn)與最近非零點(diǎn)的距離做處理。如果第k點(diǎn)與最近非零點(diǎn)的距離小于K，則將第k點(diǎn)置零，否則，不作處理，繼續(xù)掃描第k+1點(diǎn)。

掃描完所有的點(diǎn)，得到FFT峰值功率譜G(n)。

3.2.2 窗口加權(quán)評(píng)估
對(duì)頻點(diǎn)x，如果在x和它的各次諧波頻點(diǎn)處構(gòu)建以其為對(duì)稱中心的凸函數(shù)形狀窗函數(shù)w(n-kx)，則可以形成如式(3)所示、與相關(guān)度類似的指標(biāo)。

本階段以上述指標(biāo)為依據(jù)，尋找E(x)的最大值，該處x即對(duì)應(yīng)最可能的索力基頻。

4 網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)計(jì)

小體積、電池供電和無線通信的設(shè)計(jì)為本文索力計(jì)帶來部署便利性，但也使之能源受限。射頻模塊屬于索力計(jì)的大功耗單元，其上網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)需要兼顧自組網(wǎng)和低功耗特性，避免索纜高處的索力計(jì)節(jié)點(diǎn)電池快速耗盡情況造成維護(hù)問題。

本文首先將無線索力計(jì)定義為監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的末端節(jié)點(diǎn)，避免其承擔(dān)轉(zhuǎn)發(fā)、路由等高開銷任務(wù)。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)具有高占空比射頻休眠狀態(tài)的自組織網(wǎng)絡(luò)接入機(jī)制如圖3。索力計(jì)通過此方式接入靈活部署的自組織網(wǎng)主干部分，實(shí)現(xiàn)常年連續(xù)的監(jiān)測。

5 應(yīng)用與驗(yàn)證

本文研究團(tuán)隊(duì)2017年在泰安長江大橋部署了無線智能傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行結(jié)構(gòu)監(jiān)測，所用索力傳感器即本文設(shè)計(jì)的無線索力計(jì)。其在系統(tǒng)中運(yùn)行穩(wěn)定，索力測算值與理論值范圍相符，各索的數(shù)據(jù)變化趨勢相互印證。圖4展示了2017年1月25日到3月5日期間該橋某跨6枚索力計(jì)上報(bào)的數(shù)據(jù)情況，所在區(qū)域2月20日到2月26日的大面積降雨積水影響在圖中體現(xiàn)為索力最大波動(dòng)區(qū)段，其余時(shí)段變化較平緩一致。

表1統(tǒng)計(jì)了同一跨段12根索的索力監(jiān)測值，并與設(shè)計(jì)值進(jìn)行對(duì)比。從偏差情況可見，本文算法所得各索張力與相應(yīng)參考值偏差不超過3.7%，符合監(jiān)測應(yīng)用的工程需要。

6 結(jié)語