技术摘要：
本发明涉及一种输电塔结构杆材屈服智能诊断装置及方法。所述诊断装置包括数据采集装置、无线传感器网络系统、杆材屈服诊断模块和诊断结果发送模块；所述数据采集装置包括安装在同一输电塔杆件的两端的杆材外部激励装置和杆材应变响应数据采集装置，用于对该杆件进行外 全部
背景技术：
空间桁架结构因受力简单、方便施工、强度较高、整体性较好、自重小而广泛应用 于输电塔结构。输电塔桁架结构中钢杆材在自然灾害环境(如飓风、冰雹、地震等)下因受到 过大的突发外作用力而极易出现屈服破坏。为了确保输电塔结构及其线路的长期安全稳定 运行，国家电网在发生自然灾害时需要对输电塔结构进行人工检查。然而，杆件作为输电塔 桁架结构的最基本单元，在输电塔结构上数量巨多，往往多达几百上千根钢杆材。人工检查 需要耗费大量的人力物力，并且在自燃灾害事件后，人工作业环境十分恶劣(例如大风或结 冰天气)，检查人员生命安全遭到严重威胁。因此随着物联网和传感器技术的发展，输电塔 结构杆件屈服破坏智能化诊断装置是必然选择，目前各电网公司对其需求较大。
技术实现要素：
本发明的目的在于提出的一种输电塔结构杆材屈服智能诊断装置及方法，可以实 时采集杆件的激励与响应数据，动态分析并掌握自然灾害时输电塔结构杆件的屈服破坏情 况，可以实现输电塔结构在自然灾害(飓风、冰雹和地震等)时杆件屈服的智能化诊断，避免 人工检测费时费力及检测人员人身安全遭到威胁，有效的解决自然灾害时输电塔结构杆件 屈服破坏自动化监测诊断问题。 为了达到上述目的，本发明提供了一种高压输电塔杆件屈服破坏智能诊断装置， 其特征在于：包括数据采集装置和杆材屈服诊断模块； 所述数据采集装置包括杆材外部激励装置和杆材应变响应数据采集装置，杆材外 部激励装置安装在输电塔杆件的其中一端，用于对该杆件进行外部激励产生激励信号，杆 材应变响应数据采集装置安装在同一输电塔杆件的另一端，用于采集该杆件的应变响应数 据； 所述杆材屈服诊断模块获取杆材外部激励装置产生的激励信号和杆材应变响应 数据采集装置采集的应变响应数据，根据所述激励信号和应变响应数据判断杆件的屈服破 坏状况，得到杆件屈服破坏诊断结果。 本发明进一步的技术方案：所述装置还包括数据处理储存系统、无线传感器网络 系统和诊断结果发送模块； 所述数据存储系统分别与杆材外部激励装置、杆材应变响应数据采集装置、杆材 屈服诊断模块通讯连接，用于接收并储存杆材外部激励装置对杆件产生的实时激励信号和 杆材应变响应数据采集装置采集的同一杆件的实时应变响应数据； 所述杆材屈服诊断模块具体用于从所述数据储存系统获取所述实时激励信号和 所述实时应变响应数据； 6 CN 111595234 A 说 明 书 2/10 页 所述诊断结果发送模块与杆材屈服诊断模块通讯连接，用于发送杆件屈服破坏诊 断结果至外部终端；所述外部终端为诊断结果显示终端或预警终端或显示及预警终端。 本发明进一步的技术方案：所述杆材屈服诊断模块是基于频谱屈服诊断方法判断 杆件的屈服破坏状况，其判断过程如下： (1)在待诊断杆件未发生屈服时，通过采集某个时间段内同一个杆件其中一端的 杆材外部激励装置产生的实时激励信号和另一端应变响应数据采集装置采集的实时应变 响应数据，计算出该时间段内所有时刻杆件未发生屈服前的测试数据δ0(t)，根据Welch法 计算出杆件未发生屈服前该时间段内的自功率谱密度函数 及互功率谱密度函数 则可根据公式①计算出杆件未发生屈服时的特征量 其中ω为频率， 在待诊断杆件诊断时，采集相同长度的时间段内同一个杆件其中一端的杆材外部 激励装置产生的实时激励信号和另一端应变响应数据采集装置采集的实时应变响应数据， 计算出该时间段内所有时刻杆件诊断时的测试数据δp(t)，根据Welch法计算出杆件诊断时 该时间段内的自功率谱密度函数 及互功率谱密度函数 则可根据以 下公式②计算出杆件诊断时的特征量 (2)将公式①中计算的杆材未发生屈服时的特征量 和公式②中计算的杆件诊断 时的特征量 带入公式③中计算出杆件屈服破坏诊断指标γ， 其中，σ20 (ω)即为特征量 的方差； 并将计算出杆件屈服破坏诊断指标γ判断所诊断的杆件是否发生屈服破坏；当 uα/2≤γ≤u1-α/2,则所诊断输电塔杆件未发生屈服；否则，所诊断输电塔杆件已发生屈服；其 中α为显著性水平，即诊断错误的概率，可根据诊断杆材的重要性设定； uα/2为标准正态分布的下 分位点；u1-α/2为标准正态分布的下 分位点。 本发明较优的技术方案：所述输电塔杆件为角钢型，所述数据采集装置包括压电 陶瓷激振器和压电陶瓷应变片，压电陶瓷激振器和压电陶瓷应变片分别固定在同一输电塔 杆件的两端；所述压电陶瓷激振器对输电塔杆件发出外荷载激励信号，激励信号在输电塔 杆件中传播，输电塔杆件另一端的压电陶瓷应变片采集杆件的应变响应数据；继而，压电陶 瓷激振器发出的实时激励信号和压电陶瓷应变片接收的实时应变响应数据通过导线传输 7 CN 111595234 A 说 明 书 3/10 页 给无线传感器网络系统。 本发明进一步的技术方案：所述装置还包括无线传感器网络系统，所述数据存储 系统通过无线传感器网络系统分别与杆材外部激励装置、杆材应变响应数据采集装置、杆 材屈服诊断模块连接；所述杆材屈服诊断模块通过无线传感器网络系统从所述数据储存系 统获取所述实时激励信号和所述实时应变响应数据；所述的无线传感器网络系统包括无线 传感器节点和网关，无线传感器节点接收压电陶瓷激振器产生的实时激励信号和压电陶瓷 应变片采集的实时应变响应数据，并汇集于网关，网关与数据储存系统通讯连接，并将所述 实时激励信号和所述实时应变响应数据传输至数据储存系统，从而实现无线实时数据传 输。 本发明进一步的技术方案：所述的数据存储系统为中心数据服务器，将无线压电 陶瓷激振器对输电塔杆件的实时激励信号与压电陶瓷应变片采集的实时应变响应数据存 储至中心数据服务器上，供杆材屈服诊断模块、诊断结果发送模块及结果显示和预警终端 提取数据进行分析、结果显示及安全预警。 本发明较优的技术方案：所述压电陶瓷激振器和压电陶瓷应变片固定在角钢型输 电塔杆件同侧外表面或不同侧外表面上，且压电陶瓷应变片的布置方向为沿杆件延伸方向 布置或垂直于杆件延伸方向布置，在压电陶瓷应变片外设有保护层。 本发明较优的技术方案：所述压电陶瓷激振器与压电陶瓷应变片布置的位置距离 角钢侧边缘的距离为角钢边长的1/2，离角钢端部的距离为一个角钢边长。 本发明提供的一种高压输电塔杆件屈服破坏智能诊断方法，其特征在于，包括以 下步骤： 通过布置在输电塔杆件其中一端的杆材外部激励装置对该杆件进行外部激励产 生激励信号，布置在同一输电塔杆件另一端的杆材应变响应数据采集装置采集该杆件的应 变响应数据； 获取同一输电塔杆件一端的杆材外部激励装置产生的激励信号和另一端杆材应 变响应数据采集装置采集的应变响应数据，并根据激励信号和应变响应数据判断输电塔杆 件的屈服破坏状况。 本发明进一步的技术方案：将采集的同一输电塔杆件的激励信号以及应变响应数 据通过无线传感器网络系统传送到数据存储系统；通过无线传感器网络系统从数据存储系 统获取激励信号以及应变响应数据。 本发明进一步的技术方案：在同一输电塔杆件两端分别固定有压电陶瓷激振器和 压电陶瓷应变片，并通过压电陶瓷激振器产生并采集杆件的激励信号，通过压电陶瓷应变 片采集杆件的应变响应数据，根据激励信号和应变响应数据判断输电塔杆件的屈服破坏状 况，得到输电塔杆件屈服破坏诊断结果，其具体诊断步骤如下： (1)将待诊断杆件一端压电陶瓷激振器的位置记为A，另一端压电陶瓷应变片的位 置记为B，A位置的压电陶瓷激振器连续发出激励信号，B位置的压电陶瓷应变片采集待诊断 杆件的应变响应数据，采集一段时间内的实时激励信号和实时应变响应数据，将同一时间 段内某一t时刻的A位置处杆材外部激励装置发出实时激励信号α[t]进行归一化处理后得 到α[t]m，同一t时刻B位置处杆材应变响应数据采集装置接受的实时应变响应数据β[t]进 行归一化处理后得到β[t] Tn，并用向量δ[t]＝[α[t]n,β[t]n] 表示待诊断杆件t时刻的测试 8 CN 111595234 A 说 明 书 4/10 页 数据； (2)在待诊断杆件未发生屈服时，按照步骤(1)中的方法计算出某个时间段内所有 时刻杆件未发生屈服前的测试数据δ0(t)，根据Welch法计算出杆件未发生屈服前该时间段 内的自功率谱密度函数 及互功率谱密度函数 则可根据公式①计算 出杆件未发生屈服时的特征量 其中ω为频率， 在待诊断杆件诊断时，取相同长度的时间段，按照步骤(1)中的方法计算出该时间 段内所有时刻杆件诊断时的测试数据δp(t)，根据Welch法计算出杆件诊断时该时间段内的 自功率谱密度函数 及互功率谱密度函数 则可根据以下公式②计算 出杆件诊断时的特征量 (3)将公式①中计算的杆材未发生屈服时的特征量 和公式②中计算的杆件诊断 时的特征量 带入公式③中计算出杆件屈服破坏诊断指标γ， 其中，σ20 (ω)即为特征量 的方差； 并将计算出杆件屈服破坏诊断指标γ判断所诊断的杆件是否发生屈服破坏；当 uα/2≤γ≤u1-α/2，则所诊断输电塔杆件未发生屈服；否则，所诊断输电塔杆件已发生屈服；则 所诊断输电塔杆件未发生屈服；否则，所诊断输电塔杆件已发生屈服；其中α为显著性水平， 即诊断错误的概率，可根据诊断杆材的重要性设定； uα/2为标准正态分布的下 分位点；N1-α/2为标准正态分布的下 分位点。 本发明进一步的技术方案：将判断的输电塔杆件屈服破坏诊断结果发送至外部终 端；所述外部终端用于接收根据激励信号和应变响应数据判断得到的输电塔杆件屈服破坏 诊断结果并显示或发出预警或显示同时发出预警。 本发明进一步的技术方案：所述步骤(1)中一段时间内的实时激励信号和实时应 变响应数据进行归一化处理的过程如下：采集该段时间内的实时激励信号和实时应变响应 数据，并计算出激励信号均值： 激励信号标准差σ(α)；应变响应数据均值： 应变响应 数据标准差σ(β)；同一时间段内的某一t时刻，位置A处杆材外部激励装置发出实时激励信 号为α[t],位置B处杆材应变响应数据采集装置接受的实时应变响应数据为β[t]；利用公式 ③和对数据归一化处理： 9 CN 111595234 A 说 明 书 5/10 页 其中，α[t]n为归一化后t时刻的激励信号数据，β[t]n为归一化后t时刻的应变响应 数据。 本发明包括装置数据采集装置、无线传感器网络系统、数据处理储存系统、杆材屈 服诊断模块、诊断结果显示与预警终端；考虑一般的输电塔结构采用的钢材为角钢，压电陶 瓷激振器与传感器布置在角钢一端，并离其端部有一定距离同时保证其离边缘也有一定距 离，通过导线将其与无线传感器节点相连。同时提供了四种无线压电陶瓷激振器和传感器 布置方案来满足各种输电塔结构的杆件屈服诊断要求。本发明基于频谱的杆材屈服诊断理 论和杆材屈服诊断的数据处理方法。 本发明有以下效果： (1)本发明实现了在输电系统中自然灾害时输电塔结构杆件屈服破坏自动化智能 化诊断，避免了耗费大量人力物力的人工检测，并避免了人工作业时人身安全遭到威胁。 (2)本发明采用的无线压电陶瓷激励与响应监测系统可实时诊断杆件屈服破坏， 实时采集杆件的激励与响应数据，动态分析并掌握自然灾害时输电塔结构杆件的屈服破坏 情况，可实现输电塔运行时的实时安全评估。 (3)本发明的监测系统布置方案全面且施工方便，有利于减少工时和减少安装费 用，适用于大规模工程应用。 本发明实现了输电塔结构在自然灾害(飓风、冰雹和地震等)时杆件屈服的智能化 诊断，避免人工检测费时费力及检测人员人身安全遭到威胁，有效的解决了自然灾害时输 电塔结构杆件屈服破坏自动化监测诊断问题。 附图说明 图1是本发明中诊断装置的结构示意图； 图2是本发明实施例一中压电薄膜应变片的布置示意图； 图3是本发明实施例一中压电薄膜应变片安装状态侧面示意图； 图4是本发明实施例二中压电薄膜应变片的布置示意图； 图5是本发明实施例三中压电薄膜应变片的布置示意图。 图中：1-输电塔；2-杆件；3-无线传感器节点；4-压电陶瓷应变片；5-压电陶瓷激振 器；6-无线压电陶瓷应变传感器；7-无线压电陶瓷激振器；8-网关；9-激励信号与应变响应 数据；10-数据储存系统；11-杆材屈服诊断模块；12-显示与警示终端。
本发明涉及一种输电塔结构杆材屈服智能诊断装置及方法。所述诊断装置包括数据采集装置、无线传感器网络系统、杆材屈服诊断模块和诊断结果发送模块；所述数据采集装置包括安装在同一输电塔杆件的两端的杆材外部激励装置和杆材应变响应数据采集装置，用于对该杆件进行外 全部
背景技术：
空间桁架结构因受力简单、方便施工、强度较高、整体性较好、自重小而广泛应用 于输电塔结构。输电塔桁架结构中钢杆材在自然灾害环境(如飓风、冰雹、地震等)下因受到 过大的突发外作用力而极易出现屈服破坏。为了确保输电塔结构及其线路的长期安全稳定 运行，国家电网在发生自然灾害时需要对输电塔结构进行人工检查。然而，杆件作为输电塔 桁架结构的最基本单元，在输电塔结构上数量巨多，往往多达几百上千根钢杆材。人工检查 需要耗费大量的人力物力，并且在自燃灾害事件后，人工作业环境十分恶劣(例如大风或结 冰天气)，检查人员生命安全遭到严重威胁。因此随着物联网和传感器技术的发展，输电塔 结构杆件屈服破坏智能化诊断装置是必然选择，目前各电网公司对其需求较大。
技术实现要素：
本发明的目的在于提出的一种输电塔结构杆材屈服智能诊断装置及方法，可以实 时采集杆件的激励与响应数据，动态分析并掌握自然灾害时输电塔结构杆件的屈服破坏情 况，可以实现输电塔结构在自然灾害(飓风、冰雹和地震等)时杆件屈服的智能化诊断，避免 人工检测费时费力及检测人员人身安全遭到威胁，有效的解决自然灾害时输电塔结构杆件 屈服破坏自动化监测诊断问题。 为了达到上述目的，本发明提供了一种高压输电塔杆件屈服破坏智能诊断装置， 其特征在于：包括数据采集装置和杆材屈服诊断模块； 所述数据采集装置包括杆材外部激励装置和杆材应变响应数据采集装置，杆材外 部激励装置安装在输电塔杆件的其中一端，用于对该杆件进行外部激励产生激励信号，杆 材应变响应数据采集装置安装在同一输电塔杆件的另一端，用于采集该杆件的应变响应数 据； 所述杆材屈服诊断模块获取杆材外部激励装置产生的激励信号和杆材应变响应 数据采集装置采集的应变响应数据，根据所述激励信号和应变响应数据判断杆件的屈服破 坏状况，得到杆件屈服破坏诊断结果。 本发明进一步的技术方案：所述装置还包括数据处理储存系统、无线传感器网络 系统和诊断结果发送模块； 所述数据存储系统分别与杆材外部激励装置、杆材应变响应数据采集装置、杆材 屈服诊断模块通讯连接，用于接收并储存杆材外部激励装置对杆件产生的实时激励信号和 杆材应变响应数据采集装置采集的同一杆件的实时应变响应数据； 所述杆材屈服诊断模块具体用于从所述数据储存系统获取所述实时激励信号和 所述实时应变响应数据； 6 CN 111595234 A 说 明 书 2/10 页 所述诊断结果发送模块与杆材屈服诊断模块通讯连接，用于发送杆件屈服破坏诊 断结果至外部终端；所述外部终端为诊断结果显示终端或预警终端或显示及预警终端。 本发明进一步的技术方案：所述杆材屈服诊断模块是基于频谱屈服诊断方法判断 杆件的屈服破坏状况，其判断过程如下： (1)在待诊断杆件未发生屈服时，通过采集某个时间段内同一个杆件其中一端的 杆材外部激励装置产生的实时激励信号和另一端应变响应数据采集装置采集的实时应变 响应数据，计算出该时间段内所有时刻杆件未发生屈服前的测试数据δ0(t)，根据Welch法 计算出杆件未发生屈服前该时间段内的自功率谱密度函数 及互功率谱密度函数 则可根据公式①计算出杆件未发生屈服时的特征量 其中ω为频率， 在待诊断杆件诊断时，采集相同长度的时间段内同一个杆件其中一端的杆材外部 激励装置产生的实时激励信号和另一端应变响应数据采集装置采集的实时应变响应数据， 计算出该时间段内所有时刻杆件诊断时的测试数据δp(t)，根据Welch法计算出杆件诊断时 该时间段内的自功率谱密度函数 及互功率谱密度函数 则可根据以 下公式②计算出杆件诊断时的特征量 (2)将公式①中计算的杆材未发生屈服时的特征量 和公式②中计算的杆件诊断 时的特征量 带入公式③中计算出杆件屈服破坏诊断指标γ， 其中，σ20 (ω)即为特征量 的方差； 并将计算出杆件屈服破坏诊断指标γ判断所诊断的杆件是否发生屈服破坏；当 uα/2≤γ≤u1-α/2,则所诊断输电塔杆件未发生屈服；否则，所诊断输电塔杆件已发生屈服；其 中α为显著性水平，即诊断错误的概率，可根据诊断杆材的重要性设定； uα/2为标准正态分布的下 分位点；u1-α/2为标准正态分布的下 分位点。 本发明较优的技术方案：所述输电塔杆件为角钢型，所述数据采集装置包括压电 陶瓷激振器和压电陶瓷应变片，压电陶瓷激振器和压电陶瓷应变片分别固定在同一输电塔 杆件的两端；所述压电陶瓷激振器对输电塔杆件发出外荷载激励信号，激励信号在输电塔 杆件中传播，输电塔杆件另一端的压电陶瓷应变片采集杆件的应变响应数据；继而，压电陶 瓷激振器发出的实时激励信号和压电陶瓷应变片接收的实时应变响应数据通过导线传输 7 CN 111595234 A 说 明 书 3/10 页 给无线传感器网络系统。 本发明进一步的技术方案：所述装置还包括无线传感器网络系统，所述数据存储 系统通过无线传感器网络系统分别与杆材外部激励装置、杆材应变响应数据采集装置、杆 材屈服诊断模块连接；所述杆材屈服诊断模块通过无线传感器网络系统从所述数据储存系 统获取所述实时激励信号和所述实时应变响应数据；所述的无线传感器网络系统包括无线 传感器节点和网关，无线传感器节点接收压电陶瓷激振器产生的实时激励信号和压电陶瓷 应变片采集的实时应变响应数据，并汇集于网关，网关与数据储存系统通讯连接，并将所述 实时激励信号和所述实时应变响应数据传输至数据储存系统，从而实现无线实时数据传 输。 本发明进一步的技术方案：所述的数据存储系统为中心数据服务器，将无线压电 陶瓷激振器对输电塔杆件的实时激励信号与压电陶瓷应变片采集的实时应变响应数据存 储至中心数据服务器上，供杆材屈服诊断模块、诊断结果发送模块及结果显示和预警终端 提取数据进行分析、结果显示及安全预警。 本发明较优的技术方案：所述压电陶瓷激振器和压电陶瓷应变片固定在角钢型输 电塔杆件同侧外表面或不同侧外表面上，且压电陶瓷应变片的布置方向为沿杆件延伸方向 布置或垂直于杆件延伸方向布置，在压电陶瓷应变片外设有保护层。 本发明较优的技术方案：所述压电陶瓷激振器与压电陶瓷应变片布置的位置距离 角钢侧边缘的距离为角钢边长的1/2，离角钢端部的距离为一个角钢边长。 本发明提供的一种高压输电塔杆件屈服破坏智能诊断方法，其特征在于，包括以 下步骤： 通过布置在输电塔杆件其中一端的杆材外部激励装置对该杆件进行外部激励产 生激励信号，布置在同一输电塔杆件另一端的杆材应变响应数据采集装置采集该杆件的应 变响应数据； 获取同一输电塔杆件一端的杆材外部激励装置产生的激励信号和另一端杆材应 变响应数据采集装置采集的应变响应数据，并根据激励信号和应变响应数据判断输电塔杆 件的屈服破坏状况。 本发明进一步的技术方案：将采集的同一输电塔杆件的激励信号以及应变响应数 据通过无线传感器网络系统传送到数据存储系统；通过无线传感器网络系统从数据存储系 统获取激励信号以及应变响应数据。 本发明进一步的技术方案：在同一输电塔杆件两端分别固定有压电陶瓷激振器和 压电陶瓷应变片，并通过压电陶瓷激振器产生并采集杆件的激励信号，通过压电陶瓷应变 片采集杆件的应变响应数据，根据激励信号和应变响应数据判断输电塔杆件的屈服破坏状 况，得到输电塔杆件屈服破坏诊断结果，其具体诊断步骤如下： (1)将待诊断杆件一端压电陶瓷激振器的位置记为A，另一端压电陶瓷应变片的位 置记为B，A位置的压电陶瓷激振器连续发出激励信号，B位置的压电陶瓷应变片采集待诊断 杆件的应变响应数据，采集一段时间内的实时激励信号和实时应变响应数据，将同一时间 段内某一t时刻的A位置处杆材外部激励装置发出实时激励信号α[t]进行归一化处理后得 到α[t]m，同一t时刻B位置处杆材应变响应数据采集装置接受的实时应变响应数据β[t]进 行归一化处理后得到β[t] Tn，并用向量δ[t]＝[α[t]n,β[t]n] 表示待诊断杆件t时刻的测试 8 CN 111595234 A 说 明 书 4/10 页 数据； (2)在待诊断杆件未发生屈服时，按照步骤(1)中的方法计算出某个时间段内所有 时刻杆件未发生屈服前的测试数据δ0(t)，根据Welch法计算出杆件未发生屈服前该时间段 内的自功率谱密度函数 及互功率谱密度函数 则可根据公式①计算 出杆件未发生屈服时的特征量 其中ω为频率， 在待诊断杆件诊断时，取相同长度的时间段，按照步骤(1)中的方法计算出该时间 段内所有时刻杆件诊断时的测试数据δp(t)，根据Welch法计算出杆件诊断时该时间段内的 自功率谱密度函数 及互功率谱密度函数 则可根据以下公式②计算 出杆件诊断时的特征量 (3)将公式①中计算的杆材未发生屈服时的特征量 和公式②中计算的杆件诊断 时的特征量 带入公式③中计算出杆件屈服破坏诊断指标γ， 其中，σ20 (ω)即为特征量 的方差； 并将计算出杆件屈服破坏诊断指标γ判断所诊断的杆件是否发生屈服破坏；当 uα/2≤γ≤u1-α/2，则所诊断输电塔杆件未发生屈服；否则，所诊断输电塔杆件已发生屈服；则 所诊断输电塔杆件未发生屈服；否则，所诊断输电塔杆件已发生屈服；其中α为显著性水平， 即诊断错误的概率，可根据诊断杆材的重要性设定； uα/2为标准正态分布的下 分位点；N1-α/2为标准正态分布的下 分位点。 本发明进一步的技术方案：将判断的输电塔杆件屈服破坏诊断结果发送至外部终 端；所述外部终端用于接收根据激励信号和应变响应数据判断得到的输电塔杆件屈服破坏 诊断结果并显示或发出预警或显示同时发出预警。 本发明进一步的技术方案：所述步骤(1)中一段时间内的实时激励信号和实时应 变响应数据进行归一化处理的过程如下：采集该段时间内的实时激励信号和实时应变响应 数据，并计算出激励信号均值： 激励信号标准差σ(α)；应变响应数据均值： 应变响应 数据标准差σ(β)；同一时间段内的某一t时刻，位置A处杆材外部激励装置发出实时激励信 号为α[t],位置B处杆材应变响应数据采集装置接受的实时应变响应数据为β[t]；利用公式 ③和对数据归一化处理： 9 CN 111595234 A 说 明 书 5/10 页 其中，α[t]n为归一化后t时刻的激励信号数据，β[t]n为归一化后t时刻的应变响应 数据。 本发明包括装置数据采集装置、无线传感器网络系统、数据处理储存系统、杆材屈 服诊断模块、诊断结果显示与预警终端；考虑一般的输电塔结构采用的钢材为角钢，压电陶 瓷激振器与传感器布置在角钢一端，并离其端部有一定距离同时保证其离边缘也有一定距 离，通过导线将其与无线传感器节点相连。同时提供了四种无线压电陶瓷激振器和传感器 布置方案来满足各种输电塔结构的杆件屈服诊断要求。本发明基于频谱的杆材屈服诊断理 论和杆材屈服诊断的数据处理方法。 本发明有以下效果： (1)本发明实现了在输电系统中自然灾害时输电塔结构杆件屈服破坏自动化智能 化诊断，避免了耗费大量人力物力的人工检测，并避免了人工作业时人身安全遭到威胁。 (2)本发明采用的无线压电陶瓷激励与响应监测系统可实时诊断杆件屈服破坏， 实时采集杆件的激励与响应数据，动态分析并掌握自然灾害时输电塔结构杆件的屈服破坏 情况，可实现输电塔运行时的实时安全评估。 (3)本发明的监测系统布置方案全面且施工方便，有利于减少工时和减少安装费 用，适用于大规模工程应用。 本发明实现了输电塔结构在自然灾害(飓风、冰雹和地震等)时杆件屈服的智能化 诊断，避免人工检测费时费力及检测人员人身安全遭到威胁，有效的解决了自然灾害时输 电塔结构杆件屈服破坏自动化监测诊断问题。 附图说明 图1是本发明中诊断装置的结构示意图； 图2是本发明实施例一中压电薄膜应变片的布置示意图； 图3是本发明实施例一中压电薄膜应变片安装状态侧面示意图； 图4是本发明实施例二中压电薄膜应变片的布置示意图； 图5是本发明实施例三中压电薄膜应变片的布置示意图。 图中：1-输电塔；2-杆件；3-无线传感器节点；4-压电陶瓷应变片；5-压电陶瓷激振 器；6-无线压电陶瓷应变传感器；7-无线压电陶瓷激振器；8-网关；9-激励信号与应变响应 数据；10-数据储存系统；11-杆材屈服诊断模块；12-显示与警示终端。
