·1478 工程科学学报，第38卷，第10期 采用现场测试中常用的布设加速度传感器的方法 所使用采集软件为同济大学土木工程学院自主开发的 进行对比试验，其中加速度计为单轴压电式传感器，技 SVSA系统.试验采样频率为50Hz,采样时长为5~10 术参数如表1所示.测试过程中首先需要依靠人工攀 min.获得包含三个平台（二层、三层和五层）高度侧向 爬将加速度计、连接线、采集仪、电脑等仪器设备放置 振动的数据9组.现场近6h才完成测试，其中攀爬不 在塔筒内部的平台上，再在平台上将加速度计通过连 同高度的塔筒进行传感器布设，特别是传感器引线连 接线与采集仪和电脑相连接，同样通过采集软件控制 接等工作，花了3h才得以完成，相比激光遥测的方 采样频率和采样时间进行信号采集，见图5.本试验中 法，现场工作量多出许多. 表1两种传感器的技术参数 Table 1 Technical parameters of the sensors 技术参数 低频加速度计 技术参数 激光多普勒测振仪 准确度 (40000mV)/g 精度设置 (0.4~100)mms1.V-l 幅值范围 0.12g 测试幅值 1ms小 频带 (0.5~1000)Hz,±10% 测试带宽 (0~25)kHz 精度 5x10-1g 仪器大小 235mm×320mm×150mm 冲击保护 100g 保护等级 IP-20 质量 310g 仪器质量 6kg 5® 加速度计 www 采集仪 510152025303540 45 50 时间s 5 wWWWWiM 电脑 的g0青6 1520 25 30 35 40 4550 时间/s 图5基于加速度计的振动测试系统 图6由加速度计和激光测振仪测得的典型时程信号.()加速 Fig.5 Accelerometer-based vibration measurement system 度计；(b)激光测振仪 Fig.6 Acceleration and velocity time histories:(a)typical acceler- 所测风电塔风场未设置测风塔，故实测中未实时 ometer data:(b)typical laser Doppler vibrometer measurement 对风速进行精确测量.现场实测当天通过手持风速仪 读数所记录的风速较小，未达到所测风机的切入风速 P。/P,作归一化处理.其中：P。为归一化的a方法所 (即风速<3.5m·s),测试过程中风机处于停机状 有数据的平均功率谱密度函数，P。为a方法第一个峰 态，且在测试时间段未出现强烈阵风，故可以把风激励 值所对应频率的功率谱密度函数幅值.处理后的频域 理想为平稳随机过程，基本满足环境振动测试方法的 数据对比如图7所示. 使用前提.由于现场试验的实际情况，加速度计布置 102 -加速度计 位置高度与激光多普勒测振仪测量高度并非一一对 激光测振仪 应，但风电塔的二层平台（布置加速度计）和塔筒中部 10 (激光多普勒测振仪瞄准点)高度相近，选取此位置两 种传感器采集到的数据为例进行比较.分别截取50s 两组数据的典型时程，如图6所示. 频率/Hz 激光测振仪和加速度计两种仪器所测得数据分别 为速度与加速度.由于现场试验布置参考点的困难， 图7不同测试方法数据的颍域信息对比 试验中未对位移进行测量，但可以利用所测的速度或 Fig.7 Testing result comparison in the frequency domain 加速度信号的积分获得风电塔振动的位移，鉴于本文 从图7中对比可以看出：在塔筒中部，使用两种仪 的研究侧重点，将不进行详述.为了比较激光测振仪 器测试所得数据的频域信息相似程度较高，使用激光 和加速度计所测两种数据频率成分的差异，首先将激 多普勒测振仪可以获得可信的结构振动信号.此外， 光多普勒测振仪所得到的速度信号经过微分转化成加 压电式加速度计受温度变化等影响严重，0z处成分 速度信号，再将不同数据的功率谱密度函数按照P:= 明显，漂移现象严重：而激光多普勒测振仪所测得的数工程科学学报，第 38 卷，第 10 期 采用现场测试中常用的布设加速度传感器的方法 进行对比试验，其中加速度计为单轴压电式传感器，技 术参数如表 1 所示． 测试过程中首先需要依靠人工攀 爬将加速度计、连接线、采集仪、电脑等仪器设备放置 在塔筒内部的平台上，再在平台上将加速度计通过连 接线与采集仪和电脑相连接，同样通过采集软件控制 采样频率和采样时间进行信号采集，见图 5． 本试验中 所使用采集软件为同济大学土木工程学院自主开发的 SVSA 系统． 试验采样频率为 50 Hz，采样时长为 5 ～ 10 min． 获得包含三个平台( 二层、三层和五层) 高度侧向 振动的数据 9 组． 现场近 6 h 才完成测试，其中攀爬不 同高度的塔筒进行传感器布设，特别是传感器引线连 接等工作，花了 3 h 才得以完成，相比激光遥测的方 法，现场工作量多出许多． 表 1 两种传感器的技术参数 Table 1 Technical parameters of the sensors 技术参数 低频加速度计 技术参数 激光多普勒测振仪 准确度 ( 40000 mV) /g 精度设置 ( 0. 4 ～ 100) mm·s － 1·V － 1 幅值范围 0. 12 g 测试幅值 1 m·s － 1 频带 ( 0. 5 ～ 1000) Hz，± 10% 测试带宽 ( 0 ～ 25) kHz 精度 5 × 10 － 7 g 仪器大小 235 mm × 320 mm × 150 mm 冲击保护 100 g 保护等级 IP--20 质量 310 g 仪器质量 6 kg 图 5 基于加速度计的振动测试系统 Fig． 5 Accelerometer-based vibration measurement system 所测风电塔风场未设置测风塔，故实测中未实时 对风速进行精确测量． 现场实测当天通过手持风速仪 读数所记录的风速较小，未达到所测风机的切入风速 ( 即风速 ＜ 3. 5 m·s － 1 ) ，测试过程中风机处于停机状 态，且在测试时间段未出现强烈阵风，故可以把风激励 理想为平稳随机过程，基本满足环境振动测试方法的 使用前提． 由于现场试验的实际情况，加速度计布置 位置高度与激光多普勒测振仪测量高度并非一一对 应，但风电塔的二层平台( 布置加速度计) 和塔筒中部 ( 激光多普勒测振仪瞄准点) 高度相近，选取此位置两 种传感器采集到的数据为例进行比较． 分别截取 50 s 两组数据的典型时程，如图 6 所示． 激光测振仪和加速度计两种仪器所测得数据分别 为速度与加速度． 由于现场试验布置参考点的困难， 试验中未对位移进行测量，但可以利用所测的速度或 加速度信号的积分获得风电塔振动的位移，鉴于本文 的研究侧重点，将不进行详述． 为了比较激光测振仪 和加速度计所测两种数据频率成分的差异，首先将激 光多普勒测振仪所得到的速度信号经过微分转化成加 速度信号，再将不同数据的功率谱密度函数按照 P'a = 图 6 由加速度计和激光测振仪测得的典型时程信号． ( a) 加速 度计; ( b) 激光测振仪 Fig． 6 Acceleration and velocity time histories: ( a) typical acceler￾ometer data; ( b) typical laser Doppler vibrometer measurement Pa /Pa1作归一化处理． 其中: Pa 为归一化的 a 方法所 有数据的平均功率谱密度函数，Pa1为 a 方法第一个峰 值所对应频率的功率谱密度函数幅值． 处理后的频域 数据对比如图 7 所示． 图 7 不同测试方法数据的频域信息对比 Fig． 7 Testing result comparison in the frequency domain 从图 7 中对比可以看出: 在塔筒中部，使用两种仪 器测试所得数据的频域信息相似程度较高，使用激光 多普勒测振仪可以获得可信的结构振动信号． 此外， 压电式加速度计受温度变化等影响严重，0 Hz 处成分 明显，漂移现象严重; 而激光多普勒测振仪所测得的数 · 8741 ·