本发明涉及桥梁检测，尤其是基于光纤光栅传感器和声发射传感器的桥梁状态检测方法。
背景技术：
1、本文中的桥梁状态检测是通过监控与评估桥梁架构状况，在特殊气候交通条件下或者运营状况异常严重时发出预警信号，为维护维修和管理决策提供依据与指导。其中，拉索(钢缆)作为斜拉桥的主要受力部件，其长期受到外界侵蚀。因此，及时检测拉索健康状态，确保桥梁的结构安全和长期稳定性尤其重要。目前，现有技术中拉索的主要检测方式包括声发射检测、光纤光栅检测、机器人视觉检测等。其中，肉眼或者机器人视觉无法进行长期、实时的检测，且无法对桥梁异常情况及时处理且视觉检测图像数据处理复杂。另外，声发射检测技术则主要接收钢缆钢索断裂弹性波或者桥面形变的压力波，若在发生断裂或形变时未有效检测或存在外界不可抗因素时，其容易导致漏检漏报，例如“公开号为cn112986393a、名称为一种桥梁拉索损伤的检测方法和系统”的公开技术。最后，光纤光栅检测技术主要通过温度、应变或者应力引起光纤光栅耦合波长变化来检测桥面形变和钢索拉力，由于其对温度较为敏感，可能会存在交叉干扰的情况。
2、因此，亟需提出一种逻辑简单、准确可靠的基于光纤光栅传感器和声发射传感器的桥梁状态检测方法。
技术实现思路
1、针对上述问题，本发明的目的在于提供基于光纤光栅传感器和声发射传感器的桥梁状态检测方法，本发明采用的技术方案如下：
2、基于光纤光栅传感器和声发射传感器的桥梁状态检测方法，其包括以下步骤：
3、将声发射传感器和光纤光栅传感器分别固定在待检测的桥梁的钢缆表面；
4、利用声发射传感器采集声发射信号，并采用能量积分获得第一环境工况下的时域能量值e’0(sti)、第一环境工况下的频域能量值e’0(fsti)、第二环境工况下的时域能量值e’1(sti)和第二环境工况下的频域能量值e’1(fsti)；
5、预设虚警概率pf，根据二元假设问题中虚警概率计算公式求得检测门限值th；
6、结合第一环境工况下的时域能量值e’0(sti)、第二环境工况下的时域能量值e’1(sti)、第一环境工况下的频域能量值e’0(fsti)和第二环境工况下的频域能量值e’1(fsti)，分别求得第一环境工况下的时域检测门限th1、第二环境工况下的时域检测门限th2、第一环境工况下的频域检测门限th3和第二环境工况下的频域检测门限th4；
7、实时采集声发射传感器的钢缆声发射信号s，并记录时间t0至时间ti的钢缆声发射信号数据sti，将钢缆声发射信号数据sti从时域转换成频域的钢缆声发射信号数据fsti；
8、分别对钢缆声发射信号数据sti和频域的钢缆声发射信号数据fsti进行能量积分，得到钢缆声发射信号数据sti对应的时域能量值e(sti)和频域的钢缆声发射信号数据fsti对应的频域能量值e(fsti)；
9、若钢缆声发射信号数据sti对应的时域能量值e(sti)大于第一环境工况下的时域检测门限th1，则触发第一报警信号m1；若钢缆声发射信号数据sti对应的时域能量值e(sti)大于第二环境工况下的时域检测门限th2，则触发第二报警信号m2；若频域的钢缆声发射信号数据fsti对应的频域能量值e(fsti)大于第一环境工况下的频域检测门限th3，则触发第三报警信号m3；若频域的钢缆声发射信号数据fsti对应的频域能量值e(fsti)大于第二环境工况下的频域检测门限th4，则触发第四报警信号m4；
10、利用钢缆声发射信号s求得声强i；根据声强i求得所述声发射传感器与钢缆异常位置距离x；
11、对光纤光栅传感器施加模拟外界温度变化，获取施加模拟外界温度变化前的光波长信号数据gt0和施加模拟外界温度变化后的光波长信号数据gt1，并求得光纤光栅传感器的温度变化干扰阈值k0；
12、若出现第一报警信号m1、第二报警信号m2、第三报警信号m3和第四报警信号m4其中之一或几个，则计算波长数据差值与变化时间比值并得到光栅信号突变值ki；若光栅信号突变值ki大于温度变化干扰阈值k0，则触发第五报警信号m5；
13、当同时出现第二报警信号m2、第四报警信号m4和第五报警信号m5时，则予以检修提示。
14、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
15、(1)本发明通过能量积分获取在两种工作环境下的时域能量值和频域能量值，以便于求得天气状况良好(额定工作工况)与恶劣天气(极限工作工况)下的环境噪声能量，排除环境噪声对监测的影响，保证其检测的可靠性。
16、(2)本发明采用傅里叶变换将钢缆声发射信号数据从时域转换成频域的钢缆声发射信号数据，信号频谱相对干净，可排除白噪声干扰。
17、(3)本发明通过求得声强，并求得声发射传感器与钢缆异常位置距离，大致确定钢缆断裂位置方便维修人员进行快速确认。
18、(4)本发明通过施加模拟外界温度变化，以求得光纤光栅传感器的温度变化干扰阈值，以排除温度变化对检测的干扰，保证检测的准确性。
19、(5)本发明通过求得光栅信号突变值，并与温度变化干扰阈值进行比较，以获得拉索的健康状态变化，使得检测更为准确可靠。
20、(6)本发明通过声发射传感器与钢缆异常位置距离、光栅信号突变值和检测门限进行多重判断检测，排除环境和传感器自身的干扰，保证检测的准确性。
21、综上所述，本发明具有逻辑简单、准确可靠等优点，在桥梁检测技术领域具有很高的实用价值和推广价值。
1.基于光纤光栅传感器和声发射传感器的桥梁状态检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于光纤光栅传感器和声发射传感器的桥梁状态检测方法，其特征在于，钢缆声发射信号数据sti对应的时域能量值e(sti)和频域的钢缆声发射信号数据fsti对应的频域能量值e(fsti)的求取包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的基于光纤光栅传感器和声发射传感器的桥梁状态检测方法，其特征在于，计算波长数据差值与变化时间比值并得到光栅信号突变值ki，包括以下步骤：
4.根据权利要求2所述的基于光纤光栅传感器和声发射传感器的桥梁状态检测方法，其特征在于，所述第一环境工况下的时域能量值e’0(sti)、第一环境工况下的频域能量值e’0(fsti)、第二环境工况下的时域能量值e’1(sti)和第二环境工况下的频域能量值e’1(fsti)采用以下公式求得：
5.根据权利要求4所述的基于光纤光栅传感器和声发射传感器的桥梁状态检测方法，其特征在于，根据二元假设问题中虚警概率计算公式求得检测门限值th，其表达式为：
6.根据权利要求5所述的基于光纤光栅传感器和声发射传感器的桥梁状态检测方法，其特征在于，结合第一环境工况下的时域能量值e’0(sti)、第二环境工况下的时域能量值e’1(sti)、第一环境工况下的频域能量值e’0(fsti)和第二环境工况下的频域能量值e’1(fsti)，分别求得第一环境工况下的时域检测门限th1、第二环境工况下的时域检测门限th2、第一环境工况下的频域检测门限th3和第二环境工况下的频域检测门限th4，包括以下步骤：
7.根据权利要求1或2或3所述的基于光纤光栅传感器和声发射传感器的桥梁状态检测方法，其特征在于，所述利用钢缆声发射信号s求得声强i，声强i的表达式为：
8.根据权利要求7所述的基于光纤光栅传感器和声发射传感器的桥梁状态检测方法，其特征在于，根据声强i求得所述声发射传感器与钢缆异常位置距离x，其表达式为：
9.根据权利要求1或2或3所述的基于光纤光栅传感器和声发射传感器的桥梁状态检测方法，其特征在于，对光纤光栅传感器施加模拟外界温度变化，并求得光纤光栅传感器的温度变化干扰阈值k0，其表达式为：
10.根据权利要求1或2或3所述的基于光纤光栅传感器和声发射传感器的桥梁状态检测方法，其特征在于，采用傅里叶变换将钢缆声发射信号数据sti从时域转换成频域的钢缆声发射信号数据fsti。
