结构健康VC振动等级在线监测

1. 实时量化结构振动等级（VC-A ~ VC-G 或自定义等级），用于评估对敏感设备与人员舒适性的影响；
2. 监测结构动力学参数（主频、阻尼、模态形状、位移、倾斜、应变），识别早期损伤/裂缝/支座失效等；
3. 在施工、交通、爆破或极端风荷载/地震等工况下提供在线预警与事后鉴定数据；
4. 建立长期数据库支持疲劳累积、寿命预测与维修决策；
5. 向运维、资产管理与城市管理平台提供标准化数据接口与告警联动。

• 结构监测既需短期（秒级）捕捉突发冲击与PPV，又需长期（日/月/年）跟踪模态频率漂移和疲劳累积；
• 不同结构对频段敏感度不同：高层建筑主响应通常 <1–5 Hz；桥梁/平台可能在 1–20 Hz；精密设备关注 <100 Hz 的微振动（VC）；
• 数据采集需高采样率以保留冲击细节，同时支持边缘计算降低带宽。
• 系统需兼容多种通信方式（以太网/光纤/4G/5G/LoRa）并支持安全、可审计的数据管理。

1. 多参数融合监测：三轴加速度/速度（振动）+位移/激光/差压（位移）+应变（应力）+倾角（慢变形）+环境（风速、温湿、交通流量）。
2. 多点布设：顶部、底部、关键构件（支座、梁端、节点）与敏感位置（设备台座、古建基座）。
3. 边缘触发与上传策略：常态参数周期上报（如每30s/1min）；阈值/事件触发时上传高频原始波形包（Pre-trigger、Post-trigger）。
4. 信号处理：时域（RMS、峰值、PPV）、频域（FFT、1/3 倍频程）、时频（STFT/小波）、模态识别（OMA/EMA）、包络/阶次分析、疲劳/累积能量分析。
5. 建模对比：上线前建立“基线模态库/频谱指纹”；异常时做模态频率漂移、阻尼变化与模态形态差异对比。

• VC等级：基于速度RMS在1/3倍频程带内与VC曲线对比，判定对敏感设备/工况的适配性（例如 VC-A 适用于纳米/半导体设备，VC-D/E 适用于一般工业或人群舒适性低要求场景）。
• 结构健康：模态频率下降、阻尼比显著变化、局部应变突增或位移/倾斜增长常为损伤前兆；PPV 高幅冲击可能触发瞬时损伤或松动。
• 将 VC（对设备/人） 与 结构模态指标（对构件/结构） 双轨并行：当 VC 超限但模态无显著变化，处理为“环境/外部扰动需管控”；当模态参数变化则判定为“结构性风险需检修”。

• 实时VC等级与结构动力学双指标输出；
• 三轴矢量PPV/RMS、1/3 倍频程能量图与可视化频谱/时频图；
• 多点联合震源定位（到时差法）与扰动源识别（交通/施工/风/地震）；
• 多级预警（关注/预警/报警）并支持短信、App、声光、工单联动；
• 边缘计算：阈值判定、初步降噪、事件压缩存储；
• 历史数据库、趋势分析、疲劳寿命估算、维修建议模块；
• 标准 API（REST/MQTT/OPC-UA） + 第三方平台推送。

• 三轴工业加速度传感器（或速度计）× 若干；
• 激光位移传感器 / 距离计（关键裂缝或变形测点）；
• 应变片（电阻式或光纤光栅 FBG）× 若干；
• 三轴倾角/倾斜计；
• 多通道采集器（24-bit ADC，抗混叠滤波，事件触发）与边缘计算网关；
• GPS/北斗时间同步模块；
• 通信模块（以太网/4G/5G/LoRa 可选）；
• 供电：市电/UPS/太阳能+电池备份；
• 防护外壳、支架、接地与避雷装置；
• 云平台与可视化前端（PC/手机）。

• 加速度传感器
  • 量程：±2 g / ±10 g 可选；
  • 频率响应：0.1 Hz ～ 2 kHz（依据结构需求）；
  • 分辨率：≤0.001 g；
  • 环境防护：IP65/IP67，工作温度 -40～+70℃。
• 速度传感器（若直接用速度）
  • 量程：0.001 mm/s ～ 200 mm/s；
  • 分辨率：≤0.001 mm/s；
  • 频率响应：0.1 Hz ～ 500 Hz。
• 位移/激光测距
  • 量程：0.5 m ～ 50 m（按点位）；
  • 精度：±0.1 mm ～ ±1 mm。
• 应变片/FBG
  • 量程：±5000 µε（可定制）；精度 ±1%FS。
• 采样与同步
  • 采样率：常态 200 Hz ~ 1 kHz（突发/冲击事件 2 kHz 或更高可配置）；
  • ADC：24-bit 推荐；
  • 时间同步：GPS/北斗 ≤1 ms。
• 通信：4G/5G 上传延迟建议 ≤5 s（事件摘要），原始包可异步上传。

1. 现场勘查与点位设计：结合结构设计图、施工/交通扰动源、敏感设备与历史数据，制定点位布置表（建议至少 6–12 点对中大型结构）。
2. 设备采购与出厂校准：传感器与采集器须附校准证书。
3. 现场安装：刚性固接（膨胀栓或化学锚栓），注意避免安装在薄板或可松动部位；布线采用屏蔽电缆并做好接地与避雷。
4. 基础数据采集（基线期）：建议 1–3 个月基线采集，涵盖日夜、不同交通/风/施工工况，用以建立基线指纹与阈值初始设定。
5. 边缘与平台配置：配置采样率、事件触发门限、上传策略、报警联系人与工单接口。
6. 试运行与阈值调优：通过试运行对阈值进行场景化调优与专家确认。
7. 正式监测与运维：定期巡检、传感器校验（6–12 个月）、平台升级与备件管理。

• 实时板块：PPV（x/y/z/合成）、RMS（1s/5s/10s）、VC等级（1/3 倍频程比对）、主频检测。
• 频域与时频：FFT、spectrogram、小波分析识别瞬时冲击与长期共振。
• 模态识别：输出结构模态频率、阻尼比与模态形状，使用 OMA（输出模态分析）比对基线识别频率漂移。
• 损伤指标：模态频率相对变化率、模态能量分布变化、局部应变突变、位移/倾斜速率。
• 累积/疲劳评估：基于累积能量或类 Rainflow 算法估算疲劳损伤累积。
• 多因子决策引擎：将 VC 超限、PPV 峰值、模态漂移与位移/应变异常以加权方式融合输出健康评分与风险等级（可配置权重）。

备注：阈值需以基线与结构容限最终校准，下列为通用分级示例。

• 信息/关注（蓝/绿）
  • VC 在允许范围内（VC-A/B），RMS/PPV 在基线波动范围内。
  • 处置：记录并常规查看。
• 警示（黄色）
  • 局部 VC 趋近阈值或 PPV 出现短时冲击（超基线 2 倍）；或模态频率变化>1%且无伴随位移。
  • 处置：通知值班/巡检并增加采样密度与确认摄像头回放。
• 预警（橙色）
  • VC 超限（对敏感设备等级超标）、PPV 持续或多次冲击、或模态频率下降 1–3%、应变增长明显。
  • 处置：派员现场检查，必要时限制运行（转移敏感设备、临时限载、减少流量），并启动专家评估。
• 报警（红色）
  • 显著模态漂移 (>3–5%)、持续高PPV伴随位移/倾角异常或应变超限。
  • 处置：立即启动应急预案（疏散、封闭、停工）、现场结构检测与修复、上报管理部门并形成事件档案。

• 双重判定：VC（使用/舒适）+结构模态（安全），覆盖对设备和结构的双向保障；
• 多因子融合降低误报：结合频域、时域与模态指标提高判别精度；
• 边缘智能减小带宽压力：事件触发上传原始波形，常态上传特征值；
• 可扩展与对接性强：支持第三方平台/API、GIS地图与BIM集成；
• 长期数据价值：支持疲劳管理、维保优化与投资产生决策。

• 高层/超高层建筑结构健康监测；
• 重要桥梁、跨江大桥、互通立交；
• 厂房/仓库含重载机械/敏感设备（精密仪器）建筑；
• 古建筑与文物保护场所；
• 地铁/轨道沿线结构的长期振动与健康监测；
• 隧道及地下结构监测。

• 降低结构失稳或损伤风险，减少重大事故与维修成本；
• 优化巡检频次与维保资源分配，实现预测性维护；
• 为敏感设备运行维护提供环境数据支撑，减少误差/损耗；
• 政府与业主可通过透明监测提升公众信任与合规性。

• 《建筑结构检测技术标准》相关条款（GB/T 50344 等）；
• ISO/TC 与 VC 相关标准（IEST/VC 指南用于敏感设备评估）；
• 《工程振动测量规范》与地区施工振动管理条例；
• 传感器与采集设备的计量校准标准与检定规范。

• 结构健康监测（SHM）基础与实务教材；
• 模态分析与输出模态识别（OMA）相关论文与应用指南；
• VC（Vibration Criteria）曲线与应用技术白皮书；
• 工程振动测量与数据处理手册。