环境激励下的远程建筑振动测量

Ommatidia Q2 是一款基于 FMCW 激光雷达的多光束测振仪，可同时采集排列成一线的 65 个点。对于随机或环境激励，并行采集可确保所有点同时被测量，从而避免了与扫描方法相关的相位不一致性。相关规格：

• 65 点同步测振；可选采样率高达 40 kHz；速度范围 ±15.5 mm/s。
• 集成三轴加速度计：2,000 Hz 带宽，4,000 Hz 采样，22.5 µg/√Hz 噪声，能够区分环境和仪器振动，如交通、风和内部风扇。
• 全高清 RGB 摄像头 (1920×1080)，带自动对焦功能，用于准直和记录。
• IP54 防护等级，具备压力、温度和湿度的环境补偿功能。
• GigE 连接、GPS 同步、模拟 I/O、数字输出；通过 Ommatidia Atelier 控制；数据格式为 HDF5。
• 俯仰微扫描器可在需要时进行密集的垂直采样，并具有长采集静态模式，以保证稳定性和频谱分辨率。

目标：地热系统烟囱，混凝土空心结构，尺寸约为 2 m × 1 m × 35 m。

• 工作距离：约 25 m；测量线沿外墙垂直定向。
• 表面处理：无需处理。
• 模式：用于连续时间序列的长采集静态测振模式。
• 采集：在同一垂直线上进行三次运行，每次 300 秒。步骤：1) 使用 RGB 摄像头和自动对焦功能对准垂直 65 点光束线。2) 配置长采集静态测振，以优先考虑时间稳定性和低频分辨率。3) 记录同步的 Q2 测振数据和内部加速度计时间序列。4) 对频谱进行后处理，以比较结构响应与环境及仪器特征。

由于振幅极低且主频通常低于 10 Hz，建筑物的动态特性表征具有挑战性。在资产规模上，受控激励很少具有可行性，因此环境激励分析成为首选途径。本应用说明评估了 Ommatidia Q2 多光束激光多普勒测振仪在环境激励下远程、非接触式采集真实建筑振动的能力。 关键词：激光测振、建筑、环境激励、结构监测

频谱分析显示，测振仪和加速度计的光谱中均出现了 5 Hz、10 Hz 和 110 Hz 的峰值，表明其为非结构性来源。其中 110 Hz 分量与内部冷却风扇一致。5 Hz 和 10 Hz 的峰值则与城市环境产生的地面振动激励相吻合。 测振仪数据中存在一个明显的 1.7 Hz 峰值，而加速度计并未反映出该峰值，这被归因于烟囱的结构响应。 关键结论：

• 仅靠环境激励就足以识别低频建筑模态。
• 集成加速度计对于声源辨识至关重要，可将真实的建筑动力学与环境及仪器产生的振动隔离开来。
• 并行 65 点采集可沿测量线提供瞬时的、相位一致的空间洞察。

场地选择：安置在稳定的地面上，保持视线清晰，并根据需要使用刚性三脚架和隔振垫，尽量减少局部振动与仪器的耦合。

• 配置：对于 10 Hz 以下的低频目标，使用长采集静态模式。校准采样率和记录长度，以达到所需的频谱分辨率。
• 验证：将测振仪频谱与内部加速度计进行对比，以剔除环境或仪器峰值。
• 记录：使用 RGB 摄像头进行对准记录和重复性检查。将数据存储为 HDF5 格式，以实现可追溯的工作流。

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