本文索力計測量索力在選取最優軸、完成振動采樣頻率校準的基礎上，主要通過峰值提取和窗口加權評估兩個階段分析獲取索力。

3.2.1 峰值提取

本階段主要目的是對振動FFT功率譜進行信息提取，去掉對于基頻提取無效的干擾信息，保留功率譜中與基頻提取相關的峰值，以便之后進一步進行基頻提取。主要步驟如下：

(1)設置特殊參數M，FFT功率譜點數為2N時，M的取值在[1，2log2N]之間可調。

(2)對FFT功率譜進行滑動平均處理，得到平滑功率譜。滑動平均處理所取的窗口寬度為5～20個頻點。

(3)將平滑功率譜的前M點直接置零。從第M點到第N點掃描FFT平滑功率譜，保留FFT平滑功率譜中的所有極大值，其他非極大值點全部置0。

(4)再次從第M點到第N點掃描FFT平滑功率譜中的非零點，設第k點為當前掃描非零點，k-1點為上一個掃描到的非零點，k+1為下一個掃描到的非零點。

(5)若第k點的幅度大于第k-1點和第k+1點的幅度，則不做處理，繼續掃描第k+1點，否則，依據第k點與最近非零點的距離做處理。如果第k點與最近非零點的距離小于K，則將第k點置零，否則，不作處理，繼續掃描第k+1點。

掃描完所有的點，得到FFT峰值功率譜G(n)。

3.2.2 窗口加權評估
對頻點x，如果在x和它的各次諧波頻點處構建以其為對稱中心的凸函數形狀窗函數w(n-kx)，則可以形成如式(3)所示、與相關度類似的指標。

本階段以上述指標為依據，尋找E(x)的最大值，該處x即對應最可能的索力基頻。

4 網絡接入設計

小體積、電池供電和無線通信的設計為本文索力計帶來部署便利性，但也使之能源受限。射頻模塊屬于索力計的大功耗單元，其上網絡協議設計需要兼顧自組網和低功耗特性，避免索纜高處的索力計節點電池快速耗盡情況造成維護問題。

本文首先將無線索力計定義為監測網絡的末端節點，避免其承擔轉發、路由等高開銷任務。在此基礎上設計具有高占空比射頻休眠狀態的自組織網絡接入機制如圖3。索力計通過此方式接入靈活部署的自組織網主干部分，實現常年連續的監測。

5 應用與驗證

本文研究團隊2017年在泰安長江大橋部署了無線智能傳感器網絡進行結構監測，所用索力傳感器即本文設計的無線索力計。其在系統中運行穩定，索力測算值與理論值范圍相符，各索的數據變化趨勢相互印證。圖4展示了2017年1月25日到3月5日期間該橋某跨6枚索力計上報的數據情況，所在區域2月20日到2月26日的大面積降雨積水影響在圖中體現為索力最大波動區段，其余時段變化較平緩一致。

表1統計了同一跨段12根索的索力監測值，并與設計值進行對比。從偏差情況可見，本文算法所得各索張力與相應參考值偏差不超過3.7%，符合監測應用的工程需要。

6 結語