自然和饱水煤样巴西劈裂过程声发射幅频特征试验

为研究水对煤样拉伸破裂过程中力学及声发射特性的影响,对自然和饱水煤样进行巴西劈裂试验,利用频谱分析法对声发射波形信息进行研究。试验结果表明:拉伸破裂过程中,饱水煤样主频集中范围小于自然煤样;破坏阶段饱水煤样释放的能量比自然煤样少,其最大主频幅值低于自然煤样;自然煤样声发射信号以低频低幅值、中频低幅值和高频低幅值信号为主,煤样破裂时低频和高频信号有向中频带转移的趋势,饱水煤样声发射信号以低频低幅值信号为主,煤样破裂时低频高幅值和中频低幅值信号增加;低频高幅值信号对应煤样破裂过程中大尺度裂纹产生;饱水煤样破裂时低频高幅值信号数量多于自然煤样,反映了饱水煤样破裂时产生的大尺度裂纹更多。     

含瓦斯煤受载损伤演化声发射特性实验研究

搭建了含瓦斯煤单轴压缩信息采集系统,测试了煤样受载破坏过程中声发射及力学特性参数的变化,并对煤岩损伤演化模型及声发射特性进行了深入的分析研究。研究结果表明,含瓦斯煤在受载破坏过程中能够产生声发射信号,在受载前期声发射信号较少,受载后期较多,载荷峰值附近声发射信号达到最大值;声发射脉冲数及能量与载荷的变化趋势一致,能够直观地反映含瓦斯煤损伤程度;基于声发射特性参数的损伤演化模型,根据声发射脉冲数及能量所计算的损伤值与实测值变化趋势基本一致;作为前兆信息,声发射信号能够表征煤岩损伤演化规律,反映煤岩受载破坏状态。该研究成果将为现场煤岩瓦斯动力灾害的监测及预防提供参考。信号能够表征煤岩损伤演化规律,反映煤岩受载破坏状态。该研究成果将为现场煤岩瓦斯动力灾害的监测及预防提供参考。     

煤体中超声波参数的实验研究

采用声发射实验技术对大安山无烟煤与三河尖肥煤的超声波波速、衰减系数、超声波的时域特征和频域特征进行了研究。研究结果表明,受空隙率和含水率等的影响,无烟煤中的平均波速大于肥煤中的平均波速,其衰减系数平均值低于肥煤的衰减系数平均值;超声波的时域特征和频域特征受煤的品质和波形频率的影响,无烟煤的主频幅值大于肥煤,衰减周期小于肥煤,并且随着波形频率的增加,衰减时间下降,透射波形的能量更加聚集于主频。这些结论可为采掘前煤炭品质和种类的定性提供理论依据。     

冻融循环作用下不同含水率砂岩抗拉特性研究

我国寒冷地区矿山受冻融循环作用的影响,岩石内部因不均匀胀缩而产生裂隙,同时裂隙间水分冻胀使得裂隙扩大,造成岩石破坏,进而影响边坡的稳定性。为研究冻融循环作用下不同含水率砂岩的抗拉特性,对不同冻融循环次数（0,10,20,30次）下不同含水率（0,35%,70%,100%）砂岩进行巴西劈裂试验,同时进行声发射监测,分析了含水率和冻融循环作用对砂岩抗拉特性的影响。结果表明：(1)当砂岩含水率小于35%时,砂岩抗拉强度降低幅度较为缓慢,含水率大于35%时抗拉强度降低幅度变快。(2)砂岩声发射信号峰值频率分布有明显频带特征,含水率增大会使砂岩声发射信号峰值频率主要集中区延后出现。(3)随着冻融次数增多,非完全饱水砂岩的声发射振铃计数和累计能量峰值不断降低,完全饱水砂岩的声发射信号减少且声发射振铃计数峰值呈先升后降趋势,含水率相同的砂岩声发射信号低峰值频率从50 kHz降低到10 kHz以下,其中冻融10次时砂岩加载过程中的声发射信号以峰值频率小于20 kHz的低频信号为主,冻融20次后砂岩声发射信号峰值频率降到10 kHz以下。(4)砂岩整个加载过程以低频低幅值声发射信号为主,主要发生小尺度破...     

预制裂隙岩石单轴压缩声发射特征研究

为了研究预制裂隙岩石失稳破坏过程中声发射特征,对预制不同倾角裂隙岩石进行了单轴压缩声发射试验,分析了预制裂隙岩石变形破坏特征及声发射信号变化规律。结果表明:随着预制裂隙倾角的减小,岩石试件的抗压强度逐渐降低,达到峰值应力的时间逐渐缩短,破坏时的轴向应变逐渐减小,试件由拉伸劈裂破坏向剪切滑移破坏转变;随着预制裂隙倾角减小,试件首次出现声发射能量和振铃计数峰值的时间提前、所需加载的轴向应力减小;声发射累计振铃计数随加载时间的增加呈非线性上升趋势,且预制裂隙倾角越小,声发射累计振铃计数上升速率越快。     

基于重标极差分析的受载砂岩声发射特征研究

为了研究砂岩破坏过程中时间序列各个阶段声发射信号的响应规律,开展了砂岩单轴压缩试验。基于重标极差时间序列分析,得出了砂岩破坏过程中声发射计数时间序列的Hurst指数和分形维数。试验及分析结果表明,声发射信号与砂岩内部裂纹演化有很好的对应性;砂岩破坏的声发射信号时间序列遵循重标极差统计规律及分形规律,在时间序列的各个子区间内,Hurst指数值均大于1/2,呈现持久性,即随着时间的增加,产生的声发射信号呈现增长趋势;分形维数具有下降-上升-下降的特点,并在砂岩破坏时达到最低,这种变化趋势与砂岩内部微裂纹的发展情况一致。     

岩石变形破坏检测方法研究

介绍了现有岩石变形破坏的检测方法,即光学检测法、CT检测法、声发射法、电磁辐射法、红外检测法的研究现状,分析了每种方法的优缺点,指出现有的岩石变形破坏检测方法大多处于实验研究阶段,不能对大型岩体工程中岩石变形破坏过程实施长期、有效的监测,应对现有检测方法继续进行深入的研究,并探寻更为有效的检测方法,如光纤传感检测方法。     

受载混凝土内部应变及声发射特征研究

为了研究混凝土试样破裂失稳过程中内部裂隙演化规律,对预埋应变砖的混凝土试样进行单轴压缩实验,研究了混凝土试样内部应变随时间的变化规律,测试并分析了试样受载破裂演化过程中的声发射信号特征,得出结论:在压密阶段,混凝土不同方向的应变量均较小,声发射计数较低;在裂隙稳定扩展阶段,试样内部应变稳定增加,不同方向的局部应变量有明显不同,声发射信号也呈现稳定增长趋势;当混凝土出现局部快速破裂时,会出现应变的突增及声发射信号激增;在临界失稳前,局部变形量快速增加,声发射信号也急剧增加;试样破裂时,各个方向的局部应变量及声发射脉冲数均达到峰值。     

岩石声发射信号处理小波基选择的探讨

在本文中,笔者就在对岩石声发射信号及其特点进行详细分析的基础上,对能够适用于岩石声发射信号分析和处理的小波基特点进行了全面细致的总结,并且根据相关的研究得出结论:Db4小波基能够用于岩石声发射信号处理。这个结论具有非常重要的意义。     

基于信号杂波噪声比的认知雷达扩展目标探测波形设计

针对认知雷达在杂波环境下探测扩展目标时,回波信号的信号杂波噪声比(SCNR)较低的问题,提出了一种基于SCNR认知雷达发射波形优化设计方法。首先,不同于以往的点目标模型,通过建立扩展目标探测模型,得到认知雷达回波信号杂波噪声比(SCNR)与发射信号能量谱密度(ESD)间的关系;其次,根据最大SCNR准则推导出发射信号ESD的全局最优解;最后,为了得到有实际意义的时域信号,采用相位调制的方式,结合最小均方误差(MMSE)和迭代算法将最优ESD合成满足雷达发射要求的恒幅时域信号。仿真实验中,该方法所得时域合成信号幅度为1,在匹配滤波器输出端的SCNR为19.133 dB,仅小于理想值0.005 dB。结果表明,所得到的时域波形不仅能够满足恒幅要求,而且能使接收机输出端的SCNR接近理想值,提高了扩展目标探测性能。     

煤层水力压裂声发射监测信号特征分析

为促进声发射监测技术在煤层水力压裂效果评价中的应用,利用煤岩动力灾害声电监测仪对煤层水力压裂过程进行了实时监测,并采用傅里叶变换和小波包分析对采集的声发射信号特征进行了分析。现场试验结果表明:煤层水力压裂声发射监测有效信号主频在470~1 700 Hz之间,低于井下噪声干扰信号主频;煤层水力压裂声发射监测有效信号能量分布主要集中在0~5 000 Hz频带,能量分布百分比为86.5%~95.4%,且有效信号的能量分布主要集中在312.5~625,625~937.5,937.5~1 250,1 875~2 187.5 Hz等较低频带。     

煤岩膨胀破裂应变及声发射特征实验研究

针对目标对煤岩膨胀破裂过程中的声发射特征研究较少的问题,开展了煤岩膨胀破裂实验,分析了煤岩膨胀破裂全过程应变与声发射信号的变化规律。结果表明:①煤岩膨胀破裂过程可划分为微破裂阶段(Ⅰ)、宏观裂纹生成及扩展阶段(Ⅱ)和劈裂阶段(Ⅲ)。②煤、岩试样膨胀过程应变演化具有一致性,均呈现“缓变→加速→极值”变化趋势,但两者各阶段声发射信号差异较大。③煤样在第Ⅰ、Ⅱ阶段声发射振铃计数较为丰富,在临近第Ⅲ阶段累计振铃计数呈指数型递增;而砂岩在第Ⅰ、Ⅱ阶段声发射振铃计数较少,在临近第Ⅲ阶段累计振铃计数表现出“突增→平静”趋势。④煤岩膨胀破裂过程均存在变形局部化现象,应变变异系数的突变和声发射峰值频率段增多现象可作为煤岩胀裂失稳破坏的前兆特征。研究结果可为煤岩致裂等工程的监测预警提供依据。     

矿井底板突水过程声电变化特征实验研究

搭建了矿井突水相似模拟实验系统,研究了矿井突水演化过程中电磁辐射、声发射和表面电位信号变化特征。研究结果表明,矿井突水过程中岩层电磁辐射、声发射和表面电位信号基本呈现初期平稳、中期波动较大、后期快速减小的变化趋势;3种信号均与底板岩层的破裂成正相关关系,可反映矿井突水过程煤岩内部破裂情况;3种信号的快速增大可作为岩层发生破裂的前兆,而电磁辐射信号增大后突然减小可作为突水即将发生的征兆。     

基于Mallat与FFT方法的经络信号处理

本文针对经络信号的特点,利用Mallat算法的时频分析局部化的特性和快速傅立叶变换(FFT)的高频率分辨能力,将信号进行分解,再对各子带信号进行傅立叶变换.结果表明Mallat算法与FFT相结合的方法可以有效地提取穴位的电特性,穴位电信号的幅值大于非穴位电信号的幅值,而且在200～400Hz频带内,这种差异最明显.     

顶板岩石失稳破坏电位临界慢化特征实验研究

为研究顶板岩石失稳破坏过程中表面电位信号的临界慢化特征,对顶板岩样进行了受载破坏实验,测试并采集了岩样受载过程中的表面电位信号。运用临界慢化理论计算并分析了电位信号-时间序列的方差和自相关系数。结果表明,岩样受载破坏过程中的表面电位变化与载荷及应变具有良好的对应关系;岩样受载过程中的表面电位信号存在临界慢化现象,电位信号的方差和自相关系数在岩样主破裂前均出现了急剧增大并持续增加的趋势,可作为预示岩样破坏的前兆信号;不同的窗口长度、滞后步长对表征电位信号临界慢化现象的自相关系数、方差的稳定性及变化趋势有影响;方差相比于自相关系数,更能有效预示岩样趋于失稳破坏的临界点。     

瞬变电磁测井低压大功率发射电路设计

基于瞬变电磁法的过套管电阻率测井技术要求发射电路提供大功率发射信号,且发射信号能穿透套管。因此,必须在套管外侧建立电磁环境,然后测量地层二次场信号以获取电阻率信息。为满足大功率发射需求,分别选取大功率、低导通内阻的三极管和MOS管器件进行发射电路的设计,并接入放置在钢套管内的大功率发射线圈进行发射测试。发射电路中采用放电电阻对发射线圈存储的无用功进行功率消耗,放电电阻的存在使得在发射停止时刻发射线圈尖峰电压幅值非常大,因此试验中低压直流发射电源最大值为10 V。在信号发射过程中,随着发射电源电压幅值逐渐增加,发射过程线圈两端的电压值随之逐渐增加,使得发射功率也逐渐增加。通过试验,获得了发射线圈两端电压值和发射电源电压值的线性关系;验证了在低压发射电源条件下,通过提升三极管发射电路和MOS管发射电路的电源电压,实现大功率电磁信号的发射。     

基于热释电红外传感技术测距的时间差法研究

利用热释电信号幅值法进行目标测距会产生较大的误判,因为输出信号幅值受诸多因素(目标个体差异、穿着服饰、传感器安放位置)的影响。在不附加光学装置或菲尼尔透镜时热释电传感器通常仅能够短距离地感知动目标的存在与否,并不能辨别其出现和距离。使用加装红外透镜的方法将传感器的感知范围延伸至30 m。在对采集到的大量信号进行特征分析后发现模拟信号峰—峰值时间差与动目标距节点间的距离存在线性关系,利用这种关系实现了30 m可探测范围内较高精度的测距。该方法与信号幅值测距法相比,可明显地提高测距的可靠性和准确性。     

脑电情感信号正确提取仿真

脑电信号是一种微伏级信号,从头皮上采集的脑电信号包含眼电信号、心电信号以及各种环境噪音。针对情感识别如何有效处理脑电信号的问题,本文首先对实验采集的脑电信号应用小波分析和独立分量分析进行预处理去除干扰;其次为了有效地提取脑电特征,应用幅值直方图、标准差在时域上定性地找出2种情感的脑电差异;最后应用功率谱对2种情感脑电的γ波节律进行谱分析。仿真实验结果表明,将脑电信号的γ波节律用于情感识别是可行的。     

含瓦斯煤循环加载破坏表面电位实验研究

为了研究循环加载条件下瓦斯对煤体破坏表面电位的影响,搭建了含瓦斯煤受载破坏表面电位实验系统,测试并分析了不同瓦斯压力条件下,煤体循环加载破坏产生表面电位信号的特征规律,探讨了有瓦斯参与情况下煤体受载破坏的机理。实验结果表明,煤体在有瓦斯的条件下受载破坏能够产生表面电位信号,且电位信号与应力和瓦斯的变化趋势具有一定的关联性;对于同一类型煤样,随着充入瓦斯压力的增加,电位信号最大时的应力水平逐渐减小;在循环加载过程中,当应力超过前一次加载应力最大值时,电位信号明显增大。     

单晶硅研磨过程的声发射在线监测研究

本文在BIN62型超精密研抛机的基础上设计了研磨过程的声发射在线监测装置,试验研究了不同研磨工况对声发射信号RMS值和材料去除率的影响规律,采用回归分析方法建立了材料去除率与声发射信号RMS值的线性数学模型,并通过声发射波形的频谱分析和表面形貌的观测研究了单晶硅研磨过程中的声发射源机制。结果表明：在保持其他研磨工况不变的条件下,声发射信号RMS值随着研磨压力或研磨速度的增加而增加;根据RMS值可实现材料去除率的在线监测,在给定研磨工况范围内材料去除率预测模型的预测误差小于4.2%;声发射波形的频谱分析技术可用于声发射源机制的识别,单晶硅研磨过程中声发射信号主要的频率成分出现在50 kHz~260 kHz频段内,声发射信号主要来源于材料的脆性解理、磨粒磨损和轻微粘结磨损。