光纤Bragg光栅传感器在煤岩声发射预测中的应用

为克服以往声传感器在煤岩环境下易受电磁干扰、灵敏度低和无法实现长距离传输管线的监测,同时为了克服以往传感器在搜集声发射信息传播过程中的衰减的弊端。本文提出了“听诊式”光纤Bragg光栅声发射传感器,对声发射信号进行收集,进而来判断岩石的稳定程度。然后在实验室建立起煤矿巷道的物理模型,在每个岩样的测试点采用煤岩声发射预测系统。根据现场在实验室进行模拟。实验结果表明：该检测系统能够提供详细的巷道煤岩的声发射信息的分布情况,从而实现及时准确的报警,以便工作人员作出相应的针对措施。     

Coif5小波在煤岩声发射源定位中的应用研究

分析即将失稳的煤岩的声发射信号,可以确定煤岩体的状态。鉴于小波较好滤波特性,而传统时延估计对声发射源定位精度受噪声影响较大。为了准确地定位声发射源,提出了Coif5小波分析和TDE相结合的方法,既解决了传统时延相关估计方法易受噪声的影响,又解决了定位精度低的问题。在实验室建立监测系统,并对煤岩体样品进行单轴压缩的实验。实验结果表明,通过基于Coif5小波的TDE算法在能实现声发射源定位的同时,也大大减小了声发射源定位的误差。将其应用到即将失稳的煤岩体的预测预报中去,将为煤矿的安全生产保驾护航。     

矿用声发射监测仪的研制

利用声发射信号预测煤岩动力灾害是国际煤矿安全领域的前沿课题,矿用声发射监测仪的研制,为建立声发射等多信息综合判识准则并依据该准则有效地预测煤岩动力灾害奠定了一定的基础。     

基于声发射信号的风机叶片裂纹定位分析

为能够及时有效地监测并识别风机叶片裂纹的位置以及强度,讨论了风机叶片上声发射传感器测点优化布局方案,以及基于无线传感网络的信号采集实现,探讨了声发射信号分析和特征提取方法。在分析现有裂纹定位方法特点的基础上,提出了一种针对声发射信号进行小波分析判别风机叶片裂纹位置及其强度的方法。通过实验数据验证了该方法不仅能够实现裂纹位置及其强度的定位,而且与传统方法相比该方法提高了精确性。     

基于虚拟仪器的多通道声发射检测系统设计与开发

针对目前商用声发射检测系统的不足,基于虚拟仪器技术设计并开发了一套多通道声发射检测系统。该系统采用通用高速同步数据采集卡实现对四通道声发射信号的采集,单通道采集频率可调且可达125MHz,采样长度可调。以LabVIEW为平台开发配套的软件,实现对数据采集过程的控制、采集数据的预处理、波形显示和数据保存等功能。利用该系统开展了一维直线和二维平面断铅实验,通过对实验数据进行处理实现了对断铅位置的定位,并从多角度分析了定位误差的来源,依据行业标准对系统的性能实施了定性与定量评价。断铅实验结果表明声发射源定位误差低于传感器阵列中最大传感器间距的5%,验证了所开发系统的可用性,其硬件条件、软件功能以及定位精确度满足行业标准。所提出的声发射检测系统设计方案、实验方法以及数据处理方法将为工业现场声发射检测系统的研发提供有益的借鉴。     

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。     

煤岩声发射信号识别研究

针对煤岩破裂的声发射信号难以在复杂的噪声环境中识别的问题,提出了一种基于小波包分析和小波特征能谱系数分析的煤岩声发射信号识别方法。选取Symlets小波作为煤岩声发射信号分析的小波基函数,采用混合阈值算法对该信号进行去噪处理,提取出有用声发射信号,并采用Matlab软件分别对有用声发射信号和噪声信号的小波包分解进行仿真,得到两者的小波特征能谱系数和小波包特征向量。仿真结果表明,有用声发射信号特征向量的各级能量变化程度较大,噪声信号特征向量的能量变化较为稳定,从而可实现煤岩声发射信号的识别。     

煤矿机械振动信号预测研究

根据煤矿机械振动信号高低频组成成分变化规律的差异,提出了一种基于经验模态分解(EMD)和支持向量机(SVM)的煤矿机械振动信号组合预测方法。将滚动轴承振动信号进行EMD分解,得到相对平稳的本征模态函数(IMF)分量,并将波动程度相近的IMF分量进行重构,得到高频子序列和低频子序列,采用SVM分别对高频子序列和低频子序列进行预测,将2个预测结果叠加,得到最终预测值。选取轴承实验数据对组合预测方法的有效性进行验证,结果表明该方法的均方根误差、平均绝对误差和平均绝对百分比误差均小于直接预测方法。将该组合预测方法应用于某选煤厂主井带式输送机滚动轴承状况预测,预测结果与实际情况相符。     

基于时间反转聚焦的声发射源定位算法

声发射检测可以判断损伤的活性和严重性而被广泛应用,但对损伤位置仍没有更准确的定位方法。提出一种基于时间反转理论的声发射源准确定位的方法。根据声发射被动监测的特点,研究采用时间反转聚焦方法使声发射信号能量叠加放大,提高信号的信噪比,并分析推导了具体损伤声源信号时间反转聚焦增强过程;利用时间反转对声发射源的自适应聚焦能力,重建信号传播波动图,通过信号聚焦显示出损伤声源位置和区域;最后通过数值仿真对该方法进行验证,仿真结果表明能有效提高损伤声源信号的能量,能够对检测区域的信号重建,并通过显示准确给出损伤声源位置,定位精度较常规时差定位法有较大提高。     

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。     

全相位与Geiger算法的岩石声发射源定位方法

Geiger定位算法在岩石定位分析中得到广泛应用,但是对初始值要求非常严格,若初始值选择不当,则很难进入收敛范围。为了提高定位精度,减少迭代次数,针对这些问题,提出全相位与Geiger算法的岩石声发射源定位方法。首先进行花岗岩（50 mm×100 mm×50 mm）断铅实验,接着充分利用全相位FFT相位不变性的优势分析断铅信号,通过相位差法求出时延同时反演声发射源求出Geiger迭代初始值,最后综合最小二乘法与Geiger算法,迭代求出最优解。实验仿真结果显示此算法的平均误差相比美国PCI-2型声发射仪器定位结果降低了约5 mm,有效解决了Geiger初始值选取的问题,能够迅速进入收敛范围,提高了收敛速度和定位精度。     

基于改进多输出支持向量机的声发射源定位研究

为了提高根据声发射(AE)现象预报煤与瓦斯突出位置的精度,结合核主成分分析(KPCA),提出了一种改进的多输出最小二乘支持向量机(LSSVM)的目标定位方法.对于采集的声发射参数信号,采用核主成分分析提取重要定位特征;采用多输出最小二乘支持向量机建立定位模型,采用文化基因算法对多输出最小二乘支持向量机参数进行优化.试验测试定位性能,结果表明:算法提高了试验平台声发射定位的精度且定位时间少于其他定位算法,具有很高的实际应用价值.     

一种改进的无线传感器网络质心定位算法

在无线传感器网络中,确定节点位置或事件发生的位置对其监测活动至关重要。节点自身的准确定位不仅是提供监测事件或监测目标位置信息的前提,也是提供网络拓扑自配置、提高路由效率、向部署者报告网络的覆盖质量以及为网络提供命名空间等网络功能的基础。为此,本文对无线传感器网络定位技术中的质心定位算法进行了改进,对未知节点大致位置的算法做了新的修正,并对未知节点位置确定算法中的加权因子进行了优化,使未知节点的定位误差和定位精度更加精确。相比原加权质心定位算法,本文仿真结果表明,改进的质心定位算法无论在定位误差还是在定位精度方面都有很大的提高。     

Research on the location of acoustic emission source of rock breaking point by using phase difference method and Geiger algorithm

Geiger iterative algorithm is very strict to the initial value. If the initial value is not selected suitably, it is difficult to enter the convergence range, thus increasing the number of iterations. The acoustic emission source location based on phase difference time delay estimation method reduces the error of acoustic emission location, but it has some shortcomings in accuracy. Based on the above problems, this paper presents a new algorithm for Geiger optimization based on source localization. Firstly, the initial value of Geiger is obtained by using the phase difference method. Then, the optimal solution is obtained by the iterative solution of Geiger algorithm and the least square method. The simulation results show that this method can effectively solve the problem of selecting the initial value of Geiger, so that it can quickly enter the convergence range, improving the convergence speed and positioning accuracy, comparing the positioning results of the United States PCI-2 type acoustic emission instrument, the average error reduced by about 5 mm.     

基于多传感器的水声定位精度研究

针对TDOA定位算法中几何不确定性对定位精度的负面影响,提出一种基于多传感器信息融合的水声定位算法;该算法首先对多传感器合理布阵,确定若该个TDOA定位子系统,再对每个定位子系统用TDOA算法求得目标位置信息,最后依据几何精度因子(GDOP)对得到的若干个目标位置信息进行加权融合,得到最终定位结果;利用软件仿真对算法可行性进行了验证,结果表明,与基本的五元阵定位系统相比,该算法有效消除了因几何不确定性引起的误差,大大提高了定位精度。     

基于无线传感器网络的自适应声源定位算法

基于声源能量的无线传感器网络（ WSNs）最大似然定位算法抗噪声干扰能力强,定位精度高,同时适用于多个目标定位,但是计算量大,不适用于实时定位。针对现有算法的缺点,提出了一种基于自适应迭代的最大似然定位算法。该算法将代价函数作为目标函数,在给定的梯度误差范围内自适应地搜索目标位置。为了提高算法的收敛速度和定位精度,提出了基于Sigmoid函数的变步长的搜索算法。仿真实验结果表明：与最大似然定位算法相比,自适应迭代算法运算量小,定位精度高,能满足对目标定位精度和速度要求较高的场合,具有一定的实际应用意义。     

一种改进的基于模板匹配眼睛特征点定位算法

针对传统眼睛定位模板匹配算法精确度和速度上的不足,对算法进行了模板扩大和相似度模板筛选两种改进,同时在匹配速度上采取粗定位细定位提高匹配速度。将眼睛模板转化成眼眉模板后,避免了由于眉毛和部分眼睛相似造成的特征点错误定位。在传统的模板集选取上提出基于相关系数选取原则后,避免了人为因素对模板选取造成的误差,很大程度上去除了入选模板之间的冗余度,进一步提高了定位的精确度,且在定位精度保证的情况下,大大减少了定位时间。