一種煤巖裂隙發(fā)育過程中的熱紅外信息去噪方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種熱紅外信息去噪方法，特別是一種煤巖裂隙發(fā)育過程中的熱紅外 ?目息去噪方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 紅外探測技術(shù)已廣泛應用于煤巖受力破裂和失穩(wěn)災變的變化規(guī)律研宄，從而對煤 巖災變進行有效的監(jiān)測預警。一些學者認為紅外輻射平均溫度作為研宄煤巖加載過程中紅 外輻射特征的定量指標，能有效的反應出煤巖破裂或失穩(wěn)的先兆。然而試驗得到的紅外輻 射平均溫度的離散性很大，導致相關(guān)研宄結(jié)論互相矛盾。其原因主要可歸結(jié)為兩方面，一 是實驗過程中物體溫度低于或者接近環(huán)境溫度時，環(huán)境溫度對測量結(jié)果影響很大；二是由 于非致冷紅外熱像儀探測器的溫度會隨著環(huán)境溫度、電源波動和吸收紅外輻射的增加而升 高，導致紅外焦平面列陣響應隨時間產(chǎn)生漂移。
[0003] 針對上述問題，劉力強和劉培洵給出了熱紅外試驗所需要的各主要設備的關(guān)鍵技 術(shù)指標，并采用熱場數(shù)據(jù)漂移與空間畸變矯正的數(shù)據(jù)處理方法，獲得了煤巖表面紅外輻射 平均溫度曲線，但仍有較大偏差，沒有徹底解決本底噪聲的影響。此外，何滿潮和宮偉力等 從熱像圖角度出發(fā)，采用高斯濾波和中值濾波等小波去噪方法，以期對熱像圖和紅外輻射 平均溫度進行去噪，研宄成果雖然明顯增加了熱像圖的清晰度，但紅外輻射平均溫度的去 噪效果仍不理想。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是要提供一種煤巖裂隙發(fā)育過程中的熱紅外信息去噪方法，解決噪 聲對煤巖表面紅外輻射平均溫度影響的問題。
[0005] 本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：利用參照煤巖表面紅外輻射平均溫度對加載煤巖表 面紅外輻射平均溫度進行去噪，得到單軸加載過程中加載煤巖表面紅外輻射平均溫度變化 特征；方法步驟如下：
[0006] a、實驗前關(guān)閉門窗；
[0007] b、在巖石壓力機上加隔熱箱體，布置好系統(tǒng)；
[0008] C、放置參照煤巖試塊和加載煤巖試塊，將紅外熱像儀攝像頭穿過隔熱箱體；前面 正方形隔熱板上的圓孔；
[0009] d、根據(jù)第二計算機顯示屏調(diào)整紅外熱像儀的位置，確保煤巖試塊成像完整、清 晰；
[0010] e、待全部煤巖溫度相對穩(wěn)定后，紅外熱像儀開始錄制5分鐘視頻；
[0011] f、只對加載煤巖加載，與此同時熱像儀不間斷的錄制他們的紅外熱像圖，直至加 載煤巖失穩(wěn)為止；
[0012] g、測出f步驟中參照煤巖和加載煤巖的表面紅外輻射平均溫度，其可表達為
[0013] A!R7\;(i) = 7\:，甙（f)(i = 1,2;) (1)
[0014] 式中，i = 1時代表參照煤巖試塊，i = 2時代表加載煤巖試塊；
[0015] AIR7\:(〇:未加載情況下煤巖試塊表面平均紅外輻射溫度;
[0016] Γ?:煤巖(t)的初始值；
[0017] 噪聲
[0018] h、根據(jù)參照煤巖的噪聲和加載煤巖的噪聲正線性相關(guān)可建立
[0019] gl(t)=kXgl(t) (2)
[0020] 采用最小二乘法計算式（2)，得出系數(shù)k和b
[0021] i、測出g步驟中參照煤巖和載煤巖的表面紅外輻射平均溫度，其可表達為
[0022] AIRrj (f) = p，於 0)，(0 G = i ,2) ( 3 )
[0023] 式中：AIRT』(t):加載情況下煤巖表面紅外輻射平均溫度；
[0024] T2:: AIRrj(t)的初始值；
[0025] #(t):噪聲
[0026] 單軸加載導致AIRT的變化量，當i辛2,左(t) = 0。
[0027] j、根據(jù)參照煤巖試塊的噪聲和加載煤巖試塊的噪聲正線性相關(guān)可建立
[0028] SSit) = ^ ^ (4)
[0029] k、將式（3)和步驟i中計算出的系數(shù)代入到式（4)，建立起煤巖表面紅外輻射平均 溫度本底噪聲校正模型（AIRT-BNCM);
[0030] f:2(t) = [AIRT|(0 - Tf ] - {k X [AIRT21Ct) - T}} ^ (b ^ k X Tl· - Τ2Ζ)} (5)
[0031] 有益效果：采用了上述技術(shù)方案后，減小了環(huán)境和背景因素對試驗結(jié)果真實性的 影響，同時也減小了紅外焦平面列陣（IRFPA)響應隨時間產(chǎn)生的漂移所帶來的誤差影響， 克服了以往煤巖試塊受載破壞紅外輻射監(jiān)測試驗中噪聲因素對實驗影響大的缺點，與現(xiàn)有 技術(shù)相比，極大地提高了試驗數(shù)據(jù)的準確性、科學性、有效性，解決了噪聲對煤巖表面紅外 輻射平均溫度影響的難題。
[0032] 優(yōu)點：該方法簡單，使用效果好，測試準確。
【附圖說明】
[0033] 圖1是本發(fā)明測量煤巖裂隙發(fā)育紅外輻射監(jiān)測試驗數(shù)據(jù)的設備結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034] 圖2圖1的A-A剖面示意圖。
[0035] 圖3是煤巖紅外輻射平均溫度去噪流程圖。
[0036] 圖中：1、巖石壓力機頂桿；2、巖石壓力機；3、第一計算機；4、第二計算機；5、紅外 熱像儀；6、攝像頭；7、隔熱箱體；8、巖石壓力機底座；9、參照煤巖試塊支座；10、參照煤巖試 塊；11、擋板；12、工作臺；13、加載煤巖試塊。
【具體實施方式】
[0037] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一個實施例作進一步的描述：
[0038] 本發(fā)明的煤巖裂隙發(fā)育紅外輻射監(jiān)測試驗數(shù)據(jù)處理方法，數(shù)據(jù)采集包括利用巖石 壓力機2、紅外熱像儀5、第二計算機4,試驗具體步驟如下：
[0039] a、在試驗開始前關(guān)閉實驗室的門窗，防止室外的紅外輻射能量對試驗環(huán)境的影 響；
[0040] b、將巖石壓力機的頂桿升起，把隔熱箱加在巖石壓力機上，降低頂桿穿過隔熱箱 上圓孔；
[0041] c、將制備好的兩塊煤巖試塊分別設在工作臺12和支座9,設在工作臺12上的一塊 煤巖試塊為加載煤巖試塊13,設在支座上的煤巖試塊為參照煤巖試塊10 ;用擋板11將加載 煤巖試塊13與參照煤巖試塊10隔開，避免加載過程中煤巖試塊之間相互干擾；將紅外熱像 儀5安置在隔熱箱體的前方，使得紅外熱像儀5的攝像頭穿過隔熱箱體前面正方形隔熱板 上的圓孔，紅外熱像儀5與巖石壓力機2和工作臺12上的煤巖試塊距離L，將其與第二計算 機4連接，接通紅外熱像儀5和第二計算機4的電源；
[0042] d、根據(jù)第二計算機4屏幕顯示的紅外熱像圖像，調(diào)節(jié)紅外熱像儀5的角度，使加載 煤巖試塊13和參照煤巖試塊10都置于圖像的中間；
[0043] e、通過紅外熱像儀5的監(jiān)測分析，待全部煤巖溫度相對穩(wěn)定后，加載煤巖試塊13 和參照煤巖試塊10均不加載，紅外熱像儀開始錄制5分鐘的熱像圖視頻；
[0044] f、通過巖石壓力機2按設定的壓力和速度對加載煤巖試塊13施壓，直至煤巖試塊 加載破裂，紅外熱像儀5實時記錄加載煤巖試塊13及參照煤巖試塊10的紅外輻射數(shù)據(jù)；
[0045] g、測出f步驟中加載煤巖試塊13和參照煤巖試塊10的表面紅外輻射平均溫度， 其可表達為
[0046] AIRFi(f) = Ti ^ = 1,2;) ( I )
[0047] 式中，i = 1時代表參照煤巖試塊10, i = 2時代表加載煤巖試塊13 ;
[0048] AlR^t):未加載情況下煤巖試塊表面平均紅外輻射溫度;
[0049] G:煤巖AIRTi (t)的初始值；
[0050] MO):噪聲
[0051] h、根據(jù)參照煤巖試塊10的噪聲和加載煤巖試塊13噪聲正線性相關(guān)可建立
[0052] f|(t) = If X ^Kt) (2)
[0053] 采用最小二乘法計算式（2)，得出系數(shù)k和b
[0054] i、測出g步驟中加載煤巖試塊13和參照煤巖試塊10的表面紅外輻射平均溫度， 其可表達為
[0055] AIRT2iIf) = Ti gi(t) --= 1,2) (3)
[0056] 式中：A!Rr』(t):加載情況下煤巖表面紅外輻射平均溫度;
[0057] r2S A!Rri(t)的初始值；
[0058] 成(t):噪聲
[0059] /；：ι(Φ單軸加載導致AIRT的變化量，當i辛2,月(X) = 0。
[0060] j、根據(jù)加載煤巖試塊13的噪聲和參照煤巖試塊10的噪聲正線性相關(guān)可建立
[0061] = kx gHt) - b (4)
[0062] k、將式（3)和步驟i中計算出的系數(shù)代入到式（4)，建立起煤巖表面紅外輻射平均 溫度本底噪聲校正模型（AIRT-BNCM);
[0063] [AlRrf(r) -T：-}-{k X [AIRr2Ht) - T,}] ^ (b ^ k XT^ - Ff)} (5)
【主權(quán)項】
1. 一種煤巖裂隙發(fā)育過程中的熱紅外信息去噪方法，包括調(diào)整實驗設備，其特征在于， 包括以下步驟： a. 參照煤巖試塊和加載煤巖試塊均不加載，錄制5分鐘他們的紅外熱像圖； b. 只對加載煤巖試塊加載，與此同時熱像儀不間斷的錄制他們的紅外熱像圖，直至加 載煤巖試塊失穩(wěn)為止； c. 測出a步驟中參照煤巖和加載煤巖的表面紅外輻射平均溫度，其可表達為： MKTiit) = Ti ^ = 1,2；) ( 1) 式中，i = 1時代表參照煤巖試塊，i = 2時代表加載煤巖試塊； Amri (0:未加載情況下煤巖試塊表面平均紅外輻射溫度； Γ?:煤巖'AIRrisCt)啲初始值； 5i(t):噪聲； d. 根據(jù)未加載情況下參照煤巖試塊的噪聲和加載煤巖試塊的噪聲正線性相關(guān)建立： W(Ir) = fe X 辦1 (f) (k、b 為常數(shù)）（2) e. 根據(jù)未加載階段加載煤巖試塊和參照煤巖試塊的表面紅外輻射平均溫度及式（2)， 利用最小二乘法求出k、b。 f. 測出b步驟中參照煤巖和載煤巖的表面紅外輻射平均溫度，其可表達為： AIRK(t) = = 1,2) (3J 式中：AIRp(t):加載情況下煤巖試塊表面平均紅外輻射溫度； 煤巖A!Rri(t)|的初始值； 灰⑴：噪聲； 片(t):單軸加載導致AIRT的變化量，當i乒2, ^(t) = 0。 g. 根據(jù)加載情況下參照煤巖試塊的噪聲和加載煤巖試塊的噪聲正線性相關(guān)可建立 沒三（?) = fc X ，i? (4) h. 將式（3)和步驟d中計算出的系數(shù)代入到式（4)，建立起煤巖表面紅外輻射平均溫 度本底噪聲校正模型（AIRT-BNCM): /f (r) = [AIRT2-(t) - Ff] - {Ic X [AIRn1 (t) - Γ,1] - (I? - Ic X Γ,1 - Γ|)} (5 )〇
2. 如權(quán)利要求1所述的一種煤巖裂隙發(fā)育過程中的熱紅外信息去噪方法，其特征在 于，所述的GAmri(t):均可由紅外熱像儀測出。
【專利摘要】一種煤巖裂隙發(fā)育過程中的熱紅外信息去噪方法，屬于一種熱紅外信息去噪方法。此方法利用參照煤巖表面紅外輻射平均溫度對加載煤巖表面紅外輻射平均溫度進行去噪，得到單軸加載過程中加載煤巖表面紅外輻射平均溫度變化特征。該方法徹底解決了噪聲對煤巖表面紅外輻射平均溫度影響的難題，提高了紅外輻射平均溫度數(shù)據(jù)的準確性、科學性和有效性，使去噪后的加載煤巖表面紅外輻射平均溫度變化特征明顯且具有可歸納性，從而解決了噪聲對煤巖表面紅外輻射平均溫度影響的難題。
【IPC分類】G01J5-06
【公開號】CN104764528
【申請?zhí)枴緾N201510158322
【發(fā)明人】馬立強, 孫海, 張垚, 孫強, 李珂, 余伊河, 郭曉煒
【申請人】中國礦業(yè)大學
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年4月3日