一種用于巖石損傷特征辨析的聲發(fā)射信號處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種損傷辨析的聲發(fā)射信號處理方法，特別是一種用于巖石損傷特征 辨析的聲發(fā)射信號處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，一般的巖石力學(xué)室內(nèi)試驗系統(tǒng)在實驗過程中只能測試到力-位移曲線，運些 數(shù)據(jù)只能提供很有限的特征性質(zhì)，也不能檢測到在整個變形過程中的不均勻的裂隙的形成 與演化。聲發(fā)射信號在整個壓裂過程中大量產(chǎn)生，它攜帶了在加載過程中有關(guān)裂紋擴展和 能量釋放的信息，在檢測巖石加載破壞運樣一個動態(tài)的過程中是一種很有效的方法。聲發(fā) 射技術(shù)作為一種有效的無損評價的工具，聲發(fā)射技術(shù)已被廣泛用來定量研究巖石破裂過 程，分析運些信號可W捕獲內(nèi)部結(jié)構(gòu)的演變和檢測變形階段。同時，聲發(fā)射信號包括大量的 時頻信息，如果采用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)方法來處理運些聲發(fā)射信號，會有助于對巖石破裂過程的 理解，信號是數(shù)字信號，可W通過信號處理方法研究。部分研究人員研究了聲發(fā)射信號的時 頻特性，他們通過對聲發(fā)射信號進行小波變換W及傅里葉變換來獲取聲發(fā)射信號的時頻特 性，還研究了微振信號的光譜特性，上述所有的研究均不能解決光譜特征和巖石變形行為 之間的關(guān)系。
[0003] 從技術(shù)上講，聲發(fā)射信號是非線性和非穩(wěn)定的，不遵循傳統(tǒng)的光譜分析的限制。例 如，用傅里葉變換的信號必須是線性的和嚴格的周期性或相對靜止的，否則，形成的光譜沒 有什么物理意義。同樣，基于小波方法的數(shù)據(jù)序列的譜特征分析取決于小波函數(shù)的選擇，所 W運些結(jié)果高度依賴于分析者的經(jīng)驗去選取合適的函數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是要提供一種用于巖石損傷特征辨析的聲發(fā)射信號處理方法，解決 基于小波變換譜特征分析中小波函數(shù)選取不準的問題，使得加載下巖石的損傷與衰減可W 在宏觀和微觀下進行描述。
[000引本發(fā)明的目的是運樣實現(xiàn)的：聲發(fā)射信號處理方法，包括如下步驟：
[0006] 步驟一:在巖石力學(xué)特性的測試系統(tǒng)上加上聲發(fā)射檢測系統(tǒng)，采集巖石加載過程 中聲發(fā)射信號的變化；
[0007] 步驟二:將聲發(fā)射系統(tǒng)采集到的巖石試件破裂過程中聲發(fā)射信號導(dǎo)出；
[0008] 步驟Ξ:對導(dǎo)出的聲發(fā)射信號進行提取，提取其中的有效能量作為聲發(fā)射參數(shù)信 號，W及提取聲發(fā)射信號中比較振幅比較大的信號作為分析對象；
[0009] 步驟四：將步驟Ξ提取的信號分別進行希爾伯特黃變換包括兩個部分:變換一為 經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解或集合經(jīng)驗?zāi)７纸庾儞Q;變換二為希爾伯特譜分析；
[0010] 步驟五:對變換結(jié)果進行分析，進而通過聲發(fā)射信號從宏觀和微觀兩個層面上來 說明巖石破壞過程中的損傷與衰減。
[0011] 有益效果，由于采用了上述方案，利用本發(fā)明的聲發(fā)射信號處理辦法，可W將非線 性非穩(wěn)定的信號變換成不同的固有模態(tài)函數(shù)，然后獲得它們的希爾伯特譜，運樣就使得巖 石在加載下的損傷與衰減能夠從宏觀與微觀兩個層面上進行描述，達到了本發(fā)明的目的。
[0012]其優(yōu)點在于：
[001引1.解決了基于小波變換譜特征分析中小波函數(shù)選取不準的問題；
[0014] 2.基于聲發(fā)射信號參數(shù)的希爾伯特黃變換提供了一個更好的區(qū)分巖石破壞過程 不同階段的方法，運是相對于那些只利用聲發(fā)射信號分析方法的優(yōu)勢所在。因此，它可W用 來預(yù)測巖石試件的破壞。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明巖石損傷特征辨析的聲發(fā)射處理系統(tǒng)的實驗流程圖。
[0016] 圖2為巖石試件在溫度-應(yīng)力禪合作用下的應(yīng)力應(yīng)變曲線W及曲線上各點對應(yīng)的 試件形態(tài)圖。
[0017] 圖3為本發(fā)明巖石加載在線性變形階段聲發(fā)射信號有效能量與它的希爾伯特譜 圖。
[0018] 圖4為本發(fā)明巖石加載在過度階段的聲發(fā)射信號有效能量與它的希爾伯特譜圖。
[0019] 圖5為本發(fā)明巖石加載過程在過度階段聲發(fā)射信號的希爾伯特譜特征圖。
[0020] 圖6為本發(fā)明巖石加載過程的軟化階段某點的典型的聲發(fā)射信號與它的希爾伯特 譜圖。
[0021 ]圖7為本發(fā)明在巖石非線性壓密階段典型的聲發(fā)射信號與它的希爾伯特譜圖。
【具體實施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖和具體的實例對本發(fā)明提供的一種巖石損傷特征辨析的聲發(fā)射信 號處理方法進行詳細的說明。
[0023] 實施例1:本發(fā)明提供的一種巖石損傷特征辨析的聲發(fā)射信號處理方法，
[0024] 圖1為實驗流程圖，聲發(fā)射信號處理具體的實施方法如下：
[0025] 步驟一:在巖石力學(xué)特性的測試系統(tǒng)上加上聲發(fā)射檢測系統(tǒng)，采集巖石加載過程 中聲發(fā)射信號的變化；
[0026] 步驟二:將聲發(fā)射系統(tǒng)采集到的巖石試件破裂過程中聲發(fā)射信號導(dǎo)出；
[0027] 步驟對導(dǎo)出的聲發(fā)射信號進行提取，提取其中的有效能量作為聲發(fā)射參數(shù)信 號，W及提取聲發(fā)射信號中比較振幅比較大的信號作為分析對象；
[0028] 步驟四：將步驟Ξ提取的信號分別進行希爾伯特黃變換包括兩個部分:變換一為 經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解或集合經(jīng)驗?zāi)７纸庾儞Q;變換二為希爾伯特譜分析；
[0029] 步驟五:對變換結(jié)果進行分析，進而通過聲發(fā)射信號從宏觀和微觀兩個層面上來 說明巖石破壞過程中的損傷與衰減。
[0030] 經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解和集合經(jīng)驗?zāi)７纸庾儞Q的具體實施方法:利用經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解和集合 經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解處理工具，可W將信號分解成不同的固有模態(tài)函數(shù)：
[0031 ]經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解數(shù)據(jù)預(yù)處理遵循下面的步驟：
[0032] 1.通過差值法計算輸入信號x〇(t)在每一點上的局部最大值emax(t)和局部最小值 emin(t)，每一點上信封運些信號，運用Ξ次樣條方法形成上包絡(luò)線和下包絡(luò)線；
[003引 2.計算局部最大值emax(t)和局部最小值emin(t)的平均值m(t)，然后計算xo(t)和m (t)之間的差異，得到h(t);
[0034] 3.檢查h(t)是否是固有模態(tài)函數(shù)，如果不是，將h(t)設(shè)為輸入信號繼續(xù)進行上述 的步驟，直到第一個固有模態(tài)函數(shù)的出現(xiàn)；
[0035] 4.如果一旦發(fā)現(xiàn)第一個固有模態(tài)函數(shù)，則從原始信號減去它;運時xi(t)=xo(t)-Cl(t)，把Xl(t)作為輸入信號重復(fù)上述過程獲得固有模態(tài)函數(shù)，重復(fù)上述過程，得到第i個