基于匹配追踪算法的立井爆破信号时频特征提取
发布时间：2021-08-07 17:08
在对立井爆破过程中井壁振动信号进行准确采集的基础上,采用匹配追踪（matching pursuit,MP）算法建立Gabor原子库,实现了爆破信号重构分量和残差分量的有效分离。通过信号短时傅里叶变换（short time Fourier transform,STFT）和魏格纳分布（Wigner-Ville distribution,WVD）对重构信号的时频分析及霍夫（Hough）变换时频聚集性对比,验证了WVD时频分析的优势。结果表明:MP-WVD组合信号分析方法对信号变化的适应性强,能够精确捕捉信号的局部细节,适合用于爆破信号非线性时频特征的提取过程。可为爆破方案调整和参数优化提供参考。
【文章来源】：爆破器材. 2020,49(06)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
信号处理流程
为了验证MP算法分解的有效性,采用传统的小波分解(wavelet decomposition,WD)方法对图2(b)中的信号进行分解重构。分解时选用爆破信号分析中常用的db8小波基。由于测振仪最小工作频率为5 Hz左右,根据Nyquist采样定理,信号的采样频率为8 000 Hz,则其Nyquist频率为4 000 Hz。因此,可将信号进行深度的9层分解,共得到10个频带(a9、d9～d1),对应的频带分别为:0～7.813 Hz,7.813～15.625 Hz,15.625～31.250 Hz,31.25～62.50 Hz,62.5～125.0 Hz,125～250 Hz,250～500 Hz,500～1 000 Hz,1 000～2 000 Hz,2 000～4 000 Hz。计算各个频带能量占信号总能量的百分比,见图5。将能量百分比大于5%的6个优势频带(d3～d8)子信号进行叠加,便得到小波重构信号,如图6(a)所示。将其从原信号中去除,便会得到残差分量,如图6(b)所示。从分解结果可知:WD方法由于存在小波基选取的问题,同时重构分量的选取需要借助人工判别,高频噪声及干扰分量消除效果不佳,不同方法评价对比见表1。表1中,Rsn为信噪比;S为均方根误差;r为相关性系数。
监测选择在山东兖矿集团万福煤矿主井井筒内开展。该井筒设计净直径5.5 m,掘进荒径为9.3 m,开挖断面67.9 m2。采用煤矿许用抗冻水胶炸药和MS1～MS5段毫秒电雷管光面爆破。总装药量为340 kg;其中,MS1段为掏槽眼,装药量为27 kg;MS2段辅助眼分两圈装药,装药量为96 kg;MS3段辅助眼装药量为54 kg;MS4段辅助眼装药60 kg;MS5段周边孔孔数为49,孔间距为600 mm,单孔装药量为2.1 kg,周边眼装药量为102.9 kg。现场炮眼布置如图2(a)所示。选用成都中科测控研发的TC-4850型测振仪,采样频率为8 kHz。图2(b)为该方案下监测到的距离工作面3 m处的井壁振动波形曲线,信号波振速峰值为8.05 cm/s,振速谷值为7.91 cm/s,主振频率为25.2 Hz。从波形图可知,监测到的井壁振动信号波聚集在雷管延期时程范围内,在0.15 s后逐渐衰减至基线归零位置,体现了测试结果的有效性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于匹配追踪的特征频率提取算法及其应用[J]. 李振,李伟光,陈辉,林鑫. 振动与冲击. 2019(19)
[2]爆破振动信号分析中模态混叠和虚假分量消除的改进方法[J]. 李清,徐文龙,张迪,李娜,冯丹丹. 振动与冲击. 2019(17)
[3]基于模式自适应连续小波能量谱的爆破振动信号特征分析[J]. 张胜,王智德,黎永索,付贵海,刘志斌. 爆破. 2019(02)
[4]基于稀疏反演的多道匹配追踪地震信号去噪方法及其应用[J]. 任浩,李宗杰,薛姣,顾汉明. 石油物探. 2019(02)
[5]广义正交匹配追踪电能质量信号重构方法[J]. 刘国海,丁灵卫,沈跃,李光武. 电测与仪表. 2019(10)
[6]深孔台阶爆破近区振动信号趋势项去除方法[J]. 韩亮,刘殿书,辛崇伟,梁书锋,凌天龙,武宇,李晨. 爆炸与冲击. 2018(05)
[7]基于改进MP-WVD算法的核电厂建设爆破振动信号处理方法[J]. 梅比,汪旭光,杨仁树. 爆炸与冲击. 2019(04)
[8]基于匹配追踪的拉曼光谱信号重构算法[J]. 王昕,何浩,范贤光,汤明. 光谱学与光谱分析. 2018(01)
[9]基于改进匹配追踪算法的化爆地震波信号时频特征提取[J]. 钟明寿,周辉,刘影,龙源,郭涛. 爆炸与冲击. 2017(06)
[10]基于局部相关谱约束的多道匹配追踪算法识别微地震信号[J]. 曹俊海,顾汉明,尚新民. 石油地球物理勘探. 2017(04)
本文编号：3328191
【文章来源】：爆破器材. 2020,49(06)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
信号处理流程
为了验证MP算法分解的有效性,采用传统的小波分解(wavelet decomposition,WD)方法对图2(b)中的信号进行分解重构。分解时选用爆破信号分析中常用的db8小波基。由于测振仪最小工作频率为5 Hz左右,根据Nyquist采样定理,信号的采样频率为8 000 Hz,则其Nyquist频率为4 000 Hz。因此,可将信号进行深度的9层分解,共得到10个频带(a9、d9～d1),对应的频带分别为:0～7.813 Hz,7.813～15.625 Hz,15.625～31.250 Hz,31.25～62.50 Hz,62.5～125.0 Hz,125～250 Hz,250～500 Hz,500～1 000 Hz,1 000～2 000 Hz,2 000～4 000 Hz。计算各个频带能量占信号总能量的百分比,见图5。将能量百分比大于5%的6个优势频带(d3～d8)子信号进行叠加,便得到小波重构信号,如图6(a)所示。将其从原信号中去除,便会得到残差分量,如图6(b)所示。从分解结果可知:WD方法由于存在小波基选取的问题,同时重构分量的选取需要借助人工判别,高频噪声及干扰分量消除效果不佳,不同方法评价对比见表1。表1中,Rsn为信噪比;S为均方根误差;r为相关性系数。
监测选择在山东兖矿集团万福煤矿主井井筒内开展。该井筒设计净直径5.5 m,掘进荒径为9.3 m,开挖断面67.9 m2。采用煤矿许用抗冻水胶炸药和MS1～MS5段毫秒电雷管光面爆破。总装药量为340 kg;其中,MS1段为掏槽眼,装药量为27 kg;MS2段辅助眼分两圈装药,装药量为96 kg;MS3段辅助眼装药量为54 kg;MS4段辅助眼装药60 kg;MS5段周边孔孔数为49,孔间距为600 mm,单孔装药量为2.1 kg,周边眼装药量为102.9 kg。现场炮眼布置如图2(a)所示。选用成都中科测控研发的TC-4850型测振仪,采样频率为8 kHz。图2(b)为该方案下监测到的距离工作面3 m处的井壁振动波形曲线,信号波振速峰值为8.05 cm/s,振速谷值为7.91 cm/s,主振频率为25.2 Hz。从波形图可知,监测到的井壁振动信号波聚集在雷管延期时程范围内,在0.15 s后逐渐衰减至基线归零位置,体现了测试结果的有效性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于匹配追踪的特征频率提取算法及其应用[J]. 李振,李伟光,陈辉,林鑫. 振动与冲击. 2019(19)
[2]爆破振动信号分析中模态混叠和虚假分量消除的改进方法[J]. 李清,徐文龙,张迪,李娜,冯丹丹. 振动与冲击. 2019(17)
[3]基于模式自适应连续小波能量谱的爆破振动信号特征分析[J]. 张胜,王智德,黎永索,付贵海,刘志斌. 爆破. 2019(02)
[4]基于稀疏反演的多道匹配追踪地震信号去噪方法及其应用[J]. 任浩,李宗杰,薛姣,顾汉明. 石油物探. 2019(02)
[5]广义正交匹配追踪电能质量信号重构方法[J]. 刘国海,丁灵卫,沈跃,李光武. 电测与仪表. 2019(10)
[6]深孔台阶爆破近区振动信号趋势项去除方法[J]. 韩亮,刘殿书,辛崇伟,梁书锋,凌天龙,武宇,李晨. 爆炸与冲击. 2018(05)
[7]基于改进MP-WVD算法的核电厂建设爆破振动信号处理方法[J]. 梅比,汪旭光,杨仁树. 爆炸与冲击. 2019(04)
[8]基于匹配追踪的拉曼光谱信号重构算法[J]. 王昕,何浩,范贤光,汤明. 光谱学与光谱分析. 2018(01)
[9]基于改进匹配追踪算法的化爆地震波信号时频特征提取[J]. 钟明寿,周辉,刘影,龙源,郭涛. 爆炸与冲击. 2017(06)
[10]基于局部相关谱约束的多道匹配追踪算法识别微地震信号[J]. 曹俊海,顾汉明,尚新民. 石油地球物理勘探. 2017(04)
本文编号：3328191
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