基于HHT的煤岩声发射源定位研究

发布时间：2017-10-07 21:35

  本文关键词：基于HHT的煤岩声发射源定位研究

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【摘要】：煤炭能源是我国能源结构中所占比例最大的一项,它为我们日常生活各项所需都做出了贡献。然而,由于矿井工作面等破坏发生煤矿突水意外造成的人员伤亡问题不断发生,这些为大众生活而付出的煤炭工人们的生命安全却得不到有效的保障。为此,很多的学者都投入到煤矿突水预测的研究中来,提出了很多有效的方法,其中应用声发射技术进行预测是一种可行性较好的方法。煤矿突水多是由于煤岩类材料受载变形或破坏,而材料在这种破坏演变的过程中会产生一种弹性波,声发射技术正是通过传感器接收这种弹性波,对其进行处理得到弹性波的发射源从而实现对可能突水点的预测。虽然声发射技术能够对突水点进行有效的预测,但由于声发射信号的非平稳性和复杂性,现有的一些信号分析方法难以对其进行全面有效的解读,因而定位的精度差强人意。本文以希尔伯特-黄变换(HHT)为基础,展开了针对煤岩声发射信号的分析与声发射源定位的研究,对声发射技术在煤矿突水方面的应用以及提高声发射技术中的源定位精度方面具有重要的理论意义和实践价值。本文以理论分析为基础,结合仿真实验和模拟试验方法,依据煤岩的材料特性以及声发射信号的特征,研究了应用希尔伯特-黄变换方法进行信号分析,提出初值估计的Geiger算法进行声发射源的定位,得到了精度较高的定位点,有效提高了煤岩声发射技术的预测精度。主要研究内容围绕以下四个方面:(1)针对煤岩声发射信号的复杂性,在信号分析方面,从时频分析方法逐步发展的过程中探讨小波变换的基本理论和基本特点,就非平稳信号分析层面,将小波变换与HHT进行多方面的比较,证明HHT方法适用于分析煤岩声发射信号的结论。(2)针对HHT进行信号分析过程中出现的端点效应、模态混叠等问题,对一些常用的抑制方法进行研究。根据煤岩声发射信号的特性,在现有抑制方法的基础上,研究双端优化的端点延拓方法和预置小波滤波的改进措施,通过仿真实验对这些改进措施的有效性进行验证。(3)针对煤岩声发射源定位的实际问题,根据三维时差定位原理,研究相应的波速测量方法,运用改进HHT方法得到信号的Hilbert谱和Hilbert边际谱,确定分析频率,对比不同传感器接收到的同一频率波的信号峰值时间得到时差估计,同时探讨初值估计的Geiger定位算法。(4)进行煤岩试样的单轴加载试验,分别使用声发射仪器和基于改进HHT的煤岩声发射源定位方法对煤岩的损伤进行定位,确认改进方法能够进行声发射源的定位,是否能够提高定位精度,用以证明该方法的有效性。本文的研究基于实际煤岩声发射信号,为运用HHT方法进行声发射信号分析,提高信号分析的有效性提供了有力的证据,提出的一些改进措施提高了声发射源定位的精度,推广了HHT在声发射领域的应用,对煤岩突水预测、灾害预防方面有很重要的实际意义。
【关键词】：煤岩 声发射技术 希尔伯特黄变换 端点效应 模态混叠 定位
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD745
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-17
• 变量注释表17-18
• 1 绪论18-27
• 1.1 引言18
• 1.2 声发射技术研究现状18-23
• 1.3 希尔伯特-黄变换的研究现状23-25
• 1.4 本文主要研究内容25-27
• 2 煤岩声发射技术与HHT理论基础27-35
• 2.1 引言27
• 2.2 煤岩声发射技术理论基础27-30
• 2.3 希尔伯特-黄变换理论基础30-34
• 2.4 本章小结34-35
• 3 声发射信号的HHT与小波变换比较35-48
• 3.1 引言35
• 3.2 小波变换35-38
• 3.3 HHT与小波变换的比较38-43
• 3.4 HHT与小波变换在煤岩声发射信号中的应用43-47
• 3.5 本章小结47-48
• 4 关于HHT存在问题的改进方法研究48-70
• 4.1 引言48
• 4.2 包络拟合48-52
• 4.3 端点效应52-59
• 4.4 模态混叠59-67
• 4.5 改进的HHT在煤岩声发射信号处理中的应用67-69
• 4.6 本章小结69-70
• 5 基于HHT的煤岩声发射源定位研究70-88
• 5.1 引言70
• 5.2 声发射源三维时差定位原理70-72
• 5.3 基于HHT的煤岩声发射源定位研究72-80
• 5.4 煤岩声发射源定位试验80-87
• 5.5 本章小结87-88
• 6 总结与展望88-90
• 6.1 主要工作及总结88
• 6.2 未来工作展望88-90
• 参考文献90-94
• 作者简历94-96
• 学位论文数据集96

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 毛炜;金荣洪;李家强;耿军平;范瑜;;基于HHT变换的时频分析法及其在2FSK系统解调中的应用[J];电子与信息学报;2006年12期

2 吴基文,姜振泉,樊成,林枫;煤层抗拉强度的波速测定研究[J];岩土工程学报;2005年09期

3 杨世锡,胡劲松,吴昭同,严拱标;基于高次样条插值的经验模态分解方法研究[J];浙江大学学报(工学版);2004年03期

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本文编号：990201