编码激励在岩石超声检测中的应用研究

发布时间：2017-08-04 02:11

  本文关键词：编码激励在岩石超声检测中的应用研究

  更多相关文章： 编码激励 脉冲压缩 岩石 超声 数值模拟 波速检测 尾波检测

【摘要】：编码激励技术是提高超声穿透能力和分辨率的有效手段。然而,岩石内部结构十分复杂,其对编码激励信号的脉冲压缩性能影响很大。为验证该项技术在岩石的超声检测领域的适用性和有效性,并为编码激励在地震探测领域的应用提供参考,本论文对不同编码信号在岩石中的传播及其脉冲压缩性能的变化进行了研究和探讨。本文首先分析了国内外研究现状,总结并阐述了岩石超声检测和编码激励技术的基本原理和方法,介绍了选取编码信号的三项指标——主瓣宽度(Mainlobe Width, ML)、积分旁瓣水平(Integrated Side lobe Level, ISL)以及信噪比增益(Gain in Signal to Noise Ratio, GSNR)。同时通过仿真实验,对比了编码激励技术与叠加平均技术压制噪声的能力,结果表明,编码激励技术不仅能更有效地压制随机噪声还能压制有色噪声。在进行岩石的超声检测前,为了更准确地确定岩石特性对编码性能的影响,必须排除噪声和仪器响应对编码性能的影响。因此本文通过仿真和换能器对接实验,分析并讨论了随机噪声、有色噪声以及超声换能器对几种不同编码信号的影响。结果表明,随机噪声和有色噪声影响较小,通过滤波可以改善它们对GSNR的影响,而换能器影响最大,且幅度加权线性调频信号调制的Barker码(Barker with Tapered Linear Frequency Modulated Carrier, BTL)信号最不易受其影响。由于并不存在绝对均匀且没有衰减的岩石,无法了解超声波在穿过均匀无衰减的岩石后波形的变化对编码信号脉冲压缩性能产生的影响,因此本文对编码激励超声波在均匀介质中的传播进行了有限差分数值模拟,对比了单脉冲信号的模拟结果。结果表明,这种波形变化对脉冲压缩性能产生影响较小。此外,由于尾波检测已成为检测岩石性质的重要手段,因此本文还模拟了编码信号穿过随机介质后的波形。模拟结果表明相位编码信号脉冲压缩后与单脉冲信号波形一致,可用于尾波检测。在数值模拟的基础上,通过对不同岩石的超声检测实验,研究并比较了几类编码信号的检测效果。结果表明岩石孔隙度、非均质性以及频率相关衰减都会不同程度地降低编码信号GSNR并展宽MLW；从实验结果看,幅度加权线性调频(Tapered Linear Frequency Modulated，，TLFM)信号的GSNR损失最大,分辨率损失最小,而正弦调制Barker码(Barker with Sine Carrier, BS)信号GSNR损失最小,分辨率损失最大,从整体上看BTL信号具有较高的GSNR和较窄的MLW,因此稳定性最高。实验结果验证了编码激励技术的有效性,为岩石超声检测和地震探测中编码参数的设置提供了依据。为进一步验证编码激励技术的实际应用效果,本文利用BS信号对岩石的纵波速度进行了自动检测,并与单脉冲信号的检测结果进行了对比,结果表明编码信号的检测结果更加接近手动检测结果。另外,我们还进行了岩石的尾波检测实验,实验结果表明,编码信号的检测结果要优于单脉冲信号,验证了利用编码信号进行尾波检测的有效性和可靠性。
【关键词】：编码激励 脉冲压缩 岩石 超声 数值模拟 波速检测 尾波检测
【学位授予单位】：中国地震局地球物理研究所
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P315.8;TB559
【目录】：

• 摘要7-9
• Abstract9-11
• 第一章 引言11-16
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 岩石超声检测研究现状12-13
• 1.3 编码激励研究现状13
• 1.4 研究目的与意义13-14
• 1.5 研究方法与内容14-16
• 第二章 岩石超声检测与编码激励技术16-27
• 2.1 岩石超声检测技术16-18
• 2.2 编码激励技术18-25
• 2.3 编码激励技术与叠加平均技术的GSNR对比25-27
• 第三章 编码激励信号脉冲压缩性能的影响因素分析27-37
• 3.1 随机噪声的影响27-31
• 3.2 有色噪声的影响31-34
• 3.3 超声换能器的影响34-36
• 3.4 小结36-37
• 第四章 超声波在岩石中传播的数值仿真研究37-43
• 4.1 波动方程的有限差分方法简介37-39
• 4.2 均匀介质中的超声波模拟39-40
• 4.3 随机介质中的超声波模拟40-42
• 4.4 小结42-43
• 第五章 岩石特性的编码激励超声参数表征分析43-55
• 5.1 实验设计43-48
• 5.2 实验结果48-51
• 5.3 分析与讨论51-54
• 5.4 小结54-55
• 第六章 编码激励在岩石波速测量中的应用55-65
• 6.1 编码激励在岩石波速自动检测中的应用55-58
• 6.2 编码激励在岩石尾波检测中的应用58-64
• 6.3 小结64-65
• 第七章 结论与建议65-67
• 7.1 结论65-66
• 7.2 存在问题与建议66-67
• 参考文献67-73
• 致谢73-74
• 作者简历、在学期间研究成果及发表文章74

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本文编号：617304