基于声发射特征谱的岩体透水监测方法
专利类型：发明专利
语 言：中文
申 请 号：CN201710100431.9
申 请 日：20170223
申 请 人：重庆大学
申请人地址：400044 重庆市沙坪坝区沙正街174号
公 开 日：20170630
公 开 号：CN106908521A
代 理 人：蒋文芳;蔡静
代理机构：重庆辉腾律师事务所 50215
摘 要：本发明提出了一种基于声发射特征谱的岩体透水监测方法,所涉及的硬件包括：声传感器和处理模块；所述处理模块中预存有不同材质的岩体在不同的应力条件和含水率条件下的特征判据组,监测过程中,通过声传感器对岩体内的声发射信号进行采集,然后从采集到的信号中提取出特征参数,然后通过特征判据组对特征参数进行识别,最后根据识别结果确定被测岩体的当前含水率；本发明的有益技术效果是：提供了一种基于声发射特征谱的岩体透水监测方法,该方法对硬件需求较低,现场布设方便,监测结果较为准确。
主 权 项：一种基于声发射特征谱的岩体透水监测方法,其特征在于：所涉及的硬件包括：声传感器和处理模块；所述声传感器设置在被测岩体上,声传感器的信号输出端与处理模块连接；所述方法包括：1)建立数据库；所述数据库中包含有多个子数据库,每个子数据库均对应一种材质的岩体,不同子数据库对应不同材质的岩体；单个子数据库中包含有多个样本库,每个样本库对应一种应力条件,不同样本库对应不同的应力条件；单个样本库中包含有多个样本组,每个样本组对应一种含水率条件,不同样本组对应不同的含水率条件；每个样本组均对应一特征判据组,不同样本组对应不同的特征判据组；所述数据库预存在处理模块中；2)对被测岩体的应力情况进行检测,获得被测岩体的应力数据；对被测岩体的材质进行检测,获知被测岩体的材质种类；3)布设声传感器和处理模块；4)将被测岩体的应力数据和材质种类录入处理模块内：处理模块根据材质种类,从数据库中调用与被测岩体材质种类相同的子数据库；处理模块根据应力数据确定被测岩体所对应的应力条件,从子数据库中调用与被测岩体所对应的应力条件相同的样本库,然后对样本库所辖的多个特征判据组进行加载；5)后续监测过程中,声传感器进行连续采样,当声传感器监测到被测岩体的声发射信号后,声传感器将监测信号输出至处理模块,处理模块收到声传感器输出的监测信号后,先对监测信号进行乐谱化处理,获得音乐简谱,然后从音乐简谱中提取出被测岩体的特征参数,然后根据已加载的多个特征判据组对被测岩体的特征参数进行识别,根据识别结果确定被测岩体的当前含水率；所述特征参数包含信号延续周期、信号波动程度和信号有效计数三种；单个特征判据组包含和含水率概率计算公式；所述和分别表示3个区间；所对应的区间为：(B1#Δ1,B1+Δ1)所对应的区间为：(B2#Δ2,B2+Δ2)所对应的区间为：(B3#Δ3,B3+Δ3)其中,B1为对应信号延续周期的组内均值,B2为对应信号波动程度的组内均值,B3为对应信号有效计数的组内均值,Δ1为对应的区间范围调节参数,Δ2为对应的区间范围调节参数,Δ3为对应的区间范围调节参数；其中,Δ1＝B1/v,Δ2＝B2/v,Δ3＝B3/v；其中,v为调节因子；步骤1)中按如下方式为单个样本组生成特征判据组：设某一样本库所对应的应力条件为F,该样本库中,每个样本组所辖的样本数量均为n,第j个样本组所对应含水率条件的含水率数值为Mj,则按如下步骤对第j个样本组所辖的n个样本进行仿真实验：A)对样本的含水率进行调节,使n个样本的含水率数值均达到Mj；B)以F为加载条件,对n个样本分别进行加载直至样本碎裂,加载过程中,对样本的声发射信号进行连续采样,获得采样信号,n个样本即对应n个采样信号；C)对n个采样信号进行乐谱化处理,获得n个音乐简谱,从每个音乐简谱中提取出相应样本的特征参数,n个音乐简谱即对应n组特征参数；第i个样本所对应的信号延续周期的数值记为e1i,第i个样本所对应的信号波动程度的数值记为e2i,第i个样本所对应的信号有效计数的数值记为e3i；D)按前述的B1、B2和B3的表达式,计算出该样本组所对应的B1、B2和B3；然后构建出相应的和E)根据条件概率理论,计算出该样本组所对应的和的值：设所对应的条件概率为E1表示被测岩体的信号延续周期的数值；的值即为：被测岩体的信号延续周期的数值属于时,被测岩体的含水率数值为Mj的概率；设所对应的条件概率为的值即为：被测岩体的信号延续周期的数值不属于时,被测岩体的含水率数值为Mj的概率；设所对应的条件概率为E2表示被测岩体的信号波动程度的数值；的值即为：被测岩体的信号波动程度的数值属于时,被测岩体的含水率数值为Mj的概率；设所对应的条件概率为的值即为：被测岩体的信号波动程度的数值不属于时,被测岩体的含水率数值为Mj的概率；设所对应的条件概率为E3表示被测岩体的信号有效计数的数值；的值即为：被测岩体的信号有效计数的数值属于时,被测岩体的含水率数值为Mj的概率；设所对应的条件概率为的值即为：被测岩体的信号有效计数的数值不属于时,被测岩体的含水率数值为Mj的概率；然后构建出如下的含水率概率计算公式：其中,E表示被测岩体,P(E|Mj)的值即为被测岩体的含水率数值为Mj的概率；PA的值从和中择一采用,PB的值从和中择一采用,PC的值从和中择一采用；步骤5)中,按如下方式确定被测岩体的当前含水率：用单个特征判据组对被测岩体的特征参数进行识别,得到相应的含水概率,分别用多个特征判据组对被测岩体的特征参数进行识别即能得到多个含水概率；多个含水概率中的最大值所对应的含水率条件的含水率数值,即为被测岩体的当前含水率；用单个特征判据组对被测岩体的特征参数进行识别时,按如下步骤进行处理：(1)将被测岩体的信号延续周期的数值与所对应的区间进行比较,若被测岩体的信号延续周期的数值在所对应的区间内,则PA的值取否则PA的值取将被测岩体的信号波动程度的数值与所对应的区间进行比较,若被测岩体的信号波动程度的数值在所对应的区间内,则PB的值取否则PB的值取将被测岩体的信号有效计数的数值与所对应的区间进行比较,若被测岩体的信号有效计数的数值在所对应的区间内,则PC的值取否则PC的值取(2)根据步骤(1)所确定的PA、PB和PC的值,按含水率概率计算公式计算出相应的含水概率；所述乐谱化处理包括：所述处理模块先对声传感器输出的信号进行包络化处理,获得对应的包络线,然后将包络线映射至音乐简谱中；所述音乐简谱包括：以时域为横轴,设置多条间距相同且与横轴平行的谱线,谱线数量为奇数,最上侧的谱线与包络线中的最大值点相交,最下侧的谱线与包络线中的最小值点相交,包络线与各条谱线的交点形成多个记忆音符,多条谱线和多个记忆音符即形成音乐简谱；所述信号延续周期的数值即为记忆音符的数量；所述信号波动程度包括：在横轴正方向上位置相邻的两个记忆音符依次记为A音符和B音符,A音符所对应的电压幅值记为VA,B音符所对应的电压幅值记为VB,根据△V＝VB#VA计算出A音符和B音符的电压差；按前述方式,沿横轴正方向对音乐简谱中的多个记忆音符依次进行处理,即可得到多个△V；当相邻两个△V的值由正变负或由负变正时,说明包络线出现了极值点,信号波动程度的数值即为极值点的数量；所述信号有效计数包括：用从1开始的连续自然数,从下往上将多条谱线依次编号,包络线与第2条谱线的交点数量即为信号有效计数的数值。
关 键 词：
法律状态：
IPC专利分类号：G01N29/14