会员注册 | 登录 | 微信快捷登录 支付宝快捷登录 QQ登录 微博登录 | 帮助中心 人人文库renrendoc.com美如初恋!
站内搜索 百度文库

热门搜索: 直缝焊接机 矿井提升机 循环球式转向器图纸 机器人手爪发展史 管道机器人dwg 动平衡试验台设计

   首页 人人文库网 > 资源分类 > DOC文档下载

微震监测技术—毕业论文.doc

  • 资源星级:
  • 资源大小:2.01MB   全文页数:33页
  • 资源格式: DOC        下载权限:注册会员/VIP会员
您还没有登陆,请先登录。登陆后即可下载此文档。
  合作网站登录: 微信快捷登录 支付宝快捷登录   QQ登录   微博登录
友情提示
2:本站资源不支持迅雷下载,请使用浏览器直接下载(不支持QQ浏览器)
3:本站资源下载后的文档和图纸-无水印,预览文档经过压缩,下载后原文更清晰   

微震监测技术—毕业论文.doc

中北大学2010届毕业论文第1页共33页1绪论1.1课题选题背景矿业是我国国民经济的基础产业,提供了93的能源、80的工业原料、70的农业生产资料。随着国民经济的高速发展,对矿产资源需求量的日益增加,复杂难采和深部开采诱发的安全问题日益突出。顶板冒落、岩移岩爆和滑坡等重大工程地质灾害和事故隐患严重,严重制约着矿产资源合理的开发与利用,矿山安全已成为我国安全生产领域急需解决的重点和难点。在采矿及地下岩土工程生产实践中人们发现高应力水平下矿、岩的破坏如岩爆、隐伏断层激活等过程中,其内部积聚的势能会以地震波的形式释放并传播,同时对应有微震事件的发生2。微震是矿岩破坏过程的伴生现象,其中包含了大量的有关围岩受力破坏以及地质缺陷活化过程的有用信息,故通过对微震信号的采集、处理、分析和研究,可推断矿岩内部的性态变化,预测岩土结构是否在生破坏,反演其破坏机理3。通过在地下岩土工程中布置传感器阵列,可实现微震数据的自动采集,传输和处理,并利用定位原理确定破坏发生的位置,且在三维空间上显示来4。因此,微震监测技术具有远距离、动态、三维、实时监测的特点,可以根据震源情况进一步分析推断矿岩的破坏尺度和性质,这为研究覆岩空间破裂形态和地震的预测提供了新的手段7。近年来,由于缺乏对采场覆岩结构运动规律的有效监测,导致我国矿山事故频繁。由高应力问题导致的矿山安全事故单靠传统的岩石力学手段已经远远不能满足现实需要,所以如何以微震监测为基础,结合其它最新科技成果,通过定量监测预测对矿山灾害进行充分的认识和理解,达到防灾减灾目的,是一个重要的研究趋势,同时对促进矿山安全管理的科学化、现代化具有重大的现实意义8。微震监测技术为矿山地压等地质灾害的预报提供了重要的技术手段。由于固体物质在外界条件机械载荷、温度变化等作用下,其内部将产生局部应力集中区,当这种高能状态向低能状态过渡时,应变能将以弹性波的方式快速释放,即声发射现像。而那些频率在10Hz到300Hz之间的声发射现象,被称作微地震简称微震8。中北大学2010届毕业论文第2页共33页1.2国内外的研究现状及发展趋势微震监测技术就是以声探测学和地震学为基础,通过观测分析生产活动中产生的微小震动事件来监测生产活动的影响效果及地下状态的地球物理技术1。微地震监测技术的一个主要任务是确定震源的位置,也就是微震定位。微震定位技术的实现与进一步发展对我国的安全事业具有非常重要的意义。随着微地震技术的迅速发展,越来越多的人在不断地进行创新和改进微震定位的算法及其实现技术。如今微震定位技术已经被广泛应用到各个领域中,在煤矿生产中,它可用于确定煤层开采后顶板的垮落高度、导水断裂带高度和监测冲击地压等矿井灾害3。70年代初,国内开始了以耳机接收或录信号机记录岩石声探测频率的便携式地信号仪的研究及现场应用4。最近十年,由于电子技术及计算机技术的发展,国外研究出了三分量探头及高性能的声探测数据处理系统,国内相关研究院也相继研发了DYF1,DYF2型便携式只能地信号分析仪及SDL1,SDL12型多通道声探测监测系统。近两年来,数据处理技术的迅速发展,尤其是波形识别理论的形成,标志着声探测技术的水平进入了一个全新的时代,越来越收到人们的重视。国际间有关声探测研究的学术交流活动也愈加频繁。微震监测系统被认为是岩体工程最有效的监测方法之一4。1.3微震定位系统结构微震定位系统总体上由3部分组成,即地表监测站、数据交换中心、传感器排列。如传感器排列依次安装在优化过的位置下,传感器探头与数据交换中心之间用电缆连接。数据交换中心与地表监测站之间以光缆连接。安装调试完成后,探头接收的微震震模拟信号经前置放大后由电缆传输到数据交换中心,模拟信号在交换中心通过A/D转换变为数字信号,数字信号再由光缆传输至地表监测站内的微震数据采集仪中,然后由与微震数据仪相连接的计算机进行实时监测显示,并进行各种结果分析与预测。其系统结构如图1所示中北大学2010届毕业论文第3页共33页图1.1微震定位系统结构图由图1可知声探测传感器是定位系统中数据采集的关键,是影响系统整体性能的重要性因素,它将物理现象转换成的电信号与数据采集系统所需要的电信号之间的关系很大程度上决定了最后结果的误差。声探测传感器采用不合理,或许使得接受到的信号和希望接受到的声探测信号有较大差别,直接影响采集到的数据真实度和数据处理结果。声探测传感器是利用某些物质(如半导体、陶瓷、压电晶体、强磁性体和超导体等)的物理特性随着外界待测量作用而发生变化的原理制成的1。它利用了诸多的效应(包括物理效应、化学效应和生物效应)和物理现象,如利用材料的压阻、湿敏、热敏、光敏、磁敏和气敏等效应,把应变、湿度、温度、位移、磁场、煤气等被测量变换成电量1。声探测传感器的主要类型有高灵敏度声探测传感器,它是应用最多的一种谐振式声探测传感器宽频带声探测传感器差动声探测传感器此外,还有微型声探测传感器、磁吸附声探测传感器、低频抑制声探测传感器和电容式声探测传感器等。在声探测检测过程中,大多时候使用的是谐振式声探测传感器9。谐振式声探测传感器参数技术的基础归结于两个基本假设1声探测是阻尼正弦波2声波是以某一固定的速度传播的。根据这一假设,对声探测信号参数,如上升时间、峰值幅度、持续时间等测量、记录所得到得声探测特征是合理的10。传播特性上,谐振声探测传感器参数技术的假设意地表监测站数据交换系统传感器1传感器2传感器3传感器4光缆电缆中北大学2010届毕业论文第4页共33页味着传播信号除了单纯衰减以外,它的声波形状是不变的11。它是以不变的波形和不变的声速获取被检测的声信号的参数。需要指出的是所谓谐振式窄带声探测传感器并不是只对某频率信号敏感,而是对某频率带信号敏感,其它频率带信号灵敏度较低。声探测传感器的选择应根据被测声探测信号来确定12。首先是了解被测声探测信号的频率范围和幅度范围,包括有可能存在的噪信号信号。然后选择相对感兴趣的声探测信号灵敏、对噪信号信号不灵敏的声探测传感器进行检测13。声探测源定位技术通常利用的是压电效应来进行检测信号。所谓的压电效应是指某些电介质在受到某一方向的外力作用而发生形变(包括弯曲和伸缩形变)时,由于内部电荷的极化现象,会在其表面产生电荷的现象,而利用压电效应的原理制作的传感器就叫做压电传感器14。压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中,因此又叫做压力传感器。压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的震动和冲击测量中已经得到了广泛的应用13。压电式传感器也可以用于军事工业,例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。由此可见压力传感器的应用范围非常广泛,它既可以用来测量大的压力,也可以用来测量微小的压力15。图1为一个可以测量震动的光纤微震传感器实物图图1.2光纤微震传感器中北大学2010届毕业论文第5页共33页数据采集就是将模拟信号转换为数字信号、并进行存储和计算机处理显示的过程,而其对应的系统则为数据采集系统。数据采集技术是信息科学的一个重要分支,它研究信息数据的采集、存储、处理及控制等工作,它与传感器技术、信号处理技术、计算机技术一起构成了现代检测技术的基础18。由于数据采集技术可以使许多抽象的模拟量数字化,进而给出其量值,或通过信号处理对该模拟量进行分析。与模拟系统相比,数字系统具有精度高、可靠性高等优点,因此,数据采集技术的应用越来越广泛,如温度、压力、位置、流量等模拟量,可以通过不同类型的传感器将其转换为电信号模拟量如电压、电流或电脉冲等,再通过适当的信号调理将信号送给模拟数字转换器ADC,使其转换为可以进一步处理的数字信号送给计算机终端系统中进行处理、分析、存储和显示的过程16。,反之,数字信号处理器或微处理机可通过数字模拟转换器DAM将其产生的数字信号转换为模拟信号,再通过信号调理进行输出18。随着科学技术的发展和数据采集技术的广泛应用,对数据采集系统的许多技术指标,如采样率、分辨率、存储深度、数字信号处理速度、抗干扰能力等方面提出了越来越高的要求。提高数据采集系统的采样率可更深入、更细微、更精确地了解物理量变化特性。为了使得采集到的数据更为准确直观,一般要先对传感器获得的模拟信号进行调制,把模拟输入信号放大到与A/D转换器满量程电压对应的电平值,然后再将模拟信号输送给数据采集系统。数据采集仪的系统基本结构如图3所示被测量的物理现象图1.3数据采集系统基本结构图传感器信号变换模拟信号处理A/D转换模拟信号记录数字信号处理A/D转换数字信号记录中北大学2010届毕业论文第6页共33页因为数据采集技术具有的广泛应用性,现在它已经应用在雷达、导弹、通信、声纳、遥感、地质勘探、振动工程、无损检测、智能仪器、语音处理、激光多普勒测速、光时间域反射测量、物质光谱学与光谱测量、生物医学工程等多个领域,进而不断推动着这些领域的发展。图1.4为一个TDE系列地震数据采集仪的实物图。图1.4TDE系列地震数据采集仪随着微电子技术的飞速发展,数据采集技术也得到了长足的发展。数据采集技术正向着高速准确,实时,便于携带,可视化程度更高,功能更加复杂等方面发展。数字存储示波器是典型的数据采集系统。随着其采样率的不断提高,它已成为高速或超高速数据采集系统。制造高速或超高速采样率的数字存储示波器的公司主要有Agulent,Tektronix,Nicolet和Lecroy等。除了属于通用仪器的超高速数据采集系统以外,对于其它超高速数据采集系统而言,基于标准总线、具有海量数据存储深度、高速DSP能力和超高A/D所组成的超高速数据采集系统为当今发展趋势.在设计和选用系统时,就要有这四方面的考虑,即不但要考虑超高速数据采集部分,还要考虑其标准总线接口、数据存储深度和DSP处理器的性能,因为系统的整体性能已不单是超高速数据采集部分的性能,标准总线接口、数据存储深度和DSP也已成为评价系统整体性能的重要指标。中北大学2010届毕业论文第7页共33页1.4声信号定位的基本原理基于声信号的微震定位技术的就是事先在地表或者地下布置声探测传感器,一旦在传感器的有效监控范围内出现声信号微震事件,则根据事先记录的传感器的具体位置参数,以及时候微震检波器记录的由声源探测出的P(纵波)波到达的时间差或者P波和S(横波)波到达的时间差,利用标准距离公式来推导计算出声源的具体位置,而这种定位方法就叫做声信号微震时差定位技术4。时差定位又叫做双曲线定位,它通过处理三个或者更多的传感器采集到的信号到达时间差的测量数据对震动源进行坐标定位。在二维平面中,辐射源信号到达两个传感器的时间差规定了一对以两个传感器为交点的双曲线,利用三个传感器可形成两条单边双曲线来产生交点,以确定震动源位置。而若要确定三维空间的任意震动源,震动源信号到达两侧两站的时间差确定了一对以两站为焦点的双曲面,则至少需要四个传感器形成三个单边双曲面来产生交点,以确定震动源位置5。虽然时差定位系统具有精度高、定位块和抗干扰能力强等优点,但是因为时差定位在计算过程中的数据主要是靠传感器和数据采集仪来取得,因此在定位过程中也会出现多值现象,即定位模糊。这主要是因为在进行数据采集的时候有噪声和有采集系统的数据采集误差,所以在某些点上甚至会出现无解或定位模糊现象6。1.5论文的主要工作本论文的主要目的是对声信号的微震定位技术研究,主要研究内容有了解微震定位技术的发展现状和趋势,了解微震定位技术的的定位方法系统结构,其主要问题是时差定位的原理与解算方法及其产生的误差的原因。本文各章节内容组织如下第一章为绪论,简述本课题研究的背景意义和实用价值,以及所用的基本原理介绍。第二章为时差定位法的原理与解算过程。第三章为具体的实验设计与数据演算。第四章为实验误差分析。

注意事项

本文(微震监测技术—毕业论文.doc)为本站会员(liyun)主动上传,人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知人人文库网([email protected]),我们立即给予删除!

温馨提示:如果因为网速或其他原因下载失败请重新下载,重复下载不扣分。

copyright@ 2015-2017 人人文库网网站版权所有
苏ICP备12009002号-5