基于磁致伸缩机理的锚杆无损检测系统设计

在电磁超声检测中,针对其核心部件磁致伸缩换能器换能效率低、接收信号十分微弱的问题,完成了一种基于磁致伸缩机理的锚杆无损检测系统设计,可以精准测量锚杆的长度及缺陷位置。主要包括了信号发生模块、阻抗匹配模块、前置放大模块、信号采集模块等。仿真和实验结果表明:增加阻抗匹配模块可以有效提高激励电流,使得磁致伸缩效果明显,功率传输效率有效提高;增加前置放大模块可以加强有用信号,滤除噪声,提高信噪比;使用高斯信号有利于功率放大器的放大作用,信号平稳,易于观察。     

磁致伸缩扭转导波在纤维增强塑料锚杆中的应用

针对电磁超声信号信噪比低、回波特征不明显的问题,本文对磁致伸缩扭转导波特性进行了分析,扭转导波非频散适合信号处理,且在传播过程中能量衰减较小。利用ANSYS有限元仿真软件分析了扭转导播在纤维增强塑料(FRP)锚杆内的位移、功率流特性;搭建了物理实验平台,在FRP锚杆内激励和接收磁致伸缩扭转导波信号,对采集到的回波信号进行CEEMD-LMS算法滤波;实验数据验证了数值分析结果的有效性。结果表明:磁致伸缩扭转导波在FRP锚杆内的传播功率趋向于表面,适用于FRP锚杆表面缺陷检测;经CEEMD-LMS滤波算法处理后的磁致伸缩导波信号信噪比得到提升;磁致伸缩扭转导波技术可对有周向缺陷的FRP锚杆长度、缺陷位置进行识别。     

基于谱峭度的锚杆参数检测方法

锚杆长度是评价锚杆质量的重要因素,但由于恶劣的锚杆检测环境,以及仪器自身所带来的干扰,采集到的锚杆信号含有大量噪声,使信号分析和锚杆参数精确预测困难,为此需要对信号进行滤波处理。针对锚杆信号的特点,本文利用谱峭度理论构造了一个以最大化信噪比滤波的峭度滤波器,对锚杆检测信号进行滤波,完成锚杆参数检测。与传统的小波理论方法相比较,该方法的检测精度有了较大提高。另外,峭度滤波后的信号具有良好的频域特性,在频域图中可方便读取相应频率,利用频率差法也可求得比较精确的锚杆长度。     

基于数值模拟的锚杆锚固缺陷检测研究

针对锚杆锚固中缺陷检测质量不高的问题,本文采用电磁超声技术完成锚杆质量检测,首先利用PCDISP软件获得频散曲线,确定最佳激励频率;然后应用COMSOL有限元仿真软件建立锚杆锚固三维模型,并设定偏置磁场最优参数,分析了锚固的有效长度、锚杆锈蚀深度和缺陷的大小对检测波形的影响;最后搭建物理实验平台,对采集到的回波信号进行分析,实验数据验证了数值分析结果的有效性。结果表明:电磁超声技术用于锚杆锚固质量检测,能有效检测出锚固有效长度和缺陷位置。     

非周期变尺度随机共振在锚杆无损检测中的应用

在强噪声下检测锚杆微弱信号一直是实际工程中的难题。随机共振与以往去噪方法不同,其利用噪声能量来增强被噪声埋没的微弱信号。经典的随机共振只适合于小参数信号(信号频率、信号幅值、噪声强度均远小于1)的检测,而应力波反射法采集到的锚杆信号属于衰减振荡的暂态信号,具有非周期性、大参数等特点,因此采用非周期变尺度随机共振方法处理锚杆信号。针对非周期随机共振,综合峭度指标与互相关系数指标的各自优缺点,采用加权峭度作为其度量指标。变尺度随机共振法对幅值进行归一化、对频率进行线性压缩,使锚杆信号满足经典随机共振的要求。通过处理非周期大参数的仿真信号和实际工程中的锚杆振动信号,验证了非周期变尺度随机共振的有效性。     

基于经验模式分解的超声信号去噪算法

针对煤矿机械关键零部件超声检测时受到煤矿现场非线性、非平稳噪声干扰的问题,研究了超声信号的自适应去噪方法,将超声信号分解成独立的IMF分量,并得到各IMF分量的频谱,选择与探头中心频率相近的各IMF进行重构,提高了信噪比。     

集成经验模式分解在液压支架焊缝超声信号消噪中的应用研究

针对煤矿液压支架焊缝超声信号受到非线性、非平稳噪声干扰的问题,研究了基于集成经验模式分解(EEMD)的焊缝超声信号自适应去噪方法,首先对原始信号进行EEMD分解得到一系列固有模态函数(IMF),然后利用各IMF分量与原信号的相关系数的大小关系来重构超声回波信号。通过对仿真信号和试验信号进行分解,结果表明,该方法能够自适应地去除超声回波信号中的噪声成分,提高了信噪比,避免了模态混淆。     

基于时域积累平均和小波多分辨率分析方法的弱信号去噪

当传感器采集到的信号信噪比很小时,传统的微弱信号测量方法不太理想。提出了对传感器采集到的微弱信号进行累加平均和小波变换中的多分辨率分析方法相结合去噪。通过仿真分析,表明该方法可以有效地提取出有用信号,抑制噪声。     

基于频域约束独立成分分析的经验模态分解去噪方法

噪声污染是煤岩动力灾害电磁监测应用中需要解决的重要问题,去噪效果的好坏直接影响灾害预测的准确性。经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)是目前电磁信号去噪中应用最多的一种方法,但当信号与噪声时频特征相近时,该算法存在严重的内蕴模态函数(Intrinsic Mode Function,IMF)混叠现象(即部分模态函数仍为信号与噪声的组合)。针对该问题,提出一种基于经验模态分解和频域约束独立成分分析的去噪方法,首先利用EMD将电磁信号分解为多个IMF分量,通过计算各分量与原信号间的互相关系数判断存在模态混叠现象过渡IMF,再以过渡IMF后续分量的频域为约束条件,对过渡IMF进行独立成分分析,去除过渡分量中的噪声;最后将去噪后的过渡分量与其后续分量进行重构,得到去噪后的信号。分别以含噪Ricker子波和现场电磁信号为例,利用信噪比定量验证了上述方法对处理现场电磁信号模态混叠问题的有效性,同时频域约束条件下的独立成分分析去噪收敛快、效率高,适合海量实时监测信号快速去噪使用。     

基于VMD的大地电磁信号去噪研究

大地电磁信号是解释地质构造的重要信息载体,其受长周期和随机噪声影响严重,导致地质构造的反演结果出现严重的偏差。为了解决该问题,基于变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)提出了一种综合性的大地电磁信号去噪算法。对原始电磁信号进行多分辨VMD处理去除长周期噪声,采用小波包阈值去噪法去除信号的随机噪声,使用信号重构得到去噪处理后的大地电磁信号。使用此方法对工程实测大地电磁信号进行处理,结果表明,此方法能够对大地电磁信号的长周期噪声和随机噪声进行抑制,并且极大限度地保存了信号的有效分量,提高了时域信号的周期性,全频分段的视电阻率曲线得到了明显优化。     

时域电性源地空电磁系统在煤炭采空积水区勘查中的应用

为实现山区复杂地形条件下,对沁水盆地东南地区煤炭采空区及采空积水区的快速、精确勘查,采用时域电性源地空电磁法对上述区域进行地球物理勘查。时域地空电磁法采用地面发射空中接收的方式,在地面布设接地长导线源,利用大功率发射机向地下发射时域方波信号,在空中利用无人机搭载接收系统沿平行于发射源的预定航线进行飞行探测获取电磁信号和测点坐标信息,发射与接收的电磁数据通过GPS时钟进行同步。利用时域电性源地空电磁探测系统,采集到了信噪比高的电磁数据,同时开展了地空电磁基线校正方法、地空电磁噪声抑制方法及视电阻率成像方法的研究,进一步提升电磁数据的质量和成像分辨率。通过对时域电性源地空电磁数据和空间坐标信息进行处理获得反应测区地电信息时间的电性源地空电磁法视电阻率,结合已知地质信息进行解释,推断解释了煤炭采空区和采空积水区的空间分布特征。时域电性源地空电磁法在极大减少地面工作量的同时,兼顾了勘探深度,因此兼具航空电磁法快速高效和地面电磁法勘探深度大的特征。本次勘查表明:利用该系统开展地空电磁勘查,可以实现工作效率4～5倍的提升,且勘探效果与已知地质信息基本吻合,表明时域电性源地空电磁探测系统可以实现对煤炭采空区的快速、精确勘查。针对本次勘查的效果,可以预期时域电性源地空电磁探测系统将在复杂地形条件下的深部资源探测、环境、工程、灾害地质调查中发挥重要的作用。     

Experimental analysis on bolt interference during advanced water detection with the mine transient electromagnetic method

During advanced water detection using the transient electromagnetic method, the exploration effect for water-rich area is often poor due to the interference of bolts that are distributed in different positions in working face. Thus, the study on the interference characteristics of bolts in different states has important directive significance for improving the acquisition quality and data processing method in water detection. Based on the analysis of the distribution laws of magnetic field excited by small multi-turn coincident loop in full space of homogeneity, the test on the interference of bolts has been designed in the mine. Through drilling 18 holes around the overlapping coil in the working face, mass data are collected in order with the position change and the exposed bolt length. The results of comprehensive data analysis show that the transient electromagnetic field is strongly interfered as the distance between the bolt and the center of the coil is less than 3 m, and the interference varies greatly as the distance varies. On the other hand, the field induced by the bolts can be ignored as the distance exceeds 3 m. The findings can help to improve data acquisition and correction during advanced water detection when using the transient electromagnetic method.     

基于声波测试的锚杆锚固质量检测信号分析与评价系统实现

基于声波检测的锚杆锚固系统在受荷载条件下的声学特性,结合试验研究表明：锚杆锚固质量的优劣可用固结波速和锚杆工作荷载这两个参数来评判。固结波速确定的关键在于对锚杆底端反射信号的识别,采用小波分析方法处理检测信号,发现应用“db4”小波对检测信号进行4尺度或5尺度分解后,其最高频重构信号的第二个“波浪”的开始点所对应的时刻即是原始信号的底端反射时间点。采用自适应滤波法用参考信号对检测信号进行逼近得到完整的底端反射信号,表明这两种方法有很好的一致性。锚杆工作荷载是检测信号基频的三次方函数,通过频谱分析获得了信号基频。结合上述分析方法以Matlab为开发平台编写了锚杆锚固质量无损检测信号分析系统并应用于实践,实现了锚杆锚固质量的智能评价,提高了分析精度。     

Removal of noises from electromagnetic radiation of coal or rock with EEMD-adaptive morphological filter

The electromagnetic radiation (EMR) signal collected by monitoring system during coal or rock dynamic disaster may be interferred easily by electromagnetic noises in mines. The noises have a direct influence on the recognition and analysis of the EMR signal features during the disaster. With the aim of removing these noises, an ensemble empirical mode decomposition (EEMD) adaptive morphological filter was proposed. From the result of the simulation and the experiment, it is shown that the method can restrain the random noise and white Gaussian noise mixed with EMR signal effectively. The filter is highly useful for improving the robustness of the coal or rock dynamic disaster monitoring system.     

TMS320F2812在井下微弱瓦斯信号检测的应用

针对煤矿井下瓦斯检测中常因地下地质结构中含有的即有噪声,以及矿井中使用大量的变频设备所产生的高次谐波和电磁脉冲,使其本来不明显的瓦斯信号变得更加微弱,提出了一种锁相放大实现微弱信号检测的原理,再结合DSP优化算法实现的高速数据处理能力,描述了对该系统的数值及仿真分析,结果表明,该系统能够很好地抑制地质及生产中的噪声影响,恢复、增强和方便提取有用的微弱瓦斯信号,实现了对微弱瓦斯信号的实时在线检测。     

经验模态分解(EMD)法在锚固无损检测中的应用

提出一种基于改进的经验模态分解(EMD)锚固动测信号处理方法。EMD法能将信号中不同尺度的波动和趋势项逐级分解开来,具有自调节自适应的特征,能在时频域内描述非平稳非线性信号的局部特性。基于改进的EMD算法,实现应力波反射法锚固动测缺陷信号的分离与诊断,消除了由实测信号直接读取反射波特性所存在的误差,具有较好的准确性和灵活性。模型试验结果表明,该法简单、有效,并具有较高的分析精度。