爆破振动信号分析与监测

论文摘要

在工程爆破中，爆炸所引起的地震效应被公认为是“公害”之首，对建（构）筑物危害尤为严重。为了对地震动效应的危害进行评价，需要采集爆区周边的地表振动信号，利用数字信号分析方法对信号进行分析，依据爆破振动安全允许标准对振动危害程度做出评价并预测后续爆破振动，从而对爆破工程起到技术指导作用。本文在分析了大量国内外相关文献的基础上，以部分爆破振动实测数据为基础，开发了基于LabVIEW的爆破振动信号分析软件，同时对现有的爆破振动监测设备的相关技术进行了详细的讨论和电路设计。在研究了爆破振动信号形成机理的基础上，采用HHT对爆破振动信号进行时频分析，结果显示其能够比单域分析更加全面的解释信号的分布特征。针对精确延期的爆破振动信号的特征，对HHT方法的不足之处进行了讨论并提出了改进方法，如“端点效应”、筛选终止准则、插值拟合算法等，采用LabView平台对改进后的算法进行了实现，得到了三维时频谱。最后，对改进后的EMD算法的准确度和误差进行了分析。硬件设计方面，针对传统测振仪不具备多测试点同步采集能力的问题，采用GPS同步校准高精度时钟信号的方法实现多点同步采集，使同步精度和可靠性得到了较大的提高。针对于传统测振仪的接线繁琐，组网能力差的缺点，设计了一种基于自组织网技术的无线振动测试系统，实现了振动测试的无线实时监测，大大简化了测试步骤。本文的研究工作在爆破振动测试实践的基础上，尝试运用一些新的理论和技术方法来完善爆破振动测试技术，期望能对爆破工程实践和振动次生危害的预防理论和技术有所贡献。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 爆破振动信号分析与监测技术研究现状
• 1.3 爆破振动信号
• 1.3.1 爆破振动信号的形成
• 1.3.2 爆破振动信号的基本参数
• 1.4 爆破振动信号处理方法
• 1.5 本文研究内容
• 第二章 爆破振动信号常规分析与实现
• 2.1 安全判据选取
• 2.2 时间域分析
• 2.3 频率域分析
• 2.4 多测点联合分析
• 2.5 小结
• 第三章 爆破振动信号 HHT 时频分析
• 3.1 HHT 分析
• 3.2 经验模态分解
• 3.2.1 EMD 算法的步骤
• 3.2.2 端点效应与解决方法
• 3.2.3 插值拟合算法
• 3.2.4 筛选终止准则
• 3.2.5 爆破振动信号的 EMD 分解
• 3.3 瞬时属性计算
• 3.3.1 希尔伯特变换
• 3.3.2 标准化希尔伯特变换
• 3.4 爆破振动信号的 HHT 时频谱
• 3.5 HHT 的可靠性验证
• 3.6 HHT 的 LabVIEW 实现
• 3.7 小结
• 第四章 爆破振动信号采集系统
• 4.1 整体框架
• 4.2 核心控制方式
• 4.3 振动信号采集模块
• 4.3.1 传感器的选择
• 4.3.2 调理电路
• 4.3.3 A/D 转换电路
• 4.4 控制模块构成
• 4.5 数据缓存电路
• 4.6 数据存储器电路
• 4.7 小结
• 第五章 系统同步与数据传输
• 5.1 系统同步
• 5.1.1 同步方式对比
• 5.1.2 GPS 同步方式原理
• 5.1.3 分布式同步采集的实现
• 5.1.4 器件的选择与连接
• 5.2 无线数据传输
• 5.2.1 硬件电路组成
• 5.2.2 无线通信协议
• 5.2.3 信道分配
• 5.2.4 数据包格式
• 5.2.5 工作过程
• 5.3 小结
• 第六章 硬件测试与工程评估
• 6.1 硬件测试
• 6.2 工程评估
• 6.3 小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 本文总结
• 7.2 进一步工作展望
• 附录
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果
• 致谢