岩石类脆性材料多频段声发射检测分析方法和装置

摘要

本发明涉及一种适于岩石类脆性材料的基于多频段声发射信号检测分析的方法及多频段声发射检测装置，多频段声发射检测装置包括一组两个及两个以上不同优势频率的传感器，传感器上连接有信号放大、信号采集装置，信号采集装置连接有计算机；能根据岩石类材料所固有的不均质特征，对材料本身释放声发射信号的频率分布特征进行声发射检测的多个频段选择，同时对所获得的不同频段的信号进行分析，获得相应的信号特征；从而提高对材料破坏失稳临界条件判断的准确性和可靠性。

说明书

技术领域

本发明属于矿山及地下岩土工程检测技术领域，具体涉及一种岩石类脆性材料的基于多频段声发射信号检测分析的方法和装置。

背景技术

岩石类脆性材料由于自身的非均质特征，其受载断裂过程实际上是一个由原生裂隙到微裂隙扩展，最后出现宏观断裂的连续过程，而大量的实验表明，在整个断裂过程中都伴有声发射产生，并且在不同阶段有着不同的声发射特征，且声发射过程中确实包含有材料断裂过程中不同状态的不同信息，因而可通过对材料受力过程中的声发射的检测和分析，实现对材料破坏、失稳的判别和预测。

现有技术中声发射的检测分析一般是根据材料破裂过程中典型信号的优势频率，选择声发射检测的信号频率，并采用相应优势频率的传感器或传感器组进行检测，通过对所获得的该固定频段声发射信号的分析，进行分析、判断、预测。但是，由于材料内部含有许多不同性质的缺陷、裂纹及微观构造上的不均匀性，导致材料了失稳条件的复杂性，或者说通过固定频段的的声发射信号的检测分析并不能准确判断材料断裂的临界条件。

通过实验证实，材料受载过程中，并非仅仅释放某一固定频段范围的声发射信号，而将材料受载过程中“高频、中频、低频”的声发射信号均进行分段检测，并纳入分析模型，通过构筑耦合的识别模式，实现对材料破坏失稳临界状态进行判断、预测，显然可以提高判别和预测的准确性和可靠性。

发明内容

本发明为了提高岩石类非均质脆性材料破坏、失稳状态判断、预测的准确性和可靠性，提出一种多频段声发射信号检测分析的方法及多频段声发射检测装置。

本发明的技术方案是：岩石类脆性材料多频段声发射检测分析方法，具体包括以下步骤：

（1）根据岩石类材料所固有的不均质特征，对材料本身释放声发射信号的

频率分布特征进行声发射检测的多个频段选择；

（2）采用经过优化选择的不同优势频率的传感器组成传感器组进行检测，同时获得同一个声发射信号源的多个不同频段的信号特征；

（3）同时对所获得的不同频段的信号进行分析，获得相应的信号特征；

（4）通过不同频段声发射信号特征及其相互之间的模式匹配，构成与力学演化过程相统一的声发射特征演化模式。 

（5）根据所获得材料受力过程中开裂、失稳等状态下的单一或者耦合特征，进行力学临界的识别及预测。

为了进一步优化基于多频段声发射信号检测分析的方法，传感器组同时检测发自材料本身内部的不同频率范围的声发射信号。

为了进一步优化基于多频段声发射信号检测分析的方法，所检测的声发射信号具有“高频、中频、低频”等不同频段特征。

为了进一步优化基于多频段声发射信号检测分析的方法，所检测的声发射信号从高频到低频的频段划分及其宽频带覆盖特征。

为了进一步优化基于多频段声发射信号检测分析的方法，对所检测的声发射信号进行从高频到低频的不同频段信号的特征提取与分析。

为了进一步优化基于多频段声发射信号检测分析的方法，步骤(3)中对所检测的声发射信号进行从高频到低频的多个不同频段信号的特征的耦合提取与对比分析。

为了进一步优化基于多频段声发射信号检测分析的方法，所检测的声发射信号的连续性。

为了进一步优化基于多频段声发射信号检测分析的方法，通过对所检测的声发射信号特征进行从高频到低频的两个或两个以上不同频段信号特征的分析，建立以两个或两个以上不同频段为特征的相关分析方法。

基于上述多频段声发射信号检测分析方法的多频段声发射检测装置,包括一组两个及两个以上不同优势频率的传感器，所述传感器上连接有信号放大、信号采集装置，所述信号采集装置连接有计算机。

优选地，该多频段声发射检测装置能够同时采集两个及两个以上不同频率范围的声发射信号。

优选地，该多频段声发射检测装置能够对所采集的声发射信号进行信号分析及处理。

优选地，该多频段声发射检测装置能够对不同材料及由不同材料组成的结构或者构件进行声发射检测。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明所进行的声发射检测不仅仅针对某一固定频段，或者说材料破坏的优势频段，而是将材料受载过程中高、中、低频的声发射信号均进行检测并纳入分析模型，这样综合考虑了材料内部的缺陷以及各种不均匀性的特质，同时能够检测并分析不同阶段的全频段声发射特征，从而对材料破坏失稳临界条件判断的准确性和可靠性起到了更加积极的作用。

具体实施方式

下面对本发明的检测分析方法及装置进行详细说明：

本发明的多频段声发射信号检测分析方法按以下步骤进行：

（1）根据岩石类材料所固有的不均质特征，对材料本身释放声发射信号的频率分布特征进行声发射检测的多个频段选择；

（2）采用经过优化选择的不同优势频率的传感器组成传感器组进行检测，同时获得同一个声发射信号源的多个不同频段的信号特征；

（3）同时对所获得的不同频段的信号进行分析，获得相应的信号特征；

（4）通过不同频段声发射信号特征及其相互之间的耦合，构成某种耦合模式； 

（5）根据所获得材料受力过程中不同状态下的单一或者耦合特征，进行特殊状态的识别及预测。

为了进一步优化基于多频段声发射信号检测分析的方法，传感器组同时检测发自材料本身内部的不同频率范围的声发射信号。

为了进一步优化基于多频段声发射信号检测分析的方法，所检测的声发射信号具有“高频、中频、低频”等不同频段特征。

为了进一步优化基于多频段声发射信号检测分析的方法，所检测的声发射信号从高频到低频的频段划分及其宽频带覆盖特征。

为了进一步优化基于多频段声发射信号检测分析的方法，对所检测的声发射信号进行从高频到低频的不同频段信号的特征提取与分析。

设所能检测到的声发射源的频谱                                                可以划分为个频段，即

：                           （1）

对其中任意一个频段信号进行信号分析，可以提取特征集合，即：

：                     （2）

为了进一步优化基于多频段声发射信号检测分析的方法，步骤(3)中对所检测的声发射信号进行从高频到低频的多个不同频段信号的特征的耦合提取与对比分析。

在频谱集合中任取个观测频段，不妨设为：，（）。则可构成信号频率特征集合：

                   （3）

通过对所检测的声发射信号特征进行从高频到低频的两个或两个以上不同频段信号特征的耦合分析，建立以两个或两个以上不同频段为特征的相关分析方法。

设材料在受力变形、破裂过程中的力学过程可以表达为一系列力学状态集合，即

                        （4）

将声发射特征矩阵与力学状态特征集合进行联合分析，可建立特殊力学状态的识别条件：

                       （5）

基于上述多频段声发射信号检测分析方法的多频段声发射检测装置,包括一组两个及两个以上不同优势频率的传感器，所述传感器上连接有信号放大、信号采集装置，所述信号采集装置连接有计算机。

优选地，该多频段声发射检测装置能够同时采集同一个声发射源两个及两个以上不同频率范围的声发射信号。

优选地，该多频段声发射检测装置能够对所采集的声发射信号进行信号分析及处理。

优选地，该多频段声发射检测装置能够对不同材料及由不同材料组成的结构或者构件进行声发射检测。

综上所述，本发明已完全排除通过固定频段的的声发射信号的检测分析并不能准确判断材料断裂的临界条件的缺陷，且将材料受载过程中“高频、中频、低频”的声发射信号均进行分段检测，并纳入分析模型，为提高判别和预测的准确性和可靠性提供了可靠保障。 

但以上所述仅为本发明的具体实施方式，并非用来限定本发明实施的范围。即凡依本发明所做的均等变化与修饰，皆为本发明专利范围所涵盖。