基于ARM的声发射仪的设计

煤岩体因内外力作用以及外界环境因素影响,易发生滑坡塌陷,灾害发生之前会有声发射现象,将采集到的煤岩体声发射信号进行处理和分析,对声发射参数进行统计,就可以作为煤岩体是否稳定的判据。本文详细阐述了基于ARM的声发射仪的检测原理,系统的软硬件构成。系统的计算速度和实时处理能力快,稳定性好,功耗低,适合现场使用。     

供水管道在线泄露检测方法

针对水管泄漏检测难度大,提出了"节点式"光纤Bragg光栅声发射传感器安置方法,即将声发射传感器放在两段管道的节点处,对漏水的声发射信号进行收集,进而来判断水管的泄露程度.同时对声发射传感器进行了金属化封装,在实验室建立了供水管道的供水模型,在实验室进行模拟,采用声发射传感器采集声发射信号,对信号进行分析处理.实验结果表明:该检测系统能够详细提供供水系统的声发射信息分布情况,对漏水点实现准确报警,克服了以往声传感器在收集声发射信息过程中衰减和无法实现长距离传输的弊端.     

采动煤岩体劣化过程中声发射损伤效应数值模拟

为了研究采动下煤岩体劣化过程的声发射特征并分析其演化规律,运用真实破裂过程分析RFPA2D系统,进行了载荷下煤岩试样的声发射数值模拟试验,分析了加载过程中煤岩体的初始裂纹出现及其扩展过程。模拟计算结果表明:随着加载的进行,煤岩体中的声发射事件逐渐增多,破裂带逐渐显现,直至煤岩体主破坏产生时形成了非常明显的破裂带,此时煤岩体中声发射频度突增,而对应的载荷出现突降;主破坏发生后,由于残余应力的作用,声发射处于较低水平,声发射总频次曲线也基本上没有增长,几乎与载荷曲线保持在水平状态。上述结果对利用煤岩体声发射特征进行煤岩的破坏过程实时动态监测提供了可能性,从而为煤与瓦斯突出动力灾害预测预报问题的深入研究奠定了理论基础。     

光纤 F - P 声发射传感器在水力除焦监测系统中的应用研究

随着光纤传感技术的发展,声发射传感器成了当前研究的热点问题之一。在研究传统的水力除焦监测系统的基础上,提出将光纤声发射传感器应用到水力除焦监测系统中,通过运用MATLAB编程和FFr变换两种信号处理的方法,对水力除焦监测系统中声发射传感器监测到的信号进行研究。通过中石化武汉分公司的实际研究测试结果表明,采用声发射传感器的水力除焦监测系统,能实时的、准确的监测到水力除焦的状态,有效实现水力除焦的自动化监测。     

一种RIM型低频振动光纤加速度传感器的设计

设计了一种反射式光强调制光纤传感器（RIM—FOS），用于测量低频振动加速度信号．由于只采用一根单模光纤用于发射和接收，整体结构紧凑小巧且在一定条件和范围内使其数学模型相对简练，通过数字和线性化处理可不失真地实时输出低频振动加速度信号．此传感器具有信号失真小，对初始位移漂移不敏感的特点。     

声发射信号预测山体滑坡基础性试验研究

对现场取样并二次加工的岩石样本采用深梁三点加载方式在5种工况(变速加载、匀速加载、破坏形态改变、加载环境改变以及尺寸改变)下进行剪切加载至破坏,以模拟岩体滑坡.进而基于声发射理论,利用声发射传感器对试验样本破坏全过程中的声发射信号进行实时采集,并形成相应位置的声发射信号随时间变化曲线.最终通过声发射信号曲线变化特征识别区分出岩石样本加载破坏整个过程中的不同阶段.试验结果证明,基于传感器合理布置位置,通过观察声发射信号曲线变化特征可以对山体滑坡面中关键点破坏的预警提供较好的判断依据,从而通过对多个关键点破坏位置的预警来预测滑坡面的早期形态,为今后声发射信号预测山体滑坡的工程应用提供试验基础.     

光纤声发射(AE)传感技术的研究与应用

给出了Michelson干涉式光纤声发射(AE)传感器、Fabery-Perot干涉式光纤AE传感器、Mach-Zehnder干涉式光纤AE传感器、Sagnac干涉式光纤AE传感器的工作原理。同时文章给出基于以上干涉式光纤声发射传感器的检测技术在一些领域的应用。最后给出声发射光纤传感技术的不足及其发展趋势。     

声发射岩屑检测系统设计及实验室评价

随着石油勘探开发的需要,大位移井技术及PDC钻头使用日益广泛。由于易产生岩屑床、造成岩屑颗粒细碎等问题,给钻井带来一定困难。为此,研制开发了声发射岩屑检测系统,并进行室内评价试验。该装置利用声发射传感器采集岩屑撞击产生的声发射信号,并通过专门的计算机软件对岩屑声发射信号进行时频分析。在实验室条件下模拟一定黏度钻井液在不同岩屑含量和粒度条件下的声发射信号特征。     

用于监测刀具磨损的声发射(AE)特征优选方法

研究合理选择声发射信号特征以实现实时监测刀具磨损量。利用模糊聚类特征优选方法对声发射传感器特征信息进行优选,并在此基础上给出了模糊聚类优声发射特征的一般结论。给出了声发射信号的模糊聚类优选方法的优选特征,并在实时检测刀具磨损量的实验中得到验证。实验表明,利用模糊聚类特征优选方法能有效地对刀具磨损监测中的声发射特征进行了优选。     

声发射信号的激光检测和分析

泄漏信号可以看成一种声发射源,通过传感器对它进行采集和分析可以获取泄漏的特点。提出采用激光传感器(激光测振仪)和信号采集系统,通过非接触方式采集用来模拟压力容器的易拉罐的泄漏信号,对采集到的信号进行短时傅立叶变换得到泄漏的特征。实验结果表明激光传感器对泄漏信号进行检测是可行的。     

不同围压下煤岩声发射特征试验

利用MTS815岩石力学试验系统对煤岩试样进行常规单轴和三轴围压下的声发射(AE)试验.对声发射信号特征进行综合分析,结果表明:常规单轴压缩和围压作用下试样的AE参数变化均具有明显的趋势性;围压的作用下,弹性阶段的声发射信号显著减少,破坏前无明显AE相对平静期现象,随时间分布的AE振幅及其包络线可以间接反映应力的变化趋势.随着振幅的增加,声发射事件数呈递减的趋势,反映累积幅度分布的m值随着围压的增加而增大.AE频率均分布在3个频域范围内,试样破坏时AE主频成分所占比例显著增加.     

磨削过程声发射信号传播特性研究

分析了磨削加工过程中声发射现象产生机理和声发射信号数学模型,利用新型流体声发射传感器监测磨削加工过程。方法讨论了磨削过程的声发射信号在流体声发射传感器的传播特性,并就液体喷射速度和角度等因素对其传播特性的影响进行了理论分析。     

熔锥形光纤声发射传感器的实验研究

为克服传统的压电传感器体积大、质量大及易受电磁干扰等缺点,研制一种基于熔锥形光纤耦合器的新型光纤传感器。通过在铝板和碳纤维复合材料层板上进行断铅声发射探测实验,分析其频谱,得到频率响应为300kHz,比压电传感器的频率200kHz响应高。将该传感器对纤维缠绕压力容器打压时进行在线检测,得到水压分别为2．4和3MPa时的声发射信号,得出压力容器会发生基体开裂和界面损伤两种损伤模式。结果表明,该传感器具有制作简单、体积小和灵敏度高等优点,能够探测频率为几十千赫兹到几百千赫兹的声波。     

压剪破坏条件下型煤的声发射特征研究

为了给煤炭开采活动中煤岩体和巷道压剪破坏的预报预测提供一定的依据,采用微机控制试验机进行了型煤试块的压剪破坏试验,研究了压剪破坏条件下的声发射特征及压剪应力状态的影响.试验结果表明:声发射伴随于整个型煤压剪破坏的始终,压密阶段之后,声发射事件随应力的增减而增减;当压应力等于剪应力时,声发射事件与试样应力曲线变化趋势最为接近;随着型煤试样剪切破坏强度的下降,声发射事件的峰值也呈现逐渐减小的趋势;低剪切角条件下声发射事件高于高剪切角条件下声发射事件.     

三轴压缩下含瓦斯煤样破坏过程的声发射特性

为找到含瓦斯煤样破坏过程与声发射特性之间的关系,以曾经发生过煤与瓦斯突出事故且依然存在突出危险的煤样为研究对象,对其在饱和瓦斯、不同瓦斯压力和不同围压作用下的声发射特性进行研究。结果表明：含饱和瓦斯煤样随着破坏程度的加剧声发射事件振幅增多且增大,声发射事件撞击数呈增长趋势,声发射事件能量增加;随着瓦斯压力的增加,煤样破坏过程中的AE事件的幅值减小、AE事件撞击的总数减少、AE事件的平均能量降低;随着围压的增加,AE事件的幅值呈现减小、能量呈现上升、撞击数呈减少的趋势。该结论可以为预测煤与瓦斯突出提供参考。     

激光诱导热裂切割玻璃的声发射信号监测技术

现阶段各个领域对玻璃切割质量的要求越来越高,作为一种新兴的切割技术,激光诱导热裂相对于传统切割有很大优势,但在切割过程中裂纹扩展轨迹会偏离预定的路径。若要改善这种偏离现象,切割时需要通过对裂纹扩展状态的实时监测来确定补偿策略,而声发射作为一种无损检测方法在此方面有着巨大的优势。本文在激光诱导热裂切割玻璃过程中,会产生声发射现象。针对激光诱导热裂切割玻璃过程中产生的声发射信号针对此声发射信号进行了模态分析和小波包分析,确定了最优的小波基及分解尺度选择的依据。在实验中,通过对传感器进行优化布局并采用时差定位方法对裂纹尖端位置进行了定位分析。在此基础上,进行了激光诱导热裂切割玻璃声发射信号监测实验研究,探求了AE信号特征与裂纹扩展状态两者之间的联系。     

中部锁固岩桥脆性断裂特征试验研究

锁固型岩桥的脆性断裂是带裂隙岩体失稳的主要原因,具有较强的突发性和隐蔽性。针对“三段式”、“挡墙式”两种典型的中部锁固岩桥类型,开展端部开裂砂岩试件的单轴压缩试验研究。基于能量散耗理论及声发射(AE)频度-能级指数关系,结合高速工业相机记录信息,探究了岩体受压过程中岩桥脆性断裂机理及其前兆信号特征。研究结果表明：(1)与“三段式”锁固岩桥相比,“挡墙式”锁固岩桥峰值强度和弹性模量降低,但其脆性断裂特征更加明显;(2)“挡墙式”锁固岩桥应变能耗散速率明显高于“三段式”锁固岩桥,其声发射平静期与塑性变形阶段持续时间较短,但AE事件率及声发射能量释放更高,岩桥内部裂纹扩展活动更频繁;(3)“三段式”、“挡墙式”锁固岩桥整体频度-能级的关系分别可表示为 与 ,脆性破坏程度越剧烈,声发射b值(斜率)越小;(4)声发射b值的快速下降可作为岩桥脆性断裂的前兆信号。锁固岩桥的存在形式与赋存位置影响着裂隙岩体的脆性断裂倾向,研究所得可为端部开裂岩体突发脆性失稳提供理论依据及科学预测方法。     

Simulation experiment of AE-based localization damage and deformation characteristic on covering rock in mined-out area

The localization damage and deformation characteristics of multiple rock in mined-out area under thick soil layer were investigated by acoustic emission (AE)-based physical similar simulation experiment and damage test combined with the AE theory on rock damage. During different mining courses, the degree of wall rock suffered from mining disturbed process in mined-out area was different, so did the AE density of initial damage and fracture. Some characteristic parameters, including large events, total events, and energy rate, presented fluctuations with temporal and spatial change and take on a certain extent statistic relation. Subsequently, the percent of damage degree was defined and divided into 4 stages, and the localization damage and deformation characteristics of surrounding rock in mined-out area and coal pillars were analyzed quantitatively.     

一种时分复用光纤传感器阵列信号处理方案的设计与实现

通过对被测信号与光纤传感器输出信号频率、频谱的分析,设计了一种时分干涉型光纤传感器阵列信号处理与信号解调的处理方案,并给出了实验结果。     

单轴压缩条件下消落带岩体应变及声发射特性研究*

为掌握消落带岩体在加载过程中其应力-应变和声发射特性,分析其变形破坏过程中各阶段的阈值,在单轴压缩、有CT断面扫描的辅助条件下,运用MST岩石力学试验系统和PAC声发射信号采集处理系统,对消落带3个高程岩体进行试验测试。获得了岩石轴向应力与轴向应变、横向应变和体应变之间的关系特征曲线,以及加载过程中压密、启裂、损伤(破坏)各阶段的声发射信号数量、能量(振幅)等特征。两方法均可得到试件启裂、损伤阈值和峰值强度,但结果有一定差异性。通过两方法联合分析,可预判其岩体启裂强度和损伤强度分别为峰值强度的0.4倍左右和0.8倍左右。试验间接反映出消落带岩体改造强烈程度中部区域大于顶部和底部区域,与实际情况较一致。