本文關(guān)鍵詞：基于地聲檢知器和光纖光柵監(jiān)測系統(tǒng)的泥石流地聲特性研究

  更多相關(guān)文章： 泥石流地聲 地聲檢知器 光纖傳感技術(shù) 時域特性 頻率特性 衰減特性

【摘要】：本文目的在于利用地聲檢知器和光纖光柵監(jiān)測系統(tǒng),探測模擬實驗所產(chǎn)生的泥石流地表振動。光纖光柵系統(tǒng)具有敏感度高、傳輸損耗低、抗電磁干擾強的優(yōu)勢,可以彌補地聲檢知器監(jiān)測地聲范圍小、容易衰減、信號質(zhì)量不佳的不足。地聲信號的采集主要以地聲檢知器系統(tǒng)為主,光纖光柵系統(tǒng)為輔。本文主要的分析方法有快速傅里葉變換(FFT)、Gabor變換、互相關(guān)分析法和每單位時間累計能量法。本文主要內(nèi)容和結(jié)論如下：1.以美國Geospace公司生產(chǎn)GS-20DX地聲檢知器為傳感器組建泥石流地聲監(jiān)測系統(tǒng)；并結(jié)合自主研發(fā)的光柵加速度傳感器,構(gòu)建光纖光柵監(jiān)測系統(tǒng)。2.設(shè)計泥石流模擬實驗方案,以產(chǎn)生地聲。單一石塊自由落體撞擊礫石層實驗；不同泥石流材料撞擊、摩擦地表實驗；地聲能量的衰減特性及其傳播速度的研究實驗。3.探討研究實驗所產(chǎn)生的地聲時域特性、主要頻率范圍、時間-頻率特性、地聲能量的衰減特性及其傳播速度。不同實驗材料條件下,通過同一傳感器信號的特性對比。由時域?qū)Ρ冉Y(jié)果可知：大礫石速度振幅值最大,其次是小礫石,再次是粉土,粗砂和細(xì)砂速度振幅值最小；頻域?qū)Ρ冉Y(jié)果表明：大礫石、小礫石、粉土撞擊或摩擦地表所產(chǎn)生的地聲主要頻率范圍分別為20Hz～350Hz、20Hz～250Hz、20Hz～200Hz。粗砂和細(xì)砂的主要頻率范圍難以分辨,這反映了它們對泥石流主要頻率基本沒有貢獻(xiàn)。相同實驗材料條件下不同傳感器的信號特性對比。時域?qū)Ρ冉Y(jié)果反映了地聲能量隨距離增大而衰減的特性；頻域?qū)Ρ冉Y(jié)果可知：頻域圖形狀相似,相同實驗條件下不同傳感器探測分析的主要頻域范圍基本一致。對泥石流傳播速度的探討可知：地表材料越密實,泥石流地聲傳播速度的衰減越慢；反之亦然。4.利用互相關(guān)分析法和每單位時間累積能量法,均可可以推算出大礫石實驗條件下材料運動的平均速度。小礫石、粗砂、細(xì)砂、粉土實驗材料產(chǎn)生的地聲信號不明顯。通過分析表明：沒有礫石撞擊或摩擦地表產(chǎn)生較大地聲速度振幅,則采用以上兩種方法均不能推算出平均流速。5.對比地聲檢知器系統(tǒng)與光纖光柵系統(tǒng)監(jiān)測結(jié)果。結(jié)果表明光纖光柵系統(tǒng)靈敏度更高、信號質(zhì)量更好,且所測得的地聲信號更明顯。因此論證了光纖光柵監(jiān)測系統(tǒng)在測量泥石流地聲的可行性,并提出改進(jìn)優(yōu)化的建議。
【關(guān)鍵詞】：泥石流地聲 地聲檢知器 光纖傳感技術(shù) 時域特性 頻率特性 衰減特性
【學(xué)位授予單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：P642.23;TP274
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 第一章 緒論13-25
• 1.1 問題的提出13-15
• 1.2 泥石流地聲監(jiān)測研究進(jìn)展15-20
• 1.3 光纖傳感技術(shù)應(yīng)用于泥石流監(jiān)測的研究進(jìn)展20-23
• 1.4 研究的目的和意義23-24
• 1.5 研究的主要內(nèi)容24-25
• 第二章 相關(guān)理論和分析方法25-47
• 2.1 泥石流及其地聲特性簡介25-28
• 2.1.1 泥石流特性簡介25-27
• 2.1.2 泥石流地聲主要特性27-28
• 2.2 光纖光柵傳感原理28-32
• 2.2.1 光纖光柵簡介28-29
• 2.2.2 應(yīng)變與波長漂移的關(guān)系29-31
• 2.2.3 波分復(fù)用技術(shù)31-32
• 2.3 信號處理理論32-45
• 2.3.1 概述32
• 2.3.2 采樣定理32-36
• 2.3.3 傅里葉變換36-38
• 2.3.4 單邊指數(shù)型窗函數(shù)的Gabor變換38-41
• 2.3.5 快速傅里葉變換與Gabor變換的比較41-45
• 2.4 離散時間信號的互相關(guān)分析45-46
• 2.5 本章小結(jié)46-47
• 第三章 地聲監(jiān)測系統(tǒng)和實驗方案47-62
• 3.1 概述47
• 3.2 地聲檢知器監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建47-52
• 3.2.1 地聲檢知器及傳感原理簡介48-50
• 3.2.2 信號采集、存儲系統(tǒng)的介紹50-52
• 3.3 光纖光柵監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建52-55
• 3.3.1 光纖光柵監(jiān)測系統(tǒng)的介紹52
• 3.3.2 光纖光柵傳感器簡介52-55
• 3.4 實驗方案設(shè)計及實驗步驟55-61
• 3.4.1 單一石塊撞擊礫石層實驗方案及步驟55-57
• 3.4.2 單一泥石流材料傾倒實驗方案及步驟57-59
• 3.4.3 地聲能量衰減特性及傳播速度實驗方案及步驟59-61
• 3.5 實驗數(shù)據(jù)分析方法61
• 3.6 本章小結(jié)61-62
• 第四章 地聲檢知器監(jiān)測結(jié)果與數(shù)據(jù)分析62-137
• 4.1 概述62-63
• 4.2 單一石塊撞擊礫石層實驗地聲信號監(jiān)測結(jié)果與數(shù)據(jù)分析63-78
• 4.2.1 現(xiàn)場環(huán)境噪聲信號處理與分析63-68
• 4.2.2 單一石塊撞擊礫石層實驗地聲信號監(jiān)測結(jié)果與分析68-78
• 4.3 單一泥石流材料傾倒實驗地聲信號監(jiān)測結(jié)果與數(shù)據(jù)分析78-111
• 4.3.1 現(xiàn)場環(huán)境噪聲信號處理與分析78-83
• 4.3.2 單一泥石流材料傾倒實驗地聲信號監(jiān)測結(jié)果與分析83-111
• 4.4 地聲能量衰減特性及傳播速度實驗研究111-119
• 4.4.1 現(xiàn)場環(huán)境噪聲信號處理與分析111-112
• 4.4.2 地聲能量衰減特性及傳播速度實驗結(jié)果分析與探討112-119
• 4.5 實驗地聲信號時域與頻域特性對比分析119-123
• 4.5.1 不同泥石流材料相同傳感器地聲信號時域與頻域特性對比分析119-121
• 4.5.2 相同實驗條件不同傳感器探測的地聲時域信號與頻域信號對比121-123
• 4.6 實驗地聲時域信號的互相關(guān)分析123-129
• 4.7 每單位時間累計能量速度平方值方法計算泥石流材料平均速度129-135
• 4.8 互相關(guān)分析方法與每單位時間累計能量計算方法的比較135
• 4.9 本章小結(jié)135-137
• 第五章 光纖光柵系統(tǒng)設(shè)計、監(jiān)測結(jié)果及數(shù)據(jù)分析137-153
• 5.1 光纖光柵系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計概述137-140
• 5.1.1 懸臂梁光柵傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計137-138
• 5.1.2 CCD解調(diào)的實時信號提取技術(shù)138-139
• 5.1.3 CCD解調(diào)模塊的軟件設(shè)計139-140
• 5.2 光纖光柵系統(tǒng)監(jiān)測的地聲信號處理與分析140-150
• 5.2.1 大礫石(A)實驗條件下地聲信號分析140-142
• 5.2.2 小礫石(B)實驗條件下地聲信號分析142-144
• 5.2.3 粗砂(C)實驗條件下地聲信號分析144-146
• 5.2.4 細(xì)砂(D)實驗條件下地聲信號分析146-148
• 5.2.5 粉土(E)實驗條件下地聲信號分析148-150
• 5.3 光纖光柵系統(tǒng)的檢驗150-152
• 5.3.1 實驗地聲時域信號對比分析150-151
• 5.3.2 實驗地聲頻域信號對比分析151-152
• 5.4 本章小結(jié)152-153
• 第六章 結(jié)論與展望153-155
• 6.1 研究的結(jié)論153-154
• 6.2 研究的展望154-155
• 參考文獻(xiàn)155-161
• 致謝161-163
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文情況163

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 ;Monitoring and Warning of Landslides and Debris Flows Using an Optical Fiber Sensor Technology[J];Journal of Mountain Science;2011年05期

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本文編號：591518