基于小波变换的爆破振动信号能量分布特征分析

为了深入研究爆破地震波特性,应用小波变换方法对具有短时非平稳特点的爆破振动信号进行了能量分布特征分析。根据小波变换的时-频特性和分层分解展开关系,将爆破振动时间历史信号用分层重构信号进行扫描,应用这些信号得到了不同频率带上爆破振动的相对能量分布和振动强度的时间变化规律。爆破振动信号实测结果分析表明,基于小波变换的能量分布特征分析可以更准确地给出爆破振动信号的细节信息。研究结果为分析爆破振动结构安全性提供了新的途径。     

爆破震动信号的小波分析与HHT变换

以实测的爆破震动信号为例,分别应用小波分析和HHT(Hilbert-Huang Transform)变换从不同方面进行对比分析,讨论了爆破震动信号的特征提取和时频分布。结果表明:小波分析和HHT变换都是处理非平稳信号的两种好方法,都能很好地提取信号的主要特征信息和进行滤波、消噪。然而,小波分析存在选择小波基的困难,而HHT变换不需要预先选择基函数,其EMD（empirical mode decomposition）得到的IMF(intrinsic mode function)能反映原始信号的固有特性,通常具有实际物理意义;小波谱的能量在频率范围内分布较宽,而Hilbert能量谱能清晰地表明能量随时频的具体分布,大部分能量都集中在有限的能量谱线上;小波分析中时间、频率分辨率受Heisenberg测不准原理的限制,而HHT变换中时间分辨率不变且精度很高,其频率分辨率则可随信号内在的特性进行自适应调节。分析表明:HHT变换在分析非平稳信号时较小波分析更具适应性,在岩石中波的传播、衰减规律、结构动态响应特征和爆破震动破坏等研究中有着广阔的应用前景。     

地下工程爆破振动信号能量分布特征的小波包分析

根据爆破振动信号具有短时非平稳的特点 ,利用小波包分析技术对地下工程爆破振动信号的能量分布特征进行了研究。首先 ,简略介绍了小波变换与小波包分析的特点 ;其次 ,基于MATLAB(MaterialsLab oratory)对段药量和爆源距离等不同条件下记录的 8条爆破振动信号进行小波包分析 ,得到了爆破振动信号在不同频带上的能量分布图 ;最后 ,分析了爆破振动信号能量的分布特征。本分析手段为研究地下工程爆破地震效应特别是振动速度 频率相关安全准则提供了一种有效的分析技术。     

基于小波分析的建(构)筑物爆破振动安全评估

基于现场实测爆破振动数据,采用小波分析技术对爆破振动信号的能量特征进行分析,得到了信号不同频带上的能量分布,根据受控结构体对爆破振动动态响应特征,探索建立了能考虑爆破振动的强度、频率和持续时间以及受控建(构)筑物本身的动态响应特性(固有频率和阻尼比)等因素的综合安全判据响应能量判据,并用工程实例验证了该判据的可行性和可靠性。响应能量判据能准确地描述爆破振动对受控建(构)筑物的影响程度,较现行的速度-频率安全判据,更能全面地反映爆破振动对建(构)筑物危害的本质。     

自由面对爆破振动信号能量分布特征的影响

基于爆破振动实测数据, 通过小波分析方法, 得到不同数量自由面爆破振动信号的总能量、各频带的峰值质点振动速度(PPV)及各频带能量, 进而对不同数量自由面爆破振动信号的能量分布特性进行研究。结果表明:开(掏)槽爆破, 由于受单一自由面限制, 大部分炸药爆炸的能量都将作为地震能量消耗掉;自由面越多, 爆破振动信号总能量越少;自由面的数量可影响各频带振动分量分布, 随自由面数量的增加, 爆破振动能量更趋向高频分布, 中低频能量有减少趋势, 振动速度降低;同一振动信号中的高频带PPV虽比低频带PPV高, 但振动持续时间短, 能量衰减较快。建议在工程爆破的减振设计中, 优化起爆方案, 尽量利用多个自由面, 这将比仅仅减少单段起爆药量更有效。     

爆破振动信号的提升小波包分解及能量分布特征

针对传统小波包在小波基选取方面与实测爆破振动信号波形匹配欠佳的问题,提出了基于插值细 分的二代小波构造方法,并通过引入移频算法,较好地解决了小波包隔点采样导致的频率混叠现象。结合应 用实例,对实测信号进行多尺度的提升小波包分解后,得到了爆破振动各个频带的能量分布,总结了爆破振动 信号频带能量的分布特征。分析结果表明,提升小波包(SGWP)算法可以真实反映振动信号的能量分布情 况,为研究爆破震动效应下的结构安全提供有效的分析手段。     

变分模态分解在爆破信号趋势项去除中的应用

爆破工程中，信号趋势项的准确去除对提高爆破振动信号分析的精度具有重要意义。针对经验模态分解（empirical mode decomposition，EMD）识别法存在的模态混叠和端头效应等缺陷，提出了基于变分模态分解（variational mode decomposition，VMD）去除信号趋势项的方法，即VMD法。叙述了VMD法识别爆破信号趋势项原理，并进行了仿真实验，结果表明:趋势项频率对分解效果的影响相对较小，当趋势项频率处于1～5 Hz之间时，频率对分解效果的影响基本保持不变；振幅对分解效果影响显著，且振幅越小，VMD法的分解效果越差。当趋势项振幅超过原始爆破信号最大振幅的1/3时，VMD法分解效果较好。最后，应用VMD法和EMD法对含有趋势项的实测爆破振动信号进行处理，认为相比于EMD法，VMD法处理后的信号基本一致且不存在端点效应，在爆破信号趋势项去除领域中具有更加广泛的适用性。     

基于小波包能量谱爆炸参量对爆破振动信号能量分布的影响

基于现场实测爆破振动数据,根据爆破振动信号具有短时非平稳的特点,采用小波包分析技术对不同爆炸参量(爆心距、最大段药量和微差雷管段数)下产生的爆破振动信号进行小波包能量谱分析,获得了爆破振动信号不同频带的能量分布,研究了不同爆炸参量下的爆破振动信号能量分布特征,从爆破振动信号能量角度探讨了不同爆炸参量下爆破地震波的衰减规律,为研究爆破地震效应提供了一种新的分析技术。     

连续小波变换离散化的爆炸振动特征分析

应用连续小波变换的离散化关系,针对一个改进的L-P（littlewood-paley）小波基函数,给出了一种实现频率完全分割的时频特征分析方法,并对爆炸振动时频特征进行了研究。80 kg TNT地面爆炸时地面垂向振动速度的时间能量密度分布情况表明,在质点振动峰值速度到达时刻爆炸振动的频率范围比较宽,而其他时刻的振动频率相对较为集中,时频能量分布的峰值正好对应于爆炸振动速度的峰值到达时间。基于小波变换的爆炸振动频谱特征与Fourier变换的结果具有良好的一致性。此外,还给出了利用小波变换结果建立爆炸振动随机演变理论模型的基本方法。     

地应力对爆破过程中围岩振动能量分布的影响

对高地应力条件下隧洞爆破开挖过程中围岩振动信号进行小波包分析,得到了振动信号不同频带上的能量分布。实测资料分析结果表明,爆破开挖时,初始地应力动态卸载诱发的围岩振动的频率范围和爆破荷载诱发的围岩振动频率范围基本相同,但地应力卸载诱发的振动中,低频能量占较大的比例;开挖面上的卸载应力值的大小和卸载面的大小共同决定卸载效应的强弱,而这两个因素均与开挖面上的炮孔布置和起爆网络的连接有关。     

基于小波变换的水下连续爆炸声信号特征分析

为了研究水下连续爆炸声信号的特征,利用Mallat算法,采用离散小波变换对水下连续爆炸声信号进行了分层提取分析,讨论了水下连续爆炸声信号在各频带的能量分布状况,采用Welch方法实现了对水下连续爆炸声信号的功率谱特征提取,并采用离散小波变换对声信号进行时频谱特性分析。结果表明,水下连续爆炸声信号具有很强的声功率,声压级可以达到190 dB以上,声持续时间较长,频率范围宽、声信号的能量主要集中在频率48 kHz以下,其中在低频段能量更大,这些特点使其有望成为水声干扰源。     

摩擦振动信号谐波小波包特征提取

在销-盘摩擦磨损试验机上进行了船用柴油机缸套-活塞环摩擦配副摩擦磨损试验,应用谐波小波包变换分析了不同磨损状态下的摩擦振动信号.结果表明:谐波小波包变换可提取微弱的摩擦振动特征.当磨损机制为轻微的黏着磨损时,摩擦振动信号的频谱以边频为主,没有明显的固有频率,平均幅值小;当磨损机制以磨粒磨损为主时,摩擦振动信号的频谱出现较大峰值的固有频率,但仍存在大量的边频,平均幅值变大;当磨损机制以疲劳磨损为主时,摩擦振动信号频谱的固有频率更加明显,边频显著减弱,平均幅值最大.因此,谐波小波包变换可实现微弱摩擦振动信号的特征提取.     

基于小波分析的实船水下爆炸船体响应特征

为了研究水下爆炸条件下船体冲击振动响应时频特征,针对某实船非接触水下爆炸实验冲击响应测试实验数据,基于小波分析及能量统计方法对响应信号进行时频特性分析,得到了实船非接触水下爆炸冲击振动响应的时频分布和能量分布。分析结果表明,采用基于小波变换的时频分析方法,可以成功获得船体冲击响应信号不同频率段下的强度、能量和作用时间等时频细节信息,包括响应信号各频段冲击峰值、衰减过程、振动能量及其在全频率段上所占的分数。通过对小波频段能量统计以及冲击强度分析发现,冲击响应能量频段分布较广,主甲板及以下甲板全频段振动能量的80%以上在312.5 Hz以上,上层建筑甲板平台各频段冲击振动能量分数向低频段转移。     

40kg TNT当量爆炸塔的振动监测及分析

运用速度传感器和拾振器，对40 kg TNT当量爆炸塔在15、20、25和40 kg TNT炸药爆炸加载下爆炸塔旁侧实验室所在地面、屋顶以及塔顶的振动速度进行监测分析。测试结果表明:在本实验条件下实验室地面质点振动速度峰值均小于5 cm/s，振动持续时间为5~10 s，振动频率一般高于10 Hz；屋顶的竖向振动峰值是水平向的6~7倍，即存在显著的竖向振动放大效应。小波包分析表明:地面竖向振动携带的能量是水平向振动携带能量的2.5~4.0倍，质点振动信号中95%以上的能量处于0~160 Hz频带，而竖向振动中90%以上的能量集中在10~40 Hz范围。研究结果提示:6 m深隔振沟的隔振效果十分有限，在超过5 kg TNT当量的加载条件下，欲取得理想的隔振效果，应选择独立地基和隔振支座的减振设计方式。