模式自适应连续小波去除趋势项方法在爆破振动信号分析中的应用

为了更精确提取爆破振动信号峰值速度、能量等重要特征，必须对爆破振动加速度信号时域积分中的趋势项予以去除。通过对实测爆破振动加速度信号进行梯形数值积分，提出以时域积分后的爆破振动速度信号来构造模式自适应小波基的方法，并用此方法去除时域积分后爆破振动速度信号中的趋势项，然后对去除趋势项后的爆破振动速度信号进行能量特征分析。结果表明:模式自适应连续小波法成功去除了时域积分后爆破振动速度信号中的趋势项；与建立在传统Fourier变换基础上的频谱分析相比，小波变换的能量分析具有更精细的频率分辨率，更适合于对频率分辨率要求更高的爆破振动信号进行分析；各频率区间范围划分越宽，爆破振动加速度信号与速度信号各频率区间内能量分布的相关程度越高，反之，相关程度越低。     

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。     

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。     

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。     

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。     

水下目标在水下爆炸作用下冲击响应的时频特征

基于某水下目标的抗水下爆炸实验数据,利用小波变换良好的时频局部化性质对监测的水下目标 内部装置冲击加速度信号进行时频特征分析,得到了不同频带上冲击信号振动分量的时间历程曲线和能量 分布。结果表明,基于冲击信号小波时频特征分析的频带能量可以同时反映冲击振动的强度、频率和持续时 间对目标损伤的影响,同时结合不同频带的时间历程曲线可以获得冲击波和二次压力波在不同频带上的分 布和衰减的细节信息,由此可确定冲击波和二次压力波各自对目标毁伤的影响。     

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。     

基于小波包的爆炸容器振动分析

首先介绍了小波分析与小波包分析的原理和特点,然后给出了实际的爆炸容器振动的实验测试结 果,最后应用小波包分析计算了其振动分量的时频分布情况,并对时频分析结果进行了讨论。分析结果表明, 爆炸容器的振动信号能量分布处于较宽的频带范围,振动能量随时间变化的发展出现剧烈的变化,隔震沟衰 减了信号主要频带范围内97%的能量。     

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。     

自由面数量对水下钻孔爆破振动信号能量分布及衰减规律的影响

针对自由面不仅影响爆破效果还影响爆破振动效应的问题,提出从能量角度探索自由面对水下爆破振动衰减规律的影响。以三峡大坝至葛洲坝水利枢纽河段水下钻孔爆破地震波现场监测数据为基础,结合SPH-FEM数值模拟技术和小波时频能量分析方法,对不同自由面数量的爆破振动信号的总能量、各频带间的能量分布特征及振动衰减规律进行了研究。结果表明:水下钻孔爆破具有低主频、短持时、快衰减的特点,爆破主频带主要集中在15.625～31.250 Hz;受单一自由面限制的水下开槽爆破,监测信号的爆炸能量主要以振动形式消耗,单自由面比振动能为13.14 mm2/(kg·s2),随着后续开挖爆破自由面数量的增加,双自由面和三自由面的比振动能分别降低至1.36和0.28 mm2/(kg·s2),频带质点峰值振动速度分别降低65%和37%,能量更多用于破碎和抛掷岩体,水下爆破振动主频由低频向高频带（31.25～62.50 Hz）发展。因此,在水下控制爆破设计时,需要考虑自由面数量对振动能量分布和衰减规律的影响,并利用这个特征,确定各段的控制药量,减少对周边建构物的共振危害。     

隧道掘进爆破振动对地表影响的小波包分析

基于现场实测隧道掘进爆破振动信号数据，采用小波包分析技术对振动信号进行小波包能量谱分析，得到爆破振动信号能量在各频带上的分布。通过比较各点分析结果可以发现隧道掘进爆破地震波能量主要集中在切向与径向。在沿隧道掘进方向随着与掌子面之间距离的增大地震波的主频下降，能量主要集中频带也越来越窄，并且向低频带发展；而在垂向上地震波主频随着埋深的减小而减小，同时地震波的能量主要集中频带也越来越窄并且向低频带发展。最后从能量的角度探讨隧道掘进爆破地震波沿各个方向的衰减规律。     

基于小波变换的爆破地震信号能量分析法的应用研究

根据爆破地震信号具有持时短、突变快等特点,结合工程爆破地震监测资料,利用小波包良好的时频局部化性质对爆破地震信号的能量分布特征进行了分析,研究了爆破地震信号的能量在传播过程中的变化规律,得到了爆破地震信号不同频带上的能量分布。根据爆破地震信号不同频带的特征频率与受控建筑物自振频率之间的关系,确定爆破地震对建筑物的影响。并用工程实例说明了该方法比用单一强度因子作为爆破地震的安全判据更加有效。     

爆破振动信号的HHT时频能量谱分析

采用希尔伯特-黄变换对爆破振动信号进行时频能量谱分析。经验模态分解中采用了极值点对称 延拓消除端点效应,采用分段三次Hemite保形插值算法插值拟合消除欠包络现象以及筛分终止局部准则; 对于传统HHT 计算瞬时频率的负峰问题采用了标准化和直接正交法解决。采用了LabView 平台实现,提 高了计算效率和实用性。     

Determination of the optimal Gabor wavelet shape for the best time-frequency localization using the entropy concept

The continuous Gabor wavelet transform (GWT) has been utilized as an effective and powerful time-frequency analysis tool for identifying the rapidly-varying characteristics of some dispersive wave signals. The effectiveness of the GWT is strongly influenced by the wavelet shape that controls the time-frequency localization property. Therefore, it is very important to choose the right Gabor wavelet shape for given signals. Because the characteristics of signals are rarely known in advance, the determination of the optimal shape is usually difficult. Based on this observation, we aim at developing a systematic method to determine the signal-dependent shape of the Gabor wavelet for the best time-frequency localization. To find the optimal Gabor wavelet shape, we employ the notion of the Shannon entropy that measures the extent of signal energy concentration in the time-frequency plane. To verify the validity of the present approach, we analyze a set of elastic bending wave signals generated by an impact in a solid cylinder.