基于壓電智能骨料定位地震及巖爆的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于壓電智能骨料定位地震及巖爆的方法，首先，對地震或巖爆多發(fā)區(qū)域進行初步勘探分析，在容易發(fā)生區(qū)域的周圍布置壓電智能骨料陣列；然后，利用壓電智能骨料采集地震或者巖爆發(fā)生時釋放的P波和S波信號，接著，信號采集系統(tǒng)對壓電智能骨料陣列中同一位置的壓電智能骨料提供的電信號進行濾波去噪處理分析，區(qū)分出P波和噪聲信號，并區(qū)分S波和P波；最后，利用P波及S波的時間差進行地震或巖爆的定位?；谏鲜龇椒?，本發(fā)明能夠對地震或者巖爆事件進行準備的定位，對于高層決策、人員及財產的搶救、物資調度等起到至關重要的作用，將大大減少人員及經濟的損失。
【專利說明】基于壓電智能骨料定位地震及巖爆的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及地震及巖爆事件定位領域，具體是涉及一種基于壓電智能骨料定位地震及巖爆的方法。
【背景技術】
[0002]每年地震和巖爆事件都會造成巨大的人員傷亡和經濟損失，及時的判斷發(fā)生的位置對于高層決策、人員及財產的搶救、物資調度等起到至關重要的作用。地震和巖爆事件發(fā)生時都會伴有能量釋放，進而導致應力波的產生，其中P波和S波是這兩類事件發(fā)生時產生的一種體波，可以在地球內部傳遞，這兩類波在固體介質中的傳播速度P波顯著高于S波，所以可以利用兩種波接收的時差進行地震或者巖爆事件發(fā)生地點的定位。
[0003]準確區(qū)分P波和S波是進行精確定位的前提，如果判斷錯誤，將會誤判地震或者巖爆發(fā)生的地點，造成救援的誤導，浪費人力物力，而且會延誤真正發(fā)生地震或者巖爆地點的人員和財產的救援時間。實際工程中，P波的幅值較小，很容易被噪聲信號湮沒，所以經常出現(xiàn)將S波誤判成P波的情況，造成誤導。
[0004]目前，接收P波及S波信號的傳感器主要有加速度傳感器、壓電智能骨料等，這兩類傳感器的造價較高，對于地震及巖爆問題，需要大量布置傳感器，很難進行大規(guī)模的推廣。

【發(fā)明內容】

[0005]為了解決上述技術問題，本發(fā)明提出一種基于壓電智能骨料定位地震及巖爆的方法，通過頻率不同區(qū)分P波與噪聲信號，通過壓電智能骨料接收P波及S波，利用波形、幅值和到達時間不同區(qū)分P波和S波，結合P波和S波的波速不同，本發(fā)明能夠實現(xiàn)對地震及巖爆事件的定位，且能夠有效的解決其它監(jiān)測方法成本高的問題，易于在地震或者巖爆的事件多發(fā)地區(qū)大量推廣使用。
[0006]本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的:
[0007]—種基于壓電智能骨料定位地震及巖爆的方法，包括以下幾個步驟:
[0008]I)壓電智能骨料的測點優(yōu)化布置；對地震或巖爆多發(fā)區(qū)域進行初步勘探分析，將容易發(fā)生區(qū)域作為監(jiān)測區(qū)域，在監(jiān)測區(qū)域內布置壓電智能骨料陣列；
[0009]2)采集地震或者巖爆釋放的P波和S波信號；將步驟I)中的壓電智能骨料陣列與信號采集設備相連，利用壓電智能骨料采集地震或者巖爆發(fā)生時釋放的P波和S波信號，并轉換成電信號輸出給信號采集系統(tǒng)；
[0010]3)信號綜合對比分析區(qū)分P波和S波；信號采集系統(tǒng)對壓電智能骨料陣列中同一位置的壓電智能骨料提供的電信號進行濾波去嗓處理分析，利用S波和P波的幅值、波形和到達時間不同，區(qū)分S波和P波。
[0011]4)利用P波和S波的時間差進行地震或巖爆的定位；利用同一壓電智能骨料采集到的P波和S波的時間差，給合波在土層中的傳播速度，推算出發(fā)生地震或者巖爆距測點的距離，并此距離為半徑畫圓，將多個壓電智能骨料對應的圓的交點處確定為地震或巖爆發(fā)生的位置。
[0012]作為本發(fā)明的進一步改進，所述濾波去嗓處理分析為信號采集系統(tǒng)通過分析電信號的頻率，區(qū)別P波與噪音信號，并將噪音信號濾除。
[0013]作為本發(fā)明的進一步改進，還包括采樣門檻觸發(fā)的步驟，該步驟如下:信號采集系統(tǒng)設有采樣門檻觸發(fā)值，信號采集系統(tǒng)對幅值小于采樣門檻觸發(fā)值的壓電智能骨料陣列提供的電信號進行屏蔽。
[0014]作為本發(fā)明的進一步改進，還包括狀態(tài)顯示的步驟，該步驟如下:設有顯示裝置，利用該顯示裝置顯示地震或巖爆發(fā)生位置和壓電智能骨料的工作狀態(tài)。
[0015]作為本發(fā)明的進一步改進，所述壓電智能骨料以PZT為敏感元件，以石材為封裝材料。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提供一種基于壓電智能骨料定位地震及巖爆的方法，首先，對地震或巖爆多發(fā)區(qū)域進行初步勘探分析，在容易發(fā)生區(qū)域的周圍布置壓電智能骨料陣列；然后，利用壓電智能骨料采集地震或者巖爆發(fā)生時釋放的P波和S波信號，并轉換成電信號輸出給信號采集系統(tǒng)；接著，信號采集系統(tǒng)對壓電智能骨料陣列中不同位置的壓電智能骨料提供的電信號進行濾波去噪處理分析，利用S波和P波的幅值、波形和到達時間的不同，區(qū)分S波和P波；最后，利用同一壓電智能骨料采集到的P波和S波的時間差，給合波在土層中的傳播速度，推算出發(fā)生地震或者巖爆距測點的距離，并此距離為半徑畫圓，將多個壓電智能骨料對應的圓的交點處確定為地震或巖爆發(fā)生的位置。基于上述方法，本發(fā)明能夠對地震或者巖爆事件進行準備的定位，對于高層決策、人員及財產的搶救、物資調度等起到至關重要的作用，將大大減少人員及經濟的損失。本發(fā)明相比其它監(jiān)測方法，采用與土層相容性更好的壓電智能骨料進行地震或巖爆的監(jiān)測，可靠穩(wěn)定，成本低，易于實施，適用于量大面廣的工程應用。較佳的，濾波去嗓處理分析為信號采集系統(tǒng)通過分析電信號的頻率，區(qū)別P波與噪音信號，并將噪音信號濾除。較佳的,信號采集系統(tǒng)設有采樣門檻觸發(fā)值，信號采集系統(tǒng)將對幅值小于采樣門檻觸發(fā)值的壓電智能骨料提供的電信號進行屏蔽，即設置采集數(shù)據(jù)幅值的門檻值及相應的觸發(fā)機制，超過設定采樣門檻觸發(fā)值的信號觸發(fā)信號采集設備，同時開始信號采集，小于采樣門檻觸發(fā)值的噪聲信號則無法觸發(fā)采集設備，不予采集。這樣，可以實現(xiàn)屏蔽噪聲干擾的功能，以降低信號采集系統(tǒng)的工作壓力，提高監(jiān)測準確性和效率。
[0017]【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明中區(qū)分P波和S波的示意圖；
[0019]圖2為本發(fā)明優(yōu)選實施方式的工作流程圖；
[0020]圖3為本發(fā)明壓電智能骨料陣列布置及信號采集示意圖。
[0021]結合附圖，作以下說明:
[0022]I——監(jiān)測區(qū)域2——壓電智能骨料
[0023]3——信號采集系統(tǒng)4——顯示裝置
【具體實施方式】
[0024]如圖2和圖3所示，一種基于壓電智能骨料定位地震及巖爆的方法，其特征在于:包括以下幾個步驟:
[0025]I)壓電智能骨料的測點優(yōu)化布置；對地震或巖爆多發(fā)區(qū)域進行初步勘探分析，將容易發(fā)生區(qū)域作為監(jiān)測區(qū)域，在監(jiān)測區(qū)域內布置壓電智能骨料陣列；
[0026]2)采集地震或者巖爆釋放的P波和S波信號；將步驟I)中的壓電智能骨料陣列與信號采集設備相連，利用壓電智能骨料采集地震或者巖爆發(fā)生時釋放的P波和S波信號，并轉換成電信號輸出給信號采集系統(tǒng)；
[0027]3)信號綜合對比分析區(qū)分P波和S波；信號采集系統(tǒng)對壓電智能骨料陣列中同一位置的壓電智能骨料提供的電信號進行濾波去嗓處理分析，利用S波和P波的波形、幅值和達到時間的不同，區(qū)分S波和P波；一般來說，P波的波速大于S波，所以P波先于S波被測點探測到，S波的幅值較P波大，如圖1所示。利用幅值及到達時間的不同，結合波形幅值，即可判斷出P波及S波。
[0028]4)利用P波和S波的時間差進行地震或巖爆的定位；利用同一壓電智能骨料采集到的P波和S波的時間差，給合波在土層中的傳播速度，推算出發(fā)生地震或者巖爆距測點的距離，并此距離為半徑畫圓，將多個壓電智能骨料對應的圓的交點處確定為地震或巖爆發(fā)生的位置。
[0029]優(yōu)選的，所述濾波去嗓處理分析為信號采集系統(tǒng)通過分析電信號的頻率，區(qū)別P波與噪音信號，并將噪音信號濾除。一般來說，噪音信號的頻率與P波的頻率不同，通過信號采集系統(tǒng)對P波的頻率和噪音信號的頻率進行分析，即可區(qū)別出P波和噪音信號，并將噪音信號濾除。
[0030]優(yōu)選的，還包括采樣門檻觸發(fā)的步驟，該步驟如下:信號采集系統(tǒng)設有采樣門檻觸發(fā)值，信號采集系統(tǒng)對幅值小于采樣門檻觸發(fā)值的壓電智能骨料陣列提供的電信號進行屏蔽。
[0031]優(yōu)選的，還包括狀態(tài)顯示的步驟，該步驟如下:設有顯示裝置，利用該顯示裝置顯示地震或巖爆發(fā)生位置和壓電智能骨料的工作狀態(tài)。
[0032]優(yōu)選的，所述壓電智能骨料以PZT為敏感元件，以石材為封裝材料。
[0033]綜上，本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的技術原理如下:如圖3所示，初始狀態(tài)，對地震或巖爆容易發(fā)生區(qū)域進行初步勘探分析，將容易發(fā)生區(qū)域作為監(jiān)測區(qū)域，在各監(jiān)測區(qū)域內按照聲發(fā)射理論進行測點優(yōu)化布置，即在監(jiān)測區(qū)域內設置布置壓電智能骨料陣列；壓電智能骨料陣列包括多個不同的壓電智能骨料，將不同的壓電智能骨料與信號采集系統(tǒng)相連，信號采集系統(tǒng)與顯示裝置相連，啟動信號采集系統(tǒng)、壓電智能骨料、顯示裝置后，即進入地震或巖爆監(jiān)測定位狀態(tài)。
[0034]監(jiān)測定位狀態(tài)，當?shù)卣鸹驇r爆發(fā)生時，釋放出的S波和P波信號被監(jiān)測區(qū)域內的壓電智能骨料采集得到，并轉換成電信號輸出給信號采集系統(tǒng)。由于信號采集系統(tǒng)設有采樣門檻觸發(fā)值，信號采集系統(tǒng)將對幅值小于采樣門檻觸發(fā)值的壓電智能骨料提供的電信號進行屏蔽，超過設定采樣門檻觸發(fā)值的信號觸發(fā)信號采集設備，同時開始信號采集，小于采樣門檻觸發(fā)值的噪聲信號則無法觸發(fā)采集設備，不予采集。這樣，可以實現(xiàn)屏蔽噪聲干擾的功能，以降低信號采集系統(tǒng)的工作壓力，提高監(jiān)測準確性和效率。當電信號幅值大于采樣門檻觸發(fā)值時，首先，信號采集系統(tǒng)對壓電智能骨料陣列中同一位置的壓電智能骨料提供的電信號進行濾波去噪處理分析，區(qū)別出P波和噪聲信號，利用S波和P波的波形、幅值和達到時間的不同，區(qū)分出S波和P波；然后，信號采集系統(tǒng)利用同一壓電智能骨料采集到的P波和S波的時間差t，給合S波和P波在土層中各自的傳播速度Vs和Vp，即可推算出發(fā)生地震或者巖爆距測點的距離R，并此距離為半徑畫圓，多個壓電智能骨料重復此操作，得出對應的距離，并以對應的距離為半徑畫圓，則各圓的交點處即為事件發(fā)生的位置，實現(xiàn)地震或巖爆的定位，并通過顯示裝置顯示出來。具體公式如下:
[0035]t=R/Vp-R/Vs
[0036]基于上述方法，本發(fā)明能夠對地震或者巖爆事件進行準備的定位，對于高層決策、人員及財產的搶救、物資調度等起到至關重要的作用，將大大減少人員及經濟的損失。本發(fā)明相比其它監(jiān)測方法，采用與土層相容性更好的壓電智能骨料進行地震或巖爆的監(jiān)測，可靠穩(wěn)定，成本低，易于實施，適用于量大面廣的工程應用。
[0037]以上實施例是參照附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細說明。本領域的技術人員通過對上述實施例進行各種形式上的修改或變更，但不背離本發(fā)明的實質的情況下，都落在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種基于壓電智能骨料定位地震及巖爆的方法，其特征在于:包括以下幾個步驟: 1)壓電智能骨料的測點優(yōu)化布置；對地震或巖爆多發(fā)區(qū)域進行初步勘探分析，將容易發(fā)生區(qū)域作為監(jiān)測區(qū)域，在監(jiān)測區(qū)域內布置壓電智能骨料陣列； 2)采集地震或者巖爆釋放的P波和S波信號；將步驟I)中的壓電智能骨料陣列與信號采集設備相連，利用壓電智能骨料采集地震或者巖爆發(fā)生時釋放的P波和S波信號，并轉換成電信號輸出給信號采集系統(tǒng)； 3)信號綜合對比分析區(qū)分P波和S波；信號采集系統(tǒng)對壓電智能骨料陣列中同一位置的壓電智能骨料提供的電信號進行濾波去嗓處理分析，利用S波和P波的幅值、波形和到達時間不同，區(qū)分S波和P波； 4)利用P波和S波的時間差進行地震或巖爆的定位；利用同一壓電智能骨料采集到的P波和S波的時間差，給合波在土層中的傳播速度，推算出發(fā)生地震或者巖爆距測點的距離，并此距離為半徑畫圓，將多個壓電智能骨料對應的圓的交點處確定為地震或巖爆發(fā)生的位置。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于壓電智能骨料定位地震及巖爆的方法，其特征在于:所述濾波去嗓處理分析為信號采集系統(tǒng)通過分析電信號的頻率，區(qū)別P波與噪音信號，并將噪音信號濾除。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于壓電智能骨料定位地震及巖爆的方法，其特征在于:還包括采樣門檻觸發(fā)的步驟，該步驟如下:信號采集系統(tǒng)設有采樣門檻觸發(fā)值，信號采集系統(tǒng)對幅值小于采樣門檻觸發(fā)值的壓電智能骨料陣列提供的電信號進行屏蔽。
4.根據(jù)權利要求2所述的腳手架安全監(jiān)測及預警的方法，其特征在于:還包括狀態(tài)顯示的步驟，該步驟如下:設有顯示裝置，利用該顯示裝置顯示地震或巖爆發(fā)生位置和壓電智能骨料的工作狀態(tài)。
5.根據(jù)權利要求1至3任一項所述的腳手架安全監(jiān)測及預警的方法，其特征在于:所述壓電智能骨料以PZT為敏感元件，以石材為封裝材料。
【文檔編號】G01V1/00GK103837886SQ201410119058
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月27日 優(yōu)先權日:2014年3月27日
【發(fā)明者】宋鋼兵, 侯爽 申請人:江蘇三川智能科技有限公司