声发射微震监测系统技术方案

本实用新型专利技术具体为一种声发射微震监测系统，解决了声发射检测没有在透水领域应用的问题。声发射微震监测系统，包括埋设于注浆封闭的钻孔内的若干声发射传感器，声发射传感器上设有信号放大器，声发射传感器通过同轴线缆连接到主机，主机内设有信号隔离器，主机通过光电转换模块连接到上位机。本实用新型专利技术具有较大的动态范围，可以适应坚硬岩石破裂时微震信号高频成份多、遇水后低频成份丰富的特点，增加同步监测信道的数量可以做到提高岩石破裂点定位精度。

【技术实现步骤摘要】
声发射微震监测系统
本技术涉及煤矿井下监测系统，具体为一种声发射微震监测系统。
技术介绍
当隔水层遭到破坏，会产生突水通道，造成突水事故。突水通道的产生往往是岩体受到外力作用时产生应力集中，发生突发性破裂，此时会产生矿震与声发射（AE）现象。目前声发射检测仪器进入参数和波形混和分析的发展阶段，不过仍然是以参数分析为主。随着计算机技术和现代信号分析技术的发展，声发射信号处理的深度和广度都有了较大的发展，可以对信号进行多种分析和处理。现有的声发射（AE）仪器在信号的处理速度、通道数、实时性，特别是可靠性方面都不尽人意。以往煤岩声发射监测技术在预测冲击矿压和煤与瓦斯突出方面研究相对较多，而对于透水问题的研究相对薄弱。
技术实现思路
本技术为了解决声发射检测没有在透水领域应用的问题，提供了一种声发射微震监测系统。本技术是采用如下技术方案实现的：声发射微震监测系统，包括埋设于注浆封闭的钻孔内的若干声发射传感器，声发射传感器上设有信号放大器，声发射传感器通过同轴线缆连接到主机，主机内设有信号隔离器，主机通过光电转换模块连接到上位机。工作时，当被测区域有声发射信号时，声发射传感器能灵敏的感受该信号并将其转化成微弱电压信号，此电压信号经信号放大器放大，并通过信号隔离器完成被测现场与系统的隔离后，被同步数据采集单元转换成数字量，嵌入式控制单元通过总线获取此数字量，从而获得现场的声发射信息，此信息经过压缩处理后通过网络转光纤控制器转换成光纤信号传送至上位机。在上位机上，声发射数据采集和定位软件完成声发射信号波形和声发射定位信息的实时显示，并将相关数据实时存储在数据库中。钻孔注浆封闭可以保证声发射传感器在钻孔中与周围岩体能够紧密接触。本技术的有益效果如下：利用合理布置的声发射传感器及其接线和主机实现了实时分布式多分量声发射微震检测。本技术具有较大的动态范围，可以适应坚硬岩石破裂时微震信号高频成份多、遇水后低频成份丰富的特点，增加同步监测信道的数量可以做到提高岩石破裂点定位精度。附图说明图1为本技术结构示意图；图中，1-上位机，2-光电转换模块，3-主机，4-声发射传感器，5-同轴线缆。具体实施方式声发射微震监测系统，包括埋设于注浆封闭的钻孔内的若干声发射传感器4，声发射传感器4上设有信号放大器，声发射传感器4通过同轴线缆5连接到主机3，主机3内设有信号隔离器，主机3通过光电转换模块2连接到上位机1。具体实施过程中，钻孔直径为10cm，钻孔分布在距切眼为120~148m范围内。本技术采用USB3.0总线，可以实现27通道分布式系统设计，可同时布置9个三分量声发射微震监测点。声发射利用的相关算法为最小二乘法和单纯形方法相互嵌套的联合快速三维定位算法。具体为利用带通滤波实现原始数据去噪，利用Hilbert变换和AIC算法识别同一声发射事件在每一道数据上的达到时间，以此类推，将声发射传感器阵列监测到的声发射事件的达到时间都提取出来，以便用于声发射震源定位；最小二乘法建立初始模型，最小二乘法利用每道数据波至方程，建立关于震源点位置和波速的线性方程组，通过较少次数的迭代计算，搜索到一个震源点的位置；将这个位置作为单纯形迭代的初始模型，单纯形迭代确定震源点位置。单纯形法的基本思路即在三维空间中设置一个迭代初始四面体，分别以四面体各顶点坐标为震源计算4种情况下的目标函数值，剔除残差最大的顶点，并对初始四面体进行拉伸、收缩、对称等操作，补充一个新的顶点构建新的四面体，不断重复此过程，当目标函数值满足迭代终止条件时，在迭代得到的四面体中选取残差最小的点即最佳逼近解。把搜索迭代的计算结果实时的显示出来，震源点用实心圆球表征，且声发射事件的能量越大，震源点的半径越大。每个震源点动态呈现，可形成一个成像集合。全波形多通道声发射仪软件系统设置了参数设置、数据存储、波形显示、数据传输四大功能模块，分别满足对声发射实时数据的采集、存储、显示、传输等各种需求。其中，参数设置模块主要实现对包括对于采集方式、采样频率、采样通道等在内的采集参数进行设置。数据存储模块主要实现对于采样到的声发射数据进行存储的操作，其中可以通过相关控件实现是否存储声发射数据，以及存储的声发射数据为二进制格式还是十进制格式等功能。波形显示模块主要实现对实时采集到的声发射信号进行实时显示，另外通过相关控件能够选择正在实施采样的通道中的部分通道进行显示。数据传输模块则主要实现与上位机进行通讯，将采集到的声发射数据打包发送至上位机，通过上位机定位软件进行接收。样机关键指标如下表；表1项目指标水平通道数27个同步通道，每个通道独立AD分辨率16位采样频率3KHZ~2MHZ动态范围≥90dB（空载）数据传输速度连续30MByte/每秒整机工作温度-10摄氏度~+45摄氏度放大器增益40db声发射传感器中心频率150khz声发射传感器频率带宽60~400khz声发射传感器灵敏度>65db光电转换器RJ45端口10/100BaseT(X)光电转换器工作温度0~+60摄氏度井下信号传输距离>15公里本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种声发射微震监测系统，其特征在于：包括埋设于注浆封闭的钻孔内的若干声发射传感器（4），声发射传感器（4）上设有信号放大器，声发射传感器（4）通过同轴线缆（5）连接到主机（3），主机（3）与声发射传感器（4）的连接采用USB3.0总线，主机（3）内设有信号隔离器，主机（3）通过光电转换模块（2）连接到上位机（1）。

【技术特征摘要】
1.一种声发射微震监测系统，其特征在于：包括埋设于注浆封闭的钻孔内的若干声发射传感器（4），声发射传感器（4）上设有信号放大器，声发射传感器（4）通过同轴线缆（5）连接到主机（3），主机（3）与声发射传感器（4）的连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯月新，纪润清，岳建华，李国余，佘春，刘志新，王应都，杨慧，高宇平，张河瑞，
申请(专利权)人：大同煤矿集团有限责任公司，
类型：新型
国别省市：山西,14