CN103837886A - 基于压电智能骨料定位地震及岩爆的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于压电智能骨料定位地震及岩爆的方法，首先，对地震或岩爆多发区域进行初步勘探分析，在容易发生区域的周围布置压电智能骨料阵列；然后，利用压电智能骨料采集地震或者岩爆发生时释放的P波和S波信号，接着，信号采集系统对压电智能骨料阵列中同一位置的压电智能骨料提供的电信号进行滤波去噪处理分析，区分出P波和噪声信号，并区分S波和P波；最后，利用P波及S波的时间差进行地震或岩爆的定位。基于上述方法，本发明能够对地震或者岩爆事件进行准备的定位，对于高层决策、人员及财产的抢救、物资调度等起到至关重要的作用，将大大减少人员及经济的损失。

Description

基于压电智能骨料定位地震及岩爆的方法

技术领域

本发明涉及地震及岩爆事件定位领域，具体是涉及一种基于压电智能骨料定位地震及岩爆的方法。

背景技术

每年地震和岩爆事件都会造成巨大的人员伤亡和经济损失，及时的判断发生的位置对于高层决策、人员及财产的抢救、物资调度等起到至关重要的作用。地震和岩爆事件发生时都会伴有能量释放，进而导致应力波的产生，其中P波和S波是这两类事件发生时产生的一种体波，可以在地球内部传递，这两类波在固体介质中的传播速度P波显著高于S波，所以可以利用两种波接收的时差进行地震或者岩爆事件发生地点的定位。

准确区分P波和S波是进行精确定位的前提，如果判断错误，将会误判地震或者岩爆发生的地点，造成救援的误导，浪费人力物力，而且会延误真正发生地震或者岩爆地点的人员和财产的救援时间。实际工程中，P波的幅值较小，很容易被噪声信号湮没，所以经常出现将S波误判成P波的情况，造成误导。

目前，接收P波及S波信号的传感器主要有加速度传感器、压电智能骨料等，这两类传感器的造价较高，对于地震及岩爆问题，需要大量布置传感器，很难进行大规模的推广。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出一种基于压电智能骨料定位地震及岩爆的方法，通过频率不同区分P波与噪声信号，通过压电智能骨料接收P波及S波，利用波形、幅值和到达时间不同区分P波和S波，结合P波和S波的波速不同，本发明能够实现对地震及岩爆事件的定位，且能够有效的解决其它监测方法成本高的问题，易于在地震或者岩爆的事件多发地区大量推广使用。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于压电智能骨料定位地震及岩爆的方法，包括以下几个步骤：

1）压电智能骨料的测点优化布置；对地震或岩爆多发区域进行初步勘探分析，将容易发生区域作为监测区域，在监测区域内布置压电智能骨料阵列；

2）采集地震或者岩爆释放的P波和S波信号；将步骤1）中的压电智能骨料阵列与信号采集设备相连，利用压电智能骨料采集地震或者岩爆发生时释放的P波和S波信号，并转换成电信号输出给信号采集系统；

3）信号综合对比分析区分P波和S波；信号采集系统对压电智能骨料阵列中同一位置的压电智能骨料提供的电信号进行滤波去嗓处理分析，利用S波和P波的幅值、波形和到达时间不同，区分S波和P波。

4）利用P波和S波的时间差进行地震或岩爆的定位；利用同一压电智能骨料采集到的P波和S波的时间差，给合波在土层中的传播速度，推算出发生地震或者岩爆距测点的距离，并此距离为半径画圆，将多个压电智能骨料对应的圆的交点处确定为地震或岩爆发生的位置。

作为本发明的进一步改进，所述滤波去嗓处理分析为信号采集系统通过分析电信号的频率，区别P波与噪音信号，并将噪音信号滤除。

作为本发明的进一步改进，还包括采样门槛触发的步骤，该步骤如下：信号采集系统设有采样门槛触发值，信号采集系统对幅值小于采样门槛触发值的压电智能骨料阵列提供的电信号进行屏蔽。

作为本发明的进一步改进，还包括状态显示的步骤，该步骤如下：设有显示装置，利用该显示装置显示地震或岩爆发生位置和压电智能骨料的工作状态。

作为本发明的进一步改进，所述压电智能骨料以PZT为敏感元件，以石材为封装材料。

本发明的有益效果是：本发明提供一种基于压电智能骨料定位地震及岩爆的方法，首先，对地震或岩爆多发区域进行初步勘探分析，在容易发生区域的周围布置压电智能骨料阵列；然后，利用压电智能骨料采集地震或者岩爆发生时释放的P波和S波信号，并转换成电信号输出给信号采集系统；接着，信号采集系统对压电智能骨料阵列中不同位置的压电智能骨料提供的电信号进行滤波去噪处理分析，利用S波和P波的幅值、波形和到达时间的不同，区分S波和P波；最后，利用同一压电智能骨料采集到的P波和S波的时间差，给合波在土层中的传播速度，推算出发生地震或者岩爆距测点的距离，并此距离为半径画圆，将多个压电智能骨料对应的圆的交点处确定为地震或岩爆发生的位置。基于上述方法，本发明能够对地震或者岩爆事件进行准备的定位，对于高层决策、人员及财产的抢救、物资调度等起到至关重要的作用，将大大减少人员及经济的损失。本发明相比其它监测方法，采用与土层相容性更好的压电智能骨料进行地震或岩爆的监测，可靠稳定，成本低，易于实施，适用于量大面广的工程应用。较佳的，滤波去嗓处理分析为信号采集系统通过分析电信号的频率，区别P波与噪音信号，并将噪音信号滤除。较佳的，信号采集系统设有采样门槛触发值，信号采集系统将对幅值小于采样门槛触发值的压电智能骨料提供的电信号进行屏蔽，即设置采集数据幅值的门槛值及相应的触发机制，超过设定采样门槛触发值的信号触发信号采集设备，同时开始信号采集，小于采样门槛触发值的噪声信号则无法触发采集设备，不予采集。这样，可以实现屏蔽噪声干扰的功能，以降低信号采集系统的工作压力，提高监测准确性和效率。

附图说明

图1为本发明中区分P波和S波的示意图；

图2为本发明优选实施方式的工作流程图；

图3为本发明压电智能骨料阵列布置及信号采集示意图。

结合附图，作以下说明：

1——监测区域                2——压电智能骨料

3——信号采集系统            4——显示装置

具体实施方式

如图2和图3所示，一种基于压电智能骨料定位地震及岩爆的方法，其特征在于：包括以下几个步骤：

1）压电智能骨料的测点优化布置；对地震或岩爆多发区域进行初步勘探分析，将容易发生区域作为监测区域，在监测区域内布置压电智能骨料阵列；

2）采集地震或者岩爆释放的P波和S波信号；将步骤1）中的压电智能骨料阵列与信号采集设备相连，利用压电智能骨料采集地震或者岩爆发生时释放的P波和S波信号，并转换成电信号输出给信号采集系统；

3）信号综合对比分析区分P波和S波；信号采集系统对压电智能骨料阵列中同一位置的压电智能骨料提供的电信号进行滤波去嗓处理分析，利用S波和P波的波形、幅值和达到时间的不同，区分S波和P波；一般来说，P波的波速大于S波，所以P波先于S波被测点探测到，S波的幅值较P波大，如图1所示。利用幅值及到达时间的不同，结合波形幅值，即可判断出P波及S波。

4）利用P波和S波的时间差进行地震或岩爆的定位；利用同一压电智能骨料采集到的P波和S波的时间差，给合波在土层中的传播速度，推算出发生地震或者岩爆距测点的距离，并此距离为半径画圆，将多个压电智能骨料对应的圆的交点处确定为地震或岩爆发生的位置。

优选的，所述滤波去嗓处理分析为信号采集系统通过分析电信号的频率，区别P波与噪音信号，并将噪音信号滤除。一般来说，噪音信号的频率与P波的频率不同，通过信号采集系统对P波的频率和噪音信号的频率进行分析，即可区别出P波和噪音信号，并将噪音信号滤除。

优选的，还包括采样门槛触发的步骤，该步骤如下：信号采集系统设有采样门槛触发值，信号采集系统对幅值小于采样门槛触发值的压电智能骨料阵列提供的电信号进行屏蔽。

优选的，还包括状态显示的步骤，该步骤如下：设有显示装置，利用该显示装置显示地震或岩爆发生位置和压电智能骨料的工作状态。

优选的，所述压电智能骨料以PZT为敏感元件，以石材为封装材料。

综上，本发明的优选实施方式的技术原理如下：如图3所示，初始状态，对地震或岩爆容易发生区域进行初步勘探分析，将容易发生区域作为监测区域，在各监测区域内按照声发射理论进行测点优化布置，即在监测区域内设置布置压电智能骨料阵列；压电智能骨料阵列包括多个不同的压电智能骨料，将不同的压电智能骨料与信号采集系统相连，信号采集系统与显示装置相连，启动信号采集系统、压电智能骨料、显示装置后，即进入地震或岩爆监测定位状态。

监测定位状态，当地震或岩爆发生时，释放出的S波和P波信号被监测区域内的压电智能骨料采集得到，并转换成电信号输出给信号采集系统。由于信号采集系统设有采样门槛触发值，信号采集系统将对幅值小于采样门槛触发值的压电智能骨料提供的电信号进行屏蔽，超过设定采样门槛触发值的信号触发信号采集设备，同时开始信号采集，小于采样门槛触发值的噪声信号则无法触发采集设备，不予采集。这样，可以实现屏蔽噪声干扰的功能，以降低信号采集系统的工作压力，提高监测准确性和效率。当电信号幅值大于采样门槛触发值时，首先，信号采集系统对压电智能骨料阵列中同一位置的压电智能骨料提供的电信号进行滤波去噪处理分析，区别出P波和噪声信号，利用S波和P波的波形、幅值和达到时间的不同，区分出S波和P波；然后，信号采集系统利用同一压电智能骨料采集到的P波和S波的时间差t，给合S波和P波在土层中各自的传播速度Vs和Vp，即可推算出发生地震或者岩爆距测点的距离R，并此距离为半径画圆，多个压电智能骨料重复此操作，得出对应的距离，并以对应的距离为半径画圆，则各圆的交点处即为事件发生的位置，实现地震或岩爆的定位，并通过显示装置显示出来。具体公式如下：

t=R/Vp-R/Vs

基于上述方法，本发明能够对地震或者岩爆事件进行准备的定位，对于高层决策、人员及财产的抢救、物资调度等起到至关重要的作用，将大大减少人员及经济的损失。本发明相比其它监测方法，采用与土层相容性更好的压电智能骨料进行地震或岩爆的监测，可靠稳定，成本低，易于实施，适用于量大面广的工程应用。

以上实施例是参照附图，对本发明的优选实施例进行详细说明。本领域的技术人员通过对上述实施例进行各种形式上的修改或变更，但不背离本发明的实质的情况下，都落在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于压电智能骨料定位地震及岩爆的方法，其特征在于：包括以下几个步骤：

1）压电智能骨料的测点优化布置；对地震或岩爆多发区域进行初步勘探分析，将容易发生区域作为监测区域，在监测区域内布置压电智能骨料阵列；

2）采集地震或者岩爆释放的P波和S波信号；将步骤1）中的压电智能骨料阵列与信号采集设备相连，利用压电智能骨料采集地震或者岩爆发生时释放的P波和S波信号，并转换成电信号输出给信号采集系统；

3）信号综合对比分析区分P波和S波；信号采集系统对压电智能骨料阵列中同一位置的压电智能骨料提供的电信号进行滤波去嗓处理分析，利用S波和P波的幅值、波形和到达时间不同，区分S波和P波；

4）利用P波和S波的时间差进行地震或岩爆的定位；利用同一压电智能骨料采集到的P波和S波的时间差，给合波在土层中的传播速度，推算出发生地震或者岩爆距测点的距离，并此距离为半径画圆，将多个压电智能骨料对应的圆的交点处确定为地震或岩爆发生的位置。

2.根据权利要求1所述的基于压电智能骨料定位地震及岩爆的方法，其特征在于：所述滤波去嗓处理分析为信号采集系统通过分析电信号的频率，区别P波与噪音信号，并将噪音信号滤除。

3.根据权利要求1所述的基于压电智能骨料定位地震及岩爆的方法，其特征在于：还包括采样门槛触发的步骤，该步骤如下：信号采集系统设有采样门槛触发值，信号采集系统对幅值小于采样门槛触发值的压电智能骨料阵列提供的电信号进行屏蔽。

4.根据权利要求2所述的脚手架安全监测及预警的方法，其特征在于：还包括状态显示的步骤，该步骤如下：设有显示装置，利用该显示装置显示地震或岩爆发生位置和压电智能骨料的工作状态。

5.根据权利要求1至3任一项所述的脚手架安全监测及预警的方法，其特征在于：所述压电智能骨料以PZT为敏感元件，以石材为封装材料。

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