CN104764528A - 一种煤岩裂隙发育过程中的热红外信息去噪方法 - Google Patents

Abstract

一种煤岩裂隙发育过程中的热红外信息去噪方法，属于一种热红外信息去噪方法。此方法利用参照煤岩表面红外辐射平均温度对加载煤岩表面红外辐射平均温度进行去噪，得到单轴加载过程中加载煤岩表面红外辐射平均温度变化特征。该方法彻底解决了噪声对煤岩表面红外辐射平均温度影响的难题，提高了红外辐射平均温度数据的准确性、科学性和有效性，使去噪后的加载煤岩表面红外辐射平均温度变化特征明显且具有可归纳性，从而解决了噪声对煤岩表面红外辐射平均温度影响的难题。

Description

一种煤岩裂隙发育过程中的热红外信息去噪方法

技术领域

本发明涉及一种热红外信息去噪方法，特别是一种煤岩裂隙发育过程中的热红外信息去噪方法。

背景技术

红外探测技术已广泛应用于煤岩受力破裂和失稳灾变的变化规律研究，从而对煤岩灾变进行有效的监测预警。一些学者认为红外辐射平均温度作为研究煤岩加载过程中红外辐射特征的定量指标,能有效的反应出煤岩破裂或失稳的先兆。然而试验得到的红外辐射平均温度的离散性很大，导致相关研究结论互相矛盾。其原因主要可归结为两方面，一是实验过程中物体温度低于或者接近环境温度时,环境温度对测量结果影响很大；二是由于非致冷红外热像仪探测器的温度会随着环境温度、电源波动和吸收红外辐射的增加而升高，导致红外焦平面列阵响应随时间产生漂移。

针对上述问题，刘力强和刘培洵给出了热红外试验所需要的各主要设备的关键技术指标，并采用热场数据漂移与空间畸变矫正的数据处理方法，获得了煤岩表面红外辐射平均温度曲线，但仍有较大偏差，没有彻底解决本底噪声的影响。此外，何满潮和宫伟力等从热像图角度出发，采用高斯滤波和中值滤波等小波去噪方法，以期对热像图和红外辐射平均温度进行去噪，研究成果虽然明显增加了热像图的清晰度，但红外辐射平均温度的去噪效果仍不理想。

发明内容

本发明的目的是要提供一种煤岩裂隙发育过程中的热红外信息去噪方法，解决噪声对煤岩表面红外辐射平均温度影响的问题。

本发明的目的是这样实现的：利用参照煤岩表面红外辐射平均温度对加载煤岩表面红外辐射平均温度进行去噪，得到单轴加载过程中加载煤岩表面红外辐射平均温度变化特征；方法步骤如下：

a、实验前关闭门窗；

b、在岩石压力机上加隔热箱体，布置好系统；

c、放置参照煤岩试块和加载煤岩试块，将红外热像仪摄像头穿过隔热箱体；前面正方形隔热板上的圆孔；

d、根据第二计算机显示屏调整红外热像仪的位置，确保煤岩试块成像完整、清晰；

e、待全部煤岩温度相对稳定后，红外热像仪开始录制5分钟视频；

f、只对加载煤岩加载，与此同时热像仪不间断的录制他们的红外热像图，直至加载煤岩失稳为止；

g、测出f步骤中参照煤岩和加载煤岩的表面红外辐射平均温度，其可表达为

${\mathrm{AIRT}}_1^i\left(t\right)=T_1^i+g_1^i\left(t\right)(i=\mathrm{1,2};)---\left(1\right)$

式中，i＝1时代表参照煤岩试块，i＝2时代表加载煤岩试块；

未加载情况下煤岩试块表面平均红外辐射温度；

煤岩的初始值；

噪声

h、根据参照煤岩的噪声和加载煤岩的噪声正线性相关可建立

$g_1^2\left(t\right)=k\×g_1^1\left(t\right)---\left(2\right)$

采用最小二乘法计算式(2)，得出系数k和b

i、测出g步骤中参照煤岩和载煤岩的表面红外辐射平均温度，其可表达为

${\mathrm{AIRT}}_2^i=T_2^i+g_2^i\left(t\right)+f_2^i\left(t\right)(i=\mathrm{1,2})---\left(3\right)$

式中：加载情况下煤岩表面红外辐射平均温度；

的初始值；

噪声

单轴加载导致AIRT的变化量，当i≠2，

j、根据参照煤岩试块的噪声和加载煤岩试块的噪声正线性相关可建立

$g_2^2\left(t\right)=k\×g_2^1\left(t\right)+b---\left(4\right)$

k、将式(3)和步骤i中计算出的系数代入到式(4)，建立起煤岩表面红外辐射平均温度本底噪声校正模型(AIRT-BNCM)；

$f_2^2\left(t\right)=[{\mathrm{AIRT}}_2^2\left(t\right)-T_2^2]-\{k\×[{\mathrm{AIRT}}_2^1\left(t\right)-T_2^1]+(b+k\×T_2^1-T_2^2)\}---\left(5\right)$

有益效果：采用了上述技术方案后，减小了环境和背景因素对试验结果真实性的影响，同时也减小了红外焦平面列阵(IRFPA)响应随时间产生的漂移所带来的误差影响，克服了以往煤岩试块受载破坏红外辐射监测试验中噪声因素对实验影响大的缺点，与现有技术相比，极大地提高了试验数据的准确性、科学性、有效性，解决了噪声对煤岩表面红外辐射平均温度影响的难题。

优点：该方法简单，使用效果好，测试准确。

附图说明

图1是本发明测量煤岩裂隙发育红外辐射监测试验数据的设备结构示意图。

图2图1的A—A剖面示意图。

图3是煤岩红外辐射平均温度去噪流程图。

图中：1、岩石压力机顶杆；2、岩石压力机；3、第一计算机；4、第二计算机；5、红外热像仪；6、摄像头；7、隔热箱体；8、岩石压力机底座；9、参照煤岩试块支座；10、参照煤岩试块；11、挡板；12、工作台；13、加载煤岩试块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：

本发明的煤岩裂隙发育红外辐射监测试验数据处理方法，数据采集包括利用岩石压力机2、红外热像仪5、第二计算机4，试验具体步骤如下：

a、在试验开始前关闭实验室的门窗，防止室外的红外辐射能量对试验环境的影响；

b、将岩石压力机的顶杆升起，把隔热箱加在岩石压力机上，降低顶杆穿过隔热箱上圆孔；

c、将制备好的两块煤岩试块分别设在工作台12和支座9，设在工作台12上的一块煤岩试块为加载煤岩试块13，设在支座上的煤岩试块为参照煤岩试块10；用挡板11将加载煤岩试块13与参照煤岩试块10隔开，避免加载过程中煤岩试块之间相互干扰；将红外热像仪5安置在隔热箱体的前方，使得红外热像仪5的摄像头穿过隔热箱体前面正方形隔热板上的圆孔，红外热像仪5与岩石压力机2和工作台12上的煤岩试块距离L，将其与第二计算机4连接，接通红外热像仪5和第二计算机4的电源；

d、根据第二计算机4屏幕显示的红外热像图像，调节红外热像仪5的角度，使加载煤岩试块13和参照煤岩试块10都置于图像的中间；

e、通过红外热像仪5的监测分析，待全部煤岩温度相对稳定后，加载煤岩试块13和参照煤岩试块10均不加载，红外热像仪开始录制5分钟的热像图视频；

f、通过岩石压力机2按设定的压力和速度对加载煤岩试块13施压，直至煤岩试块加载破裂，红外热像仪5实时记录加载煤岩试块13及参照煤岩试块10的红外辐射数据；

g、测出f步骤中加载煤岩试块13和参照煤岩试块10的表面红外辐射平均温度，其可表达为

${\mathrm{AIRT}}_1^i\left(t\right)=T_1^i+g_1^i\left(t\right)(i=\mathrm{1,2};)---\left(1\right)$

式中，i＝1时代表参照煤岩试块10，i＝2时代表加载煤岩试块13；

未加载情况下煤岩试块表面平均红外辐射温度；

煤岩的初始值；

噪声

h、根据参照煤岩试块10的噪声和加载煤岩试块13噪声正线性相关可建立

$g_1^2\left(t\right)=k\×g_1^1\left(t\right)---\left(2\right)$

采用最小二乘法计算式(2)，得出系数k和b

i、测出g步骤中加载煤岩试块13和参照煤岩试块10的表面红外辐射平均温度，其可表达为

${\mathrm{AIRT}}_2^i\left(t\right)=T_2^i+g_2^i\left(t\right)+f_2^i\left(t\right)(i=\mathrm{1,2})---\left(3\right)$

式中：加载情况下煤岩表面红外辐射平均温度；

的初始值；

噪声

单轴加载导致AIRT的变化量，当i≠2，

j、根据加载煤岩试块13的噪声和参照煤岩试块10的噪声正线性相关可建立

$g_2^2\left(t\right)=k\×g_2^1\left(t\right)+b---\left(4\right)$

k、将式(3)和步骤i中计算出的系数代入到式(4)，建立起煤岩表面红外辐射平均温度本底噪声校正模型(AIRT-BNCM)；

$f_2^2\left(t\right)=[{\mathrm{AIRT}}_2^2\left(t\right)-T_2^2]-\{k\×[{\mathrm{AIRT}}_2^1\left(t\right)-T_2^1]+(b+k\×T_2^1-T_2^2)---\left(5\right)$

Claims (2)

1.一种煤岩裂隙发育过程中的热红外信息去噪方法，包括调整实验设备，其特征在于，包括以下步骤：

a.参照煤岩试块和加载煤岩试块均不加载，录制5分钟他们的红外热像图；

b.只对加载煤岩试块加载，与此同时热像仪不间断的录制他们的红外热像图，直至加载煤岩试块失稳为止；

c.测出a步骤中参照煤岩和加载煤岩的表面红外辐射平均温度，其可表达为：

${\mathrm{AIRT}}_1^i\left(t\right)=T_1^i+g_1^i\left(t\right)(i=\mathrm{1,2};)---\left(1\right)$

式中，i＝1时代表参照煤岩试块，i＝2时代表加载煤岩试块；

未加载情况下煤岩试块表面平均红外辐射温度；

煤岩的初始值；

噪声；

d.根据未加载情况下参照煤岩试块的噪声和加载煤岩试块的噪声正线性相关建立：

$g_1^2\left(t\right)=k\×g_1^1\left(t\right)$ (k、b为常数) (2)

e.根据未加载阶段加载煤岩试块和参照煤岩试块的表面红外辐射平均温度及式(2)，利用最小二乘法求出k、b。

f.测出b步骤中参照煤岩和载煤岩的表面红外辐射平均温度，其可表达为：

${\mathrm{AIRT}}_2^i\left(t\right)=T_2^i+g_2^i\left(t\right)+f_2^i\left(t\right)(i=\mathrm{1,2})---\left(3\right)$

式中：加载情况下煤岩试块表面平均红外辐射温度；

煤岩的初始值；

噪声；

单轴加载导致AIRT的变化量，当i≠2，

g.根据加载情况下参照煤岩试块的噪声和加载煤岩试块的噪声正线性相关可建立

$g_2^2\left(t\right)=k\×g_2^1\left(t\right)+b---\left(4\right)$

h.将式(3)和步骤d中计算出的系数代入到式(4)，建立起煤岩表面红外辐射平均温度本底噪声校正模型(AIRT-BNCM)：

$f_2^2\left(t\right)=[{\mathrm{AIRT}}_2^2\left(t\right)-T_2^2]-\{k\×[{\mathrm{AIRT}}_2^1\left(t\right)-T_2^1]+(b+k\×T_2^1-T_2^2)\}---\left(5\right).$

2.如权利要求1所述的一种煤岩裂隙发育过程中的热红外信息去噪方法，其特征在于，所述的均可由红外热像仪测出。