CN105652315A - 地下工程施工过程中多通道声发射监测系统及定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地下工程施工过程中多通道声发射监测系统及定位方法，包括：若干三维声发射传感装置分别与多通道声发射同步数据采集装置连接，所述多通道声发射同步数据采集装置通过第一光电转换器与光纤网络交换机连接，光纤网络交换机通过第二光电转换器与上位机连接；本发明可以完成声发射信号的实时监测、波形显示、实时定位、信号强度和数据记录，实现了地下工程围岩体的实时监测，能够反映岩体的破坏情况，有助于及时发现突水前兆信息，为突水灾害的预防提供了技术支持。

Description

地下工程施工过程中多通道声发射监测系统及定位方法

技术领域

本发明涉及地下工程施工安全领域，特别涉及一种隧道等地下工程施工过程中的多通道声发射监测系统和相应的声发射震源点定位方法。

背景技术

在隧道等地下工程施工过程中，当开挖揭穿导水断层、富水溶洞等含水构造时，可能引发突水灾害，造成人员伤亡和财产损失，有时还会引起地表水干涸、地面塌陷等次生灾害。我国是地下工程突水灾害最为严重的国家之一，突水灾害所造成的人员伤亡和经济损失在各类地下工程地质灾害中居于前列，给地下工程施工安全带来重大安全隐患。因此，在地下工程施工期，如何提前预测突水灾害的发生、并采取相应的预防措施是十分重要的研究课题。

地下工程突水事故发生时，隔水层首先遭到破坏，导致突水通道产生，进而引起突水灾害。而突水通道的产生往往是由于岩体受到外力作用时产生应力集中、发生突发性破裂，在这一过程中，能量以应力波的形式释放，此时会产生声发射现象，声发射信号中包含大量关于岩体受力变形破坏以及岩体裂纹活动的有用信息，能够反映隔水层岩体的破坏情况。因此，通过声发射手段对隔水层岩体进行实时监测，有助于及时发现突水前兆信息，为突水灾害的预防提供技术支持。

在声发射监测系统的发明中存在以下关键难题：

①声发射信号远距离传输和高速并行采集是关键难题；

②为实现声发射震源点的实时定位需要在隧道边墙上布置由多个声发射传感器构成的三维监测传感器阵列，需要研制多通道声发射数据自动化并行采集装置，即多通道并行高速采集板；

③该设备需要实时测量三维传感器阵列的大量数据，在保证采集实时性的前提下，同时进行实时声发射震源点定位是一个亟待解决的难题，因此需要设计声发射三维定位算法；

④该设备需要具备多通道声发射信息实时采集和定位功能，包括声发射信号强度、声发射信号频率、声发射信号源具体位置、声发射信号源分布情况等。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种地下工程施工过程中多通道声发射监测系统及定位方法，它性能稳定、灵敏度高、方便实用且能批量生产，能够实时采集地下工程中声发射震源产生的声发射信号，并实时定位声发射震源位置、计算声发射信号强度，根据预先设置的声发射信号报警阈值，发出报警信号。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种地下工程施工过程中多通道声发射监测系统，包括：若干三维声发射传感装置、多通道声发射同步数据采集装置、第一光电转换器、光纤网络交换机、第二光电转换器和上位机；

所述若干三维声发射传感装置分别与多通道声发射同步数据采集装置连接，所述多通道声发射同步数据采集装置通过第一光电转换器与光纤网络交换机连接，所述光纤网络交换机通过第二光电转换器与上位机连接；

所述三维声发射传感装置分别布置在地下工程边墙上，三维声发射传感装置采集现场实时三维声发射信号数据并传送给多通道声发射同步数据采集装置，多通道声发射同步数据采集装置通过光纤网络将接收到的实时三维声发射信号数据发送至上位机；上位机实时显示当前声发射波形，并根据接收到的三维声发射信号数据对现场声发射震源进行实时定位。

进一步地，所述上位机与显示器、打印机和报警装置分别连接。

进一步地，所述多通道声发射同步数据采集装置包括：多通道同步数据采集单元、多通道声发射信号调理单元和嵌入式工控机；

每一个所述多通道声发射信号调理单元与对应的三维声发射传感装置连接，所述多通道声发射信号调理单元分别与多通道同步数据采集单元连接，所述多通道同步数据采集单元与嵌入式工控机连接。

进一步地，所述多通道声发射信号调理单元包括：依次连接的静电抑制电路、第一50HZ限波器、放大器、第二50HZ限波器、100HZ限波器和低通滤波器；

进一步地，所述多通道同步数据采集单元包括：若干同步数据采集模块以及FPGA；所述同步数据采集模块分别采集预期相连的多通道声发射信号调理单元的信号，并将信号传送至FPGA；所述FPGA控制同步数据采集模块分别采集与其相连的多通道声发射信号调理单元的信号，并将采集到的信号通过USB口传输给嵌入式工控机。

进一步地，所述三维声发射传感装置包括：三维传感器工装以及分别固定在三维传感器工装上的声发射传感器；所述声发射传感器分别接收x轴、y轴、z轴三个方向上声发射信号，并将其转换成电压信号，所述电压信号通过同轴电缆接入多通道声发射同步数据采集装置。

进一步地，所述上位机内设置数据处理单元，包括：

声发射信号数据采集模块：用于采集现场声发射传感器信号，并传送至声发射数据传输模块；

声发射数据传输模块：用于接收远程传输过来的声发射实时信号；

声发射数据存储数据库模块：用于存储声发射实时信号数据；

声发射定位算法模块：用于调取声发射实时信号数据并计算声发射源的位置；

声发射定位信息数据库模块：用于存储声发射源的位置信息；

显示输出模块：用于实现声发射信号数据和声发射信号源位置数据的实时显示。

一种地下工程施工过程中多通道声发射监测系统的声发射震源在线定位方法，包括：

(1)针对单一通道采集到的声发射信号时间序列x＝{x₁,…,x_N}，采用带通滤波器进行去噪，首先使用变换时窗统计瞬时强度比法识别声发射事件并大致确定到达时间，然后使用AIC自动拾取法局部精确拾取波至时间；

(2)识别同一声发射事件的到达时间，若设定数量的通道的三维声发射传感装置均对于同一声发射事件有响应，则确认为一次声发射事件；记录声发射事件产生的时刻；

(3)根据三维声发射传感装置的位置、波速、波到达第i个三维声发射传感装置的时间以及声发射事件产生的时刻，利用最小二乘法建立声发射震源定位初始模型；

(4)根据声发射震源定位初始模型，求得一个声发射震源点位置；

(5)将上述声发射震源点位置作为初始解，设置允许误差值与迭代步长；判断实际测量得到的到达时间与由声发射震源点位置计算得到的到达时间之间的误差是不是在预设的允许误差之内；如果是，则所述声发射震源点位置即为要求取的震源位置坐标；否则，转入下一步；

(6)根据预设的迭代步长构建一个四面体，分别以四面体各顶点坐标为震源计算4种震源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映射、扩展、压缩以及收缩操作，继续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，从而找到要求取的震源位置坐标；

(7)声发射震源点动态成像：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，形成一个成像集合。

进一步地，使用变换时窗统计瞬时强度比法识别声发射事件并大致确定到达时间的具体过程如下：

1)假设时窗长度为L，T₁为时窗起始时刻、T₂为时窗结束时刻、T₀为时窗中间时刻，T为该声发射信号的整体事件长度，对声发射信号时间序列x＝{x₁,…,x_N}做希尔伯特变换，得到瞬时振幅；

2)根据瞬时振幅计算瞬时强度比特征值；拾取瞬时强度比特征值的最大值对应的时间即为声发射事件的到达时间；

3)采用变换时窗长度的方法分别计算瞬时强度比特征值，并判断每一个时窗长度下的声发射到达时间；

4)对不同的时窗长度对应的声发射到达时间进行统计分析，选取声发射到达时间最为集中的时间段作为大致的声发射事件到达时间区间。

本发明的有益效果是：

1、该发明使用27通道同步数据采集单元、27通道声发射信号调理单元、嵌入式工控机，搭建了多通道声发射同步数据采集装置，可以同时实现27通道声发射信号数据的同步采集和传输，大大提高了声发射数据的采集和传输效率，满足地下工程多通道声发射监测和定位系统的巨大数据量和数据实时性的要求。

2、该发明在声发射事件的提取上，首先使用变换时窗统计瞬时强度比法识别声发射事件并大致确定到达时间，然后使用AIC法局部精确拾取到达时间，减弱了时窗大小对拾取精度的影响、避免了在低信噪比情况下会出现多个局部极小从而难以准确拾取的问题，同时也提高了计算效率。

3、该发明通过最小二乘法建立初始模型，然后代入单纯形法进行迭代，改善了定位方法的稳定性和可靠性，并能够发挥单纯形算法收敛速度快、求解稳定性强的优势，实现了声发射源的实时定位和动态成像。

4、该发明实现了多通道声发射监测和定位系统，可以完成声发射信号的实时监测、波形显示、实时定位、信号强度和数据记录，实现了地下工程围岩体的实时监测，能够反映岩体的破坏情况，有助于及时发现突水前兆信息，为突水灾害的预防提供技术支持，可满足目前国家地下工程建设中突水灾害监测的迫切需求。

附图说明

图1是本发明原理结构图；

图2是本发明三维声发射传感装置结构图；

图3是本发明多通道声发射同步数据采集装置结构图；

图4是本发明多通道声发射同步数据采集装置的多通道声发射信号调理单元硬件原理框图；

图5本发明多通道声发射同步数据采集装置的多通道同步数据采集单元硬件原理框图。

其中，1、1#三维声发射传感装置；2、2#三维声发射传感装置；3、9#三维声发射传感装置；4、多通道声发射同步数据采集装置；5、光电转换器A；6、光纤网络交换机；7、光电转换器B；8、上位机；9、报警装置；10、显示器；11、打印机；12、声发射信号调理单元一；13、声发射信号调理单元二；14、声发射信号调理单元九；15、多通道同步数据采集单元；16、嵌入式工控机；17、声发射传感器；18、三维传感器工装；19、同轴电缆。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

一种地下工程施工过程中多通道声发射监测系统，如图1所示，它包括1#三维声发射传感装置1、2#三维声发射传感装置2、……、9#三维声发射传感装置3、多通道声发射同步数据采集装置4、光电转换器A5、光纤网络交换机6、光电转换器B7、上位机8、报警装置9、显示器10和打印机11。

本发明将三维声发射传感装置布置在隧道等地下工程边墙上，三维声发射传感装置感受现场三维声发射信号；利用多通道声发射同步数据采集装置采集现场三维声发射信号，并通过光纤网络将实时数据发送至上位机；上位机实时显示当前声发射波形，并通过声发射定位算法实现现场声发射震源的实时定位，动态显示声发射强度和分布位置，解决了现有声发射监测系统存在的问题。

三维声发射传感装置主要由三维传感器工装18和3只声发射传感器17组成。3只声发射传感器7分别接收x轴、y轴、z轴三个方向上声发射信号，能够消除相互之间的信号串扰，并将其转换成微弱电压信号，该电压信号通过同轴电缆19接入多通道声发射同步数据采集装置。其结构如图2所示。

多通道声发射同步数据采集装置4主要由声发射信号调理单元一12、声发射信号调理单元二13、……、声发射信号调理单元九14、多通道同步数据采集单元15和嵌入式工控机16组成。声发射信号调理单元一12接收1#声发射传感装置1发出的声发射电压信号，声发射信号调理单元二13接收2#声发射传感装置2发出的声发射电压信号，以此类推，声发射信号调理单元九14接收9#声发射传感装置14发出的声发射电压信号。声发射信号调理单元接收到电压信号后，对信号进行滤波和放大后，进入多通道同步数据采集单元15转换成数字量，通过USB总线发送给嵌入式工控机16，嵌入式工控机16通过USB总线读取多通道同步数据采集单元输出的数字量，并通过网口发送给光电转换器，其原理框图如图3。

其中，多通道声发射信号调理单元对声发射信号进行静电抑制、滤波和放大等处理；多通道同步数据采集单元将处理后的声发射信号转化成数字量；嵌入式工控机通过USB口接收转换后的数字量并将其从网络接口转发给光电转换器。

声发射信号调理单元接收声发射传感装置发出的声发射电压信号后，依次连接静电抑制电路、第一级50Hz限波器、放大器、第二级50Hz限波器、100Hz限波器和6阶巴特沃兹220K低通滤波器，其原理框图如图4。

静电高压抑制电路主要吸收工作环境中的静电和浪涌冲击，保护后端电路；第一级50Hz限波器初步吸收50Hz工频干扰，保证输入放大器的直流工作点不随上述干扰信号漂移；放大器输出信号在经过第二级50Hz限波器和100Hz限波器，充分抑制工频及工频谐波的干扰；6阶巴特沃斯低通滤波器，有40dB每十倍频程的衰减量，且保证带宽内信号的平坦。

多通道同步数据采集单元15包括：若干同步数据采集芯片以及FPGA；FPGA通过并行快速采集算法控制同步数据采集模块分别采集预期相连的多通道声发射信号调理单元的信号，并将采集到的信号通过USB口传输给嵌入式工控机。

多通道同步数据采集单元15主要由同步数据采集芯片ADAS3023-1、同步数据采集芯片ADAS3023-2、……、同步数据采集芯片ADAS3023-5和FPGA数据采集控制器组成。同步数据采集芯片ADAS3023-1负责采集信号调理单元一12和信号调理单元二13输出的电压信号，同步数据采集芯片ADAS3023-2负责采集信号调理单元三和信号调理单元四输出的电压信号，以此类推，同步数据采集芯片ADAS3023-5负责采集信号调理单元九14输出的电压信号。其原理框图如图5。

上位机内设置数据处理单元，包括：

声发射信号数据采集模块：用于采集现场声发射传感器信号，并传送至声发射数据传输模块；

声发射数据传输模块：用于接收远程传输过来的声发射实时信号；

声发射数据存储数据库模块：用于存储声发射实时信号数据；

声发射定位算法模块：用于调取声发射实时信号数据并计算声发射源的位置；

声发射定位信息数据库模块：用于存储声发射源的位置信息；

显示输出模块：用于实现声发射信号数据和声发射信号源位置数据的实时显示。

光电转换器A5实现网络信号转换成光纤传输信号的功能。

光纤网络交换机6完成光纤传输信号的远程传输功能。

光电转换器B7实现光纤传输信号转换成网络信号的功能。

上位机8通过网口高速接收多通道声发射同步数据采集装置4发送过来的声发射信号，完成声发射信号的实时显示，运行声发射实时定位算法，完成现场声发射源的实时定位和强度计算，并根据预设的报警阈值，判断是否发出报警。

显示器10能够实时显示声发射信号波形、声发射震源动态位置以及声发射信号强度。打印11机完成系统历史记录和报警信号的打印输出功能。报警装置9根据上位机发送的报警信号，发出相应的声光报警。

基于上述地下工程施工过程中多通道声发射监测系统，提供一种相应的声发射震源定位方法，包括以下步骤：

(1)数据滤波和声发射事件提取：针对单一通道采集到的声发射信号时间序列x＝{x₁,…,x_N}，选择合适的带通滤波器进行去噪，然后使用一种较快捷、准确的两步法声发射事件提取方法：首先使用变换时窗统计瞬时强度比法识别声发射事件并大致确定到达时间，然后使用AIC法局部精确拾取波至时间。

①变换时窗统计瞬时强度比法大致确定声发射事件：

首先，对声发射信号时间序列x＝{x₁,…,x_N}做希尔伯特变换得到瞬时振幅假设时窗长度为L，T₁为时窗起始时刻、T₂为时窗结束时刻、T₀为时窗中间时刻，T为该声发射信号的整体事件长度，则瞬时强度比特征值为

$R=\frac{M+\mathrm{\α}C}{N+\mathrm{\α}C}$

式中， $M={\[\underset{t=T_0}{\overset{T_2}{\Σ}}{q}^2\left(t\right)\]}^{\frac{1}{2}},N={\[\underset{t=T_1}{\overset{T_0}{\Σ}}{q}^2\left(t\right)\]}^{\frac{1}{2}},C=\frac{1}{n}{\[\underset{t=0}{\overset{T}{\Σ}}{q}^2\left(t\right)\]}^{\frac{1}{2}},$ 拾取R最大值对应的时间即为声发射事件的到达时间。

然后，为避免人为选择时窗长度L带来的误差，采用变换时窗长度的方法分别计算R值并判断该时窗长度下的声发射到达时间，这样根据不同的时窗长度，将计算出一系列的声发射到达时间，对其进行统计分析，最终选择到达时间最为集中的时间段作为大致的声发射事件到达时间区间。

②确定大致的声发射事件到达时间区间后，继续采用AIC自动拾取方法局部精确提取声发射事件：

AIC(k)＝klg[var(x[l,k])]+(N-k-1)lg[var(x[k+1,N])]

式中，var(x[l,k])为x_l到x_k时间序列的协方差，var(x[k+1,N])为x_k+1到x_N时间序列的协方差。通过上述公式得到AIC函数，进一步找到其最小值点，该点即为声发射事件到达时间点。

针对多道声发射数据，分别利用上述声发射事件提取算法识别同一声发射事件的到达时间，若5道或5道以上声发射传感器均对于同一声发射事件有明显响应，则确认为一次声发射事件。以此类推，将传感器阵列监测到的声发射事件到达时间都提取出来，以便用于声发射震源定位。

(2)最小二乘法建立初始模型：初始模型的任意设定会导致声发射震源搜索定位效果较差，因此利用最小二乘法进行初始模型的建立。假设在上一步中有M个声发射传感器监测到明显的声发射事件，可以得到下式

(x-x_i)²+(y-y_i)²+(z-z_i)²＝v²(t-t_i)²,i＝1,2,3,…,M

式中，x_i、y_i、z_i代表第i个声发射传感器的坐标位置，x、y、z代表声发射震源点坐标，v代表波速，t_i代表波到达第i个声发射传感器的时间，t代表声发射事件产生的时刻。

各式均与第一个声发射传感器方程做差，可以得出下列方程组：

a_jx+b_jy+c_jz+d_jt＝e_j,j＝1,2,3,…,M-1

式中，a_j、b_j、c_j、d_j、e_j分别为做差的系数。令：

$A=\left[\begin{array}{cccc}{a}_1& b_1& c_1& d_1\\ a_2& b_2& c_2& d_2\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ a_{M-1}& b_{M-1}& c_{M-1}& d_{M-1}\end{array}\right],X=\left[\begin{array}{c}x\\ y\\ z\\ t\end{array}\right],B=\left[\begin{array}{c}{e}_1\\ e_2\\ .\\ .\\ .\\ e_{M-1}\end{array}\right]$

则可以写成AX＝B，用最小二乘法能够求得该式子的解为X^*＝(A^TA)^-1A^TB。这样，就能够搜索到一个声发射震源点位置(x₀,y₀,z₀)。

(3)单纯形迭代确定声发射震源点位置：将上一步得到的声发射震源点位置(x₀,y₀,z₀)作为初始模型，代入单纯形迭代进一步确定声发射震源点位置，采用这种方式比人为设定初始模型要更加接近真实解，有利于改善单纯形的稳定性和可靠性。

选取上一步确定的声发射震源点位置(x₀,y₀,z₀)作为初始解，人为设置允许误差值与迭代步长。首先判断实际测量得到的到达时间与由坐标(x₀,y₀,z₀)计算得到的到达时间之间的误差是不是在预设的允许误差之内：若已经在允许误差之内，则(x₀,y₀,z₀)就是要求取的震源位置坐标；若超出了允许误差，需要根据预设的迭代步长构建一个四面体，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映射、扩展、压缩、收缩等操作，继续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，从而找到声发射震源点。

(4)声发射震源点动态成像：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。

本发明在工作时将三维声发射传感装置1、2、……、3布置在隧道等地下工程边墙上，三维声发射传感装置1、2、……、3感受现场三维声发射信号；利用多通道声发射同步数据采集装置4采集现场三维声发射信号，并通过光纤网络将实时数据发送至上位机8；上位机8实时显示当前声发射波形，并通过声发射定位算法实现现场声发射震源的实时定位，动态显示声发射强度和分布位置。

实际应用过程操作如下：

1、安装传感装置。根据声发射监测需求，在声发射待测区域内，安装三维声发射传感装置。

2、连接仪器。通过同轴电缆，将三维声发射传感装置连接到多通道声发射同步数据采集装置，多通道声发射同步数据采集装置通过网线与光电转换器A连接。光电转换器A的输出端通过传输光缆与光纤网络交换机连接，光纤网络交换机的输出端通过传输光缆与光电转换器B连接。上位机通过网线连接光电转换器B。

3、监测系统启动。连接电源，启动上位机，打开监测软件，多通道声发射同步数据采集装置电源开关。

4、参数设置。设置多通道声发射同步数据采集装置的网络IP地址、声发射监测通道数、波形显示通道数。

5、系统运行。点击“运行”按钮，输入管理员账号和密码，系统开始运行，监测声发射震源产生的声发射信号，实时定位声发射震源的位置，并显示声发射信号波形和震源位置分布。

6、系统退出。点击“退出”按钮，输入管理员账号和密码，系统退出。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种地下工程施工过程中多通道声发射监测系统，其特征是，包括：若干三维声发射传感装置、多通道声发射同步数据采集装置、第一光电转换器、光纤网络交换机、第二光电转换器和上位机；

所述若干三维声发射传感装置分别与多通道声发射同步数据采集装置连接，所述多通道声发射同步数据采集装置通过第一光电转换器与光纤网络交换机连接，所述光纤网络交换机通过第二光电转换器与上位机连接；

所述三维声发射传感装置分别布置在地下工程边墙上，三维声发射传感装置采集现场实时三维声发射信号数据并传送给多通道声发射同步数据采集装置，多通道声发射同步数据采集装置通过光纤网络将接收到的实时三维声发射信号数据发送至上位机；上位机实时显示当前声发射波形，并根据接收到的三维声发射信号数据对现场声发射震源进行实时定位。

2.如权利要求1所述的一种地下工程施工过程中多通道声发射监测系统，其特征是，所述上位机与显示器、打印机和报警装置分别连接。

3.如权利要求1所述的一种地下工程施工过程中多通道声发射监测系统，其特征是，所述多通道声发射同步数据采集装置包括：多通道同步数据采集单元、多通道声发射信号调理单元和嵌入式工控机；

每一个所述多通道声发射信号调理单元与对应的三维声发射传感装置连接，所述多通道声发射信号调理单元分别与多通道同步数据采集单元连接，所述多通道同步数据采集单元与嵌入式工控机连接。

4.如权利要求3所述的一种地下工程施工过程中多通道声发射监测系统，其特征是，所述多通道声发射信号调理单元包括：依次连接的静电抑制电路、第一50HZ限波器、放大器、第二50HZ限波器、100HZ限波器和低通滤波器。

5.如权利要求3所述的一种地下工程施工过程中多通道声发射监测系统，其特征是，所述多通道同步数据采集单元包括：若干同步数据采集模块以及FPGA；所述同步数据采集模块分别采集预期相连的多通道声发射信号调理单元的信号，并将信号传送至FPGA；所述FPGA控制同步数据采集模块分别采集与其相连的多通道声发射信号调理单元的信号，并将采集到的信号通过USB口传输给嵌入式工控机。

6.如权利要求1所述的一种地下工程施工过程中多通道声发射监测系统，其特征是，所述三维声发射传感装置包括：三维传感器工装以及分别固定在三维传感器工装上的声发射传感器；所述声发射传感器分别接收x轴、y轴、z轴三个方向上声发射信号，并将其转换成电压信号，所述电压信号通过同轴电缆接入多通道声发射同步数据采集装置。

7.如权利要求1所述的一种地下工程施工过程中多通道声发射监测系统，其特征是，所述上位机内设置数据处理单元，包括：

声发射信号数据采集模块：用于采集现场声发射传感器信号，并传送至声发射数据传输模块；

声发射数据传输模块：用于接收远程传输过来的声发射实时信号；

声发射数据存储数据库模块：用于存储声发射实时信号数据；

声发射定位算法模块：用于调取声发射实时信号数据并计算声发射源的位置；

声发射定位信息数据库模块：用于存储声发射源的位置信息；

显示输出模块：用于实现声发射信号数据和声发射信号源位置数据的实时显示。

8.一种如权利要求1所述的地下工程施工过程中多通道声发射监测系统的声发射震源在线定位方法，其特征是，包括：

(1)针对单一通道采集到的声发射信号时间序列x＝{x₁,...,x_N}，采用带通滤波器进行去噪，首先使用变换时窗统计瞬时强度比法识别声发射事件并大致确定到达时间，然后使用AIC自动拾取法局部精确拾取波至时间；

(2)识别同一声发射事件的到达时间，若设定数量的通道的三维声发射传感装置均对于同一声发射事件有响应，则确认为一次声发射事件；记录声发射事件产生的时刻；

(3)根据三维声发射传感装置的位置、波速、波到达第i个三维声发射传感装置的时间以及声发射事件产生的时刻，利用最小二乘法建立声发射震源定位初始模型；

(4)根据声发射震源定位初始模型，求得一个声发射震源点位置；

(5)将上述声发射震源点位置作为初始解，设置允许误差值与迭代步长；判断实际测量得到的到达时间与由声发射震源点位置计算得到的到达时间之间的误差是不是在预设的允许误差之内；如果是，则所述声发射震源点位置即为要求取的震源位置坐标；否则，转入下一步；

(6)根据预设的迭代步长构建一个四面体，分别以四面体各顶点坐标为震源计算4种震源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映射、扩展、压缩以及收缩操作，继续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，从而找到要求取的震源位置坐标；

(7)声发射震源点动态成像：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，形成一个成像集合。

9.如权利要求8所述的一种地下工程施工过程中多通道声发射监测系统的声发射震源在线定位方法，其特征是，使用变换时窗统计瞬时强度比法识别声发射事件并大致确定到达时间的具体过程如下：

1)假设时窗长度为L，T₁为时窗起始时刻、T₂为时窗结束时刻、T₀为时窗中间时刻，T为该声发射信号的整体事件长度，对声发射信号时间序列x＝{x₁,...,x_N}做希尔伯特变换，得到瞬时振幅；

2)根据瞬时振幅计算瞬时强度比特征值；拾取瞬时强度比特征值的最大值对应的时间即为声发射事件的到达时间；

3)采用变换时窗长度的方法分别计算瞬时强度比特征值，并判断每一个时窗长度下的声发射到达时间；

4)对不同的时窗长度对应的声发射到达时间进行统计分析，选取声发射到达时间最为集中的时间段作为大致的声发射事件到达时间区间。