基于BWO优化VMD联合小波阈值的管道泄漏次声波去噪方法

管道泄漏次声波信号中的干扰噪声影响管道泄漏定位的精准度。提出了一种基于白鲸优化算法(BWO)优化变分模态分解(VMD)联合小波阈值(WT)的管道泄漏次声波去噪方法。针对VMD算法中分解层数K和惩罚因子α的取值对信号分解结果影响较大,利用白鲸优化算法(BWO)对VMD分解的两关键参数进行寻优,获得最优参数组合[K、α],并利用优化后的参数对次声波信号进行VMD分解,获得一系列本征模函数(IMF)分量。通过计算各IMF分量的相关系数来区分噪声IMF分量和有效IMF分量,引入一种改进的小波阈值函数对有效的IMF分量进行去噪处理,再重构去噪后各有效IMF分量,得到去噪后的管道泄漏次声波信号。通过仿真实验,将所提方法与灰狼优化算法(GWO)优化VMD联合小波阈值和麻雀搜索算法(SSA)优化VMD联合小波阈值两种方法对比,所提方法去噪后信号的信噪比分别提高了1.27%、2.01%,表明所提方法的去噪效果具有一定的优越性,为后续管道泄漏计算定位奠定了良好的基础。

次声波油气管道泄漏检测技术研究

本文研究了次声波油气管道泄漏检测原理,次声波信号在油气管道中的传播机理以及发生泄漏时泄漏声波的特点分析。根据管道及泄漏声波的特点,分析次声波传感器接收到的泄漏信号,并运用小波分析去除次声波信号中夹杂的噪声。最后对次声波油气管道泄漏检测技术的准确性、实用性和有效性进行评价。

典型岩石破裂产生次声波试验研究

在刚性材料试验压力机上对花岗岩、灰岩、红砂岩、砂岩、千枚岩及泥岩6种典型的岩石试样进行了单轴全过程加载试验,通过自主研制的数字化次声波探测系统对加载过程中的岩石破裂发射出的次声波信号进行了实时探测。为了研究岩石微破裂过程是否存在发射低频次声波现象及其频率分布等特性,通过小波阈值去噪、短时傅立叶变换(STFT)时-频分析和时域累计振铃计数的方法对数字次声波信号进行了处理与分析。研究结果表明:①岩石在破坏前加载过程中存在明显的发射次声波现象;②岩石破裂产生突出次声信号的频率主要分布在2.0～6.0 Hz之间;③在结构较完整的情况下,硬岩(如花岗岩、灰岩)在变形破裂过程中产生的次声信号数量要比软岩(如泥岩)多。与一般声波相比,因次声波具有不容易衰减,不易被水和空气吸收,波长很长可绕开大型障碍物等独特性质,结合其他方法对岩石破裂产生次声波现象的进一步研究可为岩石(体)稳定性监测提供重要的研究方法和技术手段。

北京地震前的异常次声波

观测并研究了2011年10月12日发生在北京海淀区的一次小地震前4天,五个次声监测站点接收到的异常次声波信号.这五路信号的波形一致,均为"N"形脉冲波,且持续时间基本一致,约在一个小时左右.基于Wigner-Ville分布方法对信号进行时频分析发现次声波能量主要集中在0.025Hz的频率以下.五路信号间的相关系数均高达0.8左右.采用波束形成方法对信号源进行成像定位研究,其结果表明:该地震前异常次声波源的位置与地震发生时震中的位置相差约5km.本文的分析结果说明了地震前可能有低频大气次声波的产生,研究这类次声波可能为地震的预测提供一种有价值的信息.

孕震过程中次声波的产生机理

提出了一个临震次声波产生的机理模型,认为孕震末期地质结构动力行为引起的地表变形与空气耦合运动导致可观测次声波．并以日本地震板块为研究对象,建立其数值模型,采用二维瞬态有限元分析方法,分层考虑不同深度地质参数,模拟了日本东北部地区地表的运动,计算了地表位移及次声波压力变化曲线,模拟出了临震次声波,次声信号波形特征、频率范围与实际观测基本一致,结果表明孕震一次声机理模型是合理的．

震前次声波异常信号的研究

根据美国地质调查局公布的地震目录,2002—2008年全球共发生了92次7级以上的地震.其中,78次震前接收到了次声波异常信号,占84.8%.次声波异常信号的幅值均超过1 000 mV,次声异常信号的频率在10-3 Hz量级.异常信号结束后9 d内发震的有45次,占57.7%.本文以这92个地震为统计对象,讨论了震级M、观测点到震中的距离D与次声波异常信号最大幅值Um的关系.结果表明,次声波异常信号与地震的发生有较好的对应关系,但Um与M、D呈现出复杂的关系.

“4·20”芦山地震次声波研究

2013年4月20日北京时间8点2分,放置于成都的数字化次声监测仪实时探测并完整记录了四川省雅安市芦山7.0级地震及以后多次>3级余震的地震次声波全波形数据。通过时间-频率分布分析方法STFT(短时傅立叶变换)对所有特征次声事件信号进行分析处理发现,芦山地震次声波具有显著的特征:(1)具有3～4Hz的特征频率;(2)主震次声波卓越频率为3.2Hz,时频谱峰值能量强度达到220,维持时间长达230s;(3)该次地震的多次余震震级(Ms)与其对应次声波经STFT分析后的峰值强度值(Amax)具有良好的相关关系:Ms=0.60105lgAmax+2.06383,其相关性系数超过0.84。次声波或将为地震、滑坡等由岩石破裂引起的地质灾害的探测和早期预警提供一种新的手段和方法。

基于次声波的天然气管道泄漏检测系统设计

基于声学和流体学等相关理论,研究了天然气管道发生泄漏时次声波产生的机理及信号特点和采集方法,并对声波在天然气管道内的传输速度的算法进行修正,通过GPS模块确定天然气泄漏时的次声波到达首、末站的时间差,从而对泄漏点进行准确的定位,最后给出了天然气管道泄漏检测系统的软、硬件设计方案。

单轴压缩下尾砂胶结充填材料次声波特性试验研究

尾砂胶结充填体常作为地下矿山重要承载单元,其稳定性对矿山的安全开采十分重要。近年来,国内外学者对岩石变形破坏过程中的次声波信号开展了试验研究,但对尾砂胶结充填体变形破坏过程中次声波信号的研究却鲜有报道。为此,开展了尾砂胶结充填材料的次声波试验研究。制备了3种不同灰砂比的尾砂胶结充填材料试件,在RMT-150C岩石力学试验加载系统上进行了单轴压缩次声波试验。首先,研究了不同灰砂比尾砂胶结充填材料试件破坏过程力学特性;其次,着重研究了不同灰砂比的尾砂胶结充填材料试件破坏过程中的次声波信号能率、累计能率、能率关联分形维数、主要频率、频带能量等特征。试验结果分析表明:①随着灰砂比的增加,充填材料试件屈服强度点的相对应变水平和峰值应力呈增大趋势,屈服强度点的相对应力水平和峰值应变呈减小趋势;②不同灰砂比的充填材料试件在单轴压缩破坏全过程均有次声波信号产生,在屈服强度点附近次声波信号能率均出现明显的突增现象。灰砂比越小的试件,次声波信号能率突增点所对应的相对应力水平越高;③采用G-P算法得到不同灰砂比充填材料试件次声波信号能率的关联维数,表明进入屈服强度点后次声波信号能率的关联维数快速降低至最小值,灰砂比越小的试件,次声波信号能率关联维数最小值所对应的相对应力水平越高;④次声波信号的主要频率与灰砂比没有相关性,峰值应力前主要频率集中在0~4 Hz,不同灰砂比充填材料试件出现的次声波信号主要频段(0~1.25,1.25~2.50,2.50~3.75 Hz)能量占比变化规律具有一致性,峰值应力前,0~1.25 Hz频段次声波信号能量占比上升至最大值,2.50~3.75 Hz频段能量占比则降至最小值。

大气中一种低频次声波观测研究

分析大气中存在的一种低频次声波。利用宽频带次声测量传感器阵列组成的广域分布网络,对此种次声波进行了近5年不间断的检测。对所测次声信号的观察统计发现,它与自然事件密切相关。对这种信号波形、频谱、时频图及相关性进行分析进一步发现,该波通常以一组或间歇性多组形式出现,频率主要在0.001～0.02 Hz之间、幅度一般可达50～200 Pa。在2008年3月20日新疆于田地震、2008年5月12日四川汶川地震以及2009年10月29日陕甘川三省交界处的地震前,均检测到了大幅值的低频次声波。本文的分析结论对研究大气次声波的多样性及其与自然现象的关系提供了新的参考,对地震信息探测具有一定的实际意义。

震前次声波信号特征研究

地震波在地球内部四处传播,向大气辐射次声波,称为地震次声波.次声波频率在20Hz以下,振幅衰减小,传播距离远,在大气声道中(从地面到50km的高空)可以传播上千km,有的绕地球数周后仍能被探测到.因此次声波与地震有很好的对应关系,一般情况下世界范围内7级以上地震在震前能观测到次声波异常信号.利用高性能电子计算机和日益完善的信号分析处理技术,找出震前次声波异常信号的内在特征。为以后的地震预报提供重要的参考价值.对地震前接收到的次声波异常信号数字离散化,运用傅里叶变换和小波分析理论对信号进行处理,发现震前接收到的次声波异常信号频率主要集中在0～4×10-3Hz频段,该信号在高尺度段表现出对称有序性,在低尺度段突变明显.

芦山地震(M_S7.0)及玉树地震(M_S5.2)震前次声波异常信号分析

中国地质大学（武汉）三峡库区地质灾害研究中心安装在三峡库区的次声波监测仪在芦山地震（2013年4月20日,MS7.0）和玉树地震（2011年6月26日,MS5.2）震前都接收到有效的异常信号。根据不同台站接收到的次声波异常信号,配合Matlab滤波和小波分析等手段,得出：芦山地震震前次声波信号的频率主要集中在（0~4）×10-3 Hz;玉树地震震前次声波信号的频率主要集中在（0~5）×10-3 Hz,且地震震级越大,震前次声波信号振幅越大。根据野三关和秭归的次声波监测仪在玉树地震震前接收到的次声波异常信号的时间差和震中与次声波监测仪台站之间的距离差,估算出玉树地震震前超低频次声波的波速约为6.4m/s。为探讨地震短临预报的可行性,文中设计了一个大三角套小三角的次声监测阵列以实现震中定位。

芦山地震前后次声波及重力波信号分析

2013年4月20日芦山地震(MS7.0)发生前后,位于三峡库区的次声监测阵列记录下了一系列的次声波与重力波信号。文中首先对不同类型的地震次声波以及重力波做出概念上的区分,然后处理、分析采集到的信号,一一判定信号的类型,厘清次声信号、重力波信号与地震事件间的联系。文中讨论了次声压和大地垂直起伏运动之间的线性耦合,使用简正波叠加的方式生成了仿真地震波,并与次声波进行比较,判定4月20日接收到的地震次声波为本地次声波,次声波形与大地垂直运动速率的波形具有极高的相关度。文中还使用基于S变换的时频分析、基于互相关系数的时差计算以及三角阵定向等方法,对4月18日及22日接收到的重力波做了来波定向。经计算,4月22日来波方向约为254.3°,波速约为9m/s,关联度最强的地震事件为21日凌晨发生的芦山地震余震(MS4.9),三角阵对芦山地震震中的反方位角为267.7°,方位角误差为13.4°;18日来波方向约为220.2°,波速约为28m/s,关联度最强的地震事件为4月17日发生的云南大理地震(MS5.1)及其余震,三角阵对此震中的反方位角为244.7°,方位角误差为24.5°。

1993年7月12日日本北海道地震次声波

１９９３年７月１２日北京时间２１点２１分１９秒在北京中关村次声接收阵上及时地发现并完整地记录了日本北海道地震所产生的当地次声波（包括地震纵波、横波、表面波所辐射的声波）和震中次声波。其中当地次声波分别有：周期为１２ｓ，振幅为０．８Ｐａ，持续３．４ｍｉｎ；及周期为１２ｓ，振幅为０．４Ｐａ，持续１ｍｉｎ和周期为３０ｓ，振幅为１．３Ｐａ，持续１２ｍｉｎ；震中次声波周期为１３７ｓ，振幅为６．９Ｐａ，持续２８ｍｉｎ。它们叠加在周期为１２ｍｉｎ、幅度为１０Ｐａ的大气异常现象的波列上。

2003年日本北海道8.0级地震次声波特征研究

利用在北京昌平安装的次声三点阵,记录了2003年9月26日日本北海道地震的前兆次声波和震后次声波。实际记录的P-t曲线及波速波向图,经快速傅立叶变换得到其三维动态频谱。结果表明:①强震前2-7天能测到振幅很强、方向可测的地震前兆次声波。其频谱特点是:振幅由弱(10-15 Pa)逐渐加强到(50-80 Pa)或更大;先为短周期波(10-30 min),紧跟着长周期波(30-50 min),然后又出现更长的周期波,最后长短周期的波一起出现连成一片(2-62 min);②地震前兆次声波的产生和记录较容易,而当地次声波和震中次声波记录和识别比较困难;③若两地的三点阵波向相交,可预测震中位置。故地震前兆次声波的测量研究。

2000年7～9月强地震的前兆次声波测量研究

介绍强地震前兆观测的一种新方法———次声波法。在北京昌平安装次声三点阵 ,并测量到 2 0 0 0年 7～ 9月强地震的前兆次声波P -t曲线及波速波向图 ,经过快速傅立叶变换得到其三维动态频谱。频谱分析结果表明 :(1)强震前约 10天内常能测到振幅很强、方向可测的地震前兆次声。其三维动态频谱的特点是 :振幅由弱 (10～ 2 0Pa)到逐渐加强 (4 0～ 80Pa)或更大 ;周期先分散在 2～ 19分钟或 2 0～ 6 5分钟 ,最后连成一片 (2～ 6 5分钟 ) ;波形明显不同于流星雨次声、大风次声和雷雨次声 ;(2 )强震前兆次声三维动态频谱的最大振幅不仅受震级大小影响 ,而且与震源距离及深度都有关 ;(3)初步解释了强震前兆次声的产生机理和传播机制 ;(4 )若两地的三点阵波向相交 ,可预测震中位置。故地震前兆次声波的测量研究 。

基于次声波法的天然气管道泄漏检测

次声波泄漏检测系统的硬件由次声波传感器、次声测量网络传输仪、GPS接收器和监控主机组成。泄漏检测软件系统包括数据采集模块、数据预处理模块、泄漏检测和定位模块3部分。将次声波传感器安装在管道两端,在线实时采集次声波信号,提取特征量来判断泄漏发生的位置。当管道发生泄漏时,会产生次声波信号,此信号和正常信号都会被次声波传感器收集到,通过与正常的背景噪音比较,可以判断泄漏是否发生。通过泄漏点的定位距离和泄漏点定位误差的多组实际测试结果发现,天然气管道的泄漏监测软件定位误差最大值为60.488 m,最小值为17.644 m,定位的平均误差为42.413 5 m。

次声波的生理作用研究概况

在广泛文献检索的基础上,综述了次声波对生物的危害、防护以及应用等方面的研究。

次声波在大气中传播过程的衰减研究

该文以次声波为对象,研究其在大气中传播过程的衰减问题。根据温度、密度和压强的不同剖面建立非均匀介质的大气模型。采用WKB(Wentzel、Kramers、Bril-louim)近似方法求解出非均匀介质下的Helmholtz方程。通过该方法分析出次声波声场的分布,解决了次声波在对流层大气中衰减量的计算,并比较了不同地域影响次声波衰减的主要因素。

大气核爆炸次声波远距离传播和监测

大气核爆炸次声波远距离传播和监测谢金来（中国科学院声学研究所，北京·１０００８０）谢照华（中国科学院计算机网络信息中心，北京·１０００８０）１引言次声监测已被联合国列入全面核禁试条约的国际监测系统。次声波远距离传播和实时检测是众所周知和公认的一种非常...