基于深度神经网络的声事件识别和定向

提出一种卷积循环神经网络联合估计声事件的类型和方向。使用DCASE2020提供的数据集,声事件保持静止或以缓慢的速度在四面体阵列周围移动。提取4个通道的梅尔谱和通道之间的广义互相关谱作为输入的特征图,输出每一帧中声事件的类型和到达角。这种神经网络取得了比两种基线方法更好的识别和定向效果。

基于双输入卷积神经网络的环境声事件识别

针对前融合的特征融合方式不利于卷积神经网络提取高阶特征的问题,提出一种基于双输入卷积神经网络的特征融合框架。该特征融合框架将两种声学特征分别经过不同的卷积和池化策略进行高阶特征提取,将高阶特征进行拼接并送入输出层输出分类结果。这种方式不仅为不同的特征匹配不同的卷积和池化策略,还避免了单位或尺度不同的特征拼接在一起干扰卷积核的特征提取。经公开数据集的评估结果显示,该多特征融合框架相比单一特征和现有的融合方式性能更优。此外,将此框架应用于实际场景下的汽车鸣笛声的识别,结果显示,查全率达到87.7%,查准率达到84.7%,F1度量达到86.2%,优于其他方法,验证了该方法在实际应用中的可行性。

基于改进对数梅尔谱特征的街道环境声事件检测方法

针对现有的环境声事件识别方法对噪声的鲁棒性差以及街道环境声数据少的问题,提出一种改进的对数梅尔谱特征结合卷积神经网络的环境声事件识别方法。该方法将对数梅尔谱及其一阶差分系数和二阶差分系数构建为三维特征,使用卷积神经网络进行分类,提高了街道环境声事件识别的抗噪性能。采用自主设计的环境声采集设备收集了大量的街道环境声数据。实验结果表明,在不同环境声数据集下,该方法比常规的识别方法性能更优。此外,基于该方法提出了一套街道环境声检测系统,经实景测试,该系统的查全率、查准率和置信度分别为94%、87%和90.5%,相比于基于常规识别方法的检测系统具有更好的表现,进而验证了该检测系统的可行性。

含构造煤组合体加载破裂声发射特征试验研究

为研究含构造煤组合体变形破裂过程中煤厚对其声发射特征的影响,对构造煤占比分别为0%、11.11%、20.0%、33.33%、50.0%、62.5%和100.0%的七种含构造煤组合体进行室内单轴压缩声发射试验。结果表明:含构造煤组合体具备全原生煤试件和全构造煤试件两者的声发射特征,即组合体试件压密和弹性阶段声发射信号相对稳定,塑性及破坏阶段的振铃计数和能量的变化更突出,含构造煤组合体的振铃计数稳定区域随着构造煤占比的增加而增加;含构造煤组合体试件的声发射峰值计数和抗压强度随构造煤厚占比的增大而逐渐减小,其变化范围分别为3.24×10~4~1.99×10~4个和22.94~7.65 MPa,且试件的声发射峰值计数和抗压强度与构造煤厚占比之间的拟合曲线呈相似关系;组合体试件中构造煤体的破坏形式主要为张拉剪切复合型破坏并产生局部破碎,原生煤体的破坏形式主要为张拉破坏。随着构造煤占比的增加,加载过程中声发射最大事件数由1 862递减至1 379,组合体的破坏持续时间变长。随着构造煤厚占比的增加,相同轴压时的声发射事件数量越多,近似呈现等比增加关系。

蚀变花岗片麻岩破坏过程中声发射事件的演化规律

通过单轴压缩条件下的声发射试验,分析了蚀变花岗片麻岩破坏过程中声发射事件的演化规律,研究发现:对于多数试件,高能级声发射事件的首次出现可作为岩石处于高应力水平的标志,中能级声发射事件在试件空间内形成贯通分布可作为岩石应力水平进一步上升的标志,最后贯通区出现高能级声发射事件可作为岩石破坏的前兆现象;发生脆性破坏的试件,不会出现中能级声发射事件在试件空间内形成贯通分布的现象;对于含弱区的试件,首个高能级声发射事件会出现于低应力水平,此时岩石内声发射事件呈条带状密集分布于高能级声发射事件周围,其他区域的声发射事件少、能级低。以上研究为利用声发射信息识别岩石应力水平及评价岩石稳定性提供了试验依据。

加载速率对砂岩和花岗岩声发射事件宏微观形成机制的影响

分析了砂岩、花岗岩在不同加载速率下声发射事件的分布特征,并对有、无声发射事件区域的岩石碎片进行电镜扫描,从宏微观并结合声发射信号特征分析了加载速率对声发射事件形成机制的影响。研究表明:随加载速率的增加,镜面区特征逐渐减弱,即其对应的颗粒间的滑移以及岩石内部微裂隙共同作用产生的破坏变少,同时岩石越易发生脆性破坏,其产生的声发射信号多为连续型(或似连续型),不利于形成声发射事件,所以声发射事件数逐渐变少;对于砂岩,微破坏及小的宏观破坏是声发射事件形成的根源,对于花岗岩,颗粒间的位错是声发射事件形成的根源;花岗岩镜面区特征及范围较砂岩明显,即颗粒间的滑移及微裂隙共同作用更加明显,同时宏观上砂岩的破碎程度和规模也远小于花岗岩,所以砂岩的声发射事件数远少于花岗岩;镜面区特征明显说明颗粒间的滑移以及岩石内部微破坏是岩石的主要破坏组成,所以花岗岩从加载开始便有声发射事件,而砂岩没有。砂岩和花岗岩声发射事件的形成机制有着明显的区别。

机车声纹特征事件识别研究

对HX_(D)2型机车机械间进行声学信号采集,确定机车运行正常工况条件下机械间内的声学信号类型,对典型声信号和声事件的信号特点进行分析归纳。实测数据分析表明,在HX_(D)2型机车机械间内采集声信号条件较好,对各典型声事件信号段进行标记提取,利用声纹特征可有效识别出风机、电笛、减速排气等声事件。

不同围压梯度下砂岩力学及声发射特性研究

分别对砂岩试样施加不同围压,在不同围压梯度下,施加轴向荷载,探究应力-应变的变化及声发射产生数量规律;基于离散元理论,采用二维颗粒流PFC2D软件,建立不同围压下砂岩岩石模型,结合试验数据,研究不同围压梯度下砂岩力学特性及声发射事件的产生。结果表明:随着围压的不断增大,砂岩的破坏应力逐渐增大,达到破坏后产生的微裂缝也逐渐增多。

基于混凝土构件的声发射源时域丛集特性的理论研究

与地震产生机制相似,声发射源在时间及空间上也具有丛集特性。为探究声发射源在时域上丛集特性的研究方法,现从定性和定量两个角度,对声发射源丛集特性的表征方法进行探究,并对声发射源的丛集特性进行验证。理论研究表明:丛集特性主要表现为事件分布的不均匀,在定性方面,用混凝土构件在受力作用下同时长内产生的声发射事件的频数对声发射源时域丛集特性进行定性分析;在定量方面,用时间离散系数对声发射源时域丛集特性进行定量刻画。

不同含水状态下砂岩剪切过程中声发射特性试验研究

利用自主研发的煤岩细观剪切试验装置和PCI-2型声发射测试分析系统对饱和度分别为0%,50%和100%三种不同含水状态下砂岩剪切破坏过程中的声发射特性进行试验研究,探讨声发射信号随时间的演化规律及其与砂岩裂纹的开裂、扩展之间的关系。研究结果表明:声发射活动伴随着砂岩整个剪切破坏过程,表现为剪应力峰值前,声发射活动不显著,声发射信号均较小,而在剪应力峰值后声发射信号出现剧增;且随着含水量增加,砂岩抗剪强度依次减小,声发射信号的剧增点出现的时间相应提前;在各含水状态下,声发射事件率峰值出现的时间总是滞后于剪应力达到峰值的时间;饱和度为0%时砂岩表面裂纹出现在剪应力峰值之后,且声发射活动最强烈,破坏时的累计声发射事件数最多,即累计损伤最大;而饱和度为50%和100%时砂岩表面裂纹出现在剪应力峰值之前,破坏后累计声发射事件数相对较少,累计损伤也相应小一些。

声发射技术在地压监测中的应用

对某矿的采空区围岩试样进行了单轴压缩声发射实验,得到了岩石破坏时能率、事件率等声发射参数值,根据这些数值对声发射监测系统参数进行了设置;通过对声发射监测系统长期运行结果的统计,总结出了井下多种活动即岩石声发射、打钻、爆破、人工破碎大块矿石、放矿、敲击的波形及各类波形的参数范围;确定了以能率、事件率为特征的采空区失稳判据,为判断地压灾害提供了可靠依据。

基于声发射计数信息熵的页岩拉压破坏临界特征试验研究

为了清晰了解页岩在拉、压破裂过程中的自组织临界现象,对具有脆性特征的页岩进行不同速率下的单轴压缩和巴西劈裂试验,同步采集全过程声发射事件数。将信息熵理论与声发射事件数结合,定义了声发射事件数信息熵H,得到了加载过程中熵的演化规律。研究结果表明:在拉、压状态下,随着时间推进声发射事件数信息熵呈增长变化且规律相似,当声发射事件数信息熵值保持稳定时(εr接近0.95),岩石进入临界态;通过声发射定位图发现,到达临界点时对应的熵值最大,贯通性裂纹开始形成;进人临界态后,熵值处于稳态,定位信号向着破裂面积聚,直至破坏;通过4个状态的声发射定位变化,揭示了页岩内部的缺陷从开始的缓慢随机发展的无序状态到瞬速按照一定规律发展的有序状态的演化过程,与熵变化形成良好对应;拉、压过程中能量概率密度函数满足幂律分布P■X-r,并存在相近的临界指数。

基于ICEEMDAN和MC-CNN的矿山声发射信号识别分类方法

为精准识别地下矿山声发射事件,采用基于改进的完全集合经验模态分解模型(ICEEMDAN)和多通道卷积神经网络(MC-CNN)模型对声发射信号进行处理后得到分量图,根据各通道输入分量峭度值赋予不同权重,并利用卷积神经网络对输入数据进行训练,最终采用五折交叉实验方法验证该分类识别方法的可行性及有效性。结果表明:基于ICEEMDAN和MC-CNN模型分类识别正确率为97.64%,与其他传统识别方法相比能精准有效地对地下矿山声发射信号进行识别分类,显著提高卷积神经网络的波形识别正确率。研究结果可为地下矿山声发射事件识别分类提供借鉴。

正长花岗岩破坏过程声发射特征试验研究

利用16个通道全波形声发射监测系统对粗晶正长花岗岩开展了单轴压缩声发射试验,得到岩石变形全过程应力和声发射信号波形,计算获得声发射事件数和声发射能量,并对声发射事件进行定位。结果表明:在粗晶正长花岗岩变形破坏过程中,岩石失稳破坏阶段的声发射事件率最大,裂纹快速扩展阶段声发射事件率次之,裂纹压密阶段和裂纹稳定扩展阶段声发射事件率基本相等,线弹性变形阶段声发射事件率最小;从线弹性变形阶段到裂纹快速扩展阶段,直至岩石失稳破坏阶段产生最大应力降时,声发射事件率快速增长,声发射信号的主频快速降低,高频成分逐步减少,主频幅值和时域幅值均快速增大,信号持续时间增长;在最大应力降时,声发射事件率达到最大值,声发射信号的主频最低,主频幅值、时域幅值和信号持续时间均达到最大值,可以认为进入了岩石失稳破坏阶段,岩石有发生破坏的危险,需采取防治措施。

岩石声发射技术的应用与进展

声发射技术是一项很有发展前景的应用技术.本文报道了岩石力学领域内应用声发射的一般概貌,介绍了其在构造应力场、岩石脆性破坏的理论机制、坚硬岩石中地下采矿及采煤过程中经常发生的冒顶、岩爆的监测预报等研究概况,并简述了声发射技术在地震预报、古构造应力场研究及天然滑坡和露天矿边坡失稳等方面的应用.

红砂岩单轴压缩与短时蠕变破坏声发射试验

岩石在不同应力状态下,其声发射特征有所区别,研究对比单轴压缩和蠕变2种状态下岩石的声发射特征对预测岩石破坏具有重要意义。通过进行红砂岩单轴压缩声发射试验和分级加卸载短时蠕变破坏声发射试验,对比分析了2种状态下声发射事件率和振幅的变化规律。试验结果表明:声发射事件率在蠕变破坏和单轴压缩破坏过程中总体规律相近;在单轴压缩破坏过程中在加载早期振幅较大,之后有所减小,直至破坏前增大明显,然而在蠕变破坏过程中,振幅在进入蠕变破坏加速阶段和破坏前均有明显增大的趋势。可见,相对于声发射事件率,振幅在一定程度上可作为蠕变破坏与单轴压缩破坏的声发射判据。

块石对充填体损伤演化影响的声发射表征

块石胶结充填体中块石含量是决定承载能力的关键因素,在RMT-150C材料试验机上进行不同块石含量的尾砂胶结充填体单轴压缩实验,利用1 MHz的宽频声发射传感器采集峰值破坏前各阶段声发射参量,试验结果显示了块石对充填体不同承载阶段应力—应变水平的影响。对比应力—应变—累计声发射事件数关系,发现块石的掺入有利于降低充填体裂纹产生与扩展的速率从而使其承载能力得到加强。分析试验数据得到用累计声发射事件数表征充填体损伤程度的关系式,并得到2组试件的损伤—应变水平关系曲线。分析表明,块石的加入有效抑制充填体前期的损伤增长速率,并使得损伤激增段出现后延趋势。

单轴压缩条件下砂岩声发射特性研究

进行了单轴压缩条件下砂岩的声发射试验,研究了砂岩单轴压缩破坏全过程声发射特性。试验结果表明,岩石破裂过程中,声发射具有与力学参数同步的阶段性特征,且岩石的不同变形阶段的声发射特征不同。根据岩石受压过程中声发射的能量、能率和事件率的变化,能较好地表征岩石受压破坏的时空演化规律。

红砂岩变形演化及声发射主频特征实验研究

以声发射系统和数字散斑相关方法作为实验观测手段,开展红砂岩试件变形场演化及声发射主频特征实验研究。通过单轴加载方式,对一种红砂岩试件加载全过程中的变形场演化、声发射主频信息进行分析,研究红砂岩试件变形场演化与声发射主频分布范围、事件率对应关系以及声发射主频的能量特征。研究结果表明:低主频声发射事件在变形局部化启动时刻开始出现且数量不断增加,随着变形局部化带错动速率增大,声发射主频分布范围显著增加;在红砂岩试件变形局部化阶段,低主频声发射事件率与高主频声发射事件率的量值接近,但量值较小;在应力峰值点处,低主频声发射事件率远大于高主频声发射事件率;在界面滑动阶段,高、低主频声发射事件率量值均较大;红砂岩试件变形破坏过程中,高能量声发射事件主要分布在低主频范围内,低能量声发射事件在高、低主频范围内均有分布。

SYK-1型岩体声发射监测仪

SYK-1型声发射监测仪为直接评价岩体的稳定性,预测和预报冲击地压、冒顶、煤和瓦斯突出提供了有效手段。本文除介绍仪器的原理之外,还向读者提供分析资料的原则。