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方案

本发明专利技术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；本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
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专利技术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。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，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，本专利技术采用下述技术方案：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,…,xN本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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....

【专利技术属性】
技术研发人员：李术才，许新骥，刘斌，王静，张法业，隋青美，李尧，聂利超，刘征宇，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37