本文關(guān)鍵詞：編碼激勵(lì)在巖石超聲檢測(cè)中的應(yīng)用研究

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【摘要】：編碼激勵(lì)技術(shù)是提高超聲穿透能力和分辨率的有效手段。然而,巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜,其對(duì)編碼激勵(lì)信號(hào)的脈沖壓縮性能影響很大。為驗(yàn)證該項(xiàng)技術(shù)在巖石的超聲檢測(cè)領(lǐng)域的適用性和有效性,并為編碼激勵(lì)在地震探測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用提供參考,本論文對(duì)不同編碼信號(hào)在巖石中的傳播及其脈沖壓縮性能的變化進(jìn)行了研究和探討。本文首先分析了國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀,總結(jié)并闡述了巖石超聲檢測(cè)和編碼激勵(lì)技術(shù)的基本原理和方法,介紹了選取編碼信號(hào)的三項(xiàng)指標(biāo)——主瓣寬度(Mainlobe Width, ML)、積分旁瓣水平(Integrated Side lobe Level, ISL)以及信噪比增益(Gain in Signal to Noise Ratio, GSNR)。同時(shí)通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn),對(duì)比了編碼激勵(lì)技術(shù)與疊加平均技術(shù)壓制噪聲的能力,結(jié)果表明,編碼激勵(lì)技術(shù)不僅能更有效地壓制隨機(jī)噪聲還能壓制有色噪聲。在進(jìn)行巖石的超聲檢測(cè)前,為了更準(zhǔn)確地確定巖石特性對(duì)編碼性能的影響,必須排除噪聲和儀器響應(yīng)對(duì)編碼性能的影響。因此本文通過(guò)仿真和換能器對(duì)接實(shí)驗(yàn),分析并討論了隨機(jī)噪聲、有色噪聲以及超聲換能器對(duì)幾種不同編碼信號(hào)的影響。結(jié)果表明,隨機(jī)噪聲和有色噪聲影響較小,通過(guò)濾波可以改善它們對(duì)GSNR的影響,而換能器影響最大,且幅度加權(quán)線性調(diào)頻信號(hào)調(diào)制的Barker碼(Barker with Tapered Linear Frequency Modulated Carrier, BTL)信號(hào)最不易受其影響。由于并不存在絕對(duì)均勻且沒(méi)有衰減的巖石,無(wú)法了解超聲波在穿過(guò)均勻無(wú)衰減的巖石后波形的變化對(duì)編碼信號(hào)脈沖壓縮性能產(chǎn)生的影響,因此本文對(duì)編碼激勵(lì)超聲波在均勻介質(zhì)中的傳播進(jìn)行了有限差分?jǐn)?shù)值模擬,對(duì)比了單脈沖信號(hào)的模擬結(jié)果。結(jié)果表明,這種波形變化對(duì)脈沖壓縮性能產(chǎn)生影響較小。此外,由于尾波檢測(cè)已成為檢測(cè)巖石性質(zhì)的重要手段,因此本文還模擬了編碼信號(hào)穿過(guò)隨機(jī)介質(zhì)后的波形。模擬結(jié)果表明相位編碼信號(hào)脈沖壓縮后與單脈沖信號(hào)波形一致,可用于尾波檢測(cè)。在數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上,通過(guò)對(duì)不同巖石的超聲檢測(cè)實(shí)驗(yàn),研究并比較了幾類(lèi)編碼信號(hào)的檢測(cè)效果。結(jié)果表明巖石孔隙度、非均質(zhì)性以及頻率相關(guān)衰減都會(huì)不同程度地降低編碼信號(hào)GSNR并展寬MLW；從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看,幅度加權(quán)線性調(diào)頻(Tapered Linear Frequency Modulated，，TLFM)信號(hào)的GSNR損失最大,分辨率損失最小,而正弦調(diào)制Barker碼(Barker with Sine Carrier, BS)信號(hào)GSNR損失最小,分辨率損失最大,從整體上看BTL信號(hào)具有較高的GSNR和較窄的MLW,因此穩(wěn)定性最高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了編碼激勵(lì)技術(shù)的有效性,為巖石超聲檢測(cè)和地震探測(cè)中編碼參數(shù)的設(shè)置提供了依據(jù)。為進(jìn)一步驗(yàn)證編碼激勵(lì)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果,本文利用BS信號(hào)對(duì)巖石的縱波速度進(jìn)行了自動(dòng)檢測(cè),并與單脈沖信號(hào)的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,結(jié)果表明編碼信號(hào)的檢測(cè)結(jié)果更加接近手動(dòng)檢測(cè)結(jié)果。另外,我們還進(jìn)行了巖石的尾波檢測(cè)實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,編碼信號(hào)的檢測(cè)結(jié)果要優(yōu)于單脈沖信號(hào),驗(yàn)證了利用編碼信號(hào)進(jìn)行尾波檢測(cè)的有效性和可靠性。
【關(guān)鍵詞】：編碼激勵(lì) 脈沖壓縮 巖石 超聲 數(shù)值模擬 波速檢測(cè) 尾波檢測(cè)
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地震局地球物理研究所
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：P315.8;TB559
【目錄】：

• 摘要7-9
• Abstract9-11
• 第一章 引言11-16
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 巖石超聲檢測(cè)研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 編碼激勵(lì)研究現(xiàn)狀13
• 1.4 研究目的與意義13-14
• 1.5 研究方法與內(nèi)容14-16
• 第二章 巖石超聲檢測(cè)與編碼激勵(lì)技術(shù)16-27
• 2.1 巖石超聲檢測(cè)技術(shù)16-18
• 2.2 編碼激勵(lì)技術(shù)18-25
• 2.3 編碼激勵(lì)技術(shù)與疊加平均技術(shù)的GSNR對(duì)比25-27
• 第三章 編碼激勵(lì)信號(hào)脈沖壓縮性能的影響因素分析27-37
• 3.1 隨機(jī)噪聲的影響27-31
• 3.2 有色噪聲的影響31-34
• 3.3 超聲換能器的影響34-36
• 3.4 小結(jié)36-37
• 第四章 超聲波在巖石中傳播的數(shù)值仿真研究37-43
• 4.1 波動(dòng)方程的有限差分方法簡(jiǎn)介37-39
• 4.2 均勻介質(zhì)中的超聲波模擬39-40
• 4.3 隨機(jī)介質(zhì)中的超聲波模擬40-42
• 4.4 小結(jié)42-43
• 第五章 巖石特性的編碼激勵(lì)超聲參數(shù)表征分析43-55
• 5.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)43-48
• 5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果48-51
• 5.3 分析與討論51-54
• 5.4 小結(jié)54-55
• 第六章 編碼激勵(lì)在巖石波速測(cè)量中的應(yīng)用55-65
• 6.1 編碼激勵(lì)在巖石波速自動(dòng)檢測(cè)中的應(yīng)用55-58
• 6.2 編碼激勵(lì)在巖石尾波檢測(cè)中的應(yīng)用58-64
• 6.3 小結(jié)64-65
• 第七章 結(jié)論與建議65-67
• 7.1 結(jié)論65-66
• 7.2 存在問(wèn)題與建議66-67
• 參考文獻(xiàn)67-73
• 致謝73-74
• 作者簡(jiǎn)歷、在學(xué)期間研究成果及發(fā)表文章74

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