基于振动检测的地下次声检测关键技术研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:nmhnhjcf
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地震、火山喷发、泥石流、雪崩等自然现象给人类带来巨大的灾害和损失,当前对自然灾害的预测十分急迫。近年来,检测自然灾害发生前产生的次声波是自然灾害预测的主要方式之一。常规的次声波检测方法是使用高精度高成本的次声传感器对大气中的次声进行检测,当声源位于地下时,如果能直接检测地下的次声信号,将会降低对次声传感器的要求,从而减少大量成本,在更大地理范围布设传感器网络,更好更准确地预测声源位于地下的自然灾害。本文以从太空中检测到地震的文章为启示,提出一种基于振动检测的地下次声检测方法,并针对地下次声波及其产生的振动之间的关系问题,加速度传感器所检测到的加速度值与振动之间的关系问题等关键技术进行研究。鉴于此,本文开展了下述研究:(1)针对加速度传感器所检测到的加速度值与振动之间的关系问题,本文通过分析加速度传感器的工作机理,结合MEMS传感器信号幅值在低于自然频率范围内没有衰减的特性,得出加速度传感器所检测到的加速度值与振动速度之间的关系式,通过该式即可通过加速度传感器检测地下次声波。(2)通过分析声波的折射定律和衰减特性得出,相对于传统次声检测方法,基于振动检测的地下次声检测方法具有检测精度更高,干扰源更少,对检测所需的传感器精度要求更低等优点。(3)本文提出了一种地下次声检测装置的总体设计方案,该装置以各声源位于地下的自然灾害次声波信号的特性为基础并结合嵌入式技术中软硬件系统以及相应的算法来进行设计。本设计选择MMA7260加速度传感器对地下次声波产生振动信号的模拟电压信号的采集,将信号经过低通滤波和放大电路处理,并通过STC15F2K60S2单片机进行软件滤波和模数转换,然后通过FFT(快速傅里叶变换)变换得到所采集的地下次声波产生振动信号的频谱特性,并以此来判断是否存在有自然灾害产生的次声波信号。本设计搭建并使用6~20Hz次声波发生器和0.01~5Hz次声振动台分别对该装置进行检测,来验证基于振动检测的地下次声检测方法的合理性。本文通过对地下次声检测装置的实验验证,得出该装置的测试结果满足所推算出的加速度传感器检测的加速度值和次声所产生的振速值之间的关系,证明了基于振动检测的地下次声检测方法的合理性。在未来,该装置可望对声源位于地下自然灾害产生的地下次声波进行进一步的研究。相较于其它主流次声传感器通过检测空气压强变化的方式检测次声,本文创新性地提出了一种埋于地下检测地下振动的方式检测次声的方法,并为此制作出地下次声检测装置。但是由于条件所限,且当前对地下次声的研究较少,故缺少实验结果与标准传感器测量值的比对。
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