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振动特征传感器理论研究

作　者: 于阿涛
导　师: 赵鸣
学　校: 同济大学
专　业: 结构工程
关键词: 信号处理振动特征场地液化识别
分类号: P315.62
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 138次
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内容摘要

我国处于环太平洋地震构造系和大陆地震构造系的交汇部位，因此我国的地震频繁而强烈。地震除了造成工程破坏等直接损失之外，还会引起如火灾等次生灾害，造成巨大的经济损失。为了减少地震造成的损失，本文研究了振动特征传感器，该传感器可用于重大工程和生命线系统工程，该传感器每隔一段时间计算一次场地振动特征，根据计算的场地振动特征进行地震报警，防止由于仅依靠振动幅值进行地震报警而引起的误判。振动特征传感器计算的振动特征还可以指导地震后救灾活动。本文工作主要围绕特征传感器进行，重点放在特征传感器各个功能模块的选取上：信号预处理、振动特征的选取。此外，研究了根据场地地震加速度记录识别场地液化的方法。信号预处理部分：对于压电传感器测量的加速度信号，在分析信号之前，需要对信号进行预处理，信号预处理针对信号中的趋势项进行。分析几种常用的消除趋势项的滤波方法，得出结论：可以采用Butterworth高通滤波器和最小二乘法滤波对信号趋势项进行预处理。振动特征部分：分析了261条地震竖向记录，采用基于统计方法识别P波初动，并对P波初动后3秒内的振动特征进行分析，提出场地速度、谱成分、过零周期等振动特征区分地震与非地震振动；分析实测的489条非地震振动和1642条地震水平向记录，分析整个振动时程，提出谱成分、过零周期等振动特征区分地震与非地震振动。场地液化识别：参考现有的根据场地加速度记录分析场地液化的方法，采用小波分解和Hilbert谱分析求解场地的瞬时频率，根据场地瞬时频率识别场地的液化情况。最后，根据以上的研究，理论上提出了分析全时程振动的特征传感器结构示意图，以及特征传感器各部分的功能。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
第一章绪论  11-16
  1.1 课题背景  11-12
  1.2 地震报警的现状和进展  12-15
  1.3 本论文研究内容及课题意义  15-16
第二章振动特征传感器数据预处理  16-28
  2.1 振动特征传感器数据采集装置  16
  2.2 压电传感器误差来源  16-17
  2.3 数据预处理方法  17-27
    2.3.1 几种常用消除趋势项的滤波器  17-20
    2.3.2 Butterworth 滤波、小波滤波、最小二乘法数据滤波比较  20-27
  2.4 本章小结  27-28
第三章地震震相到时提取  28-39
  3.1 地震震相概述  28
  3.2 地震震相拾取方法  28-33
    3.2.1 STA/LTA  28-29
    3.2.2 水平能量于总能量的比  29
    3.2.3 基于协方差矩阵的到时拾取方法  29-31
    3.2.4 径向和切向关系  31-32
    3.2.5 自相关系数(AR)  32
    3.2.6 基于统计方法的P波拾取方式  32-33
  3.3 地震震相拾取方法  33-38
  3.4 本章小结  38-39
第四章场地振动特征  39-61
  4.1 场地振动特征理论  39-45
    4.1.1 振动幅值  39-40
    4.1.2 振动过零周期  40
    4.1.3 振动频谱特性  40-45
  4.2 几类振动的振动特征  45-59
    4.2.1 几类非地震振动特征  45-50
    4.2.2 P波初动后前3秒的振动特征  50-55
    4.2.3 全时程地震场地振动特征  55-59
  4.3 本章小结  59-61
第五章场地液化分析  61-87
  5.1 影响场地液化的因素  61-62
    5.1.1 砂土、粉土的特性  62
    5.1.2 液化前砂土、粉土所处的起始应力条件  62
    5.1.3 场地动力作用的特性  62
  5.2 采用加速度时程判别场地液化的方法  62-63
    5.2.1 采用场地振动特征识别液化  63
    5.2.2 采用场地瞬时频率识别液化  63
  5.3 采用场地瞬时频率识别场地液化  63-85
    5.3.1 小波分析理论  64-69
    5.3.2 Hilbert谱分析  69
    5.3.3 小波分解和Hilbert谱分析识别瞬时频率  69-70
    5.3.4 小波分解和Hilbert谱分析识别场地液化  70-85
  5.4 本章小结  85-87
第六章总结和展望  87-90
  6.1 总结  87-88
  6.2 展望  88-90
致谢  90-91
参考文献  91-97
个人简历在读期间发表的学术论文与研究成果  97

振动特征传感器理论研究

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