田晟+韓巍+何智楠+毛天岐??

摘要：針對(duì)煤巖聲發(fā)射信號(hào)具有衰減性的特征，創(chuàng)建了模擬信號(hào)函數(shù)，獲得原始信號(hào)與含噪信號(hào)，并對(duì)選取了sym8、db10小波基，確定了分解層數(shù)，應(yīng)用“heursure準(zhǔn)則”和“rigrsure準(zhǔn)則”兩種閾值方法進(jìn)行了試驗(yàn)。利用信噪比公式和均方誤差公式分別得到信噪比和均方誤差，并分析了不同小波基的降噪效果。

關(guān)鍵詞：煤巖壓裂；聲發(fā)射信號(hào)；小波分析；閾值去噪

中圖分類號(hào)：TB

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.12.096

0引言

為了得到聲發(fā)射現(xiàn)象發(fā)生的位置，通常需要對(duì)聲發(fā)射源進(jìn)行定位，為了定位準(zhǔn)確，需要首先對(duì)聲發(fā)射源信號(hào)進(jìn)行去噪，去噪后的信號(hào)可以應(yīng)用于石化、電力、材料、金屬加工、民用工程、交通運(yùn)輸、航空與航天等領(lǐng)域，本文應(yīng)用小波閾值去噪方法對(duì)煤巖壓裂信號(hào)進(jìn)行處理，具有重要的理論研究意義和廣泛的實(shí)用價(jià)值。

1聲發(fā)射現(xiàn)象

聲發(fā)射從廣義上可認(rèn)為是在外力作用下，激發(fā)能量波在材料中傳播的現(xiàn)象。當(dāng)材料受到內(nèi)力或外力作用時(shí)，材料的局部可能會(huì)釋放能量，并產(chǎn)生瞬態(tài)的彈性波，這種現(xiàn)象稱為聲發(fā)射。

一般情況下，可將聲發(fā)射信號(hào)分為突發(fā)型、連續(xù)型和混合型，然而實(shí)際工程當(dāng)中，噪聲的存在影響著對(duì)聲發(fā)射源位置的判斷。因此，在進(jìn)行特征提取之前，應(yīng)對(duì)聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行降噪處理，采用小波閾值去噪方法減少噪聲的影響。

2聲發(fā)射信號(hào)小波去噪

在煤巖聲發(fā)射信號(hào)處理中，常用的方法包括參數(shù)法和波形分析法，然而對(duì)于實(shí)際的聲發(fā)射信號(hào)，含有不可預(yù)知的噪聲，因此在進(jìn)行信號(hào)分析之前，需要應(yīng)用小波去噪的方法去除噪聲。本文應(yīng)用默認(rèn)閾值消噪對(duì)聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行信噪分離。通過對(duì)比兩種閾值規(guī)則的去噪效果，得到煤巖聲發(fā)射信號(hào)降噪的有效方法。

實(shí)驗(yàn)中采用信噪比SNR和均方根誤差RMSE2個(gè)指標(biāo)來評(píng)估降噪性能。信噪比定義為：

SNR=101G（Nn=1s2（n）Nn=1[fd（n）-s（n）]2）

（1）

均方根誤差定義為：

RMSE=1N∑n（fd（n）-s（n））2

（2）

式中，n表示采樣點(diǎn)數(shù)，s（n）表示原始信號(hào)，fd（n）表示降噪后的信號(hào)。

假設(shè)一個(gè)具有衰減性的聲發(fā)射信號(hào)，并疊加一個(gè)均勻分布的偽隨機(jī)信號(hào)進(jìn)行消噪試驗(yàn)，信號(hào)長度為1000。原始模擬信號(hào)和含噪信號(hào)如圖1所示。

分別采用db10小波基和sym6小波基，由于小波分解層數(shù)過低或過高都無法得到較好的去噪效果，通過仿真對(duì)比，最終選擇五層小波分解，應(yīng)用不同的閾值準(zhǔn)則對(duì)含噪聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行去噪處理。

（1）選用sym8小波基進(jìn)行五層分解。分別利用heursure、rigsure兩種不同閾值規(guī)則，采用軟閾值進(jìn)行閾值去噪，去噪結(jié)果如圖2所示。

3小波閾值去噪結(jié)果分析

通過對(duì)煤巖壓裂聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行小波閾值去噪，對(duì)比圖2、圖3可知：

（1）當(dāng)小波分解層數(shù)選為五層時(shí)，在heursure閾值規(guī)則消噪的情況下，sym8小波基得到的信噪比較大，說明此時(shí)去噪效果較好。

（2）由兩種閾值規(guī)則的去噪效果圖可以看出，heursure準(zhǔn)則得到的降噪圖形比較光滑；rigrsure準(zhǔn)則得到的降噪圖形比較粗糙。

4結(jié)論

本文針對(duì)巖石類聲發(fā)射信號(hào)做了仿真實(shí)驗(yàn)，由于實(shí)際工程中得到的聲發(fā)射信號(hào)都包含噪聲，且噪聲可能具有隨機(jī)性和復(fù)雜性，因此需要通過選取不同的小波基，比對(duì)不同分解層數(shù)的影響進(jìn)行對(duì)比分析。通過本文仿真可知，應(yīng)用“heursure準(zhǔn)則”、“rigrsure準(zhǔn)則”進(jìn)行降噪處理后得出：采用“heursure準(zhǔn)則”得到的降噪效果較好，信噪比較大。

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