爆破振动测试的数据处理

爆破振动测试的数据处理

爆破地震波和结构动力响应信号都属于随机信号，在记录到的波形图上，它的频率、振幅都是随时间不规则变化，信号分析和数据处理是去伪存真的过程。一些测试仪器直接通过电子计算机给出测振数据及处理结果，非常简便，但在实际作业中，有时需要用人工的方法进行比较简单和初步的分析和处理。主要包括振幅、振动频率、持续时间以及频谱分析、振动效应传播及衰减规律分析等。 A 波形的直观分析和数据处理波形直观分析是从波形图上量取确定有用的数据。这个分析方法比较简单、省时、实用，而又具有一定精度，一般来说，主要是量取主振相的最大振幅，即波形上的最大偏移。当波形图在基线两侧很不对称时，一般只读取峰值，即最大振幅A，而振动参量数字V是将振动波形的幅值A乘以测振仪器系统的标定灵敏度值K，即V=A·K式中 A——记录波形的幅值，mm； K——测试系统灵敏度标定值，若为速度则K的单位为cm/（s·mm）。随着计算机技术的发展，目前多采用专业软件对测试波形进行处理和分析，则系统的灵敏度单位为mm/s·mV，即电压灵敏度，而记录波形的幅值单位为电压值mV，同样可按式计算。B 振动频率（周期）振动波形的频率比较复杂，用直观分析法时，量取周期比量取频率方便，取最大振幅相邻两个峰或两个谷之间的时间为周期T，其倒数即为振动波形的主频率，即f=1/T。此频率为该振动波形中占优势的主频率。C 振动持续时间振动持续时间指测点运动开始到全部停止所持续的时间。由于实测的波形图上质点运动开始和停止的时间不易确定，通常规定，若记录中最大振幅为A，则从振幅A/e开始到波形衰减到A/e为止的一段时间作为爆破振动持续时间，e为自然对数，取值为2.7。还应指出，在进行波形分析和处理时，尤其是现场测试中会受到各种干扰的影响。例如，由于测试系统的漂移、漏电、其他干扰等种种原因，会造成实测记录波形的基线漂移，这将给分析结果造成误差。这种情况下首先应对波形的基线进行处理，然后按修正后的波形进行波形分析和数据处理，去掉高频干扰；量程挡位选取不合理时，会使波形溢出，此时要考虑对波形的延拓；涉及时间量时，必须注意记录装置给出的时标及波形记录速度；当记录的测点较多时，必须搞清各个波形之间的关系，一个测点一个测点地去进行波形分析。数据处理的过程，实质上是从测试波形中提取有用信息的过程。对呀爆破振动监测，最重要的数据是爆破振动最大振幅即振动主频率。D 振动信号的频谱分析爆破振动信号是一个复杂的随机信号，包含有很多频率成分，其中有一个或几个为主要频率成分。在振动分析中，不同频率成分的信号对结构对设备的影响是很不相同的。因此，在爆破振动分析中就很有必要了解振动信号的频率成分以及建筑结构的固有频率等特性。以时间历程的方法描述振动过程称为时间域表示，而一个复杂的振动信号包含很多频率成分的谐波，将时间域信号变换为用频率域信号表示，以求得各种频率成分和它们响应的幅值、能量、相位等，这就是频谱分析，它对研究爆破地震波的特性以及结构的动力反应是很有意义的。爆破振动信号频谱分析，主要是指幅值谱、功率谱和相位谱等。（1）幅值谱。幅值谱是动态信号中所包含的各次谐波幅度（振幅）值的全体，表征幅值随频率的分别情况，以及最大幅值所对应的作用频率。（2）相位谱。相位谱是各次谐波相位值的全体，表征相位随频率的分布情况。（3）功率谱（即功率密度谱）。功率谱是各次谐波能量（或功率）的全体，表征各谐波能量（或功率）随频率的分布情况。对应爆破振动这样的随机信号而言主要是功率密度谱作频谱分析。频谱分析以傅立叶级数和傅立叶变换为基础，目前多以专用软件进行快速傅立叶计算来分析（即FFT算法）。通过频谱分析主要解决以下问题：（1）分析研究动态信号的频率结构，求得振动参量中各个频率成分和频率分布的范围；（2）求得振动参量各个频率成分的幅值分布，从而得到主要幅度和能量分布的频率值；（3）利用求得各频率成分及其幅值、相位角，可用来对实测波形进行修正，从而得到真实的波形。