爆破震動信號分析理論與技術(shù)

本書可作為高等院校礦業(yè)工程、土木工程等專業(yè)研究生的教材，還可作為相關(guān)領(lǐng)域的工程技術(shù)人員和科研工作者的參考書。

《巖石力學(xué)與工程研究著作叢書》序

《巖石力學(xué)與工程研究著作叢書》編者的話

前言

第1章 緒論

1.1 引言

1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及進(jìn)展

1.2.1 爆破地震波的危害機制

1.2.2 爆破震動監(jiān)測

1.2.3 爆破震動信號分析技術(shù)

1.2.4 爆破地震波的傳播規(guī)律

1.2.5 爆破震動峰值強度預(yù)測

1.2.6 爆破震動安全判據(jù)

1.2.7 爆破震動危害控制

第2章 爆破地震波的產(chǎn)生與傳播

2.1 爆破地震波的產(chǎn)生與爆破地震效應(yīng)

2.1.1 爆破地震波的產(chǎn)生

2.1.2 爆破地震效應(yīng)

2.2 爆破地震效應(yīng)的研究方法

2.3 爆破地震波與天然地震波的差異

2.4 爆破地震波的類型及傳播方式

2.4.1 爆破地震波的類型

2.4.2 爆破地震波的傳播方式

2.5 爆破地震波對建（構(gòu)）筑物的危害效應(yīng)

2.5.1 建（構(gòu)）筑物受爆破震動破壞的形式和影響因素

2.5.2 能量破壞機理

2.5.3 爆破震動特性對建（構(gòu)）筑物破壞的影響

2.6 場地對爆破地震波傳播的影響

2.6.1 場地土層的動力特性

2.6.2 場地覆蓋土層對爆破地震波的影響

第3章 爆破震動信號的傅里葉變換

3.1 信號的描述、分類與處理

3.1.1 信號的描述與分類

3.1.2 信號的分析與處理

3.2 傅里葉變換

3.2.1 離散傅里葉級數(shù)

3.2.2 傅里葉譜

3.2.3 傅里葉變換的原理

3.2.4 傅里葉變換的幾個重要的性質(zhì)

3.2.5 信號數(shù)字濾波

3.2.6 信號的短時傅里葉變換

3.3 傅里葉變換在爆破震動信號中的應(yīng)用

3.3.1 獲取爆破震動信號的功率譜

3.3.2 獲取爆破震動信號的優(yōu)勢頻率

第4章 爆破震動信號的小波變換

4.1 小波分析理論

4.2 小波分析中小波函數(shù)（基函數(shù)）的選取

4.3 小波包分析

4.3.1 小波包分析理論

4.3.2 小波及小波包分析算法的實現(xiàn)

4.4 爆破震動信號的小波及小波包分析技術(shù)

4.4.1 爆破震動信號小波分析技術(shù)

4.4.2 爆破震動信號小波包分析技術(shù)

4.4.3 本分析方法的有效性檢驗

第5章 爆破震動信號的HHT法

5.1 HHT方法

5.1.1 EMD原理與算法

5.1.2 Hilbert變換與Hilbert譜

5.1.3 HHT法的優(yōu)越性

5.2 HHT法的仿真實例

5.3 基于HHT的爆破震動信號分析

5.4 HHT法研究的有關(guān)問題

5.4.1 分解方法

5.4.2 信號的物理解釋

5.4.3 端點效應(yīng)

5.4.4 信號長度的選取

5.5 HHT法的完備性與正交性

5.5.1 完備性的驗證

5.5.2 正交性

第6章 爆破震動信號小波變換與HHT法的比較

6.1 信號的分解過程及信息重構(gòu)

6.2 信號的頻譜分析

6.3 信號突變檢測

6.4 信號的分辨率對比

6.5 消噪與濾波

第7章 爆破震動監(jiān)測

7.1 爆破震動測試內(nèi)容與原理

7.1.1 爆破震動測試內(nèi)容

7.1.2 測試的基本原理

7.1.3 測試系統(tǒng)的構(gòu)成

7.1.4 震動測試的幾個重要概念

7.2 爆破震動記錄儀

7.2.1 爆破震動記錄儀的基本要求

7.2.2 國內(nèi)外爆破震動記錄儀介紹

7.3 爆破震動傳感器

7.3.1 非電量電測法和傳感器

7.3.2 傳感器的組成

7.3.3 傳感器的特性

7.3.4 傳感器的一般要求

7.3.5 傳感器頻率要求

7.3.6 傳感器的安裝和定位

7.3.7 爆破中常用傳感器的種類

7.4 爆破震動監(jiān)測實施的原則與方法

7.4.1 測點布置的原則

7.4.2 測震系統(tǒng)的標(biāo)定

7.4.3 爆破震動測試的抗干擾措施

7.4.4 震動記錄儀的設(shè)置

第8章 爆破震動預(yù)測

8.1 爆破震動波形的預(yù)測

8.1.1 線性疊加預(yù)測模型

8.1.2 多頻帶小波系數(shù)預(yù)測模型

8.2 爆破震動強度的預(yù)測

8.2.1 爆破震動峰值速度預(yù)測模型

8.2.2 現(xiàn)有預(yù)測模型存在的問題

8.3 峰值質(zhì)點震速預(yù)測的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

8.3.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理

8.3.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特點

8.3.3 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

8.3.4 峰值質(zhì)點震速預(yù)測的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

8.4 爆破震動峰值質(zhì)點震速預(yù)測

第9章 爆破震動信號在不同頻帶的能量分布特征

9.1 爆破震動監(jiān)測試驗

9.1.1 爆破震動測試系統(tǒng)

9.1.2 爆破震動現(xiàn)場測試

9.2 信號頻帶能量分布規(guī)律的小波包分析

9.2.1 小波包分解深度與小波包基的確定

9.2.2 爆破震動信號的頻帶能量分布特征分析

9.3 爆破條件對信號頻帶能量分布的影響

9.3.1 最大段藥量的影響

9.3.2 總藥量對爆破震動信號頻帶能量分布的影響

9.3.3 爆心距對爆破震動信號頻帶能量分布的影響

9.4 爆破信號能量分布特征的幾點認(rèn)識

第10章 硐室大爆破震動特征分析

10.1 爆破震動信號分析

10.1.1 工程背景

10.1.2 大爆破震動監(jiān)測

10.2 基于HHT方法的震動特征分析方法

10.3 質(zhì)點震動速度峰值與瞬時能量變化特征

10.4 爆破震動頻率變化特征

第11章 結(jié)構(gòu)體對爆破震動的動態(tài)響應(yīng)特征

11.1 反應(yīng)譜理論

11.2 反應(yīng)譜的數(shù)值計算

11.3 反應(yīng)譜計算的實現(xiàn)

11.4 單段爆破震動反應(yīng)譜的特征分析

11.5 多段微差爆破震動反應(yīng)譜的特征分析

第12章 爆破震動危害機制與安全評判

12.1 爆破震動強度特性及其危害機制

12.1.1 震動幅值強度特性及其在震動危害中的作用

12.1.2 震動頻譜特性及其在震動危害中的作用

12.1.3 震動持時特性及其在震動危害中的作用

12.1.4 爆破震動危害機制

12.2 爆破震動安全判據(jù)

12.2.1 單一質(zhì)點震速安全判據(jù)

12.2.2 速度-頻率相關(guān)安全判據(jù)

12.2.3 爆破破壞指數(shù)安全判據(jù)

12.2.4 多因素綜合安全判據(jù)

12.3 基于時-能密度法的爆破震動安全判據(jù)

12.3.1 時-能密度曲線與爆破震動三要素的關(guān)系

12.3.2 爆破震動損傷統(tǒng)一安全判據(jù)的依據(jù)

12.3.3 爆破震動TEDI值預(yù)測

12.4 爆破震動損傷統(tǒng)一安全判據(jù)計算與評判

第13章 爆破震動災(zāi)害主動控制

13.1 爆破震動災(zāi)害控制常用的手段與方法

13.1.1 干擾降震法

13.1.2 改變爆炸參數(shù)

13.2 基于實測爆破震動資料分析的干擾降震法

13.2.1 普通微差干擾降震法的原理

13.2.2 普通干擾降震法的局限性

13.2.3 基于實測爆破震動信號分析的干擾降震法

13.3 最優(yōu)微差延期時間的確定

13.3.1 微差延期時間的識別

13.3.2 微差爆破震動信號的分離

13.4 爆破震動災(zāi)害主動控制

13.4.1 微差延期時間對爆破震動強度的影響

13.4.2 基于微差干擾降震的爆破震動災(zāi)害主動控制

參考文獻(xiàn)

附錄A 爆破震動安全判據(jù)計算結(jié)果

附錄B 爆破震動分析有關(guān)源程序2100433B

叢書名： 巖石力學(xué)與工程研究著作叢書

作　者： 李夕兵，凌同華，張義平　著

出 版 社： 科學(xué)出版社

出版時間： 2009-1-1

字　數(shù)： 380000

版　次： 1

頁　數(shù)： 302

開　本： 16開

印　次： 1

紙　張： 膠版紙

I S B N ： 9787030230317

包　裝： 精裝

所屬分類： 圖書 >> 建筑 >> 建筑施工

第1章 緒論 1

1.1 信息、信號、信號處理技術(shù)與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù) 1

1.2 機電工程中的信號處理技術(shù) 3

1.3 工程測試、控制系統(tǒng)與信號處理 3

1.4 本書宗旨及內(nèi)容安排 5

1.5 習(xí)題 6

第2章 信號與系統(tǒng)的基本概念 7

2.1 系統(tǒng)分析與信號 7

2.2 信號的分類 8

2.2.1 連續(xù)時間信號和離散時間信號 8

2.2.2 周期信號和非周期信號 9

2.2.3 能量有限信號和能量無限信號 10

2.3 典型信號 10

2.3.1 典型連續(xù)非奇異信號 10

2.3.2 典型奇異信號 14

2.3.3 典型離散信號 16

2.4 信號的運算 19

2.4.1 信號的移位、反褶與尺度變化 19

2.4.2 信號相加和相乘 20

2.4.3 信號的周期延拓 20

2.4.4 信號的抽樣 21

2.5 信號的分解 22

2.5.1 直流分量與交流分量 23

2.5.2 偶分量與奇分量 23

2.5.3 實部分量與虛部分量 23

2.6 系統(tǒng)的分類 23

2.6.1 系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 23

2.6.2 連續(xù)時間系統(tǒng)與離散時間系統(tǒng) 25

2.6.3 動態(tài)系統(tǒng)與即時系統(tǒng) 26

2.6.4 線性系統(tǒng)與非線性系統(tǒng) 26

2.6.5 時不變系統(tǒng)與時變系統(tǒng) 27

2.6.6 因果系統(tǒng)與非因果系統(tǒng) 27

2.7 習(xí)題 28

第3章 確定性信號的分析 31

3.1 周期信號的分析 31

3.1.1 定義 31

3.1.2 工程上常用的周期信號 31

3.1.3 周期信號的時域分析 32

3.1.4 周期信號的頻域分析 36

3.1.5 周期信號的有限項傅里葉級數(shù) 43

3.1.6 信號的重構(gòu)和吉伯斯現(xiàn)象 45

3.2 非周期信號的分析——傅里葉變換(Fourier Translation) 46

3.2.1 傅里葉變換 46

3.2.2 頻譜密度函數(shù)F(ω) 48

3.2.3 傅里葉變換存在的條件 48

3.2.4 典型非周期信號的頻譜 49

3.2.5 傅里葉變換的性質(zhì) 52

3.2.6 周期信號的傅里葉變換 56

3.3 能量譜 59

3.4 卷積 61

3.4.1 卷積及其物理意義 61

3.4.2 卷積定理 65

3.5 脈沖抽樣信號的傅里葉變換 68

3.5.1 時域抽樣 68

3.5.2 頻域抽樣 71

3.6 要點和復(fù)習(xí)題 72

3.7 習(xí)題 73

第4章 隨機信號分析 77

4.1 隨機信號及其分析方法 77

4.1.1 隨機信號與隨機過程 77

4.1.2 隨機過程及其描述 78

4.1.3 隨機過程的研究方法 81

4.2 隨機過程的概率分布 82

4.2.1 隨機過程X(t)的一維概率分布 82

4.2.2 隨機過程X(t)的二維(聯(lián)合)概率分布 82

4.2.3 隨機過程X(t)的n維(聯(lián)合)分布函數(shù) 83

4.3 隨機過程的數(shù)字特征 83

4.3.1 隨機過程的數(shù)學(xué)期望和方差 83

4.3.2 隨機過程的協(xié)方差函數(shù)和相關(guān)函數(shù) 85

4.3.3 兩個隨機過程的數(shù)字特征 86

4.4 平穩(wěn)隨機過程 87

4.4.1 平穩(wěn)隨機過程的定義 87

4.4.2 平穩(wěn)過程的數(shù)字特征 87

4.4.3 各態(tài)歷經(jīng)(遍歷）過程 89

4.5 平穩(wěn)隨機信號通過線性系統(tǒng) 92

4.5.1 平穩(wěn)隨機信號通過線性連續(xù)系統(tǒng) 93

4.5.2 白噪聲通過線性系統(tǒng) 99

4.5.3 隨機序列通過線性系統(tǒng) 100

4.6 平穩(wěn)隨機信號分析以及MATLAB實現(xiàn) 101

4.6.1 隨機信號的數(shù)字特征及MATLAB實現(xiàn) 101

4.6.2 隨機信號的時域分析——相關(guān)函數(shù)和協(xié)方差 104

4.6.3 隨機信號的頻域分析——功率譜估計 108

4.7 系統(tǒng)傳遞函數(shù)估計 121

4.8 相干函數(shù) 124

4.9 運用功率譜分析提取微弱信號實驗 126

4.10 要點和復(fù)習(xí)題 138

4.11 習(xí)題 138

第5章 模擬信號的數(shù)字化 141

5.1 模擬信號的數(shù)字化過程 142

5.2 采樣定理 145

5.2.1 頻混現(xiàn)象 145

5.2.2 采樣頻率 146

5.2.3 信號復(fù)原 146

5.3 信號的預(yù)處理 148

5.3.1 信號編排（野點剔除） 148

5.3.2 信號檢驗 149

5.3.3 信號準(zhǔn)備 150

5.4 要點和復(fù)習(xí)題 154

5.5 習(xí)題 154

第6章 離散時間信號的分析 155

6.1 離散時間信號的z域分析 155

6.1.1 z變換的定義 155

6.1.2 z變換的收斂域 155

6.1.3 常用序列及其z變換 156

6.1.4 z變換的性質(zhì) 158

6.2 離散傅里葉變換 158

6.2.1 離散時間信號的z變換與傅里葉變換的關(guān)系 159

6.2.2 離散傅里葉變換的定義 160

6.2.3 離散傅里葉變換的性質(zhì) 161

6.3 快速傅里葉變換（FFT） 162

6.3.1 快速傅里葉變換算法 162

6.3.2 利用快速傅里葉變換（FFT）進(jìn)行譜分析 164

6.3.3 利用FFT計算線性卷積——快速卷積 166

6.4 窗函數(shù) 168

6.4.1 引入窗函數(shù)的必然性 168

6.4.2 常用窗函數(shù)的特點 170

6.4.3 窗函數(shù)的選擇 175

6.5 要點和復(fù)習(xí)題 175

6.6 習(xí)題 176

第7章 數(shù)字濾波器 177

7.1 數(shù)字濾波器的基本概念 177

7.1.1 濾波器基本原理 177

7.1.2 濾波器的分類 178

7.1.3 濾波器的技術(shù)要求 178

7.2 數(shù)字濾波器的設(shè)計 179

7.2.1 IIR濾波器 179

7.2.2 FIR濾波器 186

7.3 要點和復(fù)習(xí)題 189

7.4 習(xí)題 189

第8章 信號分析與處理技術(shù)的工程應(yīng)用 190

8.1 測試信號幅值域分析及工程應(yīng)用 190

8.1.1 信號幅值的統(tǒng)計特征參數(shù) 190

8.1.2 測試信號幅值域分析的工程應(yīng)用實例分析 194

8.2 測試信號相關(guān)分析及工程應(yīng)用 205

8.2.1 工程測試信號相關(guān)分析的重要性 205

8.2.2 相關(guān)函數(shù)的物理意義 206

8.2.3 相關(guān)函數(shù)的性質(zhì) 208

8.2.4 測試信號相關(guān)分析的工程應(yīng)用 210

8.3 測試信號頻譜分析及工程應(yīng)用 217

8.3.1 自譜密度函數(shù)的導(dǎo)出和定義 218

8.3.2 雙邊和單邊自功率譜密度函數(shù) 218

8.3.3 自功率譜密度函數(shù)的物理意義 219

8.3.4 自功率譜密度函數(shù)的性質(zhì) 219

8.3.5 頻譜分析的幾種常用描述方法 221

8.3.6 測試信號頻域分析的工程應(yīng)用 222

8.4 要點和復(fù)習(xí)題 227

8.5 習(xí)題 227

參考文獻(xiàn) 229 2100433B

音頻是多媒體中的一種重要媒體。我們能夠聽見的音頻信號的頻率范圍大約是20Hz-20kHz，其中語音大約分布在200Hz-3kHz之內(nèi)，而音樂和其他自然聲響是全范圍分布的。聲音經(jīng)過模擬設(shè)備記錄或再生，成為模擬音頻，再經(jīng)數(shù)字化成為數(shù)字音頻。這里所說的音頻分析就是以數(shù)字音頻信號為分析對象，以數(shù)字信號處理為分析手段，提取信號在時域、頻域內(nèi)一系列特性的過程。

各種特定頻率范圍的音頻分析有各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域。例如，對于200－3000Hz之間的語音信號的分析主要應(yīng)用于語音識別，其用途是確定語音內(nèi)容或判斷說話者的身份；而對于20－20000Hz之間的全范圍的語音信號分析則可以用來衡量各類音頻設(shè)備的性能。所謂音頻設(shè)備就是將實際的聲音拾取到將聲音播放出來的全部過程中需要用到的各類電子設(shè)備，例如話筒、功率放大器、揚聲器等，衡量音頻設(shè)備的主要技術(shù)指標(biāo)有頻率響應(yīng)特性、諧波失真、信噪比、動態(tài)范圍等。