[发明专利]一种基于钻杆传播的声波信号测量与处理方法

权利要求书

1.一种基于钻杆传播的声波信号测量与处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一，布局传感器：

在接收端布局双通道声波接收传感器；所述的双通道声波接收传感器包括振动传感器1、振动传感器2、振动传感器3和振动传感器4；

所述的振动传感器1和振动传感器3用于采集背景噪声和用于响应测量；

所述的振动传感器2和振动传感器4用于实时采集钻孔中编码振动信号；

所述的振动传感器1和振动传感器3的灵敏度均大于所述的振动传感器2和振动传感器4的灵敏度；

步骤二，采集背景噪声信号：

保持钻杆机械处于正常工作状态，声波发射装置的声波发射换能器停止工作，振动传感器1或振动传感器3感知周围环境的背景噪声并将其转换为电信号，振动传感器1或振动传感器3以采样频率为fs采集井下的背景噪声，然后存储；

步骤三，计算传递函数：

声波发射装置产生单位冲击信号，单位冲击信号经过钻杆传输到振动传感器1或振动传感器3，振动传感器1或振动传感器3采集信号并存储，通过傅里叶变换方法得到频域内的传递函数；

步骤四，EMD域谱相减滤波：

对所述的振动传感器1或振动传感器3采集的背景噪声信号和所述的振动传感器2或振动传感器4采集包含噪声的数字电信号分别进行EMD分解，然后对得到的IMF进行EMD域的谱相减，得到不含噪声的数字电信号；

步骤四中，该步骤的具体过程如下：

设信号为x(t)，信号的上包络线和下包络线分别为u(t)和v(t)，则上包络线和下包络线的平均曲线为m(t)，m(t)＝[u(t)+v(t)]/2；

用x(t)减去m(t)后残差部分为h₁(t)，h₁(t)＝x(t)-m(t)；

式中：

t表示时间变量；

用残差代替x(t)，再求出上包络线和下包络线之和，重复以往过程，直到所得的满足IMF条件；最终得到所有的IMF及残余量，而原始x(t)是所有IMF及残余量之和，背景噪声和数字电信号进行EMD分解后得到的信号分别为：

式中：

x₁(t)表示传感器接收的背景噪声信号；

x₂(t)表示传感器接收的数字电信号；

n表示IMF分量的个数；

c_1i表示背景噪声信号EMD分解后得到的IMF分量；

c_2i表示数字电信号进行EMD分解后得到的IMF分量；

r_1n表示背景噪声信号IMF分解得到的残差信号；

r_2n表示数字电信号进行IMF分解得到的残差信号；

对x₁(t)和x₂(t)分别相减得到去噪后的IMF及残余，再对去噪后的IMF及残余求和即可恢复去噪后的数字电信号；

步骤五，解卷积滤波：

根据步骤三得到的传递函数H(ω)，将传递函数H(ω)分解为最小相位部分和全通部分，H(ω)＝H_min(ω)H_all(ω)；

式中：

H_min(ω)表示最小相位部分；

H_all(ω)表示全通部分；

对所述的最小相位部分设计维纳反卷积滤波器，采用维纳反卷积滤波器对步骤四中的振动传感器2或振动传感器4滤波后的数字电信号进行解卷积滤波。

2.如权利要求1所述的基于钻杆传播的声波信号测量与处理方法，其特征在于，步骤一中，所述的振动传感器1的灵敏度低于所述的振动传感器3的灵敏度；所述的振动传感器2的灵敏度低于所述的振动传感器4的灵敏度。

3.如权利要求1所述的基于钻杆传播的声波信号测量与处理方法，其特征在于，步骤一中，所述的双通道声波接收传感器均采用压电型振动传感器。

4.如权利要求1所述的基于钻杆传播的声波信号测量与处理方法，其特征在于，步骤二中，所述的振动传感器1或振动传感器3的采样频率为fs大于传输的声波信号的最高工作频率的2倍，振动传感器1的采样时间不小于20s。