[发明专利]一种岩体电磁辐射信号采集与处理装置及方法

摘要

一种岩体电磁辐射信号采集与处理装置及方法，属于岩体测试仪器领域。由全向天线、信号放大电路、滤波电路、A/D转换电路和FPGA最小系统构成。全向天线由第一磁棒天线、第二磁棒天线、第一可调双联电容、第一磁环变压器、第二可调双联电容、第二磁环变压器和第三磁环变压器构成。FPGA最小系统包括原始电磁辐射信号接收模块、信号分解与提取模块、信号幅值标准差计算模块、噪声添加模块、信号划分模块、信号去噪模块、信号重构模块和信号分频模块。对被测区域的电磁辐射信号进行全向采集并进行放大与滤波处理后，基于AEEMD‑IWT方法对岩体电磁辐射信号进行去噪及分频处理，得到不同频率点的电磁辐射信号幅值，及全频段内不同时间点的电磁辐射信号幅值。

主权项

一种岩体电磁辐射信号采集与处理装置，其特征在于：该装置由全向天线、信号放大电路、滤波电路、A/D转换电路和FPGA最小系统构成；所述全向天线由第一磁棒天线、第二磁棒天线、第一可调双联电容、第一磁环变压器、第二可调双联电容、第二磁环变压器和第三磁环变压器构成；所述第一可调双联电容同时与所述第一磁棒天线和所述第一磁环变压器的一次侧相连接；所述第二可调双联电容同时与所述第二磁棒天线和所述第二磁环变压器的一次侧相连接；所述第一磁环变压器的二次侧和所述第二磁环变压器的二次侧同时与所述第三磁环变压器的一次侧相连接；所述第三磁环变压器的二次侧与所述信号放大电路的输入端相连接；所述信号放大电路的输出端连接所述滤波电路的输入端；所述滤波电路的输出端连接所述A/D转换电路的输入端；所述A/D转换电路的输出端连接FPGA最小系统；所述FPGA最小系统用于对从A/D转换电路接收的电磁辐射信号进行去噪和分频处理，其进一步包括：原始电磁辐射信号接收模块，用于从A/D转换电路实时接收原始电磁辐射信号，并发送给信号幅值标准差计算模块和信号分解与提取模块；信号分解与提取模块，利用EMD算法将原始电磁辐射信号分解为从高频到低频的n阶IMF分量并从中提取出原始电磁辐射信号的有效高频成分并发送至信号幅值标准差计算模块；利用EMD算法将新信号分解为从高频到低频的m阶IMF分量并发送给信号划分模块；信号幅值标准差计算模块，计算原始电磁辐射信号的幅值标准差σ0；计算原始电磁辐射信号中有效高频成分的幅值标准差σh；计算σh与σ0的比值ε；根据σ0和ε，计算预添加辅助白噪声信号的幅值标准差σn；根据预设的原始电磁辐射信号EMD分解的相对误差最大值εn，求出集合平均次数M；噪声添加模块，将满足幅值标准差σn和集合平均次数M条件的辅助白噪声信号添加到原始电磁辐射信号中，得到新信号，并将该新信号发送到信号分解与提取模块；信号划分模块，根据连续均方差准则确定分界点k后，将新信号所分解的从高频到低频的n阶IMF分量划分为两部分：以噪声为主导模态的前k个IMF分量和以信号为主导模态的后n‑k个IMF分量；信号去噪模块，利用IWT算法对以噪声为主导模态的前k个IMF分量进行去噪处理；信号重构模块，对去噪处理后的以噪声为主导模态的前k个IMF分量和以信号为主导模态的后n‑k个IMF分量进行重构，得到重构后的电磁辐射信号；信号分频模块，对重构后的电磁辐射信号进行FFT分频处理，得到不同频率点的电磁辐射信号幅值，及全频段内不同时间点的电磁辐射信号幅值。