瑞利波探測儀價格

1. 哪位高手介紹下紅外線非接觸技術

研究紅外輻射的產生、傳播、轉化、測量及其應用的技術科學。任何物體的紅外輻射包括介於可見光與微波之間的電磁波段。通常人們又把紅外輻射稱為紅外光、紅外線。實際上其波段是指其波長約在0.75微米到1000微米的電磁波。通常人們將其劃分為近、中、遠紅外三部分。近紅外指波長為0.75～3.0微米；中紅外指波長為3.0～20微米；遠紅外則指波長為20～1000微米。在光譜學中，波段的劃分方法尚不統一，也有人將0.75～3.0微米、3.0～40微米和40～1000微米作為近紅外、中紅外和遠紅外波段。另外，由於大氣對紅外輻射的吸收，只留下三個重要的"窗口"區，即1～3微米、3～5微米和8～13微米可讓紅外輻射通過，因而在軍事應用上，又分別將這三個波段稱為近紅外、中紅外和遠紅外。8～13微米還稱為熱波段。
紅外技術的內容包含四個主要部分：1.紅外輻射的性質，其中有受熱物體所發射的輻射在光譜、強度和方向的分布；輻射在媒質中的傳播特性--反射、折射、衍射和散射；熱電效應和光電效應等。2.紅外元件、部件的研製，包括輻射源、微型製冷器、紅外窗口材料和濾光電等。3.把各種紅外元、部件構成系統的光學、電子學和精密機械。4.紅外技術在軍事上和國民經濟中的應用。由此可見，紅外技術的研究涉及的范圍相當廣泛，既有目標的紅外輻射特性，背景特性，又有紅外元、部件及系統；既有材料問題，又有應用問題。
[相關技術]探測技術;精確制導技術;光電子技術;先進材料技術
[技術難點]
紅外技術的發展關鍵在於紅外材料的研製、紅外設備的製冷、紅外設備向更長波段發展、紅外焦平面陣列器件的研製和紅外設備與數據處理設備的結合等。
[國外概況]
自從1800年英國天文學家F·W·赫歇爾發現紅外輻射至今，紅外技術的發展經歷了將近兩個世紀。從那時開始，紅外輻射和紅外元件、部件的科學研究逐步發展，但發展比較緩慢，直到1940年前後才真正出現現代的紅外技術。當時，德國研製成硫化鉛和幾種紅外透射材料，利用這些元、部件製成一些軍用紅外系統，如高射炮用導向儀、海岸用船舶偵察儀、船舶探測和跟蹤系統，機載轟炸機探測儀和火控系統等等。其中有些達到實驗室試驗階段，有些已小批量生產，但都未來得及實際使用。此後，美國、英國、前蘇聯等國競相發展。特別是美國，大力研究紅外技術在軍事方面的應用。目前，美國將紅外技術應用於單兵裝備、裝甲車輛、航空和航天的偵察監視、預警、跟蹤以及武器制導等各個領域。
紅外技術發展的先導是紅外探測器的發展。1800年，F·W·赫歇爾發現紅外輻射時使用的是水銀溫度計，這是最原始的熱敏型紅外探測器。1830年以後，相繼研製出溫差電偶的熱敏探測器、測輻射熱計等。在1940年以前，研製成的紅外探測器主要是熱敏型探測器。19世紀，科學家們使用熱敏型紅外探測器，認識了紅外輻射的特性及其規律，證明了紅外線與可見光具有相同的物理性質，遵守相同的規律。它們都是電磁波之一，具有波動性，其傳播速度都是光速、波長是它們的特徵參數並可以測量。20世紀初開始，測量了大量的有機物質和無機物質的吸收、發射和反射光譜，證明了紅外技術在物質分析中的價值。30年代，首次出現紅外光譜代，以後，它發展成在物質分析中不可缺少的儀器。40年代初，光電型紅外探測器問世，以硫化鉛紅外探測器為代表的這類探測器，其性能優良、結構牢靠。50年代，半導體物理學的迅速發展，使光電型紅外探測器得到新的推動。到60年初期，對於1～3、3～5和8～13微米三個重要的大氣窗口都有了性能優良的紅外探測器。在同一時期內，固體物理、光學、電子學、精密機械和微型致冷器等方面的發展，使紅外技術在軍、民兩用方面都得到了廣泛的應用。
從60年代中葉起，紅外探測器和系統的發展體現了紅外技術的現狀及發展方向。1.在1～14微米范圍內的探測器已從單元發展到多元，從多元發展到焦平面陣列。紅外探測器最早是用單元探測器，為了提高靈敏度和解析度，後來發展為多元線列探測器。多元線列探測器先後掃過(串掃)同一目標時，它輸出的信噪比可比單元探測器高n（開平方）倍，n為元數。如果多元線列探測器平行掃過(平掃)目標時，則可獲得目標輻射的一維分布。以線列探測器為基礎的紅外探測系統，大都安裝在飛機或衛星遙感平台上，平台的前進運動垂直於線列作為第二維時，就可得到目標輻射的分布圖像。現在，紅外探測器已從多元發展到焦平面陣列，相應的系統已實現了從點探測到目標熱成像的飛躍。紅外熱成像儀是一種最有發展前途的設備，代表著夜視器材的發展方向，它用焦平面陣列取代了光機掃描結構。目前，長波碲鎘汞(HgCdTe)探測器面陣已達640×480元，焦平面陣列探測器的實驗室水平已達256×256元，預計到2000年可達到百萬元。2.紅外探測器的工作波段從近紅外擴展到遠紅外。早期的紅外探測器通常工作在近紅外。隨著紅外技術的發展，紅外探測器的工作波段已擴展到中紅外和遠紅外，例如，美國國防高級研究計劃局提出了一項超波譜地雷探測計劃，目的是為了提供一種安全有效地探測地雷的方法。該計劃採用空間調製成像傅里葉變換光譜儀，這是一種紅外感測器，它已在直升機上進行了近、中波段的試驗，下一步計劃把工作波段延伸到遠紅外。遠紅外已經成為科學家們關注的重點。3.輕小型化。非致冷、集成式、大面陣紅外探測器方向發展。採用低溫製冷技術，是為了提高紅外探測器件的靈敏度和輸出信號的信噪比，使其具有良好的性能，但它也使紅外探測器體積大、成本高。為了實現小型化，必須減少製冷設備和相關電源，因此，高效小型製冷器和無需製冷的紅外探測器將是今後的發展方向。如採用非致冷工作的紅外焦平面陣列技術，不僅可使系統成本降低2個數量級，而且可以使體積、重量和功耗也將大大減少。此外，利用材料電子計算機和微電子方面的最新技術，可使紅外探測器與具有一定數據處理能力的數據處理設備相結合，使其輕集成化、大面陣、焦平面化方向發展，以提高其性能，實現對室溫目標的探測。4.紅外探測系統從單波段向多波段發展。正如前面所述：在大氣環境中，目標的紅外輻射只能在1～3、3～5和8～13微米三個大氣窗口內才能有效地傳輸。如果一個紅外探測系統能在兩個或多個波段上獲取目標信息，那麼這個系統就可更精確、更可靠地獲取更多的目標信息，提高對目標的探測效果，降低預警系統的虛警概率，提高系統的搜索和跟蹤性能，適用更多的應用需求，更好地滿足各軍兵種的需要。目前，多波段的紅外探測系統已經研製成功，如法國和瑞典聯合研製的"博納斯"末敏子彈葯，就採用了多波段紅外探測系統探測目標。
在紅外技術的發展中，需要特別指出的是：60年代激光的出現極大地影響了紅外技術的發展，很多重要的激光器件都在紅外波段，其相乾性便於移用電子技術中的外差接收技術，使雷達和通信都可以在紅外波段實現，並可獲得更高的解析度和更大的信息容量。在此之前，紅外技術僅僅能探測非相干紅外輻射，外差接收技術用於紅外探測，使探測性能比功率探測高好幾個數量級。另外，由於這類應用的需要，促使出現新的探測器件和新的輻射傳輸方式，推動紅外技術向更先進的方向發展。
[紅外技術應用]
外應用產品種類繁多，非一篇文章所能描述，本文僅選擇紅外熱像、紅外攝像、紅外通訊、紅外光譜儀、紅外感測器等幾個比較大的領域做介紹。
紅外熱像儀
紅外熱像儀行業是一個發展前景非常廣闊的新興高科技產業，也是紅外應用產品中市場份額最大的一塊，在軍民兩個領域都有廣泛的應用。紅外熱像儀在現代戰爭條件下的衛星、導彈、飛機等軍事武器上獲得了廣泛的應用。同時，隨著非製冷紅外熱成像技術的生產成本大幅度降低，該產品的應用已延伸到了電力、消防、工業、醫療、安防等國民經濟各個部門。
過去國內市場一直由FLIR、FLUKE等國外知名企業佔領。不過最近10年來，這個領域發生了可喜的變化，國內紅外熱像儀企業在產品技術、性能和質量等方面的改進，市場份額逐步擴大，涌現出了大立科技、昆明北方紅外、武漢高德、颯特紅外等知名企業，經過這幾年的發展，已經積累相當的技術力量。
目前國產產品在性能上已經和進口產品接近，但進口產品的價格高出國內產品50%以上。隨著紅外熱像儀在消防、電力、建築等行業的擴張，國際民用紅外熱像儀行業迎來了市場需求的快速增長期。2004年全球民用紅外熱像儀及系統產量約為5萬台，而2006年，僅FILR公司就取得了寶馬汽車公司為其新款7系列轎車配備的紅外熱像儀訂單，並獲得了美國政府35萬台的出口許可申請。2006年全球民用紅外熱像儀的銷售額為16.3億美元，同比增長17.35%。
據美國著名高科技行業咨詢公司Maxtech International的預測，未來5年全球民用紅外熱像儀市場需求年均增長率將達到15%，到2012年，全球民用紅外熱像儀的市場需求將達到38.12億美元。由於國內經濟高速發展，中國紅外熱像儀市場的年均增長率可以達到20%，預計2011年中國民用紅外熱像儀市場的需求量可以達到9.95億元。以美國為例，2000年，美國紅外成像與紅外測溫系統的市場銷售總額為18.2億美元，比1999年增長了3%，預計到2008年，總的市場銷售額將達到28.2億美元，年綜合增長率達到6.5%。
「我國紅外熱像儀市場還處於起步階段，未來發展空間巨大。」中國光學學會常務理事兼秘書長倪國強先生在中國光電產業高層論壇上表示：在發達國家的軍用領域，紅外熱像儀已得到非常廣泛的配置，例如海灣戰爭中平均每個美國士兵配備1.7具紅外熱像儀。與發達國家相比，目前我國軍隊中紅外熱像儀的應用相對較少，其市場遠景需求量相當巨大。隨著高性能多色紅外焦平面以及智能靈巧型片上圖像處理技術的發展，預計這一比例還將繼續走高。
紅外攝像機
隨著北京奧運會、上海世博會、廣州亞運會等國內大型活動的增加，對安全的要求越來越嚴格，越來越多的場所需要24小時持續監控。紅外線在夜間監視的應用更加突出，不僅金庫、油庫、軍械庫、圖書文獻庫、文物部門、監獄等重要部門採用，而且也在一般監控系統中也被廣泛採用，甚至居民小區監控工程也應用了紅外線攝像機。帶動了紅外攝像市場持續升溫。
根據2006年的一份調查報告，相比紅外熱像儀，紅外攝像機的技術門檻不高，目前大部分國內市場被國內品牌占據，外國品牌只佔據了一部分高端市場。從國內紅外攝像機分布來看，深圳最多，占總數的64%，與東莞、浙江形成了我國的三大產業基地。
我國的紅外攝像企業以生產、貿易為主，能夠自主創新的不多。未來提高自主研發能力將是發展的主要方向，只有這樣才能向全球擴張、賺取更高的利潤。
紅外通訊
傳統的紅外通訊應用主要在與家電和汽車防盜遙控器方面，由於調制技術、相關收發器技術的快速發展，紅外傳輸應用也發生了質的飛躍。1993年國際紅外線協會在美國成立，積極整合建立紅外傳輸的標准，極大地推動了紅外產品的發展。
2000年全球已有1．7億台配有國際紅外線協會模組的電子產品進入市場，尤其在電子游戲機市場有極大的潛力。2001年，在信息收發模組方面，由於國際紅外線協會模組的價格已從早期的5美元降至2美元，國際大廠紛紛在亞太地區一些勞動力相對低廉的地方尋求加工場所，估計年產值將有1億多美元的規模，當時一些IC設計公司、系統與應用軟體廠商已積極投入應用產品的研究與生產，目前已經形成一定規模。
個人筆記本、PDA、數碼相機等產品的普及帶動了紅外傳輸的發展。國際紅外線協會1994年推出了1．0版紅外線資料交換標准，傳輸速度為115．2Kbps，目前的最大傳輸速度最大速率已達4Mbps以上。2006年，紅外無線技術已經有了龐大的用戶群。當時紅外數據通訊技術(IRDA)已擁有每年一億五千萬套的設備安裝量，並且它保持著每年40%的高速增長。網舟咨詢在近期發布的《無線短距離通訊技術市場研究報告》中認為，強勁的增長數字表現在全球范圍內廠商對於紅外通訊仍持有的樂觀態度，紅外通訊技術已被全球范圍內的眾多軟硬體廠商所支持和採用，目前主流的軟體和硬體平台均提供對它的支持。手機市場上，各大主流廠商也早已在其產品中配套支持了紅外通訊技術。從當前的情況來看，紅外技術無論是從應用覆蓋度，技術成熟度和用戶接受度來說，都在各類無線通訊技術中處於領先地位。
在遙控器市場方面，市場研究機構Instat公司預測，2005年，全球應用於IrDA領域的8位控制器的單位出貨量將達到2.06億個，到2009年將達到3.73億個。據介紹，Zilog公司自1993年進入遠程式控制制市場以來，產品銷量以超過2.75億，2004年公司交付了大約4，000萬片的IrDA相關晶元。目前，公司的IrDA晶元的解決方案型號已超過12，000種，所服務的遙控器品牌也超過1，300種，客戶包括飛利浦、三星、索尼、Yamaha，東芝，微軟等。目前全球萬能紅外遙控器市場佔到了70、80%的市場份額，特別是在歐美市場等。
紅外光譜儀
紅外光譜儀主要用於化學物理分析領域，可應用於各種物理化學實驗室、石油、農業、檢測等領域。按應用范圍可分為通用型紅外光譜儀和專用紅外光譜儀，按波長范圍分可分為近紅外光譜儀和遠紅外光譜儀，目前以近紅外光譜儀為主。現代近紅外光譜分析技術包括了近紅外光譜儀、化學計量學軟體和應用模型三部分。只有三者的完美結合才能達到高性能的要求。目前近紅外專用光譜儀器的研製及應用在國內已受到很多專家的關注，並已開發研製出一批適應國內分析對象的儀器及應用軟體。如，中國石油科學院的一批年輕學者在陸婉珍院士的帶領下，研製和開發出了有我國自主知識產權的近紅外專用光譜儀器及其在我國石油科學中應用的一些軟體；以北京農業大學嚴衍祿教授領導的「中國農業近紅外分析技術網路系統」課題已完成，研製和開發了有自主知識產權的、適用於中國農業品品質的分析的軟體；相秉仁教授在中國葯科大學分析計算中心建立了Internet近紅外光譜分析虛擬建模中心，進行近紅外光譜分析的建模和數學模型維護等工作，並建立了一些中草葯近紅外分析的數學模型。
06年初，國家食品葯品監督管理局（SFDA）通過招標的方式訂購了總計超過300餘台進口傅立葉變換近紅外光譜儀。財政部當時加上後續的維護費，撥了共 5億人民幣的資金。假如能夠實現國產的話，可以節省一大筆外匯。我國目前的相關企業有聚光、英賢、大連依利特、東西電子、普析通用等，主要做低端產品，高端產品還無法和國外抗衡。
國產的通用型紅外光譜儀FT–IR主要是北分瑞利分析儀器公司引進的美國Analect公司技術生產的幾種不同型號的、不同檔次的產品，但是量很少。專用紅外光譜儀方面，近紅外光譜的一些專用紅外光譜儀在國內有較大的潛在市場，主要是在農業中農產品品質分析和石油化工中石油產品生產過程中質量控制及產品品質分析中有很大的市場。但是由於近紅外分析需要根據分析對象引入一些數學模型，分析對象不一樣，其數學模型也有所不同。因此，國外的近紅外專用光譜儀所帶的分析軟體（是根據國外的分析對象的數學模型設計的），並不一定適合於國內的分析對象，致使近年來引進的一些近紅外專用光譜儀器在國內並沒有發揮多大作用，加之國外近紅外專用光譜儀器價格又偏高，國內進口的近紅外專用光譜儀器並不多。
紅外感測器
在實現遠距離溫度監測與控制方面，紅外溫度感測器以其優異的性能，滿足了多方面的要求。在產品加工行業，特別是需要對溫度進行遠距離監測的場合，都是溫度感測器大顯身手的地方。在食品行業紅外溫度可以在不被污染的的情況下實現食品溫度記錄，因此備受歡迎。光纖紅外感測器還具有抗電磁和射頻干擾的特點，這為攜帶型紅外感測器在汽車行業中的應用又開辟了新的市場。
隨著紅外測溫技術的普遍應用，一種新型的紅外技術—智能（Smart）數字紅外感測技術正在悄然興起。這種智能感測器內置微處理器，能夠實現感測器與控制單元的雙向通信，具有小型化、數字通信、維護簡單等優點。當前，各感測器用戶紛紛升級其控制系統，智能紅外感測器的需求量將會繼續增長，預計短期內市場還不會達到飽和。
另外，隨著攜帶型紅外感測器的體積越來越小，價格逐漸降低，在食品、採暖空調和汽車等領域也有了新的應用。比如用在食品烘烤機、理發吹風機上，紅外感測器檢測溫度是否過熱，以便系統決定是否進行下一步操作，如停止加熱，或是將食品從烤箱中自動取出，或是使吹風機冷卻等。隨著更多的用戶對攜帶型紅外溫度感測器的了解，其潛在用戶正在增加。
由於紅外溫度感測器在實現遠距離控溫及無接觸測溫等方面的優勢，使其產量每年以10％的速度增長。在1996年至1997年間，其產量從15.5萬只增長到23萬只；總銷售額也從2.3億美元增長到3億美元。2006年，市場銷售總額將達到5.576億美元，總產量將超過48.9萬只。
對於紅外感測器的全球市場，第三世界國家將比歐美更加看好。雖然歐美很多工業國家加工業廣泛，但其市場以趨向飽和；而在中國以及拉美一些新興國家和地區，隨著其經濟的復甦與發展，各國各地區紛紛加強工業化建設，加工廠不斷增多，紅外感測器在該區域的銷量每年以2％～5％的速度增長，並且其市場銷量還處於增長趨勢。
[影響]
產生紅外輻射的物體就是紅外輻射源。物理學的研究告訴我們，在自然界中，任何溫度高於絕對零度(0°K或-273℃)的物體都在向外輻射各種波長的紅外線，物體的溫度越高，其輻射紅外線的強度也越大。我們根據各類目標和背景輻射特性的差異，就可以利用紅外技術在白天和黑夜對目標進行探測、跟蹤和識別，以獲取目標信息。在現代戰爭中，獲取戰場信息的優勢已經成為掌握戰爭主動權的關鍵，紅外技術是從空中和空間獲取戰場信息的關鍵技術之一，因此，許多國家均投入很大的人力和物力去研究紅外技術，並將其廣泛地應用於軍事領域，並產生巨大影響。1.成為軍事目標的偵察、監視、預警與跟蹤的重要手段。一切軍事目標，如海洋中的艦船、地面部隊行動及各種裝備、空中的飛機、導彈，都散發熱量，發出大量的紅外輻射。利用紅外技術裝備，就可以從空中和空間對這些目標進行偵察、監視與跟蹤。如偵察衛星依靠紅外成像設備和多光譜儀可以白天黑夜地獲取大量的軍事情報。裝有紅外探測器的導彈預警衛星從70年代以來，一直監視著世界各國的彈道導彈發射，為國家及軍事指揮部門提供警報，如目前美國國防支援計劃中的預警衛星在幾十秒鍾內，就可以鑒別來襲導彈的發射和方向，據說將來美國的天基紅外系統可在20秒內，提供有關導彈發射和方向方面的精確信息，為攔截來襲導彈提供寶貴的預警時間。又如，在1991年的海灣戰爭中，美國的導彈預警衛星把伊拉克的所有導彈發射盡收眼底，然後及時地把有關信息傳送給美軍的"愛國者"導彈部隊，使"愛國者"導彈有效地攔截了伊方的"飛毛腿"

2. otdr如何測量斷點的方法

1、先看一下OTDR的整體界面

(2)瑞利波探測儀價格擴展閱讀

OTDR使用原理

瑞利散射和菲涅爾反射來表徵光纖的特性。瑞利散射是由於光信號沿著光纖產生無規律的散射而形成。OTDR就測量回到OTDR埠的一部分散射光。

這些背向散射信號就表明了由光纖而導致的衰減（損耗/距離）程度。形成的軌跡是一條向下的曲線，它說明了背向散射的功率不斷減小，這是由於經過一段距離的傳輸後發射和背向散射的信號都有所損耗。

給定了光纖參數後，瑞利散射的功率就可以標明出來，如果波長已知，它就與信號的脈沖寬度成比例：脈沖寬度越長，背向散射功率就越強。

瑞利散射的功率還與發射信號的波長有關，波長較短則功率較強。也就是說用1310nm信號產生的軌跡會比1550nm信號所產生的軌跡的瑞利背向散射要高。

在高波長區（超過1500nm），瑞利散射會持續減小，但另外一個叫紅外線衰減（或吸收）的現象會出現，增加並導致了全部衰減值的增大。

因此，1550nm是最低的衰減波長；這也說明了為什麼它是作為長距離通信的波長。很自然，這些現象也會影響到OTDR。作為1550nm波長的OTDR，它也具有低的衰減性能，因此可以進行長距離的測試。

而作為高衰減的1310nm或1625nm波長，OTDR的測試距離就必然受到限制，因為測試設備需要在OTDR軌跡中測出一個尖鋒，而且這個尖鋒的尾端會快速地落入到噪音中。

瑞利散射是由於光信號沿著光纖產生無規律的散射而形成。OTDR就測量回到OTDR埠的一部分散射光。這些背向散射信號就表明了由光纖而導致的衰減（損耗/距離）程度。

菲涅爾反射是離散的反射，它是由整條光纖中的個別點而引起的，這些點是由造成反向系數改變的因素組成，例如玻璃與空氣的間隙。

在這些點上，會有很強的背向散射光被反射回來。因此，OTDR就是利用菲涅爾反射的信息來定位連接點，光纖終端或斷點。

OTDR的工作原理就類似於一個雷達。它先對光纖發出一個信號，然後觀察從某一點上返回來的是什麼信息。這個過程會重復地進行，然後將這些結果進行平均並以軌跡的形式來顯示，這個軌跡就描繪了在整段光纖內信號的強弱。

3. 瑞利面波方法

面波存在的理論證明是英國瑞利首先發現的，故稱瑞利面波。該波的質點位移不僅與傳播距離、傳播深度和頻率有關，也與介質的性質有關。在理想的情況下（泊松比σ=0.25），瑞利面波振動的水平分量D_x和垂直位移分量D_z之間的關系為

環境地球物理學概論

式（6.3.1）為橢圓方程，說明在介質表層附近瑞利波質點的位移軌跡是xz平面的逆時針旋轉橢圓，其長短軸之比為3∶2。瑞利面波的傳播速度

環境地球物理學概論

經分析和計算可知瑞利面波的主要能量集中在z/λ_R＜0.5的深度。當深度達z/λ_R＞1之後，瑞利面波迅速衰減。說明瑞利面波在介質中傳播深度不超過1個波長，其能量主要集中在1/2波長深度范圍之內，Dx和Dz在介質中衰減呈指數規律，在表層其傳播能量與距離的一次方成反比，衰減較慢，傳播較遠（體波在介質中是與距離平方成反比衰減），是面波用於表層勘查的優點所在。

圖6.3.1 瑞利面波工作方法示意圖

瑞利面波數據採集系統的排列如圖6.3.1所示，激發震源與檢波器在一條直線上，檢波器P₁，P₂分別等距離置於測點O兩側，震源與兩檢波器之間距離相等為x（見圖6.3.1）。當完成一次激發觀測之後，震源（錘擊）移至另一側等距離位置進行激發採集數據。檢波（器）距x通常以測點O為中心，成倍數遞增。隨檢波（器）距增大，探測深度也相應增大，要求震源能量也要增大。

瑞利面波的資料處理也是自動完成的，處理流程如圖6.3.2所示。經過一系列分析處理，求出各種頻率面波相對應的速度v_R和波長λ_R，繪離散分布曲線，通過反演計算得出表層岩土介質的分層與結構。

近年日本提出一種利用具有固定系列振動頻率的震源，用改變震源振動頻率來調節探測深度。因此，接收儀器和資料處理都和上述方法有所不同。有人用GR-810淺層地震儀，用改變激發頻率的方法探測公路路面結構，可以明顯分出路面瀝青層、碎石層、砂礫層和粘土層。

瑞利面波的一個探測實例是防滲牆工程質量檢測，如圖6.3.3所示。一般防滲牆的厚度為0.2 m，探測所得的瑞利波速度是在原背景值的基礎上增加了防滲牆的影響，使測得速度值高於原背景值。由於防滲牆的厚度相對較小，所增加的速度值不是很大。人工填土的波速一般為150 m/s左右，而在同一地段測得有防滲牆影響的堤段波速一般為200～250 m/s左右。因此，根據瑞利波測定的波速值判斷防滲牆的強度較為困難。但是，瑞利波對高噴防滲牆出現的蜂窩、離析、膠結不良或空洞等則反映異常靈敏，一般可據頻散曲線的特殊異常反映如離散性等來判斷防滲牆存在的缺陷和異常部位。對某大堤7+240～7+255堤段布置4個瑞利波探測點，比較分析4個頻散曲線（圖6.3.3）的形態不難看出，在7+245點處，頻散曲線光滑連續。反映出該點處高噴牆膠結良好、均勻連續。在7+240、7+250和7+255點處，頻散曲線明顯離散，波速急劇下降，表明此3點處的高噴牆體膠結質量欠佳，是可能存在鬆散帶的位置。該處剛好是1994年6月噴砂冒水位置。

圖6.3.2 瑞利面波資料處理流程圖

圖6.3.3 瑞利波探測頻散曲線7+240～7+255測點

4. 怎麼檢測渣罐的內部質量

無損檢測是容器檢驗中應用最廣泛的方法，它可應用於容器製造的各個環節，在原材料的檢驗中，厚度超過某一數值的壓力容器用鋼板、高壓無縫鋼管、IV級以上各種鋼號的鍛件需進行超聲檢測， 高強度等級鋼材熱加工後的坡口表面需進行表面檢測，容器上的焊縫要進行射線檢測或超聲檢測。另外在焊工操作技能考核、焊接工藝評定、產品試板、在用壓力容器檢驗等方面也要求無損檢測。
由於無損檢測(NDE或NDT) 是屬於非破壞性檢驗方法，因此在產品的檢驗工作中佔有很重要的地位。它是利用聲、光、電、熱、磁和射線與物質的相互作用，在不損傷被檢物使用性能的情況下，探測材料、零部件或設備各種表面或內部缺陷，並判斷其位置、大小、形狀和種類的方法。
2. 14. 1 射線檢測（R T）
(1)射線檢測種類
① 按射線檢測種類分
a. X 射線可穿透60~70mm 的鋼板，常用。

b .γ 射線可穿透150 mm 以上的鋼板。

c. 高能X射線 可穿透500mm 以上的鋼板。
② 按缺陷的顯示方法分
a. 電離法 可進行連續檢驗，但無法判斷缺陷的形狀和性質；不宜用於檢驗厚度有變化的工件。
b. 熒光屏法 可連續檢驗，即刻的結果；靈敏度很差，只能檢驗厚度小於20mm 的薄件。
c. 照相法 缺陷顯示效果很好，使用最廣。
(2) 射線檢測照相法原理
射線檢測照相法檢測焊縫用射線源為X 射線和γ 射線，這兩種射線的基本性質是相同的，由於γ射線的波長更短，故穿透能力更強。一般的X 射線由探傷機中的X 射線管產生，為提高透照能力以適應大型及大厚度工件的檢測，也有使用能量達1MeV 以上的帶電粒子加速器提供的高能X 射線。γ 射線是用銥(Ir) 和鈷(Co) 的放射性同位素作為射線源。
射線檢測照相法是將射線源置於被檢工件的一側，將裝入暗盒的膠片緊貼於工件的另一側。當X 射線管產生的射線按直線射向裝有膠片的工件時，能夠穿過工件和膠片。
又由於射線穿過物質時總會有一些吸收，即穿過物質的射線強度不斷衰減，衰減的程度與射線穿過的厚度和物質自身的性質如密度有關。穿過的厚度愈大或穿過的物質密度愈大，射線衰減就愈多。
當射線穿過缺陷時，由於缺陷密度總是小於金屬材料，因此射線衰減較小，即穿過工件達到另一側膠片時，該處接收到的射線強度就較大。射線檢測照相用的膠片是在片基上塗有能產生光化學反應的物質，經射線照射會產生一定的化學反應，而反應進行的深度，在其他條件一定時取決於接收到的射線強度。
在射線穿過有缺陷的部位是膠片的感光較強，感光後的膠片經顯影、定影處理後稱為底片，將底片在觀片燈上觀察，就可以發現焊縫內部有缺陷的部位(缺陷部位在底片上顯得較黑) ，並可以根據影像的特徵判斷缺陷的性質。
超聲檢測（UT）
(1)超聲檢測種類
①按耦合方式分
a. 接觸法 在探頭與工件表面有一層諸如甘油或機油的耦合劑進行直接檢測的方法。
b. 水浸法 在探頭與工件表面有一層水，調節水層厚度，使聲波在水中的傳播時間為金屬中的整數倍進行檢測的方法。分為全浸式(工件和探頭全部浸入水中)和局部浸式(工件和探頭局部浸入水中) 。
②按信號接收方式分
a . 反射法 用一個探頭反射並接收超聲波，所接收的是有缺陷或工件底面反射的超聲波，此法常用。
b . 穿透法 一個探頭反射超聲波，另一個探頭接收超聲波，兩探頭在工件兩側，所接收的超聲波是所反射的超聲波除去缺陷阻擋的部分。
③按超聲的連續性分
a . 連續波檢測 發射的超聲波是連續的，常用來進行超聲圖像顯示。
b . 脈沖波檢測 發射的超聲波是脈沖的，現場檢測常用。
④按波型分
a . 縱波檢測 由直探頭發射和接收的波形，主要用於鋼板的檢測。
b . 橫波檢測 由斜探頭發射和接收的波形，主要用於焊縫的檢測。
作為一種特殊情況，由探頭角等於第二臨界角(入射角α = 55°) 的斜探頭發射和接收的波形， 專門用來發現表面或離表面很近的缺陷。這是(α =55°) 一種斜探頭檢測的方法。
c. 瑞利波檢測 當工件厚度大於所用波長時，屬瑞利波檢測。用來發現近於或處於工件表面並垂直工件表面的缺陷。
d. 蘭姆波檢測 當工件厚度小於所用波長時，屬蘭姆波檢測。用來檢驗近於表面並平行於工件表面的淺傷 。
(2 )超聲檢測原理
目前工業上廣泛採用的超聲檢測法按其工作原理來說就是脈沖反射法。按反射波顯示方式又有A 型、B 型、C 型、3D 型等。其中A 型為波幅顯示，即通過反射波顯示缺陷是否存在及其相對位置，並從波幅的高低來確定缺陷的大小。其他各型為缺陷的圖像顯示。現行壓力容器超聲檢測標准JB 4730-1994 所涉及的超聲檢測均指採用A 型顯示來檢測缺陷。
脈沖檢測法就是將超聲檢測儀中發射電路產生的高頻電脈沖信號加在探頭的壓電晶片上，晶片接收到高頻電脈沖，由於逆壓電效應將產生與電脈沖頻率相同的高頻機械振動，將探頭接觸工件，在探頭和工件之間的接觸面上塗以機油、甘油或水等透聲性好的耦合劑，其作用是排除接觸面之間的空氣間隙，使聲束能更好地透過界面進入工件，這種方法稱為接觸法。
也可以將工件和探頭頭部浸沒在耦合液體中，常用的耦合液體就是水，探頭不接觸工件，這種方法稱為液浸法或水浸法。無論是接觸法還是水浸法，探頭上晶片的振動都可以按一定角度進入工件，根據超聲波的直線性和指向性，超聲波就在一定方向和一定范圍內向前傳播。
若遇過異質界面，如缺陷表面或工件的外廓表面，超聲波將依照反射定律沿一定方向反射回來並被探頭所接收，引起探頭晶片振動，由正壓電效應，這種機械振動又被轉換成電脈沖信號被儀器接收，經放大、檢波等電路處理後的脈沖信號在儀器的熒光屏上顯示出來，這就是反射波。根據反射波在熒光屏上的特徵、相對位置、波幅的高低來判斷有無缺陷、缺陷存在的部位、大小和性質。
在檢測時，發射電路是以固定的時間間隔斷續輸出脈沖信號，因此晶片也是處於斷續的工作狀態，它接收電脈沖而產生振動時就作為超聲波的發生器；在停止振動的間斷時間內，它又作為超聲波的接收器等待反射的超聲波信號，使晶片產生振動，並將它再轉變為電信號。
作為接收器的探頭可以是原來作為發射器的探頭。這就是單探頭檢測法；如發射和接收分別用兩個探頭完成就是雙探頭法。無論哪一種方法，輸出的都是電脈沖信號，並依靠反射波來發現和確定缺陷，故稱為脈沖反射法。

衍射時差法超聲檢測(TOFD)
TOFD 檢測是一種主要利用缺陷端點的衍射波信號探測和測定缺陷尺寸的超聲檢測方法，其基本特點是採用一發一收探頭對工作模式。
TOFD 通常使用縱波斜探頭，在工件無缺陷部位，發射超聲脈沖後，首先到接收探頭的是直通波， 然後是地面反射波。有缺陷存在時， 在直通波和地面反射波之間， 接收探頭還會接收到缺陷產生的衍射波或反射波。除上述波外，還有缺陷部位和底面因波型轉換產生的橫波， 一般會遲於地面反射波到達接收探頭。工件中超聲波傳播路徑見圖2- 6 ，缺陷處A 掃描信號見圖2- 7 。

磁粉檢測(MT)
(1)磁粉檢測方法
磁粉檢測包括干磁粉、濕磁粉、熒光和非熒光磁粉檢測方法。
(2) 磁粉檢測原理
磁粉檢測是通過鐵磁性材料磁化並在工件表面撒上磁粉，利用磁粉來顯示缺陷在磁化時所引起的漏磁，由表面和近表面的缺陷所引起的漏磁量最大，裂紋和未焊透、未熔合等缺陷， 當其延伸方向與磁力線方向垂直時，也會產生較大的漏磁。

滲透檢測(PT)
(1)滲透檢測方法
滲透檢測包括非熒光和著色滲透檢測方法。
根據顯像劑和滲透劑種類不同，滲透檢測方法的分類 ，各種方法組合使用的檢測步驟。
(2) 滲透檢測方法的選用
滲透檢測方法的選用可根據被檢工件表面的粗糙度、檢測靈敏度、檢測批量大小和檢測現場的水源、電源等條件來決定。
表面光潔且檢測靈敏度要求高的工件宜採用乳化型著色法或後乳化型熒光法，也可採用溶劑去除型熒光法。
表面粗糙且檢測靈敏度要求低的工件宜採用水洗型著色法或水洗型熒光法。
現場無水源、電源的檢測宜採用溶劑去除型熒光法。
批量大的工件檢測，宜採用水洗型著色法或水洗型熒光法。
大工件的局部檢測，宜採用溶劑去除型著色法和溶劑去除型熒光法。
熒光法比著色法有較高的檢測靈敏度。

5. 表面波(瑞利波)波速測試法

英國學者瑞利(Rayleigh)於1887年首先在理論上確定了自由界面附近瑞利面波的存在。在以往的地震勘探中，這種瑞利面波被作為干擾波。近年來，國內、外學者對瑞利面波進行了深入的研究，在理論和應用方面都取得了較大的進展，利用它進行測試變為現實。

一、瑞利波在半無限大空間的傳播

在自由界面(如地面)上進行豎向激振時，均會在其表面附近產生瑞利波，而瑞利波有3個與工程質量檢測有關的主要特徵：

(1)在分層介質中，瑞利波具有頻散特性；

(2)瑞利波的波長不同，穿過的深度也不同；

(3)瑞利波的傳播速度與介質的物理力學性質密切相關。

研究證明，瑞利波能量約占整個地震波能量的67%，且主要集中在地表下—個波長范圍內，而傳播速度代表著半個波長(λ_r/2)范圍內介質震動的平均傳播速度。因此，一般認為瑞利波法的測試深度為半個波長，而波長與速率及頻度有如下關系：

設瑞利波的傳播速度為υ_r，頻率為f_K，則波長為λ_r=υ_r/f_K當速度不變時，頻率越低，測試深度就越大。

瑞利波勘探法根據震源形式不同可分為兩大類：一類為穩態法；另一類為瞬態法。同樣，瑞利波檢測方法分為瞬態法和穩態法兩種。這兩種方法的區別在於震源不同。

瞬態法是在激震時產生一定頻率范圍的瑞利波，並以復頻波的形式傳播；而穩態法是在激震時產生相對單一頻率的瑞利波，並以單一頻率波的形式傳播。前些年，主要以穩態激振方法為主，其測試原理是利用掃頻儀和功率放大器發出的諧波電流，推動電磁激振器對地面產生穩態面波，由相隔一定距離的拾振器將接收到的面波振動，轉換為電壓量送入計算機(頻譜分析儀)進行相關計算，從而得出頻散曲線。

由於穩態激振面波勘探方法設備較為復雜，重量大，測試費用高；為克服這些缺點，隨之根據其原理，便出現了瞬態面波勘探方法，與穩態法相比其設備較為輕便，測試速度快。但也有許多缺點：其一是瞬態激振的功率密度譜分布不均，許多頻率能量太小，隨機干擾大，以至於頻散曲線與理論相差太大，常常無法利用。其二是仍按照穩態激振面波勘探方法接收地面震動波，致使所有的波(如反射波、折射波、直達波等)均作為干擾波而與面波混在一塊，有可能導致誤差較大的結果，這也是瞬態激振面波勘探方法主要缺點之一。

為了克服這些缺點，目前發展了一種新的面波勘探方法——瞬態多道瑞利波勘探技術。它的激振可採用不同材料和質量的錘(或重物)下落激振，在地面布置多個拾震器，並選擇最佳面波接收窗口接收震動，通過多次疊加和多道相關疊加，使得頻譜能量加大，干擾減小。

設Z≥0為彈性空間，點震源位於坐標原點，且介質中的每點都作簡諧運動，設u、υ、w分別表示質點沿x、y、z方向的位移，則波動方程的表達式為：

土體原位測試與工程勘察

式中：θ=

；λ為拉梅常數；k為彈性系數；ρ為介質的密度；▽²為拉普拉斯運算元。

以下假定所引入的力對於z軸對稱，並在極坐標(r，θ，z)中討論問題。又設q為垂直於z軸的位移分量，w為z方向的位移分量。兩種坐標的關系為：

土體原位測試與工程勘察

引入波動位φ與ϕ滿足：

土體原位測試與工程勘察

式中：h²=ρp²/(λ+2k)；k²=ρp²/k。

對式(7-9)試求其變數分離形式的解(略去時間因子e^ipt)得到：

土體原位測試與工程勘察

式中：α²=ξ²-k²；β²=ξ²-k²。

將式(7-10)代入式(7-8)得到位移表達式為：

土體原位測試與工程勘察

應力表達式為：

土體原位測試與工程勘察

二、瞬態點震源激發的瑞利波場中的位移表達式

設震源位於坐標原點，在時刻t=0作用，則初始條件和邊界分別為：

土體原位測試與工程勘察

由於當z→+∞時，必有φ→0，ϕ→0，故式(7-12)中的A=0、C=0，將式(7-13)代入式(7-12)，並解系數行列式，得D=

。

若在地面施加一適當的豎向激振力(可用大錘敲擊地面或吊升重物自由下落)，則於地下介質中可產生縱波、橫波和瑞利波。此時可用如下的波動方程來描述它們的運動：

土體原位測試與工程勘察

式中：ϕ，φ為質點位移場的勢函數，υ_P和υ_S分別為縱波和橫波的速度。

對於平面波可得(1)式的一個解為：

土體原位測試與工程勘察

土體原位測試與工程勘察

式中：υ₁=[1-(υ_r/υ_P)]；υ₂=[1-(υ_r/υ_S)]；N為波數，υ_r為瑞利波速；A、B為常數。

由(2)式可得到瑞利波傳播的兩個特性：一是瑞利波振幅隨深度衰減，能量大致被限制在一個波長以內；二是由地面振動波的瞬時相位，可確定瑞利波傳播的相速度。

瞬態面波法即根據這兩個特性，在相距一定距離的地面兩點安置拾振器，接收面波振動，再通過頻譜分析，做出波長-波速頻散曲線，從而算出地下土層的瑞利波速υ_r。瑞利波速υ_r和橫波波速υ_S的關系為：

土體原位測試與工程勘察

當μ從0.25至0.5時，υ_r/υ_S從0.92至0.95。由此可將瑞利波波速換算成橫波波速。

瞬態多道瑞利波是在地面上沿著面波傳播的方向、布置間距相等的多個拾振器，一般可為12個或24個。選擇適當的偏移距(震源到第一個拾振器的距離)和道間距(拾振器之間的距離)，以滿足最佳面波接收窗口和最佳探測深度。

將多個拾振器信號通過逐道頻譜分析和相關計算，並進行疊加，可得出一條頻散曲線，從而消除了大量的隨機干擾，信號中各頻率成分能量大為增強，從而使得地質體在頻散曲線上的反映更加突出和判斷准確性大大增強。

三、採集方法

在時域內，面波採集的質量好壞，直接影響到計算出的頻散曲線。與反射法地震勘探方法相同，瞬態多道面波勘探也存在一個最佳窗口問題。彈性波在時間空間域內傳播時，其各種波型(直達波、折射波、反射波、聲波和面波)均遵循各自的傳播規律，故在應用瞬態多道瑞利波方法時應注意的是：

(1)各道采樣必須設計排列在面波域內，且採集到足夠長的記錄。

(2)盡量使採集到的波型單一，即：不使直達波的後續波或反射波、折射波干擾面波，同時避免周圍的干擾振動。

(3)採集的波形不能失真。

根據以上原則，在設計排列時，應按照不同的探測深度選擇不同的偏移距和道間距。偏移距較小時，產生的高頻分量就大些，反之，淺部的信息就強些；若需突出深部信息，應使偏移距放大些，致使高頻分量衰減，而低頻分量突出。

同樣也根據探測深度選擇道間距。對於同樣的道間距，反映深部的信號頻率較低，感測器之間該頻率的相位差較小，而為了突出有效信號，必須使相位差有一定的值，所以必須使道間距加大些。反之，減少道間距，避免相位差超過360°。

瞬態多道瑞利波法的激震，可採用大錘或吊高重物自由落下。一般地，對於深度在20～30m內，土質不是很軟，採用24磅大錘敲擊地面即可獲得不錯的頻散曲線。如果深度加大、土質較軟或提高探測質量，也可吊高重物自由落下，這種方法可獲得較好的低頻震動。

在產生撞擊振源時，常常不可避免地產生二次撞擊，如重物碰地回彈後再次撞地，有些人想方設法控制此二次震動，以獲得干凈的面波資料，結果影響了工作效率，其實這大可不必。我們知道，對於時域中分析的反射法或折射法地震勘探，二次激發必須排除，因為第二次激發波會疊加在第一次激發的波上，形成干擾。而在頻域中則無此問題，這從以下推導可得佐證：

設地面上A點接收到第一次激振產生的振動為：y=f(x，t)

地面上A點接收到第二次激振產生的振動為：y=Cf(x，t-Δt)

C為小於1的比例系數，合成振動應為：y=f(x，t)+Cf(x，t-Δt)

將上式進行富里埃變換，並注意到富里埃變換的延時定理，可得：

Y=∑X_m=∑U_m[f(x，t)+Cf(x，t-Δt)+iV_mf(x，t)+Cf(x，t-Δt)]

式中：U_m和V_m分別為頻譜的實部和虛部。若令

土體原位測試與工程勘察

則有：

X_m=A_m[f(x，t)

]+C·A_m[f(x，t)]

·

若令

則有：

X_m=A_m[f(x，t)]·

·(1+

)=A_m[f(x，t)]

·B·

其中：

土體原位測試與工程勘察

則對於α點：

同理，對於b點：

對於計算某點頻率的相位差時，由於

，因此，兩次激發造成的延時疊加被減去了，所以它們在頻率域中並不對相位差造成影響。

四、儀器、設備要求

1.儀器

瞬態多道瑞利波的數據採集，必須選用多道數據採集系統，最少12道以上，以24道為好。由於面波分析是在頻率域中進行，各種頻率成分能量差異很大，要想取得盡可能多的地下信息(尤其是地下深部的信息)，而上部的信息又不能產生失真，故儀器的動態范圍必須要大；AD轉換一般要在16位以上(最好達20位)，本機的噪音水平一定要低，摺合輸入端的噪音要小於或等於5微伏峰值電壓；並且頻響范圍要寬，尤其低頻頻響要好，頻率下限應小於1Hz，上限應大於1000Hz。這幾項要求，均高於普通淺層地震儀。因此，可以說淺層地震儀可以做的工作，面波儀均適用，而面波儀所做的工作，淺層地震儀的指標往往不能滿足。儀器的工作流程見示意圖7-3。

圖7-3 儀器工作流程示意圖

2.拾振器

由於面波頻率成分較低，所以必須選擇低頻拾振器。究竟頻率下限是多少的拾振器可達到要求，則應根據場地地層波速值和探測深度確定。若以探測深度為波長一半計，則有：

土體原位測試與工程勘察

如果波速為200m/s，

為20m，則f為5Hz。這時，拾振器的下限頻率至少要選擇在5 Hz 以下。

3.儀器及參數

(1)SWS-1型多功能面波儀的主要技術指標

道數：12道、24道，可擴展為48道；

(測試時1道至多道可選)

放大器：瞬時浮點放大器；

模數轉換：20 bit；

信號增強：32 bit；

采樣率：30μs～8ms(分若干檔)；

采樣點數：512～8192個樣點(分若干檔)；

動態范圍：120dB；

濾波器：高、低通模擬濾波；

CPU：80386或80486；

RAM：2 Mb，可擴為4 Mb、8 Mb、16 Mb；

硬碟容量：80 Mb，可擴為120或200 Mb；

軟碟機：1×3.5英寸，1.44 Mb；

顯示屏：640×480點陣VGA液晶顯示屏；可外配彩顯顯示彩色剖面；

列印與繪圖：輸出各種紀錄與處理結果；

電源：DCl2V，24道額定功耗小於25W；

體積：45×34×15cm³；

重量：8.8kg；

使用環境：-5℃～+45℃

(2)數據採集參數

震源：大錘

震源距5m

道間距2m

全頻率接收

五、資料和數據的處理

1.時間距離(X—T)域中的面波

(1)在時間(T)-距離(X)域中了解面波及干擾波的宏觀特徵，是處理和解釋面波數據中首要的步驟。面波的多通道採集數據，在時間距離域中一般表示為二維坐標中的圖形。其橫坐標為各檢波通道至震源的距離，縱坐標軸為震源激發後的傳播時間，向下為時間增大。各通道接收的震波振幅數據，反映在相應距離的橫坐標上，按到達時間表示為沿縱坐標的圖形(橫向擺動的波形或不同的色彩)。

圖7-4是一個在沉積地層上取得的完整的面波振動記錄。距離由距震源10m 到480m；時間從震源激發到2 s，包含了層狀介質上地表接收到的面波及其他干擾波的基本波型。

(2)子波、同相軸、視速度、視周期，脈沖震源在地層中激發的振動，在時間上表現為短暫的波形，在傳播中保持著基本相似而又緩慢變化的特徵。震源激發的同一類的波型，在相近的接收通道上也表現出相似的波形，稱為該波型的子波；同一波型在相近通道上子波相似特徵點的連線，稱為同相軸；它在時間-距離坐標中的斜率，體現了該波型沿地表傳播的速度，稱為視速度；同相軸越陡，視速度越小。子波波形兩個正負主峰占的時間，稱為視周期，可以用它估計波型的主頻率。

(3)時間-距離域中的典型面波數據圖形，圖7-4中顯示不同視速度和視周期的波型。震源在左邊，由左向右子波的到達時間越來越遲，其中標示出的三組波型有：

圖7-4 面波數據圖形圖

A：視速度大(同相軸平緩)，視周期短(主頻率高)，它屬於淺層折射波和反射波的波型；

C：視速度小(同相軸陡)，視周期由短變長(主頻率變低)，它屬於面波基階模態的波型；

B：視速度比 C 較高(同相軸較緩)，視周期由比 C 短(主頻率較高)，它屬於面波的幾個高階模態的波型。

由圖中面波的波型表現可以看出：鄰近通道的子波波形變化平緩，說明地層橫向相對均勻。出現明顯的高階模態波型(B)，反映了地下存在分層結構。視周期較長的基階模態波型(C)振幅較大而且穩定，表明面波能量所及的深度內，存在較高剛度的底部地層，能將面波能量折返到地表附近。

(4)正常地層中不同頻率段的面波數據圖形，脈沖震源產生的面波振動，包括寬頻率范圍內的各個頻率組份。通過窄頻帶濾波，可以從時間-距離域中看出不同頻率組份面波各模態的表現，以及干擾波的振幅變化，並了解在寬頻率范圍內提取面波頻散數據的可能性。

圖7-5 500～800頻率段面波數據圖形

圖7-5是一個在分層地基上取得並未作濾波的面波原始記錄，距離由距震源25m到47m，記錄時間為1 s，包含了面波及其干擾波的基本波型。黃色的帚形框圈出面波振動數據的時間距離范圍。上界的黃線界定了每秒 200m的視速度，下界的更陡斜邊為每秒50m。黃色框外的上部出現的是較弱的反射和折射波，它們的主要振動能量，可以在數據處理時用如圖的帚形時距窗口加以排除。窗口內下部是面波的基階模態，而上部出現顯著的高階模態，視速度和視周期都和基階模態有所差別，反映了地下存在分層結構。原始記錄經過11 Hz的窄頻帶濾波。得到圖7-6a所示的波型圖形。

11 Hz頻率段靠近面波基階模態的視周期，基階模態的振幅相對增強，但是較高視速度的高階模態依然明顯存在，表明同一頻率的面波組份中存在不同視速度的模態。而且在左部的幾個通道上，不同的模態合並到同一時間段內。在這樣的距離段內，單一的時間頻率分析是難以分離出不同的模態的。原始記錄經過22 Hz的窄頻帶濾波得到如圖7-6b的波型圖形。

22 Hz 頻率段靠近面波高階模態的視周期，其高階模態的振幅相對增強，而較低視速度的基階模態也存在，也只有在距震源相應寬的距離段上，才有可能區分不同的模態。

將原始記錄經過3Hz的窄頻帶濾波，得到如圖7-6c所示的波型圖形。記錄的3Hz頻率分量振幅很弱，顯示圖形時加大了振幅的增益。圖形中出現的同相軸大部分都極平緩，具有很大的視速度(甚至表現出反向震源傳播的視速度)，其展布已經不能包含在面波的時間-距離窗口內。只有在更大的距離上(窗口的右下角)才顯現具有低頻面波視速度的面波成分。這些低頻同相軸反映了大波長的波動組分，涉及的周邊范圍寬，一般屬於水平地層中的低頻反射鳴震，或者是來自採集排列旁側的散射波場。它們的振幅在圖示的3Hz頻段超過了面波的幅度，構成對低頻3Hz窄頻帶濾波後面波數據圖形(圖7-6c)面波的干擾。

這種低頻干擾不是用簡單的時間 距窗口能夠排除的。如果脈沖震源沒有足夠的低頻能量，它往往會掩沒面波的低頻組份，構成低頻(反映大的深度)面波數據中出現過大的相速度。這種干擾現象在全頻段的原始面波數據中並不明顯，只有在窄頻帶濾波的時間-距離數據中才會明顯暴露出來(圖7-7)。

圖7-6 窄頻帶濾波後面波數據圖

圖7-7 地層中含局部異常體的面波數據圖形

該圖中引發波形的震源位置在左邊，正常地層的面波同相軸由左上方向右下方延伸。圖中正常同相軸的中部出現向左下方的分支，表明面波向右方傳播途中遇到局部異常介質，產生反向的散射。這種異常現象在多道的時間-距離域圖形中容易判斷，異常的水平位置也容易確定，但是難於判斷異常體的深度。對面波的頻散數據它也會造成扭曲。

(5)地表為高剛度層覆蓋的地層面波數據圖形：圖7-8中明顯可見的面波(同相軸視速度低，視周期長)，反映了下覆地層的彈性波速，應屬面波的基階模態。其上部隱約可見視周期很短的振動，在左邊距震源附近的通道上振幅大，反映較明顯，它是屬於高剛度層覆蓋層造成的面波的高階模態的反映(右圖經放大後可以看得更清楚)。

圖7-8 地表為高剛度層覆蓋的地層面波數據圖形

圖7-8中面波的振幅由左向右隨距離的增大急劇衰減，這是地表高剛度覆蓋導致的特徵漏能現象。和高剛度地層在底部的正常地層結構不同，震源的彈性能量在地表高剛度覆蓋的下界面向下部地層漏失，其下再沒有使它向上折返的界面條件。

在最簡單的地層(均勻不分層)條件下，面波波速沒有頻散，根據時間頻率域中的面波同相軸斜率，完全可以確定面波的速度，並藉以估算地層的剛度。而對於分層的地層，面波的速度將產生頻散。如果各層的剛度隨深度逐層增加，面波的彈性能量將偏向它的基階模態，高階模態的能量偏弱。這時，用簡單的窄頻帶掃頻濾波方法，也可以在時間-距離域估算面波的頻散規律。面波應用研究的早期就是這樣來獲取面波的頻散速度的。如果各層的剛度隨深度起伏，特別是含有顯著的軟弱夾層，則面波高階模態的能量將相應加強，這時就難以用簡單的掃頻濾波方法。如若在時間距離域內分清面波的模態和估算面波的頻散，就不得不採取更復雜的數據處理方法。

目前存在不同性能的波場分頻速度估計方法。二維頻率波數域方法是一種通用方法，它有快速計算的功能，比較適用於多道線性陣列的波場分頻速度估計。

2.頻率-波數(F-K)域中的面波

面波的各個模態，在時間和距離上往往是相互穿插疊合的。在頻率-波數域中，可以清楚地區分開面波不同模態的波動能量，從而能夠單一地提取出基階模態的頻散數據。

(1)頻率-波數譜、相速度、譜振幅 面波沿地表傳播的波場，在時間和空間上都可以分解為正弦和餘弦形式的波動組分，轉換成二維的頻譜。單個波動組分在時間上的頻度，以每秒中的波動次數來計量，就是一般稱的頻率(F)，單位為Hz，而在空間(距離)上的頻度，以每米中的波動次數來計量，稱為波數(K)，單位為1/m。由頻率-波數譜中某個波動組分的頻率和波數，可以確定它的周期(T=1/F)和波長(L=1/K)。

這個波動組分的波形在波場中傳播時，每個周期的時間前進一個波長，計算出的速度就是它的傳播速度(υ_c=L/T，或υ_c=F/K)，也稱為該組分的相速度。由波動組分正弦和餘弦分量的振幅，可以合成該組分的譜振幅，反映了該組分傳播的彈性能量的大小。

運用二維傅里葉變換，可以將時間距離域的彈性波場數據，轉換為頻率-波數譜數據，表現為二維坐標中的圖形。一般其左上角為坐標原點，縱坐標為頻率軸，沿縱坐標向下波動頻率增高，也就是在時間上波動越快。橫坐標為波數軸，沿橫坐標向右波數增多，也就是在空間上波長越短。

各個波動組分譜振幅的大小，用不同顏色的色標來表示，一般色度越亮，表示譜振幅越大。波動組分坐標點(F，K)和原點連線的斜率(F/K)，體現了它的相速度。這條連線越陡該波動組分的相速度越大，越緩相速度越小。

離散數據的二維傅里葉變換，對於轉換的頻率和波數區間，都有相應的限定：轉換的頻率限(F_max)是采樣時間間隔(dT)的倒數的一半(F_max=0.5/dT)。轉換的波數限(K_max)是采樣道間距離(dX)的倒數的一半(K_max=0.5/dX)，對於單向傳播的波場，最大波數可以擴大一倍(K_max=1/dX)。在頻率和波數限定區間以外，會出現變換折疊造成的干擾。

(2)面波的頻率-波數譜向低頻小波數(長波長)區延伸的表現 在頻率 波數譜的左上角，頻率降低、波數減小，反映大深度的波長較大的面波應該在這個區域內分布。但正就是在這個區域，波譜對不同類型波的相對分辨能力降低，如果基階面波不具備較強的能量峰脊，就很難提取到正確的頻散數據。圖7-9顯示了在頻率-波數譜左上角經常遇到的圖景：

它是一個實測的面波記錄的頻率波數譜上，陰影圈定了明顯的基階面波的能量峰，其中白色點標記出峰脊的位置。在反映低頻波長較大的左上方(黑色框內)，分布著一些弱的能量軸，難以作出明確的選擇，可靠的頻散數據低頻端只能到此為止。

了解基階面波能量峰向頻率波數譜左上角延伸的一般規律，將有利於識別和提取頻散數據。為此，可在這個面波記錄的頻率-波數譜上，標出由它得到的地層模型正演的基階和高階頻散數據點，並且正演了原來未拾取到的左上角低頻頻散數據點。

圖7-9 一個實測的面波記錄的頻率-波數譜

圖7-10 頻率-波數譜圖形

在圖7-10是標上了正演得到的頻散數據點的實測記錄頻率-波數譜圖形。其中白色點組成的線是正演的基階頻散數據，淡灰色點組成的兩條線屬正演的高階頻散數據。它們的中下部均能和譜圖中相應的能量峰脊相吻合，說明正演採用的地層模型正確地反映了這部分譜圖的面波能量。正演基階頻散數據線向左上方的延伸部分逐漸逼近頻率波數坐標的原點，這就是基階面波能量峰脊向低頻小波數(長波長)區延伸的方向。

圖7-10正演得到的頻散數據點的實測記錄是圖中還以黑色直線標出地層最大剪切波速(底層)在頻率-波數譜中反映的位置。在此黑線左方出現的能量峰其相速度都大於地層底層的波速，不屬於面波能量的表現。

6. 坑道物探

坑道物探，是指把接收感測器置於坑道中採集有關物理量數據，從而獲得坑道周圍隱伏探測目標有用信息的各種物探方法。

這里所說「坑道」，包括礦井、巷道、隧道、硐室、洞穴等一切可以容人進入活動的地下空間。和前節井中物探的主要區別是，在坑道物探數據採集過程中，整個數據採集系統和操作人員可以進入坑道作業。

（一）應用發展

坑道物探最主要的應用領域是煤炭勘查，特別是在煤礦開采階段。顯然，這是因為多數煤礦的井下開采方式最需要也最有利於坑道物探工作的開展，也因此我國物探工作者又常把坑道物探稱為「礦井物探」。在煤礦井下，坑道物探可有效地以較高精度探測巷道兩側、頂底板上下、掘進頭（掌子面）前方以及巷道間的煤層及其他地質小構造，如煤層賦存狀態、厚度變化、夾矸分布、斷層、陷落柱、沖刷帶、破碎帶、軟弱帶、溶洞、老窯等，為煤炭開采特別是綜采機采作業及安全生產提供重要資料。國外煤炭領域坑道物探應用始於20世紀60年代初，並迅速在各產煤國家得到發展。我國煤礦坑道物探起步較晚。1974年和1977年煤炭部門科研單位和有關院校、工廠、礦山合作先後開始了坑道電磁波法和槽波地震法試驗。20世紀80年代在推廣這些方法的同時又相繼開發使用了礦井直流和音頻電法、礦井地質雷達、礦井反射和瑞利波地震等方法^[1～11]。20世紀90年代，又開發了接收井下天然電磁輻射和聲發射異常預測煤與瓦斯突出的技術^[12,13]。坑道物探方法在我全國上百個局礦單位獲得廣泛應用。一些礦務局已明文規定，綜采機采工作面地質說明書必須有坑道電磁波法等資料方可批准投產^[3,10]。

20世紀80年代末以來，我國在某些銅、鎳、錫、金等金屬礦山的采礦巷道中使用物探方法探測巷道外、巷道間或更深部隱伏礦體取得不同程度成效。工作中使用了自然電場、直流電剖面、直流電測深、頻率測深、激發極化、充電、電磁波、彈性波等方法，但工作量尚很有限^[14～17]。

坑道物探在我國一些隧道工程特別是鐵路隧道、公路隧道、大型輸水涵洞及水電站地下廠房施工過程中也有較廣泛應用。其中包括預報掘進掌子面前方可能出現的斷層、破碎帶、含水帶、岩溶、岩脈等異常地質情況，檢測隧道、硐室岩壁穩定性及人工襯砌質量等。主要使用了淺層地震、聲波、電阻率及探地雷達等方法^[18,19]。

（二）技術進步

原則上，幾乎所有地面物探方法都有可能在坑道中應用。當然，由於坑道的特殊條件，需要在技術上採取某些相應的措施。如採集設備的小型化輕便化及在許多煤礦井下的防爆化，坑道中各種工業設備干擾的防避或消除，坑道空間影響的校正，全空間位場數據的特殊處理解釋方法等等。就具體方法而言，坑道磁法和核法工作與地面工作差別最小。坑道重力法數據的外部校正及處理解釋有自己的特點^[20]。這幾種方法在我國坑道中實際應用不多，僅見有個別煤礦井下微重力測量案例^[21]。下面我們將僅重點涉及在我國得到發展的坑道電法和坑道彈性波法。

1.坑道電法

在我國坑道中曾應用多種電法方法，其中應用較多的是電磁波法和直流（或低頻）電法。

A.坑道電磁波法

坑道電磁波法又常被稱為坑道無線電波透視法。它在我國起步早，應用廣。早在1960年，我地質部門科研單位就自製實驗設備在關門山鉛鋅礦坑道中進行了電磁波透視礦體的試驗^[22]。1967年地質部門工廠小批量生產了DKT型坑道無線電波透視儀。1976年和1978年煤炭部門相繼研製了WKT-J₁型和WKT-J₂型坑道無線電波透視儀，並在短短數年內生產百餘台裝備了數十個局礦單位^[3]。這些儀器使用晶體管電路，表頭讀數，透距較小，不防爆。此後十餘年中，煤炭部門和地質部門又分別先後研製生產了七種型號的坑道無線電波透視儀近二百台。它們由模擬式進展到數字式微機化，頻帶拓寬，頻點增多，功能增強，透距增大（可達350～450m，個別煤層可達600m），安全防爆，並有配套軟體^[10,23]。

坑道電磁波法的數據處理解釋和井中電磁波法類同，井中電磁波法數據處理解釋技術在我國的進展也適用於坑道電磁波法，有些研究成果則明確面對這兩類工作方法^[24～26]。我國物探工作者還就煤礦井下電磁波法實際工作中某些特殊問題，如巷道相對位置的影響，人工導體的干擾，場強衰減與煤層傾角的關系等進行了專門討論^[27,28]。

B.坑道直流及低頻電法

為適應坑道特別是礦山巷道的特殊條件，傳導類的直流或低頻電法採用了各種特殊的電極布設方式，其中包括在同一巷道內不同位置不同方式排列及在相鄰巷道內的不同位置不同方式排列。我國物探工作者給它們賦以層測深、電穿透、電透視等多種名稱。它們可以分別在探測巷道四周或巷道間煤層賦存狀態及其構造，巷道頂板上方、底板下方及迎頭前方異常地質構造等方面發揮優勢作用。我國煤炭部門於20世紀80年代後期開始推廣這種方法，研製生產了多種型號的井下防爆直流電法儀和低頻電法儀，在許多礦山井下應用並在技術上有所發展提高^[29～34]。在有關數據處理解釋研究方面，包括巷道空間影響分析，巷道電法物理及數值模擬，處理解釋軟體研製等，取得了一些實用成果^[35～38]。

C.其他電法

探地雷達在礦井下可用於探測巷道上下左右及掘進前方數十米范圍內的礦體礦層及各種異常地質情況。我國煤炭部門於20世紀70年代中期開始礦井探地雷達的專題研究。針對煤礦井下小型輕便、安全防爆等特殊要求，我煤炭部門科研單位自20世紀80年代中期至20世紀末已先後研製出逐步升級的六種型號KDL系列礦井探地雷達產品，並和有關單位合作研製生產出新的低功耗液晶顯示礦井探地雷達。坑道探地雷達技術已在我國煤礦開采及鐵道、公路隧道施工中日益發揮更多作用^[39]。

20世紀90年代初，我煤炭部門科研單位基於岩石破裂產生電磁輻射的原理，研製了在煤礦巷道掘進過程中連續自動檢測異常天然電磁輻射信號的煤與瓦斯突出危險檢測儀。它能探測採掘工作面前方10～16m距離范圍內危險帶（應力集中區）的方位，初步試驗應用取得較好效果^[12]。

前已提及，其他一些電法，如自然電場法、充電法、激發極化法、頻率測深法等也曾在我國少數礦山巷道中應用。這些工作在技術上和地面工作類同，不必贅述。

2.坑道彈性波法

在我國坑道中使用的彈性波法有面波類的槽波地震法和瑞利波地震法，以及體波類的反射波和透過波地震（或聲波）法。

A.槽波地震法

槽波地震法觀測在煤層（作為在頂底板界面約束下的低速波導）中激發和傳播的導波——通常稱為槽波。它以其具有探測距離遠，精度高，環境適應性強等特點而成為在煤礦井下探測煤層內小構造的一種重要物探方法。國外於20世紀60年代開始槽波地震法的實驗研究，70年代末開始正式應用和得到發展。我煤炭部門各有關單位20世紀70年代末起積極開展了有關研究工作。20世紀80年代先後研製生產了井下用非防爆型和防爆型模擬磁帶式礦井地震儀，並開發了槽波地震專用數據處理軟體。1986年煤炭部門引進了德國SEAMAX數字槽波地震儀和專用軟體，在此基礎上進一步開展了槽波數字地震勘查方法技術的系統研究。我國物探工作者結合物理和數值模擬及現場實際工作結果，在煤層中導波形成理論及槽波傳播特性，數據採集方法及井下施工技術，數據處理解釋方法及軟體等方面取得了若干創新性研究成果，編寫出版了專著^[40～44]。20世紀80年代末我國研製生產並推廣應用了自己的多道遙測數字礦井地震儀^[45]。槽波地震方法在我國各礦務局許多採煤工作面上探測小斷層、陷落柱、沖刷帶等小構造取得了明顯成效。

B.瑞利波地震法

1988～1989年我煤炭部門引進了日本GR-810瑞利波地震儀及穩態瑞利波勘查技術，1991年將它應用於井下煤層殘厚及巷道獨頭前方探測^[5]。隨後煤炭部門科研單位研究開發了瞬態瑞利波技術並研製生產了適用於井下的瑞利波探測儀器。井下瞬變瑞利波法由於具有設備輕便，施工場地小，數據處理解釋相對簡單，成果比較直觀實時等特點，很快在許多煤礦井下推廣應用。在巷道側壁、頂底板及掘進前方探測煤層及小構造取得明顯成效。瑞利波地震法在我國工程隧道掘進前方預測方面也獲有效應用。我國物探工作者在坑道瑞利波地震方法技術及儀器的發展方面，其中包括24位A/D高解析度本安型礦井瑞利波探測儀的研製，多分量瑞利波探測系統的試驗等，也取得若干新的進展^[46～48]。

C.其他彈性波方法

淺層彈性波（地震或聲波）反射法在我國礦山地下巷道及工程隧道中也有較多應用。在煤礦井下較多用於分層採煤過程中測定殘煤厚度。為此，我煤炭部門研製生產了數種型號被稱為「底煤厚度測定儀」或「煤層厚度探測儀」的井下淺層地震儀。在工程隧道及硐室施工中較多用於掘進前方地質情況預測，使用方法主要有震源及檢波器沿隧道軸線排列的「坑道垂直地震剖面法」，及可在掘進掌子面上排列的「陸地聲納」法。這兩種在20世紀80年代由我國物探工作者首創的方法在煤礦巷道掌子面前方預測中也有應用^[6,18,19]。

20世紀80年代後期，地下巷道間的彈性波層成像方法在我國一些金屬礦及煤礦井下得到應用。這些工作主要觀測透過波的初至走時並使用射線層析處理解釋方法^[14,16,50]。顯然，前面「井中物探」一節中我國在彈性波層析成像處理解釋技術方面的進展也可用於坑道彈性波法。

近年我國物探工作者利用岩石在應力集中突發性破裂過程中的聲發射現象，研製出多道非接觸式聲發射實時監測預報系統及有關軟體，用於預測預報煤礦井下煤與瓦斯突出，並解決了不均勻介質條件下小尺度聲發射源的定位問題。現場試驗初步取得良好效果^[13]。

（三）總的評價

我國作為一個世界性煤炭生產大國，隨著機采綜采作業的普遍應用，對坑道物探工作的需求日益迫切。大規模基礎建設中日益增多的大型復雜隧道及其他地下工程也提出了這種需求。我國物探工作者及有關單位對坑道物探的發展給予了充分重視，在有關方法技術的研究開發，專用儀器的研製生產，以及積極推廣應用方面做了大量工作，取得良好成效。總的可以認為，我國坑道物探技術和應用已躋身世界先進水平行列。隨著我國危機礦山的增多，有必要進一步加強在各處老礦山特別是老金屬礦山井下找尋礦井周邊及深部隱伏礦體的坑道物探工作，並進一步發展提高有關技術。

7. 垂向越導通道的工程圈定

煤-岩-水-氣相關分析法是解決井下工作面具體地點是否具有越導通道存在可能性的分析技術，主要研究煤層、構造裂隙、瓦斯和地下水，它是在井田區域和區段分析基礎上進行工作的。在礦井生產中具有很強實用性，特別是它的簡便、快速、可靠已成功地避免了很多突水事故。它的基本原理基於以下事實：第一，煤層是在礦井中揭露最多的地層單位，約佔90%以上，因而可從中廣泛地、大量地獲得信息量；第二，煤層與其圍岩是在區域應力場共同作用下而發生構造變化的，因而構造特點必然具有共性，煤與圍岩相比其力學特徵顯得更為明顯，因而它反映構造應力就更為敏感，范圍也更大一些，這就有利於構造帶的分析；第三，煤層是多孔介質，裂隙及微裂隙系統中儲備大量瓦斯與地下水，瓦斯與水均為流體，因而它們的儲存、運移也具有一定的共性。

因此，我們可以充分利用煤層信息量多、敏感性強和相關性好的特點去研究煤層與圍岩隱含的構造信息和流體信息。它的優點是：可彌補勘探孔密度不足造成的精度降低和井下探測工程的單一性造成的不確定性；它的另一優點是可以跟蹤井巷採掘工程的推進隨時收集資料，進行動態分析，這比較合乎煤礦生產的特點。這一方法既可在工作面局部范圍應用，也可用在采區及井田范圍內應用，有較大靈活性。

1.煤厚分析

在構造變動作用下，在褶皺、斷層形成過程中，煤層產生「流變」而煤厚發生變化，在褶皺條件下厚煤帶或薄煤帶長軸方向與褶皺軸平行，在斷層條件下，煤層「拉薄」或「擠厚」基本平行斷層走向。其影響范圍可達50～100m，因此可根據煤厚變化趨勢，分析褶皺和斷層的存在。大量突水資料證明，突水點的分布多數是在這些煤厚變化地帶。如中馬村礦23061工作面，在平行斷層80m范圍內煤厚由7 m減少2 m（下降70%），該處發生128m³/min突水。又如九里山礦12031工作面沿走向呈波狀起伏，平均煤厚6 m左右而煤厚在褶皺帶明顯地變化2～8m，變化幅度30%～70%，4次突水地點均發生在煤厚劇烈變化帶上。

2.裂隙調查

一般在礦井中，揭露煤層底板的地段不多，無法直接進行裂隙調查，而對煤層及煤層頂板進行裂隙調查就容易很多，由於裂隙的產生是在統一應力場作用下發生的，所以煤層與頂板中的裂隙也可以反映煤層底板裂隙展布規律。

九里山礦12031試采工作面觀測了頂板岩層裂隙，發現在背斜軸都，裂隙密集，有4組橫張、縱張、共軛剪切裂隙，而在突水點附近有一組密集縱張裂隙出現，顯然它已切入煤層底板岩層，形成導水裂隙，這在電法探測中已得到證明（圖6-6）。

在馮營礦25051工作面發生突水31m³/min，在其附近煤層頂板有高角度密集裂隙出現。而在25031底層工作面揭露該地段煤層時，底板岩層出現底斷頂不斷小斷層及密集裂隙。

說明這些特徵都是越導通道存在的標志。因此，在煤岩中調查裂隙時，對那些密集的高角度裂隙更值得注意。

圖6-6 古漢山礦瑞利波探測圖

3.水文分析

煤層一般以微裂隙為主，含水率約佔1%～3%，但當與上、下含水層有水力聯系時，煤層中明顯的潮濕、變軟、發暗、淋水、流水，這都是非常重要的信息。

馮營礦25051工作面回風巷在距斷層100m范圍內，煤層明顯由乾燥狀態轉變為潮濕變軟狀態，當工作面回採時即發生了強烈底板突水。

4.瓦斯分析

煤層瓦斯狀態與圍岩地下水往往呈負相關。這是因為導水裂隙系統同樣可以導氣，而使煤層瓦斯逸散，特別在張性正斷層類型中更是如此。在掘進時瓦斯湧出量和瓦斯濃度有大量資料，利用這一瓦斯信息來分析構造是既靈敏又有簡便的方法。

焦西礦42061運輸巷掘進，揭露落差1 m的小斷層，在距斷層50m左右時出現瓦斯明顯降低的低谷區，特別是炮後瓦斯濃度倍比值更明顯降低，即放炮也「崩」不出瓦斯，說明瓦斯已沿斷層裂隙外溢。當工作面回採這一低谷地段時，即發生突水。

5.驗證分析

（1）井下瑞利波探測

應用錘擊式瑞利波探測儀（煤炭科學研究總院西安分院物探所研製）對於探測前方30m左右分界面是有效的，在完整岩層中測得的曲線與在具裂隙和斷層的岩層中所測得記錄曲線明顯不同，這在古漢山煤礦探斷層得到成功的應用。

在煤-岩-水-氣分析出的導帶區作為驗證手段，可大大提高分析結論的正確性，值得配合使用。

（2）井下直流電法探測

電法探測對於煤岩層中因含水而顯示的低阻反映是很靈敏的，既可向深部探測，也可以作水平超前探測。在探測范圍內圈定的「低阻」地段往往是富水地段，九里山礦12031試采工作面上、下風巷進行所圈定的低阻異常帶，視電阻平均小於800Ω（正常值為200～4000Ω），這一地點發生了底板突水。這一方法在馮營礦25051工作面，也同時得到證實，該工作面也發生了突水。實踐證明，電法是煤-岩-水-氣分析技術的得力驗證工具。

（3）井下鑽探

這是最直接的探測方法，在井下探構造，探水都是成功的。與煤-岩-水-氣分析技術配合應用，可最大限度減少鑽探工作量。

8. 無損檢測判斷題 只有當第一介質為固體介質時,才會有第三臨界角

一.是非判斷題（在每題後面括弧內打「X」號表示「錯誤」，畫「○」表示正確）1.最常用的超聲波換能器是利用壓電效應發射和接收超聲波的(0)2.在超聲波檢測中最常用的超聲波換能器是利用磁致伸縮效應發射和接收超聲波的(X)3.質點完成五次全振動所需要的時間，可以使超聲波在介質中傳播五個波長的距離(0)4.一般的超聲波檢測儀在有抑製作用的情況下其水平線性必然變壞(X)5.脈沖寬度大的儀器其頻帶寬度窄(0)6.超聲波檢測時要求聲束方向與缺陷取向垂直為宜(0)7.在同一固體介質中,縱波的傳播速度為常數(0)8.在同一固體介質中,橫波的傳播速度為常數(0)9.在同一固體介質中,瑞利波的傳播速度為常數(0)10.在同一固體介質中,蘭姆波的傳播速度為常數(X)11.超聲波表面波不能在液體表面傳播(0)12.在同一固體材料中,傳播縱,橫波時的聲阻抗相同(X)13.聲阻抗是衡量介質聲學特性的重要參數,溫度變化對材料的聲阻抗也會有影響(0)14.第二介質中折射的橫波其折射角達到90°時的縱波入射角為第二臨界角(0)15.第二介質中折射的橫波其折射角達到90°時的縱波入射角為第一臨界角(X)16.第二介質中折射的縱波其折射角達到90°時的縱波入射角為第二臨界角(X)17.第二介質中折射的縱波其折射角達到90°時的縱波入射角為第一臨界角(0)18.第二介質中折射的橫波平行於界面時的縱波入射角為第二臨界角(0)19.第二介質中折射的橫波平行於界面時的縱波入射角為第一臨界角(X)20.有機玻璃/鋁界面的第一臨界角大於有機玻璃/鋼界面第一臨界角，則前者的第二臨界角也一定大於後者。(X)21.只有當第一介質為固體介質時，才會有第三臨界角。(0)22.頻率和晶片尺寸相同時,橫波聲束指向性不如縱波好(X)22.在水中不僅能傳播縱波，也能傳播橫波(X)23.有機玻璃聲透鏡水浸聚焦探頭,透鏡曲率半徑越小,焦距越大(X)24.有機玻璃聲透鏡水浸聚焦探頭,透鏡曲率越大,焦距越大(X)25.吸收衰減和散射衰減是材料對超聲能量衰減的主要原因(0)26.鋼中聲速最大的波型是縱波(0)27.鋼中聲速最大的波型是橫波(X)28.鋼中聲速最大的波型是蘭姆波(X)29.超聲波在異質界面上傾斜入射時,同一波型的聲束反射角大於入射角(X)30.超聲波在異質界面上傾斜入射時,同一波型的聲束反射角小於入射角(X)31.商品化斜探頭標志的角度是表示聲軸線在任何材料中的折射角(X)32.為在試件中得到純橫波，斜探頭透聲斜楔材料的縱波速度應大於被檢試件中的縱波速度(X)33.超聲波在介質中的傳播速度與波長成正比(X)34.超聲波在鋁中傳播時,頻率越高,波長越短(0)35.超聲波在鋼中傳播時,頻率越低,波長越短(X)36.超聲波在介質中的傳播速度等於質點的振動速度(X)37.在同種固體材料中,縱,橫波聲速之比為常數(0)38.聲源面積不變時,超聲波頻率越高,超聲場的近場長度越長(X)39.採用高頻探傷可以改善聲束指向性,提高探傷靈敏度(0)40.不同壓電晶體的頻率常數不一樣,故不同壓電晶體作成頻率相同的晶片其厚度不同(0)41.蘭姆波波速在一定介質中不為常數(0)42.超聲波探頭的近場長度近似與晶片直徑成正比,與波長成反比(0)43.超聲波探頭的半擴散角近似與晶片直徑成正比,與波長成反比(X)44.超聲波探頭發射超聲波利用的是逆壓電效應,而接收超聲波則是利用的正壓電效應(0)45.超聲波束的指向角是在晶片直徑一定的情況下,頻率越低,指向角越小(X)46.超聲波束的指向角是在晶片直徑一定的情況下,頻率越高,指向角越小(0)47.聲透鏡的曲率越大,焦距越短(0)48.聲透鏡的曲率半徑越大,焦距越短(X)49.波長越短,近場長度越短,晶片直徑越大,近場長度也越長(0)50.不同材料有不同的材料彈性和密度，故同一波型的超聲波在不同材料中傳播速度不同(0)51.同一波型的超聲波在不同材料中的傳播速度是相同的(X)52.超聲波縱波在異質界面上發生反射時，反射波中必定會分離出反射縱波與反射橫波(X)53.根據公式：C=λ·f 可知聲速C與頻率f成正比，因此同一波型的超聲波在高頻時傳播速度比低頻時大(X)54.壓電晶片是利用「逆壓電效應」的原理產生超聲波的(0)55.壓電晶片是利用「逆壓電效應」的原理接收超聲波的(X)56.用聲透鏡對超聲波進行聚焦時，必須選用中間厚度小、邊緣厚度大的凹形透鏡(0)57.物體在振動過程中，當外力的頻率等與振動系統的固有頻率時，物體的振幅達到最大值，這種現象稱為諧振(0)58.物體在振動過程中，當外力的頻率等與振動系統的固有頻率時，物體的振幅達到最大值，這種現象稱為共振(0)59.波在傳播過程中遇到遠小於波長的障礙物時，就會發生繞射現象(0)60.超聲波探頭所選用壓電晶片的頻率與晶片厚度有密切關系，頻率越高，晶片越薄(0)61.在鋼中測定為某個折射角的探頭，移放到鋁上測定，該折射角將會變小(X)62.在超聲波檢測中，窄脈沖的縱向分辨力高，這是因為它的脈沖寬度大(X)63.一台垂直線性理想的超聲波檢測儀，其回波高度與探頭接收到的聲壓成正比例(0)64.一台垂直線性理想的超聲波檢測儀，其回波高度與探頭接收到的聲壓成反比(X)65.當激勵探頭的脈沖幅度增大時，由探頭發射的超聲波強度也隨之增大(0)66.超聲連續波垂直入射至鋼/空氣界面時，反射波和入射波可在鋼中形成駐波。(0)67.超聲波以角入射到水/鋼界面時，反射角等於入射角。(0)68.水的溫度升高時，超聲波在水中的傳播速度則隨著降低(X)69.所有的液體（水除外），其聲速都隨著溫度的升高而增加(X)70.超聲波垂直入射時，界面兩側介質聲阻抗相差愈小，聲壓往復透過率愈高(0)71.當鋼中的氣隙（如裂紋）厚度一定時，超聲波頻率增加，反射波高將隨之降低(X)72.第一介質為液體介質時，也會有第三臨界角(X)73.超聲場的近場長度愈短，聲束指向性愈差(0)74.斜角探傷橫波聲場中假想聲源的面積小於實際聲源面積(0)75.圓晶片斜探頭的折射波束上緣折射角大於下緣折射角(X)76.如斜探頭入射點到晶片的距離不變，入射點到假想聲源的距離隨入射角的增加而增大(X)77.對空心圓柱體在內圓周面上探傷時，曲底面回波聲壓比同聲程大平面高(0)78.A型顯示探傷儀，利用D.G.S曲線板是不能直觀顯示缺陷的當量大小和缺陷深度的(X)79.B型顯示探傷儀能夠直觀顯示出缺陷深度(0)80.壓電晶片的壓電電壓常數大，則說明該晶片發射性能好(X)81.壓電晶片的壓電應變常數大，則說明該晶片發射性能好(0)82.常用的有機玻璃楔探頭，當溫度升高時，其折射角將變小(X)83.超聲波傾斜入射至缺陷表面時，缺陷反射波高隨入射角的增大而減小(0)84.一般情況下，對於薄層反射體，能得到最大反射信號的厚度為（λ/4的奇數倍）(0)85.一般情況下，對於薄層反射體，能得到最大反射信號的厚度為（λ/4的偶數倍）(X)86.一般情況下，對於薄層反射體，能得到最大反射信號的厚度為（λ/2的奇數倍）(X)87.一般情況下，對於薄層反射體，能得到最大反射信號的厚度為（λ/2的偶數倍）(X)88.為了在工件中得到純橫波，對於斜探頭的選擇除了合適的入射角以外還應考慮合適的斜楔材料的橫波聲速(X)89.為了在工件中得到純橫波，對於斜探頭的選擇除了合適的入射角以外還應考慮合適的斜楔材料的縱波聲速(0)90.為了在工件中得到純橫波，對於斜探頭的選擇除了合適的入射角以外還應考慮斜楔材料的縱波聲速小於工件中的橫波聲速(0)91.為了在工件中得到純橫波，對於斜探頭的選擇除了合適的入射角以外還應考慮斜楔材料的縱波聲速大於工件中的橫波聲速(X)92.為了給tgβ=2.5的斜探頭設計一個適合1:1水平定位法，並使得第一次回波前沿出現在第三格，第二次回波前沿出現在第九格的半圓試塊，該試塊的半徑應是32.3mm(0)93.超聲檢測常用壓電晶體石英、鈦酸鋇、鈮酸鋰、硫酸鋰中接收效率最高的是鈮酸鋰(X)94.超聲檢測常用壓電晶體石英、鈦酸鋇、鈮酸鋰、硫酸鋰中居里點最高的是硫酸鋰(X)95.超聲波檢測常用壓電晶體石英、鈦酸鋇、鈮酸鋰、硫酸鋰中接收效率最高的是硫酸鋰(0)96.超聲波檢測常用的壓電晶體石英、鈦酸鋇、鈮酸鋰、硫酸鋰中居里點最高的是鈮酸鋰(0)97.在人工反射體平底孔、矩形槽、橫孔、V形槽中，回波聲壓只與聲程有關而與探頭折射角度無關的是矩形槽(X)98.在人工反射體平底孔、矩形槽、橫孔、U形槽中，回波聲壓只與聲程有關而與探頭折射角度無關的是平底孔(X)99.在人工反射體平底孔、矩形槽、橫孔、U形槽中，回波聲壓只與聲程有關而與探頭折射角度無關的是U形槽(X)100.在人工反射體平底孔、矩形槽、橫孔、V形槽中，回波聲壓只與聲程有關而與探頭折射角度無關的是橫孔(0)101.在人工反射體平底孔、矩形槽、橫孔、V形槽中，回波聲壓只與聲程有關而與探頭折射角度無關的是V形槽(X)102.在超聲波試塊中,和入射波束角度無關的人工反射體是U型缺口槽(X)103.在超聲波試塊中,和入射波束角度無關的人工反射體是V型缺口槽(X)104.在超聲波試塊中,和入射波束角度無關的人工反射體是平底孔(X)105.在超聲波試塊中,和入射波束角度無關的人工反射體是柱孔(X)106.在超聲波試塊中,和入射波束角度無關的人工反射體是橫孔(0)107.在超聲波檢測中最常用的超聲波是有多種頻率成分的正弦波疊加而成的機械波(0)108.在超聲波檢測中最常用的超聲波是單純的正弦波(X)109.在超聲波檢測中最常用的超聲波是方波脈沖(X)110.在超聲波檢測中最常用的超聲波是駐波(X)111.用sinθ=1.22λ/D公式計算的指向角是聲束邊緣聲壓P1與聲束中心聲壓P0之比等於0%時的指向角(0)112.用sinθ=1.22λ/D公式計算的指向角是聲束邊緣聲壓P1與聲束中心聲壓P0之比等於50%時的指向角(X)113.用sinθ=1.22λ/D公式計算的指向角是聲束邊緣聲壓P1與聲束中心聲壓P0之比等於10%時的指向角(X)114.用sinθ=1.22λ/D公式計算的指向角是聲束邊緣聲壓P1與聲束中心聲壓P0之比等於1%時的指向角(X)115.水平線性、垂直線性、動態范圍屬於超聲波檢測儀的性能指標(0)116.頻帶寬度、探測深度、重復頻率屬於超聲波檢測儀的性能指標(0)117.靈敏度餘量、盲區、分辨力屬於超聲波檢測儀的性能指標(X)118.入射點、近場長度、擴散角屬於超聲波檢測儀的性能指標(X)119.在普通常用的超聲波檢測儀上，使用「抑制」旋鈕的抑製作用，可以減少雜波顯示，與此同時也會導致垂直線性變差，動態范圍減小(0)120.在普通常用的超聲波檢測儀上，使用「抑制」旋鈕的抑製作用，可以減少雜波顯示，與此同時也會導致其他回波幅度一並下降(0)121.在普通常用的超聲波檢測儀上，使用「抑制」旋鈕的抑製作用，可以減少雜波顯示，與此同時也會導致回波寬度變小(0)122.超聲波通過兩種材料的界面時，如果第一種材料的聲阻抗較大，但其聲速與第二材料相同，則在第二種材料中的折射角大於入射角(X)123.超聲波通過兩種材料的界面時，如果第一種材料的聲阻抗較大，但其聲速與第二材料相同，則在第二種材料中的折射角小於入射角(X)124.超聲波通過兩種材料的界面時，如果第一種材料的聲阻抗較大，但其聲速與第二材料相同，則在第二種材料中的折射角等於入射角(0)125.超聲波通過兩種材料的界面時，如果第一種材料的聲阻抗較大，但其聲速與第二材料相同，則在第二種材料中的折射角等於臨界角(X)126.超聲波檢測儀在單位時間內產生的脈沖數量叫做脈沖的重復頻率(0)127.超聲波檢測儀在單位時間內產生的脈沖數量叫做超聲波頻率(X)128.如果超聲波頻率增加而晶片直徑不變，則聲束擴散角將減小(0)129.如果超聲波頻率增加而晶片直徑不變，則聲束擴散角將增大(X)130.單位時間內垂直通過單位面積上的聲能叫做聲強，它與聲壓的平方成正比(0)131.單位時間內垂直通過單位面積上的聲能叫做聲壓，它與聲強的平方成正比(X)132.在傳播超聲波的介質中，由於交變振動產生的附加壓強叫做聲壓(0)133.在傳播超聲波的介質中，由於交變振動產生的附加壓強叫做聲強(X)134.超聲波儀器的B、C型顯示都屬於二維顯示（0）135.超聲波儀器的B、C型顯示都屬於三維立體顯示（X）136.在超聲波檢測中，如果使用的探測頻率過高，在探測粗晶材料時會出現林狀回波（0）137.為提高分辯力，在滿足探傷靈敏度要求情況下，儀器的發射強度應盡量調得高一些(X)138.超聲波檢測使用的試塊，其功能不僅僅是用於調整檢測靈敏度和評估缺陷大小(0)139.管子超聲波探傷必須採用水浸聚焦方法是因為管子曲率對超聲波有散射作用(X)140.焊縫的超聲波檢測都是採用斜探頭進行探傷(X)141.焊縫的超聲波檢測不應當採用直探頭進行探傷(X)142.鍛件的超聲波檢測都是採用直探頭進行探傷(X)143.鍛件的超聲波檢測不採用組合雙晶探頭進行探傷(X)144.鍛件的超聲波檢測不採用斜探頭進行探傷(X)145.用直探頭在軸類鍛件的圓周面上進行周向掃查時，如果有游動信號出現，就可以肯定存在徑向缺陷(X)146.用斜探頭對大口徑鋼管作接觸法周向探傷時，其跨距比同厚度平板小(X)147.直接用缺陷波高比較缺陷大小，儀器的「抑制」和「深度補償」旋鈕應置於（開）的位置(X)148.直接用缺陷波高比較缺陷大小，儀器的「抑制」和「深度補償」旋鈕應置於（關）的位置(0)149.採用當量法確定的缺陷尺寸一般大於缺陷的實際尺寸(X)150.只有當工件中缺陷在各個方向的尺寸均大於聲束截面時，才需要採用測長法確定缺陷長度(X)

9. 第2題 隧道超前地質預報的意義中哪一項是錯誤的

什麼是隧道施工超前地質預報，它包含哪些內容？

隧道施工超前地質預報是指在 隧道施工期間，採用多種方法、技術、 手段，對施工掌子面前方的水文地質工程地質狀況、不良地質及可能引發的地 質災害隱患進行及時、准確的預報，使 隧道施工提前採取有效的防治措施，避 免災害的發生，保證隧道施工安全進行 該項工作屬於隧道施工工程地質工作的內容。隧道施工超前地質預報包括長期預 報、短期預測和地質災害監測與警報三大部分。現就長期預報和短期預報的內容分述於下：(1)長期超前地質預報① 預報任務和預報距離預報隧道施工掌子面前方圍岩工程地質特徵：圍岩級別、地下水及地質災 害隱患，為隧道施工指明掌子面前方的 工程地質輪廓，使施工決策人做到心中有數並能適時制訂正確的施工方案，收 到安全、順利施工的效果。預報距離： 80m ~ 100m。② 預報的方法和技術手段地面工程地質調查法。地面工程地 質調查內容包括地層、岩性、構造、軟 弱結構面、岩溶、地下水、地應力等，並應用地面地質投射超前預報技術，預 測掌子面前方的不良地質及可能的隱伏 地質災害。③ 超前導坑法。超前導坑法或稱平 行導坑法（含試驗洞）是預報正洞工程 地質情況最直觀、精度高的方法，但因為存在費時費工，價格昂貴等明顯確定， 大多數隧道不宜採用。④ 超前鑽孔法。在掌子面上用鑽 機打數十米直至百米的超前探孔，根 據岩芯狀況、鑽進速度、施鑽情況、循環水狀況等預報鑽孔范圍圍岩的工 程地質狀況。⑤ 物探儀器探測法。主要使用兩類 物探儀器進行探測：第一類：彈性波法，如TSP 203PLUS、增強型瑞利波儀等。第二類：電磁波法，瞬變電磁儀、 D2-IIA高分辨數字直流電法儀等。(2) 短期超前地質預報這是在長期超前地質預報基礎上開 展的預報工作。①預報的任務和預報距離結合長期預報成果，更准確地預報 掌子面前方不良地質、地下水、圍岩級 別及可能的隱伏地質災害，為施工決策採取正確的防治措施提供依據。短期超 前預報一般在構造復雜部位、不良地質 區段及隱伏地質災害的局部地段進行。 預報距離：10m~ 30m。②預報的方法和技術手段地質編錄法。通過對掌子面已揭露 的地質體進行觀測與編錄，對實見的地 質體向掌子面前方延伸情況進行有依據的推斷。按其預測原理的不同又可分為 3種方法：第一種，岩層岩性及層位預測法。第二種，條帶狀地質影響隧道長度 預測法。第三種，不規則地質體涉及隧道長 度預測法。鑽孔探測法。對鐵釺孔、爆破孔、 錨桿孔、鑿岩台車鑽孔、鑽機鑽孔，在 施鑽過程中的成孔時間、鑽進速度、孔內壓力、沖洗液顏色、成分、涌水、卡鑽、 掉鑽、跳鑽等情況進行分析作出預報。 例如：鑽進遇到斷層泥時，鑽進速度快、 鑽孔沖洗液渾濁或白色。鑽進時卡鑽說 明岩體破碎。鑽進時遇到掉鑽，則可能有溶洞、大裂隙等等。採用鑽機鑽孔探 測應在隧道斷面內，沿四個邊角各設一 個鑽孔，隧道中心設1個鑽孔，鑽孔呈 放射狀布設。③ 物探儀器探測法 第一類：電磁波法，如地質雷達、 激電探測儀(TDIS/SIP)等。第二類：聲波法，如ZGS1610聲波探測儀等。第三類:光波法，如紅外探測儀等。 (3)應注意的問題為了保障超前地質預報的質量，應 當做到：① 長期預報、短期預報與地質災 害監測與警報，相輔相成，兼而有之。② 長期預報應當隨隧道施工的進 展不間斷連續進行。短期預報可以只在 重點地段進行。地質災害監測與警報應當在隧道整個施工過程中都進行。

-------------------
隧道超前地質預報的各種方法、原理及使用條件？
包括：地質調查法、超前鑽探法、地震波反射法、電磁法、直流電法、紅外探測法、超前導坑預報法。

隧道施工地質超前預報方法主要有以下幾種：傳統地質分析法、超前導坑預測法、超前水平鑽孔法、物探法以及特殊災害地質所採用的相關預測方法。
過去的超前地質預報主要有超前導坑、超前鑽孔等方法，這些方法工期長、費用高，其應用漸漸受到較大限制你是間接、無損的勘探手段，可得到較大范圍內地質體的物理性質資料，近10年來，隨著技術的不斷發張買儀器設備的改進，在一些長大深埋隧道的超前地質預報中，物探方法得以推廣應用，並取得了較好效果。目前利用物探進行超前地質預報的方法較多，有地質雷達法、瑞雷面波法、聲波法、TSP法等。
物探法近來運用愈來愈廣泛，已經是現今隧道超前預報中不可或缺的核心手段。常用的方法有的地震反射波法、聲波測試、紅外探水、電磁波法等。
1. 聲波法。主要有岩面測試和孔內測試兩種，其中孔內測試又分為單孔和雙孔測試，目前應用的方法有HSP法和CT法。
○1水平地震剖面法（HSP）。分為超前水平布置和雙側水平布
置。超前水平布置將發射源、接收檢波器分別置於掌子面前方的兩個超前水平鑽孔中；雙側水平布置則是將發射源、接收檢波器分別置於靠近掌子面的隧道兩側邊牆的兩排水平鑽孔中。發射源、接收檢波器同步相錯斜交移動，從而完成一次HSP數據的採集工作。HSP的探測方式減小或者排除了隧道威嚴爆破松動圈的英系那個，可獲得面波少、S/N比高的數據，能取得高精度的測試效果，同時避免了隧道中CDP法偏移距不足的缺陷。為確保高解析度，HSP系統採用了較高的頻率范圍。 ○
2CT法。混凝土聲波CT層析成像法藉助一血X射線斷層掃描的基本手段，結合其物理力學性質的相關分析，採用射線走時和振幅來重構混凝土內部聲速值及衰減系數的場分布，通過像素、色譜、立體網路的綜合展示，以達到直觀反映混凝土內部結構圖像之目的。
2．地質雷達法。採用連續掃描電磁波反射曲線的疊加，利用電磁波在隧道掌子面前方岩體中的傳播、反射原理，根據測到的反射脈沖波走時計算反射界面距隧道施工掌子面的距離。地質雷達被認為是目前解析度最高的地球物理方法，但是由於預報距離短，易受隧道洞內機器、管線的干擾，目前多用於岩溶洞穴、含水帶和破碎帶的探測預報。
3．TSP法。原理與地震反射負式速度法相同，但其採用深度偏移法，且在成像前進行二維Radon變換。利用視速度差異，消除與隧道走向近乎平行的反射界面，由於受觀測方式限制，不可能給出准確的斷層產狀、位置和岩體波速。
4.紅外探水技術。在隧道中，圍岩每時每刻都在發射紅外波段的電磁波，並形成紅外輻射場，輻射場有密度、能量、方向等信息，岩層在向外發射紅外輻射的同時，必然會把它內部的地質信息傳遞出來。乾燥無水的地層和含水地層常常發射不同的紅外輻射，地下水的活動會引起岩體紅外輻射場強的變化，紅外探水儀通過接收岩體的紅外輻射強度，根據威嚴紅外輻射場強的變化來確定掌子前方或者四周是否有隱伏的含水體，通過測試掘進工作面和隧道開挖縱向的地濕場變化情況，根據介質的輻射紅外波段長的能量變化，判析前方是否為隱伏含水構造體，有無發生突涌水的可能。