瑞利波探测仪价格

1. 哪位高手介绍下红外线非接触技术

研究红外辐射的产生、传播、转化、测量及其应用的技术科学。任何物体的红外辐射包括介于可见光与微波之间的电磁波段。通常人们又把红外辐射称为红外光、红外线。实际上其波段是指其波长约在0.75微米到1000微米的电磁波。通常人们将其划分为近、中、远红外三部分。近红外指波长为0.75～3.0微米；中红外指波长为3.0～20微米；远红外则指波长为20～1000微米。在光谱学中，波段的划分方法尚不统一，也有人将0.75～3.0微米、3.0～40微米和40～1000微米作为近红外、中红外和远红外波段。另外，由于大气对红外辐射的吸收，只留下三个重要的"窗口"区，即1～3微米、3～5微米和8～13微米可让红外辐射通过，因而在军事应用上，又分别将这三个波段称为近红外、中红外和远红外。8～13微米还称为热波段。
红外技术的内容包含四个主要部分：1.红外辐射的性质，其中有受热物体所发射的辐射在光谱、强度和方向的分布；辐射在媒质中的传播特性--反射、折射、衍射和散射；热电效应和光电效应等。2.红外元件、部件的研制，包括辐射源、微型制冷器、红外窗口材料和滤光电等。3.把各种红外元、部件构成系统的光学、电子学和精密机械。4.红外技术在军事上和国民经济中的应用。由此可见，红外技术的研究涉及的范围相当广泛，既有目标的红外辐射特性，背景特性，又有红外元、部件及系统；既有材料问题，又有应用问题。
[相关技术]探测技术;精确制导技术;光电子技术;先进材料技术
[技术难点]
红外技术的发展关键在于红外材料的研制、红外设备的制冷、红外设备向更长波段发展、红外焦平面阵列器件的研制和红外设备与数据处理设备的结合等。
[国外概况]
自从1800年英国天文学家F·W·赫歇尔发现红外辐射至今，红外技术的发展经历了将近两个世纪。从那时开始，红外辐射和红外元件、部件的科学研究逐步发展，但发展比较缓慢，直到1940年前后才真正出现现代的红外技术。当时，德国研制成硫化铅和几种红外透射材料，利用这些元、部件制成一些军用红外系统，如高射炮用导向仪、海岸用船舶侦察仪、船舶探测和跟踪系统，机载轰炸机探测仪和火控系统等等。其中有些达到实验室试验阶段，有些已小批量生产，但都未来得及实际使用。此后，美国、英国、前苏联等国竞相发展。特别是美国，大力研究红外技术在军事方面的应用。目前，美国将红外技术应用于单兵装备、装甲车辆、航空和航天的侦察监视、预警、跟踪以及武器制导等各个领域。
红外技术发展的先导是红外探测器的发展。1800年，F·W·赫歇尔发现红外辐射时使用的是水银温度计，这是最原始的热敏型红外探测器。1830年以后，相继研制出温差电偶的热敏探测器、测辐射热计等。在1940年以前，研制成的红外探测器主要是热敏型探测器。19世纪，科学家们使用热敏型红外探测器，认识了红外辐射的特性及其规律，证明了红外线与可见光具有相同的物理性质，遵守相同的规律。它们都是电磁波之一，具有波动性，其传播速度都是光速、波长是它们的特征参数并可以测量。20世纪初开始，测量了大量的有机物质和无机物质的吸收、发射和反射光谱，证明了红外技术在物质分析中的价值。30年代，首次出现红外光谱代，以后，它发展成在物质分析中不可缺少的仪器。40年代初，光电型红外探测器问世，以硫化铅红外探测器为代表的这类探测器，其性能优良、结构牢靠。50年代，半导体物理学的迅速发展，使光电型红外探测器得到新的推动。到60年初期，对于1～3、3～5和8～13微米三个重要的大气窗口都有了性能优良的红外探测器。在同一时期内，固体物理、光学、电子学、精密机械和微型致冷器等方面的发展，使红外技术在军、民两用方面都得到了广泛的应用。
从60年代中叶起，红外探测器和系统的发展体现了红外技术的现状及发展方向。1.在1～14微米范围内的探测器已从单元发展到多元，从多元发展到焦平面阵列。红外探测器最早是用单元探测器，为了提高灵敏度和分辨率，后来发展为多元线列探测器。多元线列探测器先后扫过(串扫)同一目标时，它输出的信噪比可比单元探测器高n（开平方）倍，n为元数。如果多元线列探测器平行扫过(平扫)目标时，则可获得目标辐射的一维分布。以线列探测器为基础的红外探测系统，大都安装在飞机或卫星遥感平台上，平台的前进运动垂直于线列作为第二维时，就可得到目标辐射的分布图像。现在，红外探测器已从多元发展到焦平面阵列，相应的系统已实现了从点探测到目标热成像的飞跃。红外热成像仪是一种最有发展前途的设备，代表着夜视器材的发展方向，它用焦平面阵列取代了光机扫描结构。目前，长波碲镉汞(HgCdTe)探测器面阵已达640×480元，焦平面阵列探测器的实验室水平已达256×256元，预计到2000年可达到百万元。2.红外探测器的工作波段从近红外扩展到远红外。早期的红外探测器通常工作在近红外。随着红外技术的发展，红外探测器的工作波段已扩展到中红外和远红外，例如，美国国防高级研究计划局提出了一项超波谱地雷探测计划，目的是为了提供一种安全有效地探测地雷的方法。该计划采用空间调制成像傅里叶变换光谱仪，这是一种红外传感器，它已在直升机上进行了近、中波段的试验，下一步计划把工作波段延伸到远红外。远红外已经成为科学家们关注的重点。3.轻小型化。非致冷、集成式、大面阵红外探测器方向发展。采用低温制冷技术，是为了提高红外探测器件的灵敏度和输出信号的信噪比，使其具有良好的性能，但它也使红外探测器体积大、成本高。为了实现小型化，必须减少制冷设备和相关电源，因此，高效小型制冷器和无需制冷的红外探测器将是今后的发展方向。如采用非致冷工作的红外焦平面阵列技术，不仅可使系统成本降低2个数量级，而且可以使体积、重量和功耗也将大大减少。此外，利用材料电子计算机和微电子方面的最新技术，可使红外探测器与具有一定数据处理能力的数据处理设备相结合，使其轻集成化、大面阵、焦平面化方向发展，以提高其性能，实现对室温目标的探测。4.红外探测系统从单波段向多波段发展。正如前面所述：在大气环境中，目标的红外辐射只能在1～3、3～5和8～13微米三个大气窗口内才能有效地传输。如果一个红外探测系统能在两个或多个波段上获取目标信息，那么这个系统就可更精确、更可靠地获取更多的目标信息，提高对目标的探测效果，降低预警系统的虚警概率，提高系统的搜索和跟踪性能，适用更多的应用需求，更好地满足各军兵种的需要。目前，多波段的红外探测系统已经研制成功，如法国和瑞典联合研制的"博纳斯"末敏子弹药，就采用了多波段红外探测系统探测目标。
在红外技术的发展中，需要特别指出的是：60年代激光的出现极大地影响了红外技术的发展，很多重要的激光器件都在红外波段，其相干性便于移用电子技术中的外差接收技术，使雷达和通信都可以在红外波段实现，并可获得更高的分辨率和更大的信息容量。在此之前，红外技术仅仅能探测非相干红外辐射，外差接收技术用于红外探测，使探测性能比功率探测高好几个数量级。另外，由于这类应用的需要，促使出现新的探测器件和新的辐射传输方式，推动红外技术向更先进的方向发展。
[红外技术应用]
外应用产品种类繁多，非一篇文章所能描述，本文仅选择红外热像、红外摄像、红外通讯、红外光谱仪、红外传感器等几个比较大的领域做介绍。
红外热像仪
红外热像仪行业是一个发展前景非常广阔的新兴高科技产业，也是红外应用产品中市场份额最大的一块，在军民两个领域都有广泛的应用。红外热像仪在现代战争条件下的卫星、导弹、飞机等军事武器上获得了广泛的应用。同时，随着非制冷红外热成像技术的生产成本大幅度降低，该产品的应用已延伸到了电力、消防、工业、医疗、安防等国民经济各个部门。
过去国内市场一直由FLIR、FLUKE等国外知名企业占领。不过最近10年来，这个领域发生了可喜的变化，国内红外热像仪企业在产品技术、性能和质量等方面的改进，市场份额逐步扩大，涌现出了大立科技、昆明北方红外、武汉高德、飒特红外等知名企业，经过这几年的发展，已经积累相当的技术力量。
目前国产产品在性能上已经和进口产品接近，但进口产品的价格高出国内产品50%以上。随着红外热像仪在消防、电力、建筑等行业的扩张，国际民用红外热像仪行业迎来了市场需求的快速增长期。2004年全球民用红外热像仪及系统产量约为5万台，而2006年，仅FILR公司就取得了宝马汽车公司为其新款7系列轿车配备的红外热像仪订单，并获得了美国政府35万台的出口许可申请。2006年全球民用红外热像仪的销售额为16.3亿美元，同比增长17.35%。
据美国著名高科技行业咨询公司Maxtech International的预测，未来5年全球民用红外热像仪市场需求年均增长率将达到15%，到2012年，全球民用红外热像仪的市场需求将达到38.12亿美元。由于国内经济高速发展，中国红外热像仪市场的年均增长率可以达到20%，预计2011年中国民用红外热像仪市场的需求量可以达到9.95亿元。以美国为例，2000年，美国红外成像与红外测温系统的市场销售总额为18.2亿美元，比1999年增长了3%，预计到2008年，总的市场销售额将达到28.2亿美元，年综合增长率达到6.5%。
“我国红外热像仪市场还处于起步阶段，未来发展空间巨大。”中国光学学会常务理事兼秘书长倪国强先生在中国光电产业高层论坛上表示：在发达国家的军用领域，红外热像仪已得到非常广泛的配置，例如海湾战争中平均每个美国士兵配备1.7具红外热像仪。与发达国家相比，目前我国军队中红外热像仪的应用相对较少，其市场远景需求量相当巨大。随着高性能多色红外焦平面以及智能灵巧型片上图像处理技术的发展，预计这一比例还将继续走高。
红外摄像机
随着北京奥运会、上海世博会、广州亚运会等国内大型活动的增加，对安全的要求越来越严格，越来越多的场所需要24小时持续监控。红外线在夜间监视的应用更加突出，不仅金库、油库、军械库、图书文献库、文物部门、监狱等重要部门采用，而且也在一般监控系统中也被广泛采用，甚至居民小区监控工程也应用了红外线摄像机。带动了红外摄像市场持续升温。
根据2006年的一份调查报告，相比红外热像仪，红外摄像机的技术门槛不高，目前大部分国内市场被国内品牌占据，外国品牌只占据了一部分高端市场。从国内红外摄像机分布来看，深圳最多，占总数的64%，与东莞、浙江形成了我国的三大产业基地。
我国的红外摄像企业以生产、贸易为主，能够自主创新的不多。未来提高自主研发能力将是发展的主要方向，只有这样才能向全球扩张、赚取更高的利润。
红外通讯
传统的红外通讯应用主要在与家电和汽车防盗遥控器方面，由于调制技术、相关收发器技术的快速发展，红外传输应用也发生了质的飞跃。1993年国际红外线协会在美国成立，积极整合建立红外传输的标准，极大地推动了红外产品的发展。
2000年全球已有1．7亿台配有国际红外线协会模组的电子产品进入市场，尤其在电子游戏机市场有极大的潜力。2001年，在信息收发模组方面，由于国际红外线协会模组的价格已从早期的5美元降至2美元，国际大厂纷纷在亚太地区一些劳动力相对低廉的地方寻求加工场所，估计年产值将有1亿多美元的规模，当时一些IC设计公司、系统与应用软件厂商已积极投入应用产品的研究与生产，目前已经形成一定规模。
个人笔记本、PDA、数码相机等产品的普及带动了红外传输的发展。国际红外线协会1994年推出了1．0版红外线资料交换标准，传输速度为115．2Kbps，目前的最大传输速度最大速率已达4Mbps以上。2006年，红外无线技术已经有了庞大的用户群。当时红外数据通讯技术(IRDA)已拥有每年一亿五千万套的设备安装量，并且它保持着每年40%的高速增长。网舟咨询在近期发布的《无线短距离通讯技术市场研究报告》中认为，强劲的增长数字表现在全球范围内厂商对于红外通讯仍持有的乐观态度，红外通讯技术已被全球范围内的众多软硬件厂商所支持和采用，目前主流的软件和硬件平台均提供对它的支持。手机市场上，各大主流厂商也早已在其产品中配套支持了红外通讯技术。从当前的情况来看，红外技术无论是从应用覆盖度，技术成熟度和用户接受度来说，都在各类无线通讯技术中处于领先地位。
在遥控器市场方面，市场研究机构Instat公司预测，2005年，全球应用于IrDA领域的8位控制器的单位出货量将达到2.06亿个，到2009年将达到3.73亿个。据介绍，Zilog公司自1993年进入远程控制市场以来，产品销量以超过2.75亿，2004年公司交付了大约4，000万片的IrDA相关芯片。目前，公司的IrDA芯片的解决方案型号已超过12，000种，所服务的遥控器品牌也超过1，300种，客户包括飞利浦、三星、索尼、Yamaha，东芝，微软等。目前全球万能红外遥控器市场占到了70、80%的市场份额，特别是在欧美市场等。
红外光谱仪
红外光谱仪主要用于化学物理分析领域，可应用于各种物理化学实验室、石油、农业、检测等领域。按应用范围可分为通用型红外光谱仪和专用红外光谱仪，按波长范围分可分为近红外光谱仪和远红外光谱仪，目前以近红外光谱仪为主。现代近红外光谱分析技术包括了近红外光谱仪、化学计量学软件和应用模型三部分。只有三者的完美结合才能达到高性能的要求。目前近红外专用光谱仪器的研制及应用在国内已受到很多专家的关注，并已开发研制出一批适应国内分析对象的仪器及应用软件。如，中国石油科学院的一批年轻学者在陆婉珍院士的带领下，研制和开发出了有我国自主知识产权的近红外专用光谱仪器及其在我国石油科学中应用的一些软件；以北京农业大学严衍禄教授领导的“中国农业近红外分析技术网络系统”课题已完成，研制和开发了有自主知识产权的、适用于中国农业品品质的分析的软件；相秉仁教授在中国药科大学分析计算中心建立了Internet近红外光谱分析虚拟建模中心，进行近红外光谱分析的建模和数学模型维护等工作，并建立了一些中草药近红外分析的数学模型。
06年初，国家食品药品监督管理局（SFDA）通过招标的方式订购了总计超过300余台进口傅立叶变换近红外光谱仪。财政部当时加上后续的维护费，拨了共 5亿人民币的资金。假如能够实现国产的话，可以节省一大笔外汇。我国目前的相关企业有聚光、英贤、大连依利特、东西电子、普析通用等，主要做低端产品，高端产品还无法和国外抗衡。
国产的通用型红外光谱仪FT–IR主要是北分瑞利分析仪器公司引进的美国Analect公司技术生产的几种不同型号的、不同档次的产品，但是量很少。专用红外光谱仪方面，近红外光谱的一些专用红外光谱仪在国内有较大的潜在市场，主要是在农业中农产品品质分析和石油化工中石油产品生产过程中质量控制及产品品质分析中有很大的市场。但是由于近红外分析需要根据分析对象引入一些数学模型，分析对象不一样，其数学模型也有所不同。因此，国外的近红外专用光谱仪所带的分析软件（是根据国外的分析对象的数学模型设计的），并不一定适合于国内的分析对象，致使近年来引进的一些近红外专用光谱仪器在国内并没有发挥多大作用，加之国外近红外专用光谱仪器价格又偏高，国内进口的近红外专用光谱仪器并不多。
红外传感器
在实现远距离温度监测与控制方面，红外温度传感器以其优异的性能，满足了多方面的要求。在产品加工行业，特别是需要对温度进行远距离监测的场合，都是温度传感器大显身手的地方。在食品行业红外温度可以在不被污染的的情况下实现食品温度记录，因此备受欢迎。光纤红外传感器还具有抗电磁和射频干扰的特点，这为便携式红外传感器在汽车行业中的应用又开辟了新的市场。
随着红外测温技术的普遍应用，一种新型的红外技术—智能（Smart）数字红外传感技术正在悄然兴起。这种智能传感器内置微处理器，能够实现传感器与控制单元的双向通信，具有小型化、数字通信、维护简单等优点。当前，各传感器用户纷纷升级其控制系统，智能红外传感器的需求量将会继续增长，预计短期内市场还不会达到饱和。
另外，随着便携式红外传感器的体积越来越小，价格逐渐降低，在食品、采暖空调和汽车等领域也有了新的应用。比如用在食品烘烤机、理发吹风机上，红外传感器检测温度是否过热，以便系统决定是否进行下一步操作，如停止加热，或是将食品从烤箱中自动取出，或是使吹风机冷却等。随着更多的用户对便携式红外温度传感器的了解，其潜在用户正在增加。
由于红外温度传感器在实现远距离控温及无接触测温等方面的优势，使其产量每年以10％的速度增长。在1996年至1997年间，其产量从15.5万只增长到23万只；总销售额也从2.3亿美元增长到3亿美元。2006年，市场销售总额将达到5.576亿美元，总产量将超过48.9万只。
对于红外传感器的全球市场，第三世界国家将比欧美更加看好。虽然欧美很多工业国家加工业广泛，但其市场以趋向饱和；而在中国以及拉美一些新兴国家和地区，随着其经济的复苏与发展，各国各地区纷纷加强工业化建设，加工厂不断增多，红外传感器在该区域的销量每年以2％～5％的速度增长，并且其市场销量还处于增长趋势。
[影响]
产生红外辐射的物体就是红外辐射源。物理学的研究告诉我们，在自然界中，任何温度高于绝对零度(0°K或-273℃)的物体都在向外辐射各种波长的红外线，物体的温度越高，其辐射红外线的强度也越大。我们根据各类目标和背景辐射特性的差异，就可以利用红外技术在白天和黑夜对目标进行探测、跟踪和识别，以获取目标信息。在现代战争中，获取战场信息的优势已经成为掌握战争主动权的关键，红外技术是从空中和空间获取战场信息的关键技术之一，因此，许多国家均投入很大的人力和物力去研究红外技术，并将其广泛地应用于军事领域，并产生巨大影响。1.成为军事目标的侦察、监视、预警与跟踪的重要手段。一切军事目标，如海洋中的舰船、地面部队行动及各种装备、空中的飞机、导弹，都散发热量，发出大量的红外辐射。利用红外技术装备，就可以从空中和空间对这些目标进行侦察、监视与跟踪。如侦察卫星依靠红外成像设备和多光谱仪可以白天黑夜地获取大量的军事情报。装有红外探测器的导弹预警卫星从70年代以来，一直监视着世界各国的弹道导弹发射，为国家及军事指挥部门提供警报，如目前美国国防支援计划中的预警卫星在几十秒钟内，就可以鉴别来袭导弹的发射和方向，据说将来美国的天基红外系统可在20秒内，提供有关导弹发射和方向方面的精确信息，为拦截来袭导弹提供宝贵的预警时间。又如，在1991年的海湾战争中，美国的导弹预警卫星把伊拉克的所有导弹发射尽收眼底，然后及时地把有关信息传送给美军的"爱国者"导弹部队，使"爱国者"导弹有效地拦截了伊方的"飞毛腿"

2. otdr如何测量断点的方法

1、先看一下OTDR的整体界面

(2)瑞利波探测仪价格扩展阅读

OTDR使用原理

瑞利散射和菲涅尔反射来表征光纤的特性。瑞利散射是由于光信号沿着光纤产生无规律的散射而形成。OTDR就测量回到OTDR端口的一部分散射光。

这些背向散射信号就表明了由光纤而导致的衰减（损耗/距离）程度。形成的轨迹是一条向下的曲线，它说明了背向散射的功率不断减小，这是由于经过一段距离的传输后发射和背向散射的信号都有所损耗。

给定了光纤参数后，瑞利散射的功率就可以标明出来，如果波长已知，它就与信号的脉冲宽度成比例：脉冲宽度越长，背向散射功率就越强。

瑞利散射的功率还与发射信号的波长有关，波长较短则功率较强。也就是说用1310nm信号产生的轨迹会比1550nm信号所产生的轨迹的瑞利背向散射要高。

在高波长区（超过1500nm），瑞利散射会持续减小，但另外一个叫红外线衰减（或吸收）的现象会出现，增加并导致了全部衰减值的增大。

因此，1550nm是最低的衰减波长；这也说明了为什么它是作为长距离通信的波长。很自然，这些现象也会影响到OTDR。作为1550nm波长的OTDR，它也具有低的衰减性能，因此可以进行长距离的测试。

而作为高衰减的1310nm或1625nm波长，OTDR的测试距离就必然受到限制，因为测试设备需要在OTDR轨迹中测出一个尖锋，而且这个尖锋的尾端会快速地落入到噪音中。

瑞利散射是由于光信号沿着光纤产生无规律的散射而形成。OTDR就测量回到OTDR端口的一部分散射光。这些背向散射信号就表明了由光纤而导致的衰减（损耗/距离）程度。

菲涅尔反射是离散的反射，它是由整条光纤中的个别点而引起的，这些点是由造成反向系数改变的因素组成，例如玻璃与空气的间隙。

在这些点上，会有很强的背向散射光被反射回来。因此，OTDR就是利用菲涅尔反射的信息来定位连接点，光纤终端或断点。

OTDR的工作原理就类似于一个雷达。它先对光纤发出一个信号，然后观察从某一点上返回来的是什么信息。这个过程会重复地进行，然后将这些结果进行平均并以轨迹的形式来显示，这个轨迹就描绘了在整段光纤内信号的强弱。

3. 瑞利面波方法

面波存在的理论证明是英国瑞利首先发现的，故称瑞利面波。该波的质点位移不仅与传播距离、传播深度和频率有关，也与介质的性质有关。在理想的情况下（泊松比σ=0.25），瑞利面波振动的水平分量D_x和垂直位移分量D_z之间的关系为

环境地球物理学概论

式（6.3.1）为椭圆方程，说明在介质表层附近瑞利波质点的位移轨迹是xz平面的逆时针旋转椭圆，其长短轴之比为3∶2。瑞利面波的传播速度

环境地球物理学概论

经分析和计算可知瑞利面波的主要能量集中在z/λ_R＜0.5的深度。当深度达z/λ_R＞1之后，瑞利面波迅速衰减。说明瑞利面波在介质中传播深度不超过1个波长，其能量主要集中在1/2波长深度范围之内，Dx和Dz在介质中衰减呈指数规律，在表层其传播能量与距离的一次方成反比，衰减较慢，传播较远（体波在介质中是与距离平方成反比衰减），是面波用于表层勘查的优点所在。

图6.3.1 瑞利面波工作方法示意图

瑞利面波数据采集系统的排列如图6.3.1所示，激发震源与检波器在一条直线上，检波器P₁，P₂分别等距离置于测点O两侧，震源与两检波器之间距离相等为x（见图6.3.1）。当完成一次激发观测之后，震源（锤击）移至另一侧等距离位置进行激发采集数据。检波（器）距x通常以测点O为中心，成倍数递增。随检波（器）距增大，探测深度也相应增大，要求震源能量也要增大。

瑞利面波的资料处理也是自动完成的，处理流程如图6.3.2所示。经过一系列分析处理，求出各种频率面波相对应的速度v_R和波长λ_R，绘离散分布曲线，通过反演计算得出表层岩土介质的分层与结构。

近年日本提出一种利用具有固定系列振动频率的震源，用改变震源振动频率来调节探测深度。因此，接收仪器和资料处理都和上述方法有所不同。有人用GR-810浅层地震仪，用改变激发频率的方法探测公路路面结构，可以明显分出路面沥青层、碎石层、砂砾层和粘土层。

瑞利面波的一个探测实例是防渗墙工程质量检测，如图6.3.3所示。一般防渗墙的厚度为0.2 m，探测所得的瑞利波速度是在原背景值的基础上增加了防渗墙的影响，使测得速度值高于原背景值。由于防渗墙的厚度相对较小，所增加的速度值不是很大。人工填土的波速一般为150 m/s左右，而在同一地段测得有防渗墙影响的堤段波速一般为200～250 m/s左右。因此，根据瑞利波测定的波速值判断防渗墙的强度较为困难。但是，瑞利波对高喷防渗墙出现的蜂窝、离析、胶结不良或空洞等则反映异常灵敏，一般可据频散曲线的特殊异常反映如离散性等来判断防渗墙存在的缺陷和异常部位。对某大堤7+240～7+255堤段布置4个瑞利波探测点，比较分析4个频散曲线（图6.3.3）的形态不难看出，在7+245点处，频散曲线光滑连续。反映出该点处高喷墙胶结良好、均匀连续。在7+240、7+250和7+255点处，频散曲线明显离散，波速急剧下降，表明此3点处的高喷墙体胶结质量欠佳，是可能存在松散带的位置。该处刚好是1994年6月喷砂冒水位置。

图6.3.2 瑞利面波资料处理流程图

图6.3.3 瑞利波探测频散曲线7+240～7+255测点

4. 怎么检测渣罐的内部质量

无损检测是容器检验中应用最广泛的方法，它可应用于容器制造的各个环节，在原材料的检验中，厚度超过某一数值的压力容器用钢板、高压无缝钢管、IV级以上各种钢号的锻件需进行超声检测， 高强度等级钢材热加工后的坡口表面需进行表面检测，容器上的焊缝要进行射线检测或超声检测。另外在焊工操作技能考核、焊接工艺评定、产品试板、在用压力容器检验等方面也要求无损检测。
由于无损检测(NDE或NDT) 是属于非破坏性检验方法，因此在产品的检验工作中占有很重要的地位。它是利用声、光、电、热、磁和射线与物质的相互作用，在不损伤被检物使用性能的情况下，探测材料、零部件或设备各种表面或内部缺陷，并判断其位置、大小、形状和种类的方法。
2. 14. 1 射线检测（R T）
(1)射线检测种类
① 按射线检测种类分
a. X 射线可穿透60~70mm 的钢板，常用。

b .γ 射线可穿透150 mm 以上的钢板。

c. 高能X射线 可穿透500mm 以上的钢板。
② 按缺陷的显示方法分
a. 电离法 可进行连续检验，但无法判断缺陷的形状和性质；不宜用于检验厚度有变化的工件。
b. 荧光屏法 可连续检验，即刻的结果；灵敏度很差，只能检验厚度小于20mm 的薄件。
c. 照相法 缺陷显示效果很好，使用最广。
(2) 射线检测照相法原理
射线检测照相法检测焊缝用射线源为X 射线和γ 射线，这两种射线的基本性质是相同的，由于γ射线的波长更短，故穿透能力更强。一般的X 射线由探伤机中的X 射线管产生，为提高透照能力以适应大型及大厚度工件的检测，也有使用能量达1MeV 以上的带电粒子加速器提供的高能X 射线。γ 射线是用铱(Ir) 和钴(Co) 的放射性同位素作为射线源。
射线检测照相法是将射线源置于被检工件的一侧，将装入暗盒的胶片紧贴于工件的另一侧。当X 射线管产生的射线按直线射向装有胶片的工件时，能够穿过工件和胶片。
又由于射线穿过物质时总会有一些吸收，即穿过物质的射线强度不断衰减，衰减的程度与射线穿过的厚度和物质自身的性质如密度有关。穿过的厚度愈大或穿过的物质密度愈大，射线衰减就愈多。
当射线穿过缺陷时，由于缺陷密度总是小于金属材料，因此射线衰减较小，即穿过工件达到另一侧胶片时，该处接收到的射线强度就较大。射线检测照相用的胶片是在片基上涂有能产生光化学反应的物质，经射线照射会产生一定的化学反应，而反应进行的深度，在其他条件一定时取决于接收到的射线强度。
在射线穿过有缺陷的部位是胶片的感光较强，感光后的胶片经显影、定影处理后称为底片，将底片在观片灯上观察，就可以发现焊缝内部有缺陷的部位(缺陷部位在底片上显得较黑) ，并可以根据影像的特征判断缺陷的性质。
超声检测（UT）
(1)超声检测种类
①按耦合方式分
a. 接触法 在探头与工件表面有一层诸如甘油或机油的耦合剂进行直接检测的方法。
b. 水浸法 在探头与工件表面有一层水，调节水层厚度，使声波在水中的传播时间为金属中的整数倍进行检测的方法。分为全浸式(工件和探头全部浸入水中)和局部浸式(工件和探头局部浸入水中) 。
②按信号接收方式分
a . 反射法 用一个探头反射并接收超声波，所接收的是有缺陷或工件底面反射的超声波，此法常用。
b . 穿透法 一个探头反射超声波，另一个探头接收超声波，两探头在工件两侧，所接收的超声波是所反射的超声波除去缺陷阻挡的部分。
③按超声的连续性分
a . 连续波检测 发射的超声波是连续的，常用来进行超声图像显示。
b . 脉冲波检测 发射的超声波是脉冲的，现场检测常用。
④按波型分
a . 纵波检测 由直探头发射和接收的波形，主要用于钢板的检测。
b . 横波检测 由斜探头发射和接收的波形，主要用于焊缝的检测。
作为一种特殊情况，由探头角等于第二临界角(入射角α = 55°) 的斜探头发射和接收的波形， 专门用来发现表面或离表面很近的缺陷。这是(α =55°) 一种斜探头检测的方法。
c. 瑞利波检测 当工件厚度大于所用波长时，属瑞利波检测。用来发现近于或处于工件表面并垂直工件表面的缺陷。
d. 兰姆波检测 当工件厚度小于所用波长时，属兰姆波检测。用来检验近于表面并平行于工件表面的浅伤 。
(2 )超声检测原理
目前工业上广泛采用的超声检测法按其工作原理来说就是脉冲反射法。按反射波显示方式又有A 型、B 型、C 型、3D 型等。其中A 型为波幅显示，即通过反射波显示缺陷是否存在及其相对位置，并从波幅的高低来确定缺陷的大小。其他各型为缺陷的图像显示。现行压力容器超声检测标准JB 4730-1994 所涉及的超声检测均指采用A 型显示来检测缺陷。
脉冲检测法就是将超声检测仪中发射电路产生的高频电脉冲信号加在探头的压电晶片上，晶片接收到高频电脉冲，由于逆压电效应将产生与电脉冲频率相同的高频机械振动，将探头接触工件，在探头和工件之间的接触面上涂以机油、甘油或水等透声性好的耦合剂，其作用是排除接触面之间的空气间隙，使声束能更好地透过界面进入工件，这种方法称为接触法。
也可以将工件和探头头部浸没在耦合液体中，常用的耦合液体就是水，探头不接触工件，这种方法称为液浸法或水浸法。无论是接触法还是水浸法，探头上晶片的振动都可以按一定角度进入工件，根据超声波的直线性和指向性，超声波就在一定方向和一定范围内向前传播。
若遇过异质界面，如缺陷表面或工件的外廓表面，超声波将依照反射定律沿一定方向反射回来并被探头所接收，引起探头晶片振动，由正压电效应，这种机械振动又被转换成电脉冲信号被仪器接收，经放大、检波等电路处理后的脉冲信号在仪器的荧光屏上显示出来，这就是反射波。根据反射波在荧光屏上的特征、相对位置、波幅的高低来判断有无缺陷、缺陷存在的部位、大小和性质。
在检测时，发射电路是以固定的时间间隔断续输出脉冲信号，因此晶片也是处于断续的工作状态，它接收电脉冲而产生振动时就作为超声波的发生器；在停止振动的间断时间内，它又作为超声波的接收器等待反射的超声波信号，使晶片产生振动，并将它再转变为电信号。
作为接收器的探头可以是原来作为发射器的探头。这就是单探头检测法；如发射和接收分别用两个探头完成就是双探头法。无论哪一种方法，输出的都是电脉冲信号，并依靠反射波来发现和确定缺陷，故称为脉冲反射法。

衍射时差法超声检测(TOFD)
TOFD 检测是一种主要利用缺陷端点的衍射波信号探测和测定缺陷尺寸的超声检测方法，其基本特点是采用一发一收探头对工作模式。
TOFD 通常使用纵波斜探头，在工件无缺陷部位，发射超声脉冲后，首先到接收探头的是直通波， 然后是地面反射波。有缺陷存在时， 在直通波和地面反射波之间， 接收探头还会接收到缺陷产生的衍射波或反射波。除上述波外，还有缺陷部位和底面因波型转换产生的横波， 一般会迟于地面反射波到达接收探头。工件中超声波传播路径见图2- 6 ，缺陷处A 扫描信号见图2- 7 。

磁粉检测(MT)
(1)磁粉检测方法
磁粉检测包括干磁粉、湿磁粉、荧光和非荧光磁粉检测方法。
(2) 磁粉检测原理
磁粉检测是通过铁磁性材料磁化并在工件表面撒上磁粉，利用磁粉来显示缺陷在磁化时所引起的漏磁，由表面和近表面的缺陷所引起的漏磁量最大，裂纹和未焊透、未熔合等缺陷， 当其延伸方向与磁力线方向垂直时，也会产生较大的漏磁。

渗透检测(PT)
(1)渗透检测方法
渗透检测包括非荧光和着色渗透检测方法。
根据显像剂和渗透剂种类不同，渗透检测方法的分类 ，各种方法组合使用的检测步骤。
(2) 渗透检测方法的选用
渗透检测方法的选用可根据被检工件表面的粗糙度、检测灵敏度、检测批量大小和检测现场的水源、电源等条件来决定。
表面光洁且检测灵敏度要求高的工件宜采用乳化型着色法或后乳化型荧光法，也可采用溶剂去除型荧光法。
表面粗糙且检测灵敏度要求低的工件宜采用水洗型着色法或水洗型荧光法。
现场无水源、电源的检测宜采用溶剂去除型荧光法。
批量大的工件检测，宜采用水洗型着色法或水洗型荧光法。
大工件的局部检测，宜采用溶剂去除型着色法和溶剂去除型荧光法。
荧光法比着色法有较高的检测灵敏度。

5. 表面波(瑞利波)波速测试法

英国学者瑞利(Rayleigh)于1887年首先在理论上确定了自由界面附近瑞利面波的存在。在以往的地震勘探中，这种瑞利面波被作为干扰波。近年来，国内、外学者对瑞利面波进行了深入的研究，在理论和应用方面都取得了较大的进展，利用它进行测试变为现实。

一、瑞利波在半无限大空间的传播

在自由界面(如地面)上进行竖向激振时，均会在其表面附近产生瑞利波，而瑞利波有3个与工程质量检测有关的主要特征：

(1)在分层介质中，瑞利波具有频散特性；

(2)瑞利波的波长不同，穿过的深度也不同；

(3)瑞利波的传播速度与介质的物理力学性质密切相关。

研究证明，瑞利波能量约占整个地震波能量的67%，且主要集中在地表下—个波长范围内，而传播速度代表着半个波长(λ_r/2)范围内介质震动的平均传播速度。因此，一般认为瑞利波法的测试深度为半个波长，而波长与速率及频度有如下关系：

设瑞利波的传播速度为υ_r，频率为f_K，则波长为λ_r=υ_r/f_K当速度不变时，频率越低，测试深度就越大。

瑞利波勘探法根据震源形式不同可分为两大类：一类为稳态法；另一类为瞬态法。同样，瑞利波检测方法分为瞬态法和稳态法两种。这两种方法的区别在于震源不同。

瞬态法是在激震时产生一定频率范围的瑞利波，并以复频波的形式传播；而稳态法是在激震时产生相对单一频率的瑞利波，并以单一频率波的形式传播。前些年，主要以稳态激振方法为主，其测试原理是利用扫频仪和功率放大器发出的谐波电流，推动电磁激振器对地面产生稳态面波，由相隔一定距离的拾振器将接收到的面波振动，转换为电压量送入计算机(频谱分析仪)进行相关计算，从而得出频散曲线。

由于稳态激振面波勘探方法设备较为复杂，重量大，测试费用高；为克服这些缺点，随之根据其原理，便出现了瞬态面波勘探方法，与稳态法相比其设备较为轻便，测试速度快。但也有许多缺点：其一是瞬态激振的功率密度谱分布不均，许多频率能量太小，随机干扰大，以至于频散曲线与理论相差太大，常常无法利用。其二是仍按照稳态激振面波勘探方法接收地面震动波，致使所有的波(如反射波、折射波、直达波等)均作为干扰波而与面波混在一块，有可能导致误差较大的结果，这也是瞬态激振面波勘探方法主要缺点之一。

为了克服这些缺点，目前发展了一种新的面波勘探方法——瞬态多道瑞利波勘探技术。它的激振可采用不同材料和质量的锤(或重物)下落激振，在地面布置多个拾震器，并选择最佳面波接收窗口接收震动，通过多次叠加和多道相关叠加，使得频谱能量加大，干扰减小。

设Z≥0为弹性空间，点震源位于坐标原点，且介质中的每点都作简谐运动，设u、υ、w分别表示质点沿x、y、z方向的位移，则波动方程的表达式为：

土体原位测试与工程勘察

式中：θ=

；λ为拉梅常数；k为弹性系数；ρ为介质的密度；▽²为拉普拉斯算子。

以下假定所引入的力对于z轴对称，并在极坐标(r，θ，z)中讨论问题。又设q为垂直于z轴的位移分量，w为z方向的位移分量。两种坐标的关系为：

土体原位测试与工程勘察

引入波动位φ与ϕ满足：

土体原位测试与工程勘察

式中：h²=ρp²/(λ+2k)；k²=ρp²/k。

对式(7-9)试求其变量分离形式的解(略去时间因子e^ipt)得到：

土体原位测试与工程勘察

式中：α²=ξ²-k²；β²=ξ²-k²。

将式(7-10)代入式(7-8)得到位移表达式为：

土体原位测试与工程勘察

应力表达式为：

土体原位测试与工程勘察

二、瞬态点震源激发的瑞利波场中的位移表达式

设震源位于坐标原点，在时刻t=0作用，则初始条件和边界分别为：

土体原位测试与工程勘察

由于当z→+∞时，必有φ→0，ϕ→0，故式(7-12)中的A=0、C=0，将式(7-13)代入式(7-12)，并解系数行列式，得D=

。

若在地面施加一适当的竖向激振力(可用大锤敲击地面或吊升重物自由下落)，则于地下介质中可产生纵波、横波和瑞利波。此时可用如下的波动方程来描述它们的运动：

土体原位测试与工程勘察

式中：ϕ，φ为质点位移场的势函数，υ_P和υ_S分别为纵波和横波的速度。

对于平面波可得(1)式的一个解为：

土体原位测试与工程勘察

土体原位测试与工程勘察

式中：υ₁=[1-(υ_r/υ_P)]；υ₂=[1-(υ_r/υ_S)]；N为波数，υ_r为瑞利波速；A、B为常数。

由(2)式可得到瑞利波传播的两个特性：一是瑞利波振幅随深度衰减，能量大致被限制在一个波长以内；二是由地面振动波的瞬时相位，可确定瑞利波传播的相速度。

瞬态面波法即根据这两个特性，在相距一定距离的地面两点安置拾振器，接收面波振动，再通过频谱分析，做出波长-波速频散曲线，从而算出地下土层的瑞利波速υ_r。瑞利波速υ_r和横波波速υ_S的关系为：

土体原位测试与工程勘察

当μ从0.25至0.5时，υ_r/υ_S从0.92至0.95。由此可将瑞利波波速换算成横波波速。

瞬态多道瑞利波是在地面上沿着面波传播的方向、布置间距相等的多个拾振器，一般可为12个或24个。选择适当的偏移距(震源到第一个拾振器的距离)和道间距(拾振器之间的距离)，以满足最佳面波接收窗口和最佳探测深度。

将多个拾振器信号通过逐道频谱分析和相关计算，并进行叠加，可得出一条频散曲线，从而消除了大量的随机干扰，信号中各频率成分能量大为增强，从而使得地质体在频散曲线上的反映更加突出和判断准确性大大增强。

三、采集方法

在时域内，面波采集的质量好坏，直接影响到计算出的频散曲线。与反射法地震勘探方法相同，瞬态多道面波勘探也存在一个最佳窗口问题。弹性波在时间空间域内传播时，其各种波型(直达波、折射波、反射波、声波和面波)均遵循各自的传播规律，故在应用瞬态多道瑞利波方法时应注意的是：

(1)各道采样必须设计排列在面波域内，且采集到足够长的记录。

(2)尽量使采集到的波型单一，即：不使直达波的后续波或反射波、折射波干扰面波，同时避免周围的干扰振动。

(3)采集的波形不能失真。

根据以上原则，在设计排列时，应按照不同的探测深度选择不同的偏移距和道间距。偏移距较小时，产生的高频分量就大些，反之，浅部的信息就强些；若需突出深部信息，应使偏移距放大些，致使高频分量衰减，而低频分量突出。

同样也根据探测深度选择道间距。对于同样的道间距，反映深部的信号频率较低，传感器之间该频率的相位差较小，而为了突出有效信号，必须使相位差有一定的值，所以必须使道间距加大些。反之，减少道间距，避免相位差超过360°。

瞬态多道瑞利波法的激震，可采用大锤或吊高重物自由落下。一般地，对于深度在20～30m内，土质不是很软，采用24磅大锤敲击地面即可获得不错的频散曲线。如果深度加大、土质较软或提高探测质量，也可吊高重物自由落下，这种方法可获得较好的低频震动。

在产生撞击振源时，常常不可避免地产生二次撞击，如重物碰地回弹后再次撞地，有些人想方设法控制此二次震动，以获得干净的面波资料，结果影响了工作效率，其实这大可不必。我们知道，对于时域中分析的反射法或折射法地震勘探，二次激发必须排除，因为第二次激发波会叠加在第一次激发的波上，形成干扰。而在频域中则无此问题，这从以下推导可得佐证：

设地面上A点接收到第一次激振产生的振动为：y=f(x，t)

地面上A点接收到第二次激振产生的振动为：y=Cf(x，t-Δt)

C为小于1的比例系数，合成振动应为：y=f(x，t)+Cf(x，t-Δt)

将上式进行富里埃变换，并注意到富里埃变换的延时定理，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分别为频谱的实部和虚部。若令

土体原位测试与工程勘察

则有：

X_m=A_m[f(x，t)

]+C·A_m[f(x，t)]

·

若令

则有：

X_m=A_m[f(x，t)]·

·(1+

)=A_m[f(x，t)]

·B·

其中：

土体原位测试与工程勘察

则对于α点：

同理，对于b点：

对于计算某点频率的相位差时，由于

，因此，两次激发造成的延时叠加被减去了，所以它们在频率域中并不对相位差造成影响。

四、仪器、设备要求

1.仪器

瞬态多道瑞利波的数据采集，必须选用多道数据采集系统，最少12道以上，以24道为好。由于面波分析是在频率域中进行，各种频率成分能量差异很大，要想取得尽可能多的地下信息(尤其是地下深部的信息)，而上部的信息又不能产生失真，故仪器的动态范围必须要大；AD转换一般要在16位以上(最好达20位)，本机的噪音水平一定要低，折合输入端的噪音要小于或等于5微伏峰值电压；并且频响范围要宽，尤其低频频响要好，频率下限应小于1Hz，上限应大于1000Hz。这几项要求，均高于普通浅层地震仪。因此，可以说浅层地震仪可以做的工作，面波仪均适用，而面波仪所做的工作，浅层地震仪的指标往往不能满足。仪器的工作流程见示意图7-3。

图7-3 仪器工作流程示意图

2.拾振器

由于面波频率成分较低，所以必须选择低频拾振器。究竟频率下限是多少的拾振器可达到要求，则应根据场地地层波速值和探测深度确定。若以探测深度为波长一半计，则有：

土体原位测试与工程勘察

如果波速为200m/s，

为20m，则f为5Hz。这时，拾振器的下限频率至少要选择在5 Hz 以下。

3.仪器及参数

(1)SWS-1型多功能面波仪的主要技术指标

道数：12道、24道，可扩展为48道；

(测试时1道至多道可选)

放大器：瞬时浮点放大器；

模数转换：20 bit；

信号增强：32 bit；

采样率：30μs～8ms(分若干档)；

采样点数：512～8192个样点(分若干档)；

动态范围：120dB；

滤波器：高、低通模拟滤波；

CPU：80386或80486；

RAM：2 Mb，可扩为4 Mb、8 Mb、16 Mb；

硬盘容量：80 Mb，可扩为120或200 Mb；

软驱：1×3.5英寸，1.44 Mb；

显示屏：640×480点阵VGA液晶显示屏；可外配彩显显示彩色剖面；

打印与绘图：输出各种纪录与处理结果；

电源：DCl2V，24道额定功耗小于25W；

体积：45×34×15cm³；

重量：8.8kg；

使用环境：-5℃～+45℃

(2)数据采集参数

震源：大锤

震源距5m

道间距2m

全频率接收

五、资料和数据的处理

1.时间距离(X—T)域中的面波

(1)在时间(T)-距离(X)域中了解面波及干扰波的宏观特征，是处理和解释面波数据中首要的步骤。面波的多通道采集数据，在时间距离域中一般表示为二维坐标中的图形。其横坐标为各检波通道至震源的距离，纵坐标轴为震源激发后的传播时间，向下为时间增大。各通道接收的震波振幅数据，反映在相应距离的横坐标上，按到达时间表示为沿纵坐标的图形(横向摆动的波形或不同的色彩)。

图7-4是一个在沉积地层上取得的完整的面波振动记录。距离由距震源10m 到480m；时间从震源激发到2 s，包含了层状介质上地表接收到的面波及其他干扰波的基本波型。

(2)子波、同相轴、视速度、视周期，脉冲震源在地层中激发的振动，在时间上表现为短暂的波形，在传播中保持着基本相似而又缓慢变化的特征。震源激发的同一类的波型，在相近的接收通道上也表现出相似的波形，称为该波型的子波；同一波型在相近通道上子波相似特征点的连线，称为同相轴；它在时间-距离坐标中的斜率，体现了该波型沿地表传播的速度，称为视速度；同相轴越陡，视速度越小。子波波形两个正负主峰占的时间，称为视周期，可以用它估计波型的主频率。

(3)时间-距离域中的典型面波数据图形，图7-4中显示不同视速度和视周期的波型。震源在左边，由左向右子波的到达时间越来越迟，其中标示出的三组波型有：

图7-4 面波数据图形图

A：视速度大(同相轴平缓)，视周期短(主频率高)，它属于浅层折射波和反射波的波型；

C：视速度小(同相轴陡)，视周期由短变长(主频率变低)，它属于面波基阶模态的波型；

B：视速度比 C 较高(同相轴较缓)，视周期由比 C 短(主频率较高)，它属于面波的几个高阶模态的波型。

由图中面波的波型表现可以看出：邻近通道的子波波形变化平缓，说明地层横向相对均匀。出现明显的高阶模态波型(B)，反映了地下存在分层结构。视周期较长的基阶模态波型(C)振幅较大而且稳定，表明面波能量所及的深度内，存在较高刚度的底部地层，能将面波能量折返到地表附近。

(4)正常地层中不同频率段的面波数据图形，脉冲震源产生的面波振动，包括宽频率范围内的各个频率组份。通过窄频带滤波，可以从时间-距离域中看出不同频率组份面波各模态的表现，以及干扰波的振幅变化，并了解在宽频率范围内提取面波频散数据的可能性。

图7-5 500～800频率段面波数据图形

图7-5是一个在分层地基上取得并未作滤波的面波原始记录，距离由距震源25m到47m，记录时间为1 s，包含了面波及其干扰波的基本波型。黄色的帚形框圈出面波振动数据的时间距离范围。上界的黄线界定了每秒 200m的视速度，下界的更陡斜边为每秒50m。黄色框外的上部出现的是较弱的反射和折射波，它们的主要振动能量，可以在数据处理时用如图的帚形时距窗口加以排除。窗口内下部是面波的基阶模态，而上部出现显著的高阶模态，视速度和视周期都和基阶模态有所差别，反映了地下存在分层结构。原始记录经过11 Hz的窄频带滤波。得到图7-6a所示的波型图形。

11 Hz频率段靠近面波基阶模态的视周期，基阶模态的振幅相对增强，但是较高视速度的高阶模态依然明显存在，表明同一频率的面波组份中存在不同视速度的模态。而且在左部的几个通道上，不同的模态合并到同一时间段内。在这样的距离段内，单一的时间频率分析是难以分离出不同的模态的。原始记录经过22 Hz的窄频带滤波得到如图7-6b的波型图形。

22 Hz 频率段靠近面波高阶模态的视周期，其高阶模态的振幅相对增强，而较低视速度的基阶模态也存在，也只有在距震源相应宽的距离段上，才有可能区分不同的模态。

将原始记录经过3Hz的窄频带滤波，得到如图7-6c所示的波型图形。记录的3Hz频率分量振幅很弱，显示图形时加大了振幅的增益。图形中出现的同相轴大部分都极平缓，具有很大的视速度(甚至表现出反向震源传播的视速度)，其展布已经不能包含在面波的时间-距离窗口内。只有在更大的距离上(窗口的右下角)才显现具有低频面波视速度的面波成分。这些低频同相轴反映了大波长的波动组分，涉及的周边范围宽，一般属于水平地层中的低频反射鸣震，或者是来自采集排列旁侧的散射波场。它们的振幅在图示的3Hz频段超过了面波的幅度，构成对低频3Hz窄频带滤波后面波数据图形(图7-6c)面波的干扰。

这种低频干扰不是用简单的时间 距窗口能够排除的。如果脉冲震源没有足够的低频能量，它往往会掩没面波的低频组份，构成低频(反映大的深度)面波数据中出现过大的相速度。这种干扰现象在全频段的原始面波数据中并不明显，只有在窄频带滤波的时间-距离数据中才会明显暴露出来(图7-7)。

图7-6 窄频带滤波后面波数据图

图7-7 地层中含局部异常体的面波数据图形

该图中引发波形的震源位置在左边，正常地层的面波同相轴由左上方向右下方延伸。图中正常同相轴的中部出现向左下方的分支，表明面波向右方传播途中遇到局部异常介质，产生反向的散射。这种异常现象在多道的时间-距离域图形中容易判断，异常的水平位置也容易确定，但是难于判断异常体的深度。对面波的频散数据它也会造成扭曲。

(5)地表为高刚度层覆盖的地层面波数据图形：图7-8中明显可见的面波(同相轴视速度低，视周期长)，反映了下覆地层的弹性波速，应属面波的基阶模态。其上部隐约可见视周期很短的振动，在左边距震源附近的通道上振幅大，反映较明显，它是属于高刚度层覆盖层造成的面波的高阶模态的反映(右图经放大后可以看得更清楚)。

图7-8 地表为高刚度层覆盖的地层面波数据图形

图7-8中面波的振幅由左向右随距离的增大急剧衰减，这是地表高刚度覆盖导致的特征漏能现象。和高刚度地层在底部的正常地层结构不同，震源的弹性能量在地表高刚度覆盖的下界面向下部地层漏失，其下再没有使它向上折返的界面条件。

在最简单的地层(均匀不分层)条件下，面波波速没有频散，根据时间频率域中的面波同相轴斜率，完全可以确定面波的速度，并藉以估算地层的刚度。而对于分层的地层，面波的速度将产生频散。如果各层的刚度随深度逐层增加，面波的弹性能量将偏向它的基阶模态，高阶模态的能量偏弱。这时，用简单的窄频带扫频滤波方法，也可以在时间-距离域估算面波的频散规律。面波应用研究的早期就是这样来获取面波的频散速度的。如果各层的刚度随深度起伏，特别是含有显著的软弱夹层，则面波高阶模态的能量将相应加强，这时就难以用简单的扫频滤波方法。如若在时间距离域内分清面波的模态和估算面波的频散，就不得不采取更复杂的数据处理方法。

目前存在不同性能的波场分频速度估计方法。二维频率波数域方法是一种通用方法，它有快速计算的功能，比较适用于多道线性阵列的波场分频速度估计。

2.频率-波数(F-K)域中的面波

面波的各个模态，在时间和距离上往往是相互穿插叠合的。在频率-波数域中，可以清楚地区分开面波不同模态的波动能量，从而能够单一地提取出基阶模态的频散数据。

(1)频率-波数谱、相速度、谱振幅 面波沿地表传播的波场，在时间和空间上都可以分解为正弦和余弦形式的波动组分，转换成二维的频谱。单个波动组分在时间上的频度，以每秒中的波动次数来计量，就是一般称的频率(F)，单位为Hz，而在空间(距离)上的频度，以每米中的波动次数来计量，称为波数(K)，单位为1/m。由频率-波数谱中某个波动组分的频率和波数，可以确定它的周期(T=1/F)和波长(L=1/K)。

这个波动组分的波形在波场中传播时，每个周期的时间前进一个波长，计算出的速度就是它的传播速度(υ_c=L/T，或υ_c=F/K)，也称为该组分的相速度。由波动组分正弦和余弦分量的振幅，可以合成该组分的谱振幅，反映了该组分传播的弹性能量的大小。

运用二维傅里叶变换，可以将时间距离域的弹性波场数据，转换为频率-波数谱数据，表现为二维坐标中的图形。一般其左上角为坐标原点，纵坐标为频率轴，沿纵坐标向下波动频率增高，也就是在时间上波动越快。横坐标为波数轴，沿横坐标向右波数增多，也就是在空间上波长越短。

各个波动组分谱振幅的大小，用不同颜色的色标来表示，一般色度越亮，表示谱振幅越大。波动组分坐标点(F，K)和原点连线的斜率(F/K)，体现了它的相速度。这条连线越陡该波动组分的相速度越大，越缓相速度越小。

离散数据的二维傅里叶变换，对于转换的频率和波数区间，都有相应的限定：转换的频率限(F_max)是采样时间间隔(dT)的倒数的一半(F_max=0.5/dT)。转换的波数限(K_max)是采样道间距离(dX)的倒数的一半(K_max=0.5/dX)，对于单向传播的波场，最大波数可以扩大一倍(K_max=1/dX)。在频率和波数限定区间以外，会出现变换折叠造成的干扰。

(2)面波的频率-波数谱向低频小波数(长波长)区延伸的表现 在频率 波数谱的左上角，频率降低、波数减小，反映大深度的波长较大的面波应该在这个区域内分布。但正就是在这个区域，波谱对不同类型波的相对分辨能力降低，如果基阶面波不具备较强的能量峰脊，就很难提取到正确的频散数据。图7-9显示了在频率-波数谱左上角经常遇到的图景：

它是一个实测的面波记录的频率波数谱上，阴影圈定了明显的基阶面波的能量峰，其中白色点标记出峰脊的位置。在反映低频波长较大的左上方(黑色框内)，分布着一些弱的能量轴，难以作出明确的选择，可靠的频散数据低频端只能到此为止。

了解基阶面波能量峰向频率波数谱左上角延伸的一般规律，将有利于识别和提取频散数据。为此，可在这个面波记录的频率-波数谱上，标出由它得到的地层模型正演的基阶和高阶频散数据点，并且正演了原来未拾取到的左上角低频频散数据点。

图7-9 一个实测的面波记录的频率-波数谱

图7-10 频率-波数谱图形

在图7-10是标上了正演得到的频散数据点的实测记录频率-波数谱图形。其中白色点组成的线是正演的基阶频散数据，淡灰色点组成的两条线属正演的高阶频散数据。它们的中下部均能和谱图中相应的能量峰脊相吻合，说明正演采用的地层模型正确地反映了这部分谱图的面波能量。正演基阶频散数据线向左上方的延伸部分逐渐逼近频率波数坐标的原点，这就是基阶面波能量峰脊向低频小波数(长波长)区延伸的方向。

图7-10正演得到的频散数据点的实测记录是图中还以黑色直线标出地层最大剪切波速(底层)在频率-波数谱中反映的位置。在此黑线左方出现的能量峰其相速度都大于地层底层的波速，不属于面波能量的表现。

6. 坑道物探

坑道物探，是指把接收传感器置于坑道中采集有关物理量数据，从而获得坑道周围隐伏探测目标有用信息的各种物探方法。

这里所说“坑道”，包括矿井、巷道、隧道、硐室、洞穴等一切可以容人进入活动的地下空间。和前节井中物探的主要区别是，在坑道物探数据采集过程中，整个数据采集系统和操作人员可以进入坑道作业。

（一）应用发展

坑道物探最主要的应用领域是煤炭勘查，特别是在煤矿开采阶段。显然，这是因为多数煤矿的井下开采方式最需要也最有利于坑道物探工作的开展，也因此我国物探工作者又常把坑道物探称为“矿井物探”。在煤矿井下，坑道物探可有效地以较高精度探测巷道两侧、顶底板上下、掘进头（掌子面）前方以及巷道间的煤层及其他地质小构造，如煤层赋存状态、厚度变化、夹矸分布、断层、陷落柱、冲刷带、破碎带、软弱带、溶洞、老窑等，为煤炭开采特别是综采机采作业及安全生产提供重要资料。国外煤炭领域坑道物探应用始于20世纪60年代初，并迅速在各产煤国家得到发展。我国煤矿坑道物探起步较晚。1974年和1977年煤炭部门科研单位和有关院校、工厂、矿山合作先后开始了坑道电磁波法和槽波地震法试验。20世纪80年代在推广这些方法的同时又相继开发使用了矿井直流和音频电法、矿井地质雷达、矿井反射和瑞利波地震等方法^[1～11]。20世纪90年代，又开发了接收井下天然电磁辐射和声发射异常预测煤与瓦斯突出的技术^[12,13]。坑道物探方法在我全国上百个局矿单位获得广泛应用。一些矿务局已明文规定，综采机采工作面地质说明书必须有坑道电磁波法等资料方可批准投产^[3,10]。

20世纪80年代末以来，我国在某些铜、镍、锡、金等金属矿山的采矿巷道中使用物探方法探测巷道外、巷道间或更深部隐伏矿体取得不同程度成效。工作中使用了自然电场、直流电剖面、直流电测深、频率测深、激发极化、充电、电磁波、弹性波等方法，但工作量尚很有限^[14～17]。

坑道物探在我国一些隧道工程特别是铁路隧道、公路隧道、大型输水涵洞及水电站地下厂房施工过程中也有较广泛应用。其中包括预报掘进掌子面前方可能出现的断层、破碎带、含水带、岩溶、岩脉等异常地质情况，检测隧道、硐室岩壁稳定性及人工衬砌质量等。主要使用了浅层地震、声波、电阻率及探地雷达等方法^[18,19]。

（二）技术进步

原则上，几乎所有地面物探方法都有可能在坑道中应用。当然，由于坑道的特殊条件，需要在技术上采取某些相应的措施。如采集设备的小型化轻便化及在许多煤矿井下的防爆化，坑道中各种工业设备干扰的防避或消除，坑道空间影响的校正，全空间位场数据的特殊处理解释方法等等。就具体方法而言，坑道磁法和核法工作与地面工作差别最小。坑道重力法数据的外部校正及处理解释有自己的特点^[20]。这几种方法在我国坑道中实际应用不多，仅见有个别煤矿井下微重力测量案例^[21]。下面我们将仅重点涉及在我国得到发展的坑道电法和坑道弹性波法。

1.坑道电法

在我国坑道中曾应用多种电法方法，其中应用较多的是电磁波法和直流（或低频）电法。

A.坑道电磁波法

坑道电磁波法又常被称为坑道无线电波透视法。它在我国起步早，应用广。早在1960年，我地质部门科研单位就自制实验设备在关门山铅锌矿坑道中进行了电磁波透视矿体的试验^[22]。1967年地质部门工厂小批量生产了DKT型坑道无线电波透视仪。1976年和1978年煤炭部门相继研制了WKT-J₁型和WKT-J₂型坑道无线电波透视仪，并在短短数年内生产百余台装备了数十个局矿单位^[3]。这些仪器使用晶体管电路，表头读数，透距较小，不防爆。此后十余年中，煤炭部门和地质部门又分别先后研制生产了七种型号的坑道无线电波透视仪近二百台。它们由模拟式进展到数字式微机化，频带拓宽，频点增多，功能增强，透距增大（可达350～450m，个别煤层可达600m），安全防爆，并有配套软件^[10,23]。

坑道电磁波法的数据处理解释和井中电磁波法类同，井中电磁波法数据处理解释技术在我国的进展也适用于坑道电磁波法，有些研究成果则明确面对这两类工作方法^[24～26]。我国物探工作者还就煤矿井下电磁波法实际工作中某些特殊问题，如巷道相对位置的影响，人工导体的干扰，场强衰减与煤层倾角的关系等进行了专门讨论^[27,28]。

B.坑道直流及低频电法

为适应坑道特别是矿山巷道的特殊条件，传导类的直流或低频电法采用了各种特殊的电极布设方式，其中包括在同一巷道内不同位置不同方式排列及在相邻巷道内的不同位置不同方式排列。我国物探工作者给它们赋以层测深、电穿透、电透视等多种名称。它们可以分别在探测巷道四周或巷道间煤层赋存状态及其构造，巷道顶板上方、底板下方及迎头前方异常地质构造等方面发挥优势作用。我国煤炭部门于20世纪80年代后期开始推广这种方法，研制生产了多种型号的井下防爆直流电法仪和低频电法仪，在许多矿山井下应用并在技术上有所发展提高^[29～34]。在有关数据处理解释研究方面，包括巷道空间影响分析，巷道电法物理及数值模拟，处理解释软件研制等，取得了一些实用成果^[35～38]。

C.其他电法

探地雷达在矿井下可用于探测巷道上下左右及掘进前方数十米范围内的矿体矿层及各种异常地质情况。我国煤炭部门于20世纪70年代中期开始矿井探地雷达的专题研究。针对煤矿井下小型轻便、安全防爆等特殊要求，我煤炭部门科研单位自20世纪80年代中期至20世纪末已先后研制出逐步升级的六种型号KDL系列矿井探地雷达产品，并和有关单位合作研制生产出新的低功耗液晶显示矿井探地雷达。坑道探地雷达技术已在我国煤矿开采及铁道、公路隧道施工中日益发挥更多作用^[39]。

20世纪90年代初，我煤炭部门科研单位基于岩石破裂产生电磁辐射的原理，研制了在煤矿巷道掘进过程中连续自动检测异常天然电磁辐射信号的煤与瓦斯突出危险检测仪。它能探测采掘工作面前方10～16m距离范围内危险带（应力集中区）的方位，初步试验应用取得较好效果^[12]。

前已提及，其他一些电法，如自然电场法、充电法、激发极化法、频率测深法等也曾在我国少数矿山巷道中应用。这些工作在技术上和地面工作类同，不必赘述。

2.坑道弹性波法

在我国坑道中使用的弹性波法有面波类的槽波地震法和瑞利波地震法，以及体波类的反射波和透过波地震（或声波）法。

A.槽波地震法

槽波地震法观测在煤层（作为在顶底板界面约束下的低速波导）中激发和传播的导波——通常称为槽波。它以其具有探测距离远，精度高，环境适应性强等特点而成为在煤矿井下探测煤层内小构造的一种重要物探方法。国外于20世纪60年代开始槽波地震法的实验研究，70年代末开始正式应用和得到发展。我煤炭部门各有关单位20世纪70年代末起积极开展了有关研究工作。20世纪80年代先后研制生产了井下用非防爆型和防爆型模拟磁带式矿井地震仪，并开发了槽波地震专用数据处理软件。1986年煤炭部门引进了德国SEAMAX数字槽波地震仪和专用软件，在此基础上进一步开展了槽波数字地震勘查方法技术的系统研究。我国物探工作者结合物理和数值模拟及现场实际工作结果，在煤层中导波形成理论及槽波传播特性，数据采集方法及井下施工技术，数据处理解释方法及软件等方面取得了若干创新性研究成果，编写出版了专著^[40～44]。20世纪80年代末我国研制生产并推广应用了自己的多道遥测数字矿井地震仪^[45]。槽波地震方法在我国各矿务局许多采煤工作面上探测小断层、陷落柱、冲刷带等小构造取得了明显成效。

B.瑞利波地震法

1988～1989年我煤炭部门引进了日本GR-810瑞利波地震仪及稳态瑞利波勘查技术，1991年将它应用于井下煤层残厚及巷道独头前方探测^[5]。随后煤炭部门科研单位研究开发了瞬态瑞利波技术并研制生产了适用于井下的瑞利波探测仪器。井下瞬变瑞利波法由于具有设备轻便，施工场地小，数据处理解释相对简单，成果比较直观实时等特点，很快在许多煤矿井下推广应用。在巷道侧壁、顶底板及掘进前方探测煤层及小构造取得明显成效。瑞利波地震法在我国工程隧道掘进前方预测方面也获有效应用。我国物探工作者在坑道瑞利波地震方法技术及仪器的发展方面，其中包括24位A/D高分辨率本安型矿井瑞利波探测仪的研制，多分量瑞利波探测系统的试验等，也取得若干新的进展^[46～48]。

C.其他弹性波方法

浅层弹性波（地震或声波）反射法在我国矿山地下巷道及工程隧道中也有较多应用。在煤矿井下较多用于分层采煤过程中测定残煤厚度。为此，我煤炭部门研制生产了数种型号被称为“底煤厚度测定仪”或“煤层厚度探测仪”的井下浅层地震仪。在工程隧道及硐室施工中较多用于掘进前方地质情况预测，使用方法主要有震源及检波器沿隧道轴线排列的“坑道垂直地震剖面法”，及可在掘进掌子面上排列的“陆地声纳”法。这两种在20世纪80年代由我国物探工作者首创的方法在煤矿巷道掌子面前方预测中也有应用^[6,18,19]。

20世纪80年代后期，地下巷道间的弹性波层成像方法在我国一些金属矿及煤矿井下得到应用。这些工作主要观测透过波的初至走时并使用射线层析处理解释方法^[14,16,50]。显然，前面“井中物探”一节中我国在弹性波层析成像处理解释技术方面的进展也可用于坑道弹性波法。

近年我国物探工作者利用岩石在应力集中突发性破裂过程中的声发射现象，研制出多道非接触式声发射实时监测预报系统及有关软件，用于预测预报煤矿井下煤与瓦斯突出，并解决了不均匀介质条件下小尺度声发射源的定位问题。现场试验初步取得良好效果^[13]。

（三）总的评价

我国作为一个世界性煤炭生产大国，随着机采综采作业的普遍应用，对坑道物探工作的需求日益迫切。大规模基础建设中日益增多的大型复杂隧道及其他地下工程也提出了这种需求。我国物探工作者及有关单位对坑道物探的发展给予了充分重视，在有关方法技术的研究开发，专用仪器的研制生产，以及积极推广应用方面做了大量工作，取得良好成效。总的可以认为，我国坑道物探技术和应用已跻身世界先进水平行列。随着我国危机矿山的增多，有必要进一步加强在各处老矿山特别是老金属矿山井下找寻矿井周边及深部隐伏矿体的坑道物探工作，并进一步发展提高有关技术。

7. 垂向越导通道的工程圈定

煤-岩-水-气相关分析法是解决井下工作面具体地点是否具有越导通道存在可能性的分析技术，主要研究煤层、构造裂隙、瓦斯和地下水，它是在井田区域和区段分析基础上进行工作的。在矿井生产中具有很强实用性，特别是它的简便、快速、可靠已成功地避免了很多突水事故。它的基本原理基于以下事实：第一，煤层是在矿井中揭露最多的地层单位，约占90%以上，因而可从中广泛地、大量地获得信息量；第二，煤层与其围岩是在区域应力场共同作用下而发生构造变化的，因而构造特点必然具有共性，煤与围岩相比其力学特征显得更为明显，因而它反映构造应力就更为敏感，范围也更大一些，这就有利于构造带的分析；第三，煤层是多孔介质，裂隙及微裂隙系统中储备大量瓦斯与地下水，瓦斯与水均为流体，因而它们的储存、运移也具有一定的共性。

因此，我们可以充分利用煤层信息量多、敏感性强和相关性好的特点去研究煤层与围岩隐含的构造信息和流体信息。它的优点是：可弥补勘探孔密度不足造成的精度降低和井下探测工程的单一性造成的不确定性；它的另一优点是可以跟踪井巷采掘工程的推进随时收集资料，进行动态分析，这比较合乎煤矿生产的特点。这一方法既可在工作面局部范围应用，也可用在采区及井田范围内应用，有较大灵活性。

1.煤厚分析

在构造变动作用下，在褶皱、断层形成过程中，煤层产生“流变”而煤厚发生变化，在褶皱条件下厚煤带或薄煤带长轴方向与褶皱轴平行，在断层条件下，煤层“拉薄”或“挤厚”基本平行断层走向。其影响范围可达50～100m，因此可根据煤厚变化趋势，分析褶皱和断层的存在。大量突水资料证明，突水点的分布多数是在这些煤厚变化地带。如中马村矿23061工作面，在平行断层80m范围内煤厚由7 m减少2 m（下降70%），该处发生128m³/min突水。又如九里山矿12031工作面沿走向呈波状起伏，平均煤厚6 m左右而煤厚在褶皱带明显地变化2～8m，变化幅度30%～70%，4次突水地点均发生在煤厚剧烈变化带上。

2.裂隙调查

一般在矿井中，揭露煤层底板的地段不多，无法直接进行裂隙调查，而对煤层及煤层顶板进行裂隙调查就容易很多，由于裂隙的产生是在统一应力场作用下发生的，所以煤层与顶板中的裂隙也可以反映煤层底板裂隙展布规律。

九里山矿12031试采工作面观测了顶板岩层裂隙，发现在背斜轴都，裂隙密集，有4组横张、纵张、共轭剪切裂隙，而在突水点附近有一组密集纵张裂隙出现，显然它已切入煤层底板岩层，形成导水裂隙，这在电法探测中已得到证明（图6-6）。

在冯营矿25051工作面发生突水31m³/min，在其附近煤层顶板有高角度密集裂隙出现。而在25031底层工作面揭露该地段煤层时，底板岩层出现底断顶不断小断层及密集裂隙。

说明这些特征都是越导通道存在的标志。因此，在煤岩中调查裂隙时，对那些密集的高角度裂隙更值得注意。

图6-6 古汉山矿瑞利波探测图

3.水文分析

煤层一般以微裂隙为主，含水率约占1%～3%，但当与上、下含水层有水力联系时，煤层中明显的潮湿、变软、发暗、淋水、流水，这都是非常重要的信息。

冯营矿25051工作面回风巷在距断层100m范围内，煤层明显由干燥状态转变为潮湿变软状态，当工作面回采时即发生了强烈底板突水。

4.瓦斯分析

煤层瓦斯状态与围岩地下水往往呈负相关。这是因为导水裂隙系统同样可以导气，而使煤层瓦斯逸散，特别在张性正断层类型中更是如此。在掘进时瓦斯涌出量和瓦斯浓度有大量资料，利用这一瓦斯信息来分析构造是既灵敏又有简便的方法。

焦西矿42061运输巷掘进，揭露落差1 m的小断层，在距断层50m左右时出现瓦斯明显降低的低谷区，特别是炮后瓦斯浓度倍比值更明显降低，即放炮也“崩”不出瓦斯，说明瓦斯已沿断层裂隙外溢。当工作面回采这一低谷地段时，即发生突水。

5.验证分析

（1）井下瑞利波探测

应用锤击式瑞利波探测仪（煤炭科学研究总院西安分院物探所研制）对于探测前方30m左右分界面是有效的，在完整岩层中测得的曲线与在具裂隙和断层的岩层中所测得记录曲线明显不同，这在古汉山煤矿探断层得到成功的应用。

在煤-岩-水-气分析出的导带区作为验证手段，可大大提高分析结论的正确性，值得配合使用。

（2）井下直流电法探测

电法探测对于煤岩层中因含水而显示的低阻反映是很灵敏的，既可向深部探测，也可以作水平超前探测。在探测范围内圈定的“低阻”地段往往是富水地段，九里山矿12031试采工作面上、下风巷进行所圈定的低阻异常带，视电阻平均小于800Ω（正常值为200～4000Ω），这一地点发生了底板突水。这一方法在冯营矿25051工作面，也同时得到证实，该工作面也发生了突水。实践证明，电法是煤-岩-水-气分析技术的得力验证工具。

（3）井下钻探

这是最直接的探测方法，在井下探构造，探水都是成功的。与煤-岩-水-气分析技术配合应用，可最大限度减少钻探工作量。

8. 无损检测判断题 只有当第一介质为固体介质时,才会有第三临界角

一.是非判断题（在每题后面括号内打“X”号表示“错误”，画“○”表示正确）1.最常用的超声波换能器是利用压电效应发射和接收超声波的(0)2.在超声波检测中最常用的超声波换能器是利用磁致伸缩效应发射和接收超声波的(X)3.质点完成五次全振动所需要的时间，可以使超声波在介质中传播五个波长的距离(0)4.一般的超声波检测仪在有抑制作用的情况下其水平线性必然变坏(X)5.脉冲宽度大的仪器其频带宽度窄(0)6.超声波检测时要求声束方向与缺陷取向垂直为宜(0)7.在同一固体介质中,纵波的传播速度为常数(0)8.在同一固体介质中,横波的传播速度为常数(0)9.在同一固体介质中,瑞利波的传播速度为常数(0)10.在同一固体介质中,兰姆波的传播速度为常数(X)11.超声波表面波不能在液体表面传播(0)12.在同一固体材料中,传播纵,横波时的声阻抗相同(X)13.声阻抗是衡量介质声学特性的重要参数,温度变化对材料的声阻抗也会有影响(0)14.第二介质中折射的横波其折射角达到90°时的纵波入射角为第二临界角(0)15.第二介质中折射的横波其折射角达到90°时的纵波入射角为第一临界角(X)16.第二介质中折射的纵波其折射角达到90°时的纵波入射角为第二临界角(X)17.第二介质中折射的纵波其折射角达到90°时的纵波入射角为第一临界角(0)18.第二介质中折射的横波平行于界面时的纵波入射角为第二临界角(0)19.第二介质中折射的横波平行于界面时的纵波入射角为第一临界角(X)20.有机玻璃/铝界面的第一临界角大于有机玻璃/钢界面第一临界角，则前者的第二临界角也一定大于后者。(X)21.只有当第一介质为固体介质时，才会有第三临界角。(0)22.频率和晶片尺寸相同时,横波声束指向性不如纵波好(X)22.在水中不仅能传播纵波，也能传播横波(X)23.有机玻璃声透镜水浸聚焦探头,透镜曲率半径越小,焦距越大(X)24.有机玻璃声透镜水浸聚焦探头,透镜曲率越大,焦距越大(X)25.吸收衰减和散射衰减是材料对超声能量衰减的主要原因(0)26.钢中声速最大的波型是纵波(0)27.钢中声速最大的波型是横波(X)28.钢中声速最大的波型是兰姆波(X)29.超声波在异质界面上倾斜入射时,同一波型的声束反射角大于入射角(X)30.超声波在异质界面上倾斜入射时,同一波型的声束反射角小于入射角(X)31.商品化斜探头标志的角度是表示声轴线在任何材料中的折射角(X)32.为在试件中得到纯横波，斜探头透声斜楔材料的纵波速度应大于被检试件中的纵波速度(X)33.超声波在介质中的传播速度与波长成正比(X)34.超声波在铝中传播时,频率越高,波长越短(0)35.超声波在钢中传播时,频率越低,波长越短(X)36.超声波在介质中的传播速度等于质点的振动速度(X)37.在同种固体材料中,纵,横波声速之比为常数(0)38.声源面积不变时,超声波频率越高,超声场的近场长度越长(X)39.采用高频探伤可以改善声束指向性,提高探伤灵敏度(0)40.不同压电晶体的频率常数不一样,故不同压电晶体作成频率相同的晶片其厚度不同(0)41.兰姆波波速在一定介质中不为常数(0)42.超声波探头的近场长度近似与晶片直径成正比,与波长成反比(0)43.超声波探头的半扩散角近似与晶片直径成正比,与波长成反比(X)44.超声波探头发射超声波利用的是逆压电效应,而接收超声波则是利用的正压电效应(0)45.超声波束的指向角是在晶片直径一定的情况下,频率越低,指向角越小(X)46.超声波束的指向角是在晶片直径一定的情况下,频率越高,指向角越小(0)47.声透镜的曲率越大,焦距越短(0)48.声透镜的曲率半径越大,焦距越短(X)49.波长越短,近场长度越短,晶片直径越大,近场长度也越长(0)50.不同材料有不同的材料弹性和密度，故同一波型的超声波在不同材料中传播速度不同(0)51.同一波型的超声波在不同材料中的传播速度是相同的(X)52.超声波纵波在异质界面上发生反射时，反射波中必定会分离出反射纵波与反射横波(X)53.根据公式：C=λ·f 可知声速C与频率f成正比，因此同一波型的超声波在高频时传播速度比低频时大(X)54.压电晶片是利用“逆压电效应”的原理产生超声波的(0)55.压电晶片是利用“逆压电效应”的原理接收超声波的(X)56.用声透镜对超声波进行聚焦时，必须选用中间厚度小、边缘厚度大的凹形透镜(0)57.物体在振动过程中，当外力的频率等与振动系统的固有频率时，物体的振幅达到最大值，这种现象称为谐振(0)58.物体在振动过程中，当外力的频率等与振动系统的固有频率时，物体的振幅达到最大值，这种现象称为共振(0)59.波在传播过程中遇到远小于波长的障碍物时，就会发生绕射现象(0)60.超声波探头所选用压电晶片的频率与晶片厚度有密切关系，频率越高，晶片越薄(0)61.在钢中测定为某个折射角的探头，移放到铝上测定，该折射角将会变小(X)62.在超声波检测中，窄脉冲的纵向分辨力高，这是因为它的脉冲宽度大(X)63.一台垂直线性理想的超声波检测仪，其回波高度与探头接收到的声压成正比例(0)64.一台垂直线性理想的超声波检测仪，其回波高度与探头接收到的声压成反比(X)65.当激励探头的脉冲幅度增大时，由探头发射的超声波强度也随之增大(0)66.超声连续波垂直入射至钢/空气界面时，反射波和入射波可在钢中形成驻波。(0)67.超声波以角入射到水/钢界面时，反射角等于入射角。(0)68.水的温度升高时，超声波在水中的传播速度则随着降低(X)69.所有的液体（水除外），其声速都随着温度的升高而增加(X)70.超声波垂直入射时，界面两侧介质声阻抗相差愈小，声压往复透过率愈高(0)71.当钢中的气隙（如裂纹）厚度一定时，超声波频率增加，反射波高将随之降低(X)72.第一介质为液体介质时，也会有第三临界角(X)73.超声场的近场长度愈短，声束指向性愈差(0)74.斜角探伤横波声场中假想声源的面积小于实际声源面积(0)75.圆晶片斜探头的折射波束上缘折射角大于下缘折射角(X)76.如斜探头入射点到晶片的距离不变，入射点到假想声源的距离随入射角的增加而增大(X)77.对空心圆柱体在内圆周面上探伤时，曲底面回波声压比同声程大平面高(0)78.A型显示探伤仪，利用D.G.S曲线板是不能直观显示缺陷的当量大小和缺陷深度的(X)79.B型显示探伤仪能够直观显示出缺陷深度(0)80.压电晶片的压电电压常数大，则说明该晶片发射性能好(X)81.压电晶片的压电应变常数大，则说明该晶片发射性能好(0)82.常用的有机玻璃楔探头，当温度升高时，其折射角将变小(X)83.超声波倾斜入射至缺陷表面时，缺陷反射波高随入射角的增大而减小(0)84.一般情况下，对于薄层反射体，能得到最大反射信号的厚度为（λ/4的奇数倍）(0)85.一般情况下，对于薄层反射体，能得到最大反射信号的厚度为（λ/4的偶数倍）(X)86.一般情况下，对于薄层反射体，能得到最大反射信号的厚度为（λ/2的奇数倍）(X)87.一般情况下，对于薄层反射体，能得到最大反射信号的厚度为（λ/2的偶数倍）(X)88.为了在工件中得到纯横波，对于斜探头的选择除了合适的入射角以外还应考虑合适的斜楔材料的横波声速(X)89.为了在工件中得到纯横波，对于斜探头的选择除了合适的入射角以外还应考虑合适的斜楔材料的纵波声速(0)90.为了在工件中得到纯横波，对于斜探头的选择除了合适的入射角以外还应考虑斜楔材料的纵波声速小于工件中的横波声速(0)91.为了在工件中得到纯横波，对于斜探头的选择除了合适的入射角以外还应考虑斜楔材料的纵波声速大于工件中的横波声速(X)92.为了给tgβ=2.5的斜探头设计一个适合1:1水平定位法，并使得第一次回波前沿出现在第三格，第二次回波前沿出现在第九格的半圆试块，该试块的半径应是32.3mm(0)93.超声检测常用压电晶体石英、钛酸钡、铌酸锂、硫酸锂中接收效率最高的是铌酸锂(X)94.超声检测常用压电晶体石英、钛酸钡、铌酸锂、硫酸锂中居里点最高的是硫酸锂(X)95.超声波检测常用压电晶体石英、钛酸钡、铌酸锂、硫酸锂中接收效率最高的是硫酸锂(0)96.超声波检测常用的压电晶体石英、钛酸钡、铌酸锂、硫酸锂中居里点最高的是铌酸锂(0)97.在人工反射体平底孔、矩形槽、横孔、V形槽中，回波声压只与声程有关而与探头折射角度无关的是矩形槽(X)98.在人工反射体平底孔、矩形槽、横孔、U形槽中，回波声压只与声程有关而与探头折射角度无关的是平底孔(X)99.在人工反射体平底孔、矩形槽、横孔、U形槽中，回波声压只与声程有关而与探头折射角度无关的是U形槽(X)100.在人工反射体平底孔、矩形槽、横孔、V形槽中，回波声压只与声程有关而与探头折射角度无关的是横孔(0)101.在人工反射体平底孔、矩形槽、横孔、V形槽中，回波声压只与声程有关而与探头折射角度无关的是V形槽(X)102.在超声波试块中,和入射波束角度无关的人工反射体是U型缺口槽(X)103.在超声波试块中,和入射波束角度无关的人工反射体是V型缺口槽(X)104.在超声波试块中,和入射波束角度无关的人工反射体是平底孔(X)105.在超声波试块中,和入射波束角度无关的人工反射体是柱孔(X)106.在超声波试块中,和入射波束角度无关的人工反射体是横孔(0)107.在超声波检测中最常用的超声波是有多种频率成分的正弦波叠加而成的机械波(0)108.在超声波检测中最常用的超声波是单纯的正弦波(X)109.在超声波检测中最常用的超声波是方波脉冲(X)110.在超声波检测中最常用的超声波是驻波(X)111.用sinθ=1.22λ/D公式计算的指向角是声束边缘声压P1与声束中心声压P0之比等于0%时的指向角(0)112.用sinθ=1.22λ/D公式计算的指向角是声束边缘声压P1与声束中心声压P0之比等于50%时的指向角(X)113.用sinθ=1.22λ/D公式计算的指向角是声束边缘声压P1与声束中心声压P0之比等于10%时的指向角(X)114.用sinθ=1.22λ/D公式计算的指向角是声束边缘声压P1与声束中心声压P0之比等于1%时的指向角(X)115.水平线性、垂直线性、动态范围属于超声波检测仪的性能指标(0)116.频带宽度、探测深度、重复频率属于超声波检测仪的性能指标(0)117.灵敏度余量、盲区、分辨力属于超声波检测仪的性能指标(X)118.入射点、近场长度、扩散角属于超声波检测仪的性能指标(X)119.在普通常用的超声波检测仪上，使用“抑制”旋钮的抑制作用，可以减少杂波显示，与此同时也会导致垂直线性变差，动态范围减小(0)120.在普通常用的超声波检测仪上，使用“抑制”旋钮的抑制作用，可以减少杂波显示，与此同时也会导致其他回波幅度一并下降(0)121.在普通常用的超声波检测仪上，使用“抑制”旋钮的抑制作用，可以减少杂波显示，与此同时也会导致回波宽度变小(0)122.超声波通过两种材料的界面时，如果第一种材料的声阻抗较大，但其声速与第二材料相同，则在第二种材料中的折射角大于入射角(X)123.超声波通过两种材料的界面时，如果第一种材料的声阻抗较大，但其声速与第二材料相同，则在第二种材料中的折射角小于入射角(X)124.超声波通过两种材料的界面时，如果第一种材料的声阻抗较大，但其声速与第二材料相同，则在第二种材料中的折射角等于入射角(0)125.超声波通过两种材料的界面时，如果第一种材料的声阻抗较大，但其声速与第二材料相同，则在第二种材料中的折射角等于临界角(X)126.超声波检测仪在单位时间内产生的脉冲数量叫做脉冲的重复频率(0)127.超声波检测仪在单位时间内产生的脉冲数量叫做超声波频率(X)128.如果超声波频率增加而晶片直径不变，则声束扩散角将减小(0)129.如果超声波频率增加而晶片直径不变，则声束扩散角将增大(X)130.单位时间内垂直通过单位面积上的声能叫做声强，它与声压的平方成正比(0)131.单位时间内垂直通过单位面积上的声能叫做声压，它与声强的平方成正比(X)132.在传播超声波的介质中，由于交变振动产生的附加压强叫做声压(0)133.在传播超声波的介质中，由于交变振动产生的附加压强叫做声强(X)134.超声波仪器的B、C型显示都属于二维显示（0）135.超声波仪器的B、C型显示都属于三维立体显示（X）136.在超声波检测中，如果使用的探测频率过高，在探测粗晶材料时会出现林状回波（0）137.为提高分辩力，在满足探伤灵敏度要求情况下，仪器的发射强度应尽量调得高一些(X)138.超声波检测使用的试块，其功能不仅仅是用于调整检测灵敏度和评估缺陷大小(0)139.管子超声波探伤必须采用水浸聚焦方法是因为管子曲率对超声波有散射作用(X)140.焊缝的超声波检测都是采用斜探头进行探伤(X)141.焊缝的超声波检测不应当采用直探头进行探伤(X)142.锻件的超声波检测都是采用直探头进行探伤(X)143.锻件的超声波检测不采用组合双晶探头进行探伤(X)144.锻件的超声波检测不采用斜探头进行探伤(X)145.用直探头在轴类锻件的圆周面上进行周向扫查时，如果有游动信号出现，就可以肯定存在径向缺陷(X)146.用斜探头对大口径钢管作接触法周向探伤时，其跨距比同厚度平板小(X)147.直接用缺陷波高比较缺陷大小，仪器的“抑制”和“深度补偿”旋钮应置于（开）的位置(X)148.直接用缺陷波高比较缺陷大小，仪器的“抑制”和“深度补偿”旋钮应置于（关）的位置(0)149.采用当量法确定的缺陷尺寸一般大于缺陷的实际尺寸(X)150.只有当工件中缺陷在各个方向的尺寸均大于声束截面时，才需要采用测长法确定缺陷长度(X)

9. 第2题 隧道超前地质预报的意义中哪一项是错误的

什么是隧道施工超前地质预报，它包含哪些内容？

隧道施工超前地质预报是指在 隧道施工期间，采用多种方法、技术、 手段，对施工掌子面前方的水文地质工程地质状况、不良地质及可能引发的地 质灾害隐患进行及时、准确的预报，使 隧道施工提前采取有效的防治措施，避 免灾害的发生，保证隧道施工安全进行 该项工作属于隧道施工工程地质工作的内容。隧道施工超前地质预报包括长期预 报、短期预测和地质灾害监测与警报三大部分。现就长期预报和短期预报的内容分述于下：(1)长期超前地质预报① 预报任务和预报距离预报隧道施工掌子面前方围岩工程地质特征：围岩级别、地下水及地质灾 害隐患，为隧道施工指明掌子面前方的 工程地质轮廓，使施工决策人做到心中有数并能适时制订正确的施工方案，收 到安全、顺利施工的效果。预报距离： 80m ~ 100m。② 预报的方法和技术手段地面工程地质调查法。地面工程地 质调查内容包括地层、岩性、构造、软 弱结构面、岩溶、地下水、地应力等，并应用地面地质投射超前预报技术，预 测掌子面前方的不良地质及可能的隐伏 地质灾害。③ 超前导坑法。超前导坑法或称平 行导坑法（含试验洞）是预报正洞工程 地质情况最直观、精度高的方法，但因为存在费时费工，价格昂贵等明显确定， 大多数隧道不宜采用。④ 超前钻孔法。在掌子面上用钻 机打数十米直至百米的超前探孔，根 据岩芯状况、钻进速度、施钻情况、循环水状况等预报钻孔范围围岩的工 程地质状况。⑤ 物探仪器探测法。主要使用两类 物探仪器进行探测：第一类：弹性波法，如TSP 203PLUS、增强型瑞利波仪等。第二类：电磁波法，瞬变电磁仪、 D2-IIA高分辨数字直流电法仪等。(2) 短期超前地质预报这是在长期超前地质预报基础上开 展的预报工作。①预报的任务和预报距离结合长期预报成果，更准确地预报 掌子面前方不良地质、地下水、围岩级 别及可能的隐伏地质灾害，为施工决策采取正确的防治措施提供依据。短期超 前预报一般在构造复杂部位、不良地质 区段及隐伏地质灾害的局部地段进行。 预报距离：10m~ 30m。②预报的方法和技术手段地质编录法。通过对掌子面已揭露 的地质体进行观测与编录，对实见的地 质体向掌子面前方延伸情况进行有依据的推断。按其预测原理的不同又可分为 3种方法：第一种，岩层岩性及层位预测法。第二种，条带状地质影响隧道长度 预测法。第三种，不规则地质体涉及隧道长 度预测法。钻孔探测法。对铁钎孔、爆破孔、 锚杆孔、凿岩台车钻孔、钻机钻孔，在 施钻过程中的成孔时间、钻进速度、孔内压力、冲洗液颜色、成分、涌水、卡钻、 掉钻、跳钻等情况进行分析作出预报。 例如：钻进遇到断层泥时，钻进速度快、 钻孔冲洗液浑浊或白色。钻进时卡钻说 明岩体破碎。钻进时遇到掉钻，则可能有溶洞、大裂隙等等。采用钻机钻孔探 测应在隧道断面内，沿四个边角各设一 个钻孔，隧道中心设1个钻孔，钻孔呈 放射状布设。③ 物探仪器探测法 第一类：电磁波法，如地质雷达、 激电探测仪(TDIS/SIP)等。第二类：声波法，如ZGS1610声波探测仪等。第三类:光波法，如红外探测仪等。 (3)应注意的问题为了保障超前地质预报的质量，应 当做到：① 长期预报、短期预报与地质灾 害监测与警报，相辅相成，兼而有之。② 长期预报应当随隧道施工的进 展不间断连续进行。短期预报可以只在 重点地段进行。地质灾害监测与警报应当在隧道整个施工过程中都进行。

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隧道超前地质预报的各种方法、原理及使用条件？
包括：地质调查法、超前钻探法、地震波反射法、电磁法、直流电法、红外探测法、超前导坑预报法。

隧道施工地质超前预报方法主要有以下几种：传统地质分析法、超前导坑预测法、超前水平钻孔法、物探法以及特殊灾害地质所采用的相关预测方法。
过去的超前地质预报主要有超前导坑、超前钻孔等方法，这些方法工期长、费用高，其应用渐渐受到较大限制你是间接、无损的勘探手段，可得到较大范围内地质体的物理性质资料，近10年来，随着技术的不断发张买仪器设备的改进，在一些长大深埋隧道的超前地质预报中，物探方法得以推广应用，并取得了较好效果。目前利用物探进行超前地质预报的方法较多，有地质雷达法、瑞雷面波法、声波法、TSP法等。
物探法近来运用愈来愈广泛，已经是现今隧道超前预报中不可或缺的核心手段。常用的方法有的地震反射波法、声波测试、红外探水、电磁波法等。
1. 声波法。主要有岩面测试和孔内测试两种，其中孔内测试又分为单孔和双孔测试，目前应用的方法有HSP法和CT法。
○1水平地震剖面法（HSP）。分为超前水平布置和双侧水平布
置。超前水平布置将发射源、接收检波器分别置于掌子面前方的两个超前水平钻孔中；双侧水平布置则是将发射源、接收检波器分别置于靠近掌子面的隧道两侧边墙的两排水平钻孔中。发射源、接收检波器同步相错斜交移动，从而完成一次HSP数据的采集工作。HSP的探测方式减小或者排除了隧道威严爆破松动圈的英系那个，可获得面波少、S/N比高的数据，能取得高精度的测试效果，同时避免了隧道中CDP法偏移距不足的缺陷。为确保高分辨率，HSP系统采用了较高的频率范围。 ○
2CT法。混凝土声波CT层析成像法借助一血X射线断层扫描的基本手段，结合其物理力学性质的相关分析，采用射线走时和振幅来重构混凝土内部声速值及衰减系数的场分布，通过像素、色谱、立体网络的综合展示，以达到直观反映混凝土内部结构图像之目的。
2．地质雷达法。采用连续扫描电磁波反射曲线的叠加，利用电磁波在隧道掌子面前方岩体中的传播、反射原理，根据测到的反射脉冲波走时计算反射界面距隧道施工掌子面的距离。地质雷达被认为是目前分辨率最高的地球物理方法，但是由于预报距离短，易受隧道洞内机器、管线的干扰，目前多用于岩溶洞穴、含水带和破碎带的探测预报。
3．TSP法。原理与地震反射负式速度法相同，但其采用深度偏移法，且在成像前进行二维Radon变换。利用视速度差异，消除与隧道走向近乎平行的反射界面，由于受观测方式限制，不可能给出准确的断层产状、位置和岩体波速。
4.红外探水技术。在隧道中，围岩每时每刻都在发射红外波段的电磁波，并形成红外辐射场，辐射场有密度、能量、方向等信息，岩层在向外发射红外辐射的同时，必然会把它内部的地质信息传递出来。干燥无水的地层和含水地层常常发射不同的红外辐射，地下水的活动会引起岩体红外辐射场强的变化，红外探水仪通过接收岩体的红外辐射强度，根据威严红外辐射场强的变化来确定掌子前方或者四周是否有隐伏的含水体，通过测试掘进工作面和隧道开挖纵向的地湿场变化情况，根据介质的辐射红外波段长的能量变化，判析前方是否为隐伏含水构造体，有无发生突涌水的可能。