導語：如何才能寫好一篇電磁波的實際應用，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

一、工程實例教學實踐

《電磁場與電磁波》是電子信息類專業的主干基礎課程，涉及大量的場論和矢量分析方面的數學知識，覆蓋內容較廣，且有一定的深度。相對于應用型課程，該課程的理論分析內容較多，課程理解需要學生花費較大的精力和時間，且需要能夠靜下心來思考電磁場問題，因此，對于工科學生來說普遍較難理解。然而，該課程講授的知識、理論和方法，在實際工程中具有一定的普適性，更容易與工程實例結合。以靜態場為例，靜態場是不隨時間變化的場，是時變場的特例，在靜態場部分的教學中主要做電容和互感的測量實驗，多導體的部分電容和互感是靜態場中非常重要的兩個概念。要求學生在掌握部分電容和互感的特性及測量原理的基礎上，應用測試具體參數，對比測試結果與理論計算結果是否相吻合。再如麥克斯韋方程組，看似只是一組毫無新意、索然無味的方程，多數同學接觸到它都有一定的畏難情緒。但如果將“電磁隱形衣”“左手電磁材料”“磁懸浮”“無線電力傳輸”等實際應用有機結合到課程教學中，課堂氛圍異常活躍，學生的學習熱情大大提高，對實際工程實例的思考更加深入徹底，甚至有學生在此基礎上開始研究電磁理論新的應用。

二、課堂教學與課外科技活動結合

除課堂教學外，根據實際課堂教學內容，定期給學生布置與實際應用相關的作業，可以是科技小論文、工程實例中簡單問題的解決方案、學生分組內部科技小競賽等，復雜的形式可以是參加校外知名企業的有獎科技競賽、區域性科技創新能力大賽等。此外，通過講解電磁場在實際工程中運用的一些案例，以及讓學生由淺入深地了解到電磁應用的廣闊性，避免了學生學習的盲目性，避免在學生中形成學習電磁場無用論的觀點。

篇2

[關鍵詞]氣象要素；異常折射；雷達作用距離；大氣折射率

中圖分類號：U675.74 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）03-0139-02

引言

雷達既是艦船日常航行中定位、導航和避碰的主要設備，又是艦艇海上作戰時搜索警戒、火炮控制和導彈制導的重要裝備，因此作戰艦艇根據不同的任務和使命裝備有十幾種甚至幾十種雷達，這些雷達的作用距離對艦船的航行安全有一定的影響，同時對艦艇的作戰效能也有制約作用。雷達的作用距離除了與雷達本身戰術技術性能、天線高度、目標高度、目標反射電磁波的性能等條件有關外，還與傳輸電磁波的大氣狀況密切相關。對于處于海面上的艦載雷達而言，大氣對電磁波的吸收衰減作用使雷達的作用距離減小；大氣對電磁波的折射作用，會出現負折射和超折射等異常折射現象，其中次折射也會使雷達的作用距離減小，而超折射則會使雷達的作用距離增大。特別是當超折射嚴重而出現波導現象時，雷達的作用距離將成倍地增大，實現所謂超視距探測。這種現象在我國沿海的各海區都經常出現，如在黃海北部活動的艦船，有時雷達發現目標距離會比正常情況增大2～3倍。同樣，這種電磁波超視距傳播現象在世界各地海域都存在，尤其是在中東一帶更是頻繁地出現。由此可見，氣象因素對雷達作用距離的影響程度是很大的，如果能夠準確掌握氣象因素對雷達作用距離的影響規律，將有利的條件加以充分地利用，對艦船的軍事行動具有重要的意義。

1 氣象因素對大氣折射的影響

1.1大氣折射的類型及其存在條件

通常，對流層中空氣的折射率不為1，在地面附近其值一般在1.00025～1.00045之間變化。對于頻率在1～100GHz范圍內的電磁波，大氣折射率n或折射指數N可表示為大氣溫度T（單位：K）、大氣壓力P（單位：hPa）和水氣壓e（單位：hPa）之間的函數[1]：

（1）

當電磁波傳播距離很短時，可近似認為地球表面為平面，但若傳播距離較長時，就必須考慮地球曲率的影響，為了將地球處理成平面，通常使用進行了地球曲率訂正的大氣修正折射率m和大氣修正折射指數M，其表達式為

（2）

式中：R= 6.371×106m為平均地球半徑，h為地表以上高度（單位：m）。式（2）可簡化為：

（3）

由于大氣層大氣分布的不均勻性，上下大氣層的折射率不同，因而電磁波通過不同折射率的大氣層時將產生折射，折射的程度和方向將取決于大氣層折射率垂直梯度的大小和正負。大氣折射指數隨高度變化的垂直梯度可通過折射率對高度求導得到，即將式（1）、（2）各物理量對高度求導：

（4）

（5）

式中：分別為大氣壓力、大氣溫度、水氣壓隨高度變化的垂直梯度。

當大氣折射指數垂直梯度dN/dh>0時，電磁波的傳輸軌跡將背著地球向上彎曲，此時的大氣為負折射；當dN/dh=0時，電磁波的傳輸軌跡不發生彎曲而沿直線傳播，此時的大氣為零折射；當dN/dh

1.2異常大氣折射的形成規律

由式（4）可知，大氣折射指數垂直梯度與大氣溫度、壓力、濕度的垂直梯度相關，其中水氣壓梯度前的系數最大，因而對大氣折射指數垂直梯度的影響最大，大氣溫度梯度的影響次之，大氣壓力梯度的影響最小。因此在分析氣象要素對大氣折射的影響程度時，可先考慮水氣壓梯度的變化，其次考慮大氣溫度梯度的變化，至于大氣壓力梯度的影響可忽略不計。

在海洋環境中[2]，一般情況下在大氣較穩定的晴好天氣里，此時大氣往往有一個比較穩定的逆溫層，并且大氣濕度隨高度遞減，容易出現超折射或波導現象。典型的天氣有：

（1）在晴朗無風的天氣背景下，海面夜間輻射降溫，形成一個近地層的輻射逆溫層。

（2）干暖氣團從陸地平移到濕冷的海面上空時，形成近地層大氣溫度下冷上暖，濕度下濕上干的狀況。

（3）雨后造成近地層下層大氣又冷又濕的情況。

（4）夏季海面水汽蒸發，使海面上很小高度范圍內的大氣濕度隨高度銳減。

只有當大氣溫度隨高度迅速下降或大氣濕度隨高度遞增時，才能夠形成負折射現象。負折射一般發生在高緯度寒冷的陸地和冰山附近，當有冷濕氣團移到溫暖的海面上空時候。

2 大氣折射對雷達作用距離的影響

當電磁波在無折射的大氣中傳播時，其路徑為一直線，此時雷達發現目標的距離受地球曲率的影響，其大小為[3]：

（6）

式中：R為地球平均半徑；h、H分別為雷達天線和目標的高度。

由于受大氣折射的影響，電磁波的實際傳播路徑為一彎曲的曲線，采用修正地球半徑的方法對式（6）進行修正，即把在地球上成曲線傳播的射線轉化為在另一假定半徑為Re（ Re稱為等效地球半徑）的地球上成直線傳播，則在一般大氣條件下雷達的目標能見距離公式為：

（7）

等效地球半徑Re與地球平均半徑R的關系[4]，可以通過二者與電磁波傳播路徑曲率半徑ρ、大氣折射率垂直梯度、電磁波發射仰角θ等之間的關系推出：

（8）

設稱為等效地球半徑系數。則，式（7）變為：

（9）

3 雷達作用距離的預測方法

充分利用我國在沿海主要港灣都設有氣象觀測站和雷達站這個有利條件，長期系統地觀測海上來往艦船及當時的氣象條件，并將實測數據進行登記、積累和整理，統計分析各種氣象條件下等效地球半徑系數K和雷達探測距離的變化規律。

3.1 等效地球半徑系數K

測量大氣折射率梯度的方法很多。由于大氣折射率是大氣溫度、氣壓和濕度的函數，采用系留探測儀器和無線電探空技術測量大氣溫度、氣壓和濕度的垂直變化后可間接得到大氣折射率梯度。也可以通過微波折射率儀直接測得。前一種方法主要適用于高度較高的中低空情況；而對于貼近海面的情況，由于高度較低探空儀的滯后性及測量誤差達不到精度要求，因此只能采用體積小、精度高、響應速度快、采樣率和自動化程度高的微波折射率儀直接測量大氣折射率。

微波折射率儀的工作原理是測量通過腔體的空氣折射指數的變化δn引起的諧振頻f 的變化δf[5]，腔體是兩端局部開口的圓柱形諧振腔體，能保證氣流自由通過。微波折射率儀通過測量這一頻率變化量得到空氣折射指數。測量時，微波折射率儀需做勻速升降運動（升降速度約為0.1m/s）以測量不同高度上的大氣折射率。此種方法對于高度在海面上30m范圍內的氣象要素觀測尤為合適，且適用于氣象臺、海洋調查船或艦載直升機上使用。

為全面系統地積累相關資料，氣象臺需每天定時多次進行觀測，根據測出的大氣折射率梯度dn/df計算出相應的K值，將長期觀測的數據進行統計分析，找出其隨地理環境、季節、時間、氣象條件等因素的變化規律。實際應用時，可根據氣象臺當天的實測結果，算出等效地球半徑系數K值，再結合天氣的變化趨勢和K值變化規律，對其進行修正，最后用（9）式計算出雷達能夠發現目標的距離。

3.2經驗公式

由雷達站長期系統地實際觀測海上往來艦船，并按月、日、時和艦船類型、氣象等情況，將獲得的觀測數據加以整理，從而得出雷達在該海區作用距離隨季節、月、日、時變化的規律，并根據實測的雷達數據對雷達能見距理論計算公式加以修正，總結出經驗公式。

在標準大氣條件下，等效地球半徑系數K=4/3，將此值和地球平均半徑值代入，得到雷達能見距公式：

（10）

受氣象因素的影響，實際觀測的雷達作用距離與式（10）計算的結果有出入，可以用加修正量K′的方法對式（10）進行修正。即：

（11）

系數K′隨季節和天氣的變化而變化，它是根據該海區實際觀測統計的中位值計算而得。表1是根據某年我們在某海區連續21個月觀測的3405個雷達發現目標距離的數據進行統計和分析后，得出的該海區各月雷達發現距離修正系數K′。

由于K′值是經驗數據，在實際應用時還應該根據當時的氣象條件進一步分析和修正。如果在各海區都能堅持長期不間斷地測定、積累各種氣象條件下的K′值，將結果存儲于計算機中，實際應用時根據當時的季節、日期、時間以及氣象條件等，由計算機得出相應的K′值通報艦艇，將更加有利于實際應用。

4 結束語

雷達的作用距離是艦艇海上作戰時的重要指標，掌握不同海區雷達探測目標的距離規律，并準確預報出可能的目標能見距離，在軍事上具有重要的意義。例如，在艦艇實施導彈攻擊時，既要求在盡可能遠的距離上發現目標并實施攻擊，又不能使雷達過早開機而暴露自己。此時預測雷達發現目標距離就顯得尤為重要，將直接影響到作戰的成效。因此世界各國對雷達能見距離的預報都非常重視。早在20世紀50年代，前蘇聯就明確規定，海戰中氣象部門要為艦艇部隊提供海上雷達能見距離的預報。我們也應該充分重視并系統研究氣象因素對雷達作用距離的影響，進一步建立和完善氣象和雷達觀測體系，形成數據收集積累、統計、總結和預報制度，使艦艇在雷達使用中做到揚長避短，提高作戰效能。本文對氣象因素對雷達作用距離的影響及其預測方法的分析研究還處于初級階段，有待于今后進一步的深入研究。

參考文獻

[l]姚展予.大氣波導特征分析及其對電磁波傳輸的影響[J].氣象學報，2000，58（5）：605-615.

[2]劉成國，黃際英，江長蔭.東南沿海對流層大氣波導結構的出現規律[J].電波科學學報，2002，17（5）：509-513.

篇3

關鍵詞：電磁場與電磁波；優秀課；教學方法

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）15-0118-02

電磁場與電磁波是電子信息類本科各專業學生必修的一門重要的學科基礎課程，所涉及的內容是電子信息類本科學生知識結構的必要組成部分，對學生專業素質的培養和提高起很大的作用。所以，2014年成功申報成為長春理工大學優秀課程。本文主要總結《電磁場與電磁波》優秀課程建設的教學經驗和方法及教學手段等，分別從理論教學和實驗教學兩個方面對教學內容、教學方法和教學手段等進行探討。

一、《電磁場與電磁波》教學內容的調整

1.教學大綱的調整和修訂。①根據培養方案提高學生實踐能力的要求，《電磁場與電磁波》在內容體系結構上做了一些調整，為此修訂教學大綱，學時數由原來的理論64學時改為到理論48學時+實驗8學時，使學生既能掌握基本理論又能打下應用基礎，同時既突出基礎性和知識體系的完整性，盡量避開繁雜的推導，注意理論與實際應用的結合，使學生易于接受。②為了加強實踐環節的教學力度，增設8學時實驗課程。根據實驗教學大綱，編寫實用的實驗指導書，保證工科學生工程能力的提高。實驗教學層次分明，學生實驗興趣得到提高，達到最佳實驗效果。

2.課程內容體現學科前沿技術，理論與工程不脫節。《電磁場與電磁波》的前修課程是高等數學、工程數學、大學物理，是學生學習后續課程微波技術、天線、光技術、雷達技術、電氣技術、電子對抗等的基礎，在學科建設與發展中起著承上啟下的作用。因此，本課程在專業培養目標中的定位為：承上啟下，重在基礎，開拓創新，引領未來。電磁場主要讓學生掌握分布參數系統的主要理論、分析方法、長線理論及常用傳輸線，為以后從事微波電子應用技術、通信工程準備必要的理論基礎。該課程理論嚴謹，邏輯性強，對培養學生邏輯思維能力、獨立分析能力和解決問題的能力及理論聯系實際的能力，都有很重要的作用。

從課程內容上，主要從理論和實驗兩個方面體現學科前沿：①《電磁場與電磁波》課程的工程性很強，因此教師在課堂理論教學中，經常從電子與信息科學領域、電磁科學領域取得一系列重大成就出發，將能反映近代科學技術的成就和一些對學生有重要意義的工程內容，引入課堂講解，通過講解例題、建立習題、精選前沿內容作為選修內容方式，將相關內容引入本門教材和教學內容中。同時，建立網絡課程，加強網絡資源建設，不斷充實課程資源，完善網絡教學，不斷收集最新的科技成果補充到網絡教學中。②加強《電磁場與電磁波》課程實踐課和理論課的結合與滲透，培養學生解決實際問題的綜合能力，理論教學與實踐教學密切相關。根據實驗教學的要求，保證理論教學為實踐教學打好堅實的理論基礎，讓理論課教師參加實驗教學，及時與學生溝通，了解學生掌握知識的情況與興趣所向。與上述教學內容改革相適應，自編出版相應的實驗教材《電磁場與電磁波實驗指導書》，并在教學中采用。

二、教學方法改革

針對《電磁場與電磁波》課程理論性強，抽象，公式多，這種情況，我們在教學過程中對《電磁場與電磁波》課程的教學方法進行改革和探索，采用多種有利于培養學生自主學習能力和創新能力的方法，總結一些有成效的舉措和經驗。

1.采取小班授課，讓學生積極參與。針對學院通信系大珩班的高要求，對大珩班采用小班授課，在教學過程中采用提問、討論、測驗等方式，同時給學生有在同學面前講解習題、大量練習的機會，激發學生學習興趣，調動學習主動性，教學效果非常明顯。

2.采用隱性分層，分類指導。根據不同學生認知水平的差異，結合“以學生的發展為本”的前提，采用隱性分層法教學，遵循“因材施教”的原則，面向全體學生，為每個學生提供適合各自發展水平和接受能力的電磁場相關教學，使各層次學生學有所成，感受到學習《電磁場與電磁波》的樂趣。

3.采用實例進入課堂，提高課堂效率。對于大班授課的課堂，在課程建設過程中，加大理論課堂教學投入，把可以在課堂上演示電磁波的相關內容制成動畫，把前沿科學技術制成視頻帶入課堂，使課堂內容直觀、充實。

4.采用理論實驗相結合。加強《電磁場與電磁波》課實踐課和理論課相結合與滲透，培養學生解決實際問題的綜合能力。理論教學與實踐教學密切相關，根據實驗教學的要求，保證理論教學為實踐教學打好堅實的理論基礎，讓理論課教師參加實驗教學，及時與學生溝通，了解學生掌握知識的情況與興趣所向。

三、教學手段改革

1.電磁場與電磁波程采用全方位、立體化、多視角的教學模式，發揮教師的主導作用，確定學生的主體地位。結合“電磁場與電磁波”課程理論性強、信息量大、概念抽象等特點，采用多媒體教學方法，通過形象化的動態過程演示，根據《電磁場與電磁波》課程內容的發展修改課件，加入錄像實例等，達到良好的教學效果。

2.教學過程中需要規范的板書，使課堂的條理性和層次性更加清晰，因此進一步把傳統授課手段和多媒體教學等現代教育技術手段恰當地組合，揚長避短，達到理想的教學效果。

3.不斷豐富網絡教學資源，把相關教學課件、教案、大綱等上傳到網絡課程，在課后鞏固環節中，要求學生自主學習，充分利用網上教學資源，進行課前預習、課后復習，真正提高教學效果。

4.完善試卷和成績分析。根據長春理工大學《長春理工大學關于試卷評閱與歸檔的管理辦法》，課程組要求教師明確試卷評閱教師責任，采取統一評分標準和集體流水閱卷的方式進行評卷。閱卷完成后，必須進行試卷和成績科學、客觀的分析，組織課程組教師對考試結果進行總結經驗，指導教學。堅持對試卷歸檔，統一管理，保證試卷歸檔的完整性與準確性。近3年，《電磁場與電磁波》考試成績分布基本合理，成績單記載清楚、規范。試卷和成績分析科學、客觀，并能反饋指導教學，較好地反映學生的學習情況。

四、實驗教學環節建設

電磁場與電磁波實驗是理論課教學的一個重要組成部分。根據教學的基本要求以及電子學人才培養的需要，課程組整合實驗課程和教學內容，形成從基礎訓練到系統設計的完整的實驗教學體系，使學生能夠在理論課學習的基礎上，由淺入深地學習電磁場與電磁波的相關知識，為射頻電路設計、無線通信技術、光纖通信、衛星通信等相關領域的課程學習和科研打下堅實的基礎。

1.修訂實驗教學大綱，編寫實驗指導書。為了適應開放實驗室的要求，實驗教材既有實驗理論教學內容，又有實驗操作的教學內容，實驗教學層次分明，既包括基本部分實驗內容、設計性部分實驗內容，也包括綜合性部分實驗內容，添加探究創新的部分內容，提高學生實驗興趣，激發創造性的思維，達到最佳的實驗教學效果。

2.加強《電磁場與電磁波》課實驗課和理論課的結合與滲透。根據實驗教學的要求，讓理論課教師參加實驗教學，保證理論教學為實踐教學打好堅實的理論基礎，使理論教學與實踐教學緊密結合，培養學生解決實際問題的綜合能力。

3.利用網絡資源，建立開放實驗室。利用國家級實驗中心的優勢，建立開放實驗室，學生可以利用網上預約系統自主預約，進行實驗。同時，根據實驗教學的特點，把實驗內容、實驗要求、實驗考核方法、儀器設備使用手冊、器件數據手冊等教學資源制成網絡課程上傳至網絡，讓學生自主下載學習、交流，開闊思路。

五、優秀課程教材及相關資料建設和選取

1.教材選用國家“十五”、“十一五”規劃等教材。①謝處方、饒克謹，《電磁場與電磁波》（第四版），北京：高等教育出版社，2006年普通高等教育“十一五”國家級規劃教材。②蔡立娟、陳宇，《電磁場與電磁波實驗指導書》，長春理工大學校內教材，2010年。

2.參考教材。①鐘順時，《電磁場基礎》，北京：清華大學出版社，2006年，21世紀高等學校電子信息工程型規劃教材；②焦其祥等，《電磁場與電磁波》，北京：科學出版社，2005年，21世紀高等院校教材；③王新穩、李萍，《微波技術與天線》，北京：電子工業出版社，2002年，21世紀高等學校電子信息類教材；④馮慈璋，《電磁場》，北京：高等教育出版社，1999年，高等學校教材。

3.為了提高學生對理論課程的理解，課程梯隊提供大量的輔助教學資料。例如，制作《電磁場與電磁波》教學課件，推薦課外輔導書、指導光盤等，建立習題庫等。為了促進學生自主學習，擴充知識面，學院資料室向學生全面開放。學院資料室現藏書兩萬余冊，期刊一百余種，其中與本課程相關書籍或期刊500余種，許多參考書配有參考課件、光盤，可供學生課堂內外使用，效果良好。另外，學校網絡資源豐富，學生可以充分利用網絡資源和多媒體課件，收集、閱讀相關知識，提高學習興趣。

長春理工大學《電磁場與電磁波》優秀課課程組將繼續在教學中不斷摸索、前進，進一步提高教學質量，服務學生與社會。

參考文獻：

[1]羅三桂.現代教學理念下的教學方法改革[J].中國高等教育，2009，（6）：11-13.

[2]李慧，劉克平，尤文.自動化專業精品課建設的研究與實踐[J].實驗室研究與探索，2011，（10）：306-308.

[3]蔡立娟，陳宇，楊立波.淺談“電磁場與電磁波”課程教學改革[J].教育與職業，2010，（30）：136-138.

篇4

關鍵詞：雷達；超聲波；物位檢測

1 概述

物位是工業過程監控的重要目標參數，在熱電廠內各種罐體、料倉、水池的連續物位測量中，雷達和超聲波兩種原理的物位計應用廣泛。在工程項目設計階段，設計師們對雷達和超聲波物位計的選型依據業主的要求以及自身的經驗，故兩者在應用場合沒有較明確的界限劃分。針對這兩種物位計的選擇應用，作者談談自己的看法。

2 原理簡述

2.1 雷達物位計

雷達物位計按其工作方式，主要分為脈沖式和連續調頻式。

脈沖式雷達物位計，采用微波“發射反射接收”的原理：從天線發射出的電磁波信號，在被測物料表面產生反射，反射的回波信號被雷達系統接收，通過電子單元計算出發射至接收的行程時間（t）。因電磁波的物理特性與可見光相似，取光速（c）作為傳播速度，進而可換算得出物位值（如圖1所示）：L=E-D=E-c.t/2。

連續調頻式（FMCW）雷達物位計的測量原理有別于脈沖式，電磁波信號被液面反射后，回波被天線接收，接收到的回波頻率與此時發射信號波的頻率相比，兩者存在差異，此頻率差的大小與到液面的距離成正比。如圖2所示：

2.2 超聲波物位計

與脈沖式雷達物位計相似，超聲波物位計也是利用波的反射原理，通過時差法進行物位測量。兩者之間的差別僅為雷達采用的為電磁波，其傳播無需介質，而超聲波物位計采用的為機械波。由于機械波的物理特性決定其傳播必須借助一定介質，所以當介質的壓力、溫度、密度、濕度等條件恒定時，超聲波在該介質中的傳播速度是一個常數。因此，當超聲波發射遇到物面后，傳播路徑上的介質密度發生變化，超聲波被反射，測量超聲波從發射到接收所需要的時間，即可換算出超聲波通過的路程，從而得到了物位的數據。

3 特性及選型注意事項

3.1 雷達物位計

雷達物位計選型，需綜合考慮介質的介電常數、料倉高度、物料形態及穩定性等方面的因素，從而選擇確定物位計工作方式、微波頻率、波束角以及天線型式。

3.1.1 介電常數

由于電磁波的衰減系數與介質的介電常數的平方根成反比，因此，被測介質的介電常數越大，電磁波的衰減越少，物位計接受到的反射信號也就越強，即測量可以得到更好的保證。以E+H MicropilotM FMR50系列雷達物位計為例，表1和圖3顯示，同型號雷達，對于低介電常數介質，其測量的量程范圍明顯縮小。特別針對A類介質，普通的安裝方式甚至不能滿足測量要求。

3.1.2 物料形態及穩定性

當物料為固體或粉末狀態時，由于折射、漫散射等影響，使有效的回波減少，雜波增加。同樣，當測量波動表面時，也存在有效回波檢測困難的情況。

3.1.3 措施

不論是介電常數還是物料形態穩定性的問題，通過雷達的檢測原理即可確定，要保證測量的可靠性，必需減少信號衰減，增加有效回波數量。

根據電磁波的特性，當波束角確定時，電磁波的頻率越高，在單位面積上積聚的能量越大，電磁波的衰減越小，從而雷達物位計的測量精度也就越高。在實際運用中，脈沖式雷達物位計采用的電磁波段主要為C段（低頻）和K段（高頻）兩種，兩者主要性能對比如表2。

通常，波束角的大小與天線的尺寸成反比，天線越大，波束角越小，相同頻率的波在單位面積上聚集的能量也就越大。針對固體、粉末類介質，且儲罐條件比較復雜的場合，在選擇高頻雷達的同時，應采用大尺寸天線（例如拋物面天線）以提高測量精度。

由于外界雜波的干擾對普通非接觸式雷達的信號判斷及處理能力提出很高的要求，采用導波雷達或者增加導波管（液體測量）的方式較好地解決了微波傳輸穩定性的問題。除此之外，因電磁波的回波時間不因介電常數的變化而變化，僅為信號強度有差，所以導波式測量是低介電常數介質物位測量的優選方式。

連續調頻式雷達物位計，因其獨特的信號分析處理技術，具有高靈敏度、良好的穩定性和信號自動校準等優點，被視為是復雜條件物位測量的優選方案，特別適用于極度粉塵并伴有高溫場合以及超低介電常數介質的物位測量。精度可達±0.5mm，測量范圍可達100m。由于采用調頻連續波技術，物位計功耗較大（5～10W），為常規脈沖式雷達物位計的10倍左右，常規采用220VAC四線制接線方式。但隨著技術的發展，現已有應用良好的24VDC兩線制產品，例如西門子SITRANS LR560等。

3.2 超聲波物位計

超聲波液位計，因聲波的傳播速度與傳播介質的溫度、壓力以及被測介質的特性等均有關系，受外界因素的制約較大，常被用于簡單工況穩定物位的測量。

3.2.1 常見影響因素

所有外界因素，對超聲波信號而言，其最終的體現均為信號的衰減。常見的影響因素及其程度如表3。

3.2.2 測量范圍計算

超聲波物位計，與雷達物位計相比，因其聲波自身的物理特性決定，其測量范圍（一般不超15m）要小于雷達。在工程實際應用中，通過分析外界因素對信號的衰減影響，比較物位計理論測量值，得出可實際應用的測量范圍。以E+H Prosonic M FMU4x系列為例：

測量熱電廠渣倉料位，固體物料表面因素衰減約40dB，粉塵影響約10dB，假設無其余因素影響，查圖4，FMU43的可用測量約4.8m。若此量程能滿足工藝檢測要求，則可采用超聲波，否則需另選物位計。

3.3 特性比較

超聲波測量鑒于被測介質的密度，其受溫度和壓力的影響較大，不同密度下超聲波傳播速度不同，信號修正困難。另外，超聲波的發生是通過壓電晶體的機械振動，當外界壓力太大時會影響超聲波的產生，所以不可用于壓力較高或負壓的場合，通常只用在常壓容器。一般情況下，超聲波液位計使用溫度不可超過80℃，壓力需在0.3MPa以內。而雷達受此影響不大，可以用在高溫、高壓工況下。

由于機械波易受傳播介質的影響，能量衰減也相對較大，在氣態或者不均勻介質中表現更明顯。在相同能量下，電磁波的傳播性比超聲波要好很多，因此雷達物位計的可使用量程范圍也比超聲波要大，特別現在采用高頻和連續調頻技術，使得其量程范圍進一步增大。

因雷達物位計對環境和介質本身產生的擾動分辨能力更強，也就可以更好地消除干擾，使得其能更好地保證測量精度。相比而言，超聲波物位計因易受外界干擾影響，實際的測量精度較差。

3.4 選型應用

在熱電廠中，物位的測量主要為煤、石灰石、渣、灰等固體或粉末類介質，以及部分水、油、酸堿液態介質，對于上述介質的物位測量，分析雷達和超聲波物位計的原理和特點，選型如下：

（1）因雷達采用電磁波，不需要傳播媒介，可以應用于真空工況。例如導波雷達，現被用于凝汽器熱井水位的測量，而超聲波則不適用。

（2）煤粉倉、灰渣庫等低介電常數并伴有粉塵的固態或粉末狀態物料，因聲波會有很大的衰減，所以一般不應選用超聲波物位計。選用雷達時，應選擇高頻雷達，并選用例如拋物面天線等此類的大尺寸小波束角天線。當安裝條件允許時，也可采用纜式（小量程采用桿式）天線來降低介質特性本身以及外界干擾對測量帶來的影響，但應做好天線端部固定工作。

（3）對于液氨、濃鹽酸等易揮發或擴散形成霧氣的儲罐液位測量，或者是液面可能產生泡沫（例如循環水池）時，導波雷達將是很好的選擇，但需要注意儲罐的尺寸，若為小型儲罐，則建議采用高頻非接觸雷達+導波管的測量型式。

（4）針對高壓加熱器水位、汽包水位等高溫高壓且存在汽水共騰工況的液位測量，可選用高溫高壓型同軸導波雷達。同軸探頭，加上氣相補償、等時采樣等技術的應用，使得在沸騰的腔體內，雷達也能有穩定可靠的讀數。西門子LG200、E+H FMP54等產品均已在電廠此類場合的液位測量中得到很好的應用。

（5）由于雷達物位計產生高頻電磁波的電子電路相對復雜，使得產品價格較高。因此，在精度要求不是特別高或測量理想液面（例如平靜光滑的脫鹽水儲罐、點火油罐等液位）時，超聲波物位計就體現了很好的性價比。另外，若為統一選型，減少物位計的種類考慮，經濟型低頻雷達也是較好的選擇方案。

4 結束語

雷達和超聲波兩種類型的物位計均是工業物位測量的良好解決方案，其選型應用需根據過程工況、介質特性決定，并結合安裝條件、使用環境等外界因素。經濟適用、更好的性價比是設計人員選型的重要依據，也是現代工廠精細化管理追求良好效益的基礎條件。

參考文獻

[1]朱輝，郭志強.物位儀表發展趨勢――雷達超聲[J].中國儀器儀表，2009（S1）：202-204.

[2]王小林.西門子煤倉料位計探討[J].科技創業月刊，2010（10）：191-192.

[3]Endress+Hauser.TI軟件中文版[Z].2015.

篇5

關鍵詞：電子設備電磁兼容性干擾源有效抑制

1引言

隨著電子技術的迅速發展，現代的電子設備已廣泛地應用于人類生活的各個領域。當前，電子設備已處速發展的時期，并且這個發展過程仍以日益增長的速度持續著。電子設備的廣泛應用和發展，必然導致它們在其周圍空間產生的電磁場電平的不斷增加。也就是說，電子設備不可避免地在電磁環境（EME）中工作。因此，必須解決電子設備在電磁環境中的適應能力。電磁兼容性（EMC）是一門關于抗電磁干擾（EMI）影響的科學。目前，就世界范圍來說，電磁兼容性問題已經形成一門新的學科。電磁兼容的中心課題是研究控制和消除電磁干擾，使電子設備或系統與其它設備聯系在一起工作時，不引起設備或系統的任何部分的工作性能的惡化或降低。一個設計理想的電子設備或系統應該既不輻射任何不希望的能量，又應該不受任何不希望有的能量的影響。

2電磁干擾源的分類

各種形式的電磁干擾是影響電子設備電磁兼容性的主要因素，因此，它是電磁兼容性設計中需要研究的重要內容。

2－1內部干擾

內部干擾是指電子設備內部各元部件之間的相互干擾，包括以下幾種。

（1）工作電源通過線路的分布電容和絕緣電阻產生漏電造成的干擾；(與工作頻率有關)

（2）信號通過地線、電源和傳輸導線的阻抗互相耦合，或導線之間的互感造成的干擾；

（3）設備或系統內部某些元件發熱，影響元件本身或其它元件的穩定性造成的干擾；

（4）大功率和高電壓部件產生的磁場、電場通過耦合影響其它部件造成的干擾。

2－2外部干擾

外部干擾是指電子設備或系統以外的因素對線路、設備或系統的干擾，包括以下幾種。

（1）外部的高電壓、電源通過絕緣漏電而干擾電子線路、設備或系統；

（2）外部大功率的設備在空間產生很強的磁場，通過互感耦合干擾電子線路、設備或系統；

（3）空間電磁波對電子線路或系統產生的干擾；

（4）工作環境溫度不穩定，引起電子線路、設備或系統內部元器件參數改變造成的干擾；

（5）由工業電網供電的設備和由電網電壓通過電源變壓器所產生的干擾。

3干擾的傳遞途徑

當干擾源的頻率較高、干擾信號的波長又比擾的對象結構尺寸小，或者干擾源與擾者之間的距離r>>λ／2π時，則干擾信號可以認為是輻射場，它以平面電磁波形式向外副射電磁場能量進入擾對象的通路。

（2）干擾信號以漏電和耦合形式，通過絕緣支承物等（包括空氣）為媒介，經公共阻抗的耦合進入擾的線路、設備或系統。

如果干擾源的頻率較低，干擾信號的波長λ比擾對象的結構尺寸長，或者干擾源與干擾對象之間的距離r<<λ／2π，則干擾源可以認為是似穩場，它以感應場形式進入擾對象的通路。

（3）干擾信號可以通過直接傳導方式引入線路、設備或系統。

4電磁兼容性設計的基本原理

4－1接地

接地是電子設備的一個很重要問題。接地目的有三個：

（1）接地使整個電路系統中的所有單元電路都有一個公共的參考零電位，保證電路系統能穩定地干作。

（2）防止外界電磁場的干擾。機殼接地可以使得由于靜電感應而積累在機殼上的大量電荷通過大地泄放，否則這些電荷形成的高壓可能引起設備內部的火花放電而造成干擾。另外，對于電路的屏蔽體，若選擇合適的接地，也可獲得良好的屏蔽效果。

（3）保證安全工作。當發生直接雷電的電磁感應時，可避免電子設備的毀壞；當工頻交流電源的輸入電壓因絕緣不良或其它原因直接與機殼相通時，可避免操作人員的觸電事故發生。此外，很多醫療設備都與病人的人體直接相連，當機殼帶有110V或220V電壓時，將發生致命危險。

因此，接地是抑制噪聲防止干擾的主要方法。接地可以理解為一個等電位點或等電位面，是電路或系統的基準電位，但不一定為大地電位。為了防止雷擊可能造成的損壞和工作人員的人身安全，電子設備的機殼和機房的金屬構件等，必須與大地相連接，而且接地電阻一般要很小，不能超過規定值。

電路的接地方式基本上有三類，即單點接地、多點接地和混合接地。單點接地是指在一個線路中，只有一個物理點被定義為接地參考點。其它各個需要接地的點都直接接到這一點上。多點接地是指某一個系統中各個接地點都直接接到距它最近的接地平面上，以使接地引線的長度最短。接地平面，可以是設備的底板，也可以是貫通整個系統的地導線，在比較大的系統中，還可以是設備的結構框架等等。混合接地是將那些只需高頻接地點，利用旁路電容和接地平面連接起來。但應盡量防止出現旁路電容和引線電感構成的諧振現象。

4－2屏面

屏蔽就是對兩個空間區域之間進行金屬的隔離，以控制電場、磁場和電磁波由一個區域對另一個區域的感應和輻射。具體講，就是用屏蔽體將元部件、電路、組合件、電纜或整個系統的干擾源包圍起來，防止干擾電磁場向外擴散；用屏蔽體將接收電路、設備或系統包圍起來，防止它們受到外界電磁場的影響。

因為屏蔽體對來自導線、電纜、元部件、電路或系統等外部的干擾電磁波和內部電磁波均起著吸收能量（渦流損耗）、反射能量（電磁波在屏蔽體上的界面反射）和抵消能量（電磁感應在屏蔽層上產生反向電磁場，可抵消部分干擾電磁波）的作用，所以屏蔽體具有減弱干擾的功能。

屏蔽體材料選擇的原則是：

（1）當干擾電磁場的頻率較高時，利用低電阻率（高電導率）的金屬材料中產生的渦流（P=I2R，電阻率越低（電導率越高），消耗的功率越大），形成對外來電磁波的抵消作用，從而達到屏蔽的效果。

（2）當干擾電磁波的頻率較低時，要采用高導磁率的材料，從而使磁力線限制在屏蔽體內部，防止擴散到屏蔽的空間去。

（3）在某些場合下，如果要求對高頻和低頻電磁場都具有良好的屏蔽效果時，往往采用不同的金屬材料組成多層屏蔽體。

4－3其它抑制干擾方法

（1）濾波

濾波是抑制和防止干擾的一項重要措施。濾波器可以顯著地減小傳導干擾的電平，因為干擾頻譜成份不等于有用信號的頻率，濾波器對于這些與有用信號頻率不同的成份有良好的抑制能力，從而起到其它干擾抑制難以起到的作用。所以，采用濾波網絡無論是抑制干擾源和消除干擾耦合，或是增強接收設備的抗干擾能力，都是有力措施。用阻容和感容去耦網絡能把電路與電源隔離開，消除電路之間的耦合，并避免干擾信號進入電路。對高頻電路可采用兩個電容器和一個電感器（高頻扼流圈）組成的CLCMπ型濾波器。濾波器的種類很多，選擇適當的濾波器能消除不希望的耦合。

（2）正確選用無源元件

實用的無源元件并不是“理想”的，其特性與理想的特性是有差異的。實用的元件本身可能就是一個干擾源，因此正確選用無源元件非常重要。有時也可以利用元件具有的特性進行抑制和防止干擾。

（3）電路技術

有時候采用屏蔽后仍不能滿足抑制和防止干擾的要求，可以結合屏蔽，采取平衡措施等電路技術。平衡電路是指雙線電路中的兩根導線與連接到這兩根導線的所有電路，對地或對其它導線都具有相同的阻抗。其目的在于使兩根導線所檢拾到的干擾信號相等。這時的干擾噪聲是一個共態信號，可在負載上自行消失。另外，還可采用其它一些電路技術，例如接點網絡，整形電路，積分電路和選通電路等等。總之，采用電路技術也是抑制和防止干擾的重要措施。

5電磁兼容性問題的規范和標準

干擾特別委員會（CISPR），主要研究無線電系統中干擾噪聲的測量。1976年，CISPR開始制訂電磁干擾的EMI標準。1900年10月在幾經修訂基礎上公布再版標準，隨后該委員會還與國際無線通信資詢委員會一起審議，為電子產品電磁兼容性的檢測制訂數據要求及具體方法。制訂了以信息技術裝置噪聲為對象的“工業、科學及醫療用無線電儀器的干擾特性允許值及其測量方法”（標準11號）；“車輛、機動船和火花點火發動驅動裝置無線電干擾特性的測量方法及允許值”（標準12號）；“無線電和電視接收機的無線電干擾特性的測量方法及允許值”（標準13號）等。直至1992年中期，國際EMI標準才最終完善起來。CISPR推薦的容限已為世界上許多國家所采納，并作為其國家條例的基礎。

無線電發射機功率電平是影響周圍無線電電子設備，產生干擾電平的一個重要因素。因此無線電發射機功率電平應該受到限制。例如，根據無線電通信咨詢委員會357-1號建議，在衛星通信系統和地面微波中繼通信線路共同使用的（5800～8100MHz）頻段上，當給到天線上的功率不超過13dBW時，應該限制微波中繼通信線路的發射機有效輻射功率（即發射機功率和天線增益的乘積）數值為55dBW。建議同時限制衛星通信的地面站的功率及通信衛星輻射功率通量密度。許多其它的無線電業務，例如業余無線電愛好者的，移動通信系統等的發射機功率的最大值也應該受到限制。

頻率規劃在全國和全世界范圍內已被廣泛采用，是提高射頻資源利用率的一種途徑，也是保證無線電電子設備電磁兼容性的重要措施之一。因此應嚴格按照國際協議（無線電頻率分配表）和全國文件，實行國家、地區的頻帶劃分和業務之間的頻帶分配。根據頻率—空間分配的原理進行無線頻道分配。頻率規劃必須保證每個無線電電子設備干擾電平最小，或消除干擾，由國家無線電管理委員會負責協調。

近年來，我國許多部門都在開展電磁兼容性的試驗研究和有關技術標準的制定工作，制定了一系列標準和規范。例如，國家標準GB3907-83為工業無線電干擾基本測量方法；GB4824.1-84為工業、科學和醫療射頻設備無線電干擾允許值；GB6279-86為車輛、機動船和火花點火發動機驅動裝置無線電特性測量方法及允許值等。國家無線電管理委員會對工、科、醫等電子設備的使用頻率、帶寬和最大輻射場強都作出了具體規定。這對保證電子設備的正常工作和人民的正常生活以及促進現代科學技術更迅速發展，都起了重要的作用。

6一些典型電磁兼容性問題的解決

由于電子技術在各行各業中的廣泛應用，在人類活動的空間無處不充斥著電磁波，因此，電子設備不解決電磁波干擾問題，就不能兼容工作。在實際應用中，人們在研究抗干擾技術方面也積累了大量的經驗，不斷地研究出許多實用的方法來消除電磁干擾。

實驗發現汽車工作時，電磁干擾相當突出，嚴重時會損壞電子元器件。因此，汽車電子設備的電磁環境最為惡劣，汽車電子設備的電磁兼容性問題也特別受到人們的重視。汽車點火所產生的高頻輻射最為突出。日本和美國等先進國家的環保部門為防止汽車電氣噪聲對環境的污染，規定只能使用帶阻尼（如碳芯）的屏蔽線作為點火線，實踐表明這是很有效的措施。

為了解決微電技術，尤其是計算機在汽車上的應用和推廣，根據需要和實際要求，可以設計出效果良好的濾波電路，置于前級可使大多數因傳導而進入系統的干擾噪聲消除在電路系統的入口處；可以設置隔離電路，如變壓器隔離和光電隔離等解決通過電源線、信號線和地線進入電路的傳導干擾，同時阻止因公共阻抗、長線傳輸而引起的干擾；也可以設置能量吸收回路，從而減少電路、器件吸收的噪聲能量；或通過選擇元器件和合理安排電路系統，使干擾的影響減小。

微機設備的軟件抗干擾主要是穩定內存數據和保證程序指針。微機是一個可編程控制裝置，軟件可以支持和加強硬件的抗干擾能力。如果微機系統中隨機內存RAM主要用于測量和控制時數據的暫時存放，內存空間較小，對存放的數據而言，若將采集到的幾組數據求平均值作為采樣結果，可避免在采集時因干擾而破壞了數據的真實性；如果存放在隨機內存中的數據因干擾而丟失或者數據發生變化，可以在隨機內存區設置檢驗標志；為了減少干擾對隨機內存區的破壞，可在隨機存儲器芯片的寫信號線上加觸發裝置，只有在CPU寫數據時才發。軟件抗干擾的措施也很多，如數字濾波程序、抗窄脈沖的延時程序、邏輯狀態的真偽判別等。有時候，必須采用軟件和硬件相結合的辦法才能抑制干擾，常用的辦法是設置一個定時器，從而保護程序正常運行。

近年來，電子儀器向著“輕、薄、短、小”和多功能、高性能及成本低方向發展。塑料機箱、塑料部件或面板廣泛地應用于電子儀器上，于是外界電磁波很容易穿透外殼或面板，對儀器的正常工作產生有害的干擾，而儀器所產生的電磁波，也非常容易輻射到周圍空間，影響其它電子儀器的正常工作。為了使這種電子儀器能滿足電磁兼容性要求，人們在實踐中，研究出塑料金屬化處理的工藝方法，如濺射鍍鋅、真空鍍（AL）、電鍍或化學鍍銅、粘貼金屬箔（Cu或AL）和涂覆導電涂料等。經過金屬化處理之后，使完全絕緣的塑料表面或塑料本身（導電塑料）具有金屬那樣反射（如手機）。吸收、傳導和衰減電磁波的特性，從而起到屏蔽電磁波干擾的作用。實際應用中，采用導電涂料作屏蔽涂層，性能優良而且價格適宜。在需要屏蔽的地方，做成一個封閉的導電殼體并接地，把內外兩種不同的電磁波隔離開。實踐表明，若屏蔽材料能達到（30～40）dB以上衰減量的屏蔽效果時，就是實用、可行的。

由于電子技術應用廣泛，而且各種干擾設備的輻射很復雜，要完全消除電磁干擾是不可能的。但是，根據電磁兼容性原理，可以采取許多技術措施減小電磁干擾，使電磁干擾控制到一定范圍內，從而保證系統或設備的兼容性，例如，通信系統最初設計時，就應該嚴格進行現場電波測試，有針對性地選擇頻率及極化方式，避開雷達、移動通信等雜波干擾；高壓線選擇路徑時，應盡量繞開無線電臺（站）或充分利用接收地段的地形、地物屏蔽；接收設備與工業干擾源設備適當配置，使接收設備與各種工業干擾源離開一定距離；在微波通信電路設計中，為了減少干擾，可采用天線高低站方式調整微波電路反射點，并利用山頭阻擋反射波，使之不能對直射波形成干擾。另外，微波鐵塔是獨立的高大建筑物，應采用完善的接地、屏蔽等避雷措施。

篇6

電磁仿真可以做到非常準確和精確，但往往需要花費太多的時間和龐大的計算機資源，非常昂貴。因此需要有效實用的設計優化方法，在設計過程中盡可能地減少對CPU的要求和高精細的電磁場仿真。出于同樣的原因，對微波結構建立快速而精確的模型的技術也至關重要。

本書介紹了最先進的微波設計優化和建模方法。由國際上從事微波計算機輔助設計的著名專家學者對電磁場仿真設計微波器件的最新發展和和廣泛的應用范圍進行總結和回顧，主要包括常規和新型設計優化技術，利用伴隨矩陣的敏感性方法，基于仿真的調整和映射空間等一些建模方法，如人工神經網絡和克里格方法。本書還給出了實際應用和案例研究，包括微波濾波器、天線、基片集成結構及各種有源元件和電路。書中還包含了一些教學型的章節加強讀者對優化和建模的認識，介紹了基于梯度的方法，以及有限差分和有限元方等一些基本原理。

本書適用于電氣工程專業的研究生和科研工作者，以及需要使用數值優化設計的工程師，也適用于天線設計、微波工程、計算電磁學等領域的研究人員。

楊盈瑩，助理研究員

（中國科學院半導體研究所）

篇7

關鍵詞：地質雷達；勘察技術；工作原理；電磁波探測；手段

中圖分類號：[TB16] 文獻標識碼：A文章編號：

1前言

地質雷達作為勘察高新技術方法，以其分辨率高、定位準確、快速經濟、靈活方便、剖面直觀、實時圖象顯示等優點，備受廣大工程技術人員的青睞。現已成功地應用于巖土工程勘察、工程質量無損檢測、水文地質調查、礦產資源研究、生態環境檢測、城市地下管網普查、文物及考古探測等眾多領域，取得了顯著的探測效果和社會經濟效益，并在工程實踐中不斷完善和提高，必將在工程探測領域發揮著愈來愈重要的作用。

2地質雷達技術的基本原理與特點

2.1地質雷達的工作原理

地質雷達是一種使用高頻電磁波探測地下介質分布的非破壞性探測儀器。它通過剖面掃描的方式獲得地下斷面的掃描圖像。雷達通過在地面上移動的發射天線向地下發射高頻電磁波，向地下定向發射的電磁波，遇到不同的電性界面就會發生反射，電介質間的電性差異越大，反射回波能量也越大。反射到地面的電磁波被與發射天線同步移動的接收天線接收后，通過雷達主機精確地記錄下反射回波到達的時間、相位、振幅、波長等特征，再通過信號疊加放大、濾波降噪、圖像合成等數據加工處理手段，形成地下斷面的掃描圖像。通過對雷達圖像的判讀，便可得到地下目標物的分布范圍和狀態。

2.2地質雷達的特征參數

地質雷達的基本原理是基于高頻電磁波理論，工作方式是以寬頻帶短脈沖電磁波形式，由地面通過發射天線（T）送入地下，經地下地層或目標層（拋石層界面）反射后返回地面，為接收天線（R）所接收（見圖1）。整個過程脈沖波行程需時：

（V為電磁波速，X為天線距，Z為目的層深度）。

當地下介質中的速度為已知時，可根據測定到的精確的t值（ns，1ns=10-9s），由上式求出反射體的深度（m）。 式中X值在剖面探測中是固定的。當V值難以確定時，可采用近似計算，其中C為光速（3×108m/s），εr為地下介質相對介電常數，可以利用經驗數據或測定獲得。

雷達圖形常以脈沖反射波的波形形式記錄，波形的正負峰分別以黑、白色表示，或者以灰階或彩色表示。這樣，同相軸或等灰度、等色線即可形象地表征出地下反射界面，圖2是雷達波形記錄示意圖。

圖1 反射探測原理圖 圖2 雷達波形記錄示意圖

反射脈沖的強度與界面的波反射系數和穿透介質的波吸收程度有關。垂直界面入射系數R的幅值和幅角，分別可由下列關系式表示：

式中a=μ2/μ1、μ和ε、δ分別為介質的導磁系數，相對介電常數和電導率，角標1和角標2分別代表入射介質和透射介質，由關系式可以看出，反射系數與界面兩邊介質的電磁性質和工作頻率ω=2πƒ有關，即與介質的空隙率、含水量有關，含水多，δ、ε值變大，相應地反射系數也會不同。

現場測量，通常采用剖面法(GDP)或者寬角法(WARR)兩種方法。前者發射天線和接收天線以固定間距沿測線同步移動；后者是固定一個天線、移動另一個天線或者是兩個天線同時由一中心點向兩側反方向移動。上述兩種方式的記錄點均為兩個天線的中心點。

2.3地質雷達的特點及應用

瑞典RAMAC/GPR型地質雷達由屏蔽、非屏蔽天線（50MHz—2.3GHz多個固定天線）、ProEx主機（50MHz—2.3GHz天線共用）、測量輪、便攜PC等組成。ProEx主機與PC機之間、ProEx主機與天線之間均采用光纖連接通訊，提高數據傳輸和發送指令的可靠性，測量輪控制數據的采集，沿測線每道的位置由該道在數據文件中的位置給出，消除人工移動天線造成的測量誤差，提高平面定位的精度。

地質雷達是一種用于解決淺層工程地質問題的高新物探技術。由于其采用了高頻、寬頻帶、短脈沖和高速采樣技術，因而其探測的分辨率被公認為高于其它地球物理勘測手段。

3地質雷達技術的應用

3.1工程概況

某建設單位在邊坡開挖過程中，由于一條工地輸水管發生斷裂，大量的自來水滲入開挖邊坡的土體中，在開挖施工過程中土體失穩產生滑坡，首先是在已開挖整平場地近坡腳前緣地表發生隆起，其后在幾天時間里滑坡不斷向坡頂發展，其邊坡的上部土體呈分臺階、疊瓦片狀向下不斷滑移，并相伴一系列的張性裂隙，應建設單位的要求我院對此邊坡進行了邊坡巖土鉆探勘察工作，本次采用地質雷達超強地面耦合雷達天線結合前期邊坡勘察，驗證前期邊坡勘察結果和地質雷達在尋找滑坡及滑動面的實際應用，沿原勘察工作中的勘探線進行重新探測。

3.2探測準備

本次滑坡探測儀器選用瑞典MALA雷達及配套RTA天線，天線中心頻率為50MHz，天線間距為4m，采樣步長為0.20m，疊加64次。沿原滑坡勘探坡面自下而上布置一條近200m長的連續測線。

3.3數據處理與分析

依據前滑坡勘察地質資料顯示該工程區域的基巖為紫紅色泥質砂巖，上覆粘土層較厚，坡面植被較發育。理論上滑坡滑動面上下，粘土與基巖風化層電性差異較小，雷達探測的數據反映出的圖像界面應不甚明顯，在數據處理時用Reflexw軟件進行了相關技術處理，并根據地形起伏對地形進行了修正。得到數據圖像較清淅的反映了滑坡剖面的不同巖性和上部滑坡各結構面分界線，下圖3是本次地質雷達實測剖面。

圖3 主滑動段沿坡下至坡上地質雷達剖面(方向與主勘探線一致)

根據本次地質雷達探測成果，滑坡面上部土體沿多層滑面向下滑移，其滑動面以上滑動體在脈沖反射波中的反應為強烈的雜波面反射，表現為一系列與坡向相近的反射面。而滑動面以下的未發生滑移的紫紅色泥質砂巖基體，其波形表現為均勻完整的連續波，與其上部波形形成強烈的反差。揭示的滑動面深度與勘察揭示的滑面深度亦基本吻合。

4結束語

綜上所述，地質雷達是目前最為快速、高效、經濟的高新探測技術，有較強的理論性與實用性，具有推廣應用價值。今后在應用方面，應當進一步研究探測目標參數和響應，提高分辨率、擴大探測深度，提高地質雷達圖像的反映效果，強化數據處理和資料分析，以深化雷達圖像的電磁波反射特征與地質特征的相關性。從而促使這一高新地球物理勘測技術迅速發展，適應新時期地質勘察工作的要求。

參考文獻：

篇8

關鍵詞： 地質雷達，路面檢測，技術簡述

Abstract: this paper expounds the working principle of geological radar, this paper introduces the development situation of geological radar, this paper introduces the technology in the road surface testing field application direction, finally to the technology in highway engineering application in the field of disadvantages.

Keywords: geological radar, the road test, this technology

中圖分類號：X734文獻標識碼：A 文章編號：

近年來，隨著我國公路建設規模的不斷增加，相關的質量檢測任務日益加重。然而，公路路面結構的破壞常常始于各種隱蔽的或不可見的隱患，針對上述隱患檢測的傳統方法又不能及時、準確地檢測及判斷隱患的具體情況。這就使得路橋結構的維護針對性差、盲目性大，而真正的問題卻得不到解決。20世紀80年代后期，地質雷達技術被應用到公路工程的檢測領域，才為該類問題的解決打開了局面。

地質雷達技術簡述

地質雷達(Ground Penetrating Radar，簡稱GPR)又稱探地雷達、地面探測雷達，是用高頻無線電波（頻率一般介于1MHz～10GHz）來確定地下或者巖體介質分布狀況的一種探測方法。地質雷達利用發射天線向地下或者巖體發射高頻電磁波，通過接收天線接收反射回地面的電磁波，電磁波在介質中傳播時遇到存在電性差異的界面時發生反射，根據接收到電磁波的波形、振幅強度和時間的變化特征推斷介質的空間位置、結構、形態和埋藏深度。使用探地雷達對路面結構進行檢測具有實時、簡便、高效、準確、連續、信息豐富等特點。目前，該項技術已被廣泛應用于公路工程質量控制及病害檢測中。

1工作原理

地質雷達的工作原理是利用寬頻帶發射天線過向介質發射無線波電磁脈沖，電磁脈沖在介質傳播過程中遇到不同電性介質界面時會產生反射。由接收天線接收到反射信號后，將其傳輸到主機內并將轉化為數字信息，再通過數據、圖像分析處理，就能計算出被探測介質的某些參數，從而區分不同介質層面，并確定不同層面物體的深度。

對于不同介質，雷達波的穿透深度是不盡相同的，這主要取決于波的頻率和地下介質的電學特性等因素的影響。一般地，頻率越高，穿透深度越小；導電率越高，穿透深度越小，反之亦然。在常見的工程材料中，混凝土的導電率高于瀝青，因此同樣頻率的雷達波在水泥中的穿透能力小于在瀝青中的穿透能力。在實際應用中，需要針對檢測對象材質的不同，采用不同頻率的電磁波。例如，在實際檢測工作中，探測瀝青路面常常使用頻率大于1 200MHz的天線，而對于水泥混凝土面層一般使用900MHz～1 000MHz的天線；探測路基可使用頻率為300MHz～900MHz的天線。

2發展概況

1910年，德國人Leimbaeh和Lowy首次闡明了地質雷達的基本概念。此后的很長一段時間里，地質雷達技術有了很大改進。但由于電磁波在地下介質中傳播的復雜性和不均勻性，使得對地質雷達的研究它僅限于相對均勻、對電磁波吸收較弱的地質環境。1960年，John C. Cook等提出了采用雷達波探測地下介質層并開發了能夠探測地下介質的雷達系統。上世紀70年代以后，隨著電子技術及現代數據處理技術的迅速發展與應用，許多商業化的探地雷達系統先后問世，其應用范圍不斷擴大，極大促進了地質雷達技術在工程中的應用。我國針對地質雷達技術在工程領域的應用研究始于上世紀80年代。1983年，鐵道部引進了第一臺地質雷達。此后，各科研部門經過十幾年的不斷努力，在雷達硬件設備、目標信號提取、目標識別、目標成像等方面取得重大進展和突破，特別是成功地實現了對地下目標的三維層析成像，大大提高了分辨率和清晰度，使地質雷達在信號處理和成像技術方面進入了世界領先行列。目前在我國，地質雷達技術已經在軍事、地質、水利、交通、城建等部門得到廣泛應用。

3在公路路面檢測中的應用簡述

地質雷達技術早期在公路工程檢測領域中的應用主要是探測路面結構層的厚度。近幾年，人們開始致力于研究應用地質雷達探測路面工程及其相關結構層的病害和缺陷，解決公路工程施工過程和使用期間中的工程問題。本文中通過使用瑞典MALA公司的地質雷達，結合工程實踐，對地質雷達在檢測路面結構中常見的應用做簡單的介紹：

1)公路施工期：檢測公路各結構層厚度和密度，及時監控施工質量，并做到在施工現場進行實時質量檢測。圖1是一段公路的雷達波形圖，從圖中可以清晰的看到道路的面層、上基層、下基層的分界線，可以由軟件識別出指定樁號的各結構層（尤其是面層）層厚，為施工過程中的質量控制提供了有力保障。

圖1各結構層層厚分布情況圖

2)公路使用期：使用地質雷達對公路定期進行快速、連續檢測，結合路面外觀普查。檢測層間脫空、空隙和破碎區域范圍，方便管理部門及時掌握公路質量變化情況，實施補救措施，并進行道路狀況動態管理，為公路養護提供可靠的依據。圖2方框中所示為新鋪路面與原有舊路面結合處有填料不密實現象，圖3方框中所示為路面與基層之間存在脫空或者高含水區域。

圖2新鋪路面與原有舊路面結合處填料不密實

圖3路面與基層間脫空或高含水區域

4 結論

篇9

[關鍵字]遙感技術 地貌信息 圖像處理

[中圖分類號] TP79 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2013）-5-176-1

1 遙感數字圖像處理

1.1 波段的選取

本研究所選取的數據是美國陸地衛星Landsat-7 ETM+影像數據。

1.2 遙感數字圖像預處理

遙感圖像反映的是物體表面綜合輻射能量分布和幾何特征。因而在不同程度上與實際物體表面的輻射能或亮度分布有差異，即存在著畸變或退化。遙感成像、感測、記錄、傳輸等過程都會造成圖像的退化。遙感數字圖像的退化大致可以歸結為兩大類：遙感圖像的輻射失真和幾何畸變。輻射失真是指遙感傳感器在接收來自地物的電磁波輻射時，由于電磁波在大氣層中傳輸和傳感器測量過程中受到遙感傳感器本身特性、地物光照條件（地形影響和太陽高度角影響）以及大氣作用等的影響，而導致遙感傳感器測量值與地物實際的光譜輻射率的不一致。幾何畸變是指由于遙感傳感器方面的原因（例如掃描線速度的不均勻等）、遙感平臺方面的原因（例如衛星運行姿態的變化）以及地球本身的原因（例如地球自轉的影響）等而造成的圖像在幾何位置上的失真。遙感數字圖像恢復處理就是針對以上畸變，采取的相應校正處理，使處理后的圖像能最好地接近原始景物[1]。

1.2.1 輻射校正

1.2.1.1 傳感器的輻射校正

傳感器的輻射校正主要校正由于傳感器靈敏度特性變化而引起的輻射失真，包括對光學系統特性引起失真的校正和對光電轉換系統特性引起失真的校正。

1.2.1.2 大氣校正

遙感傳感器感測的信息是地物對太陽光的反射或地物發射的電磁波經過大氣層傳輸并與大氣發生作用后的結果，大氣通過對電磁波的吸收和散射（大氣的吸收和散射作用不僅造成地物輻射電磁波能量的衰減，而且散射還將產生鄰近像元間的輻射干擾和形成天空光）來影響和改變遙感圖像的輻射性質，其中對遙感圖像影響最大的是散射作用，因而通常遙感數字圖像處理的大氣校正是指大氣散射校正，即消除大氣散射對輻射失真的影響。

1.2.2 照度校正

遙感圖像的質量與攝影時的光照條件有直接關系。照度校正是用來校正由于不同成像時間及不同太陽高度角所引起的輻射差異。在不考慮地形影響及太陽高度角對大氣衍射影響的情況下，對太陽高度角給予亮度值的影響作校正或補償。

幾種校正或補償，主要應用于比較不同太陽高度角（不同季節）的多日期圖像。當研究地區跨越兩幅不同日期的圖像時，為了使兩個部分便于銜接或鑲嵌，也可作太陽角校正。校正的方法是以其中一幅圖像為標準即參考圖像，校正另一幅圖像，使之與參考圖像近似。

1.2.3 幾何校正

由于遙感傳感器、遙感平臺以及地球本身等方面的原因，在遙感成像時往往會引起難以避免的幾何畸變。幾何校正可分為兩種：即幾何粗校正和兒何精校正。

1.3 遙感數字圖像信息增強

圖像增強是遙感數字圖像處理的基本內容之一。它是指按照特定的需要突出一幅圖像的某些信息，同時削弱或去除某些不需要的信息的處理方法，其目的是使處理后的圖像對于某種特定的應用比原始圖像更適用。遙感數字圖像的增強處理主要目的是擴大不同圖像特征（例如灰度或不同的顏色）之間的差別，以便提高對圖像的解譯和分析能力，使之更適合實際應用。遙感圖像信息內容豐富，圖像增強處理只能是相對的、有選擇性的，即增強某些信息的同時對另一些信息進行壓縮。因此圖像增強處理方法的選擇和應用，取決于研究對象、目的和要解決的問題以及圖像本身的信息特征。

2 遙感地貌信息提取與解譯

2.1 目視解譯法

遙感圖像是地物電磁波譜特征的實時記錄，我們可以根據記錄在圖像上的影像特征—光譜特征、空間特征、實踐特征等來推斷地物的電磁波譜性質。不同地物由于其特征性質不同，在圖像上的表現不一，故我們可以根據它們的變化和差異來識別和區分不同的地物。本文將研究區的1：25000相山礦區地質圖與遙感影象進行套合，并在此基礎上進行解譯。根據調查區不同地質單元的不同特征、不同地物的光譜特征，統一選擇了ETM圖像7、4、3波段合成的假彩色影像數據作為本次遙感調查的主要信息源。

2.1.1 構造地貌解譯

地表的大型山系、高原、盆地的形成與發育大多受區域構造的控制和影響；同時也程度不同的反映區域構造基本輪廓和特征，并在遙感圖象上顯示出來。局部的斷裂、褶皺和巖層產出狀況，同樣也會以各種中小尺度構造地貌形式顯示在遙感地圖上。坡面構造的解譯：山體由多個坡面組成。坡面類型除正常的以外還有受地質構造控制發育而成的，即a.傾向坡。b.斷層陡崖，是沿斷裂線展布的陡坡，通常是斷裂破碎帶區系經強烈風化剝蝕、崩塌作用而成的一種構造地貌。c.斷層三角面，是斷層破碎帶發育而成的似三角形坡面，它與斷層陡崖不同，是斷裂破碎帶的直接出露。在遙感圖象上常成排出現，形成直線狀延伸的鋸齒狀。斷層三角面出現在高角度正斷層破碎帶上。

3 小結

相山鈾礦田地層、巖體、構造、蝕變以及成礦作用等方面進行了卓有成效的研究，也取得了豐碩的成果，但對地貌的研究包括地貌形體與鈾礦空間分布關系研究卻顯得極為薄弱，本文通過相山ETM遙感圖象數據與相山礦區1：25000地質圖應用ERDAS IMAGINE8.4軟件，對相山地區的ETM遙感影像數據進行預處理以及對研究區地貌遙感影像進行了一系列處理，總結了前人的經驗和成果，建立地貌遙感解譯標志，研究相山礦區地貌類型和特征。解譯出相山鈾礦區地貌的主要類型有流水地貌、構造地貌、重力地貌三大類。侵蝕溝、洪積扇、河流、崩塌、滑坡、泥石流、山體構造、坡面構造、構造盆地九小類地貌。地貌類型和鈾礦的空間展布關系未得到相應的結論。

參考文獻

[1] 劉允良，張富祥，等.遙感地質學[M].北京：地質出版社，2004.2.

[2] 張萬良，張杰林，等.相山鈾礦田地貌形體 DEM模型應用分析[J].地球信息科學，2007.8.

[3] 陳慶濤，楊武年，等.衛星遙感TM 圖像在川東地區地貌解譯研究中的應用[J].成都理工學院學報，2000.7.

篇10

【關鍵詞】無線供電；磁耦合共振；實驗

隨著科學技術的發展，人們日常生活中有了許許多多的電子電器設備，它們都附帶有電源線、充電器，而且各種充電器規格不一不能通用，這些電源線和充電器充斥了我們的生活，成了我們生活中無法拋棄的羈絆，我們有沒有可能徹底甩掉這些小尾巴？答案是肯定的，我們可以應用無線供電技術。海爾已經推出了“無尾電視”概念機，不需要電源線、信號線和網線。

無線電力傳輸是一種區別于有線傳輸的特殊供電方式。無線供電技術其實在很多年前就有概念，特拉斯在發明了交流電并構建交流供電體系后開始構想無線輸電方案，同時進行了實踐。

目前，無線供電技術有以下三種方法：

第一，電磁耦合。最早應用的無線供電技術是1885年研制成功至今仍在廣泛應用的變壓器，它是典型的電磁耦合無線供電例子，其基本原理是法拉第的電磁感應理論，兩組導線繞在鐵制框架上，兩者沒有直接連接，完全靠電磁感應傳遞能量。在現代社會生活中，這種電磁感應式的無線供電系統已得到了較為廣泛地應用，其中一個例子是電動牙刷。電動牙刷經常接觸水，無法采用直接充電方式，研究者采用電磁耦合無線充電技術，在充電座和牙刷中各有一個線圈，當牙刷放在充電座上時就有磁耦合作用，類似一個變壓器，感應電壓整流后就可對鎳鎘電池充電；另一個應用更加廣泛的例子是我們使用的各種智能卡片，如公交卡，第二代身份證和很多可以記錄信息的卡片，他們都采用了無線供電技術，這些卡片的內部結構相似，由一小塊芯片和一個線圈組成。在卡片中的電路中沒有供電模塊，當卡片在讀卡機邊晃動時，讀卡機周圍形成一個快速變化的磁場，卡片中的線圈產生感應電流，感應電流給內部的芯片供電，芯片對外發射信號，將自身的信息發送給讀卡器，接下來讀卡器就可以判斷出目前卡中有多少余額，并完成扣款操作。這就是非接觸IC卡的原理，實質已應用了無線供電技術。雖然電磁感應無線供電技術比較成熟，但這種供電技術會受到很多限制，其中最大的問題就是低頻磁場會隨著距離的增加而快速衰減，如果實際應用要增加供電距離，只能根據需要加大磁場強度，但磁場強度加大不僅增加電能的消耗，還會造成近距離的磁信號記錄設備失效，例如銀行卡上的磁條在強磁場下會去磁損壞。另外，電磁感應無線供電技術是直接以電磁波形式進行1cm以下的較近距離的發射和接收，電磁波向四面輻射，能量大量浪費，效率較低，通常它只適合相互“貼著”的小功率電子產品。

第二，光電耦合。光電耦合無線供電技術就是把電能轉化為光能，比如激光，通過光將能量傳遞到目的地再轉化為電能。光電耦合無線供電技術比較直觀，而且光電轉換技術也較成熟且應用廣泛。但我們知道光的傳遞路徑中不能有障礙物。所以光電耦合無線供電技術有很大的應用障礙。

第三，電磁共振。電磁共振其原理類似聲波共振的原理，兩種介質具有相同的共振頻率，就可以用來傳遞能量，稱之為非輻射性電磁共振。美國麻省理工學院的科學家正在開發一種使用非輻射性的無線能量傳輸方式來驅動電器，無論是手機，筆記本電腦還是數碼相機，如果這項研究獲得成功，它們的充電器都可以退休了。特定頻率的電磁波能引起物體的振動，如果兩個物體固有頻率相同，就可以傳遞這種振動，也就是傳遞能，研究人員讓一個天線發射電磁波，讓接收器來接收，轉化為能量，這是電磁共振無線供電技術的基本原理。按照這一原理所有使用電池的電器都可以換用電磁共振無線供電技術供電。將來電磁共振無線供電技術將會有很大的應用空間，比如在地下鋪設線路后，我們隨時可以為手機，甚至開行中的汽車充電。

根據以上分析，我們認為磁耦合共振無線供電技術是最有可能廣泛應用的技術。無線供電技術（無線充電）可以讓電能隔著空氣、塑料外殼實現傳輸，大大方便了應用。

無線電能傳輸方案如圖1。

圖1 無線電能傳輸方案原理框圖

采用磁耦合共振所消耗的電能只有傳統電磁感應供電技術的百萬分之一，當發射端通電時，它并不向外界發射電磁波，而只是在周圍形成一個非輻射磁場，這個磁場用了和接收端聯絡，激發接收端共振，從而已很小的消耗代價來傳輸能量。這項技術中，磁場的強度和地球的強度相似，人們不用擔心對自己身體和其它設備產生不良影響。

采用芯可泰XKT801芯片，我們進行了以下無線供電實驗。

無線供電模塊有振蕩電路、整形電路、檢測電路、頻率干擾抑制電路、電流自動控制、無線功率發射電路等組成。

圖2 無線供電模塊電路組成