導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫好一篇聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞：聲速測(cè)量；駐波法；相位比較法；數(shù)據(jù)處理；Origin軟件；擬合直線

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）15-0261-03

Abstract： Data processing methods of sound velocity measurement experiment frequently use the gradual deduction method and the least square method， but need more calculation， and the process is complicated. In order to facilitate the data processing， in this paper the velocity measurement data processing using of Origin software were studied. The results show that the fitting line of standing wave method and phase comparison method is equally， also show that the datd of measuring sound velocity of the two methods have good linear relationship. But the measurement error of the phase comparison method is less than the standing wave method， illustrate the phase comparison method on the sound velocity measurement is better than that of standing wave method， but may be caused by the data interval made great when use the phase comparison method to measure . which needs further proof.

Key words： sound velocity measurement； standing wave method； phase comparison method； data processing； origin software； fitting line

1 概述

聲波是一種能在氣體、液體和固體中傳播的彈性機(jī)械波。頻率低于20Hz的聲波稱為次聲波，頻率在20～20000Hz的聲波稱為可聞波，而超過(guò)20000Hz的聲波稱為超聲波[1]。超聲波具有波長(zhǎng)短，易于定向發(fā)射等特點(diǎn)，使得在超聲波段測(cè)量聲速比較方便。實(shí)際應(yīng)用中超聲波傳播速度對(duì)于超聲波測(cè)距、定位、液體流速測(cè)定、溶液濃度測(cè)定、材料彈性模量測(cè)定等方面都有重要意義[2]。聲速測(cè)量方法可分為兩類：第一類方法是根據(jù)關(guān)系式V=l/t，測(cè)出傳播距離l和所需時(shí)間t后，即可計(jì)算出聲速；第二類方法是利用關(guān)系式V=λf，測(cè)出其波長(zhǎng)λ和頻率f也可計(jì)算出聲速V[3-4]。本文用到的駐波法和相位比較法屬第二類方法，即利用聲速和波長(zhǎng)、頻率的關(guān)系測(cè)量聲速。

2 實(shí)驗(yàn)原理

2.1 駐波法

實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，從發(fā)射換能器S1發(fā)出一定頻率的平面波，經(jīng)過(guò)空氣傳播到接收換能器S2，一部分被接收并在接收換能器電極上有電壓輸出，一部分向發(fā)射換能器方向反射。如果換能器的接收平面和發(fā)射平面平行，則反射波和入射波將在兩端面間來(lái)回反射疊加[5-6]，由波的干涉理論可知，兩列反向傳播的同頻率波干涉將形成駐波，駐波中振幅最大的點(diǎn)稱為波腹，振幅最小的點(diǎn)稱為波腹。由于聲波傳播過(guò)程中出現(xiàn)能量損耗，兩列波形成的駐波并非理想駐波，但相鄰波腹（或波節(jié)）之間的距離剛好等于半波長(zhǎng)的整數(shù)倍，即示波器觀察到的波形中相鄰振幅極大值（或極小值）之間的距離為半個(gè)波長(zhǎng)[7]。改變兩只換能器間的距離l，同時(shí)用示波器監(jiān)測(cè)接收換能器上的輸出電壓幅值變化，可觀察到電壓幅值隨距離周期性的變化。若保證聲波頻率f不變，使用測(cè)試儀上的數(shù)顯尺記錄各相鄰電壓振幅極大值的位置，即可求出聲波波長(zhǎng)λ，則聲速為

因此，只要測(cè)出聲波頻率f和波長(zhǎng)λ，就可利用（1）式計(jì)算出聲速[8]。

2.2 相位比較法

波是振動(dòng)狀態(tài)的傳播，也可以說(shuō)是相位的傳播。聲波在傳播過(guò)程中各個(gè)點(diǎn)的相位是不同的，當(dāng)發(fā)射端與接收端的距離發(fā)生變化，入射波和反射波的相位差也變化[9]。將發(fā)射換能器和接收換能器分別與示波器的Y1、Y2通道連接，那么在示波器的Y1、Y2方向就分別輸入了兩只換能器所在處的聲波的簡(jiǎn)諧振動(dòng)信號(hào)，這兩個(gè)簡(jiǎn)諧振動(dòng)的振幅、頻率相同，干涉后形成的圖形稱為李薩如圖形。相位差不同時(shí)，李薩如圖形也不同，如圖2所示。

實(shí)驗(yàn)時(shí)改變S1、S2之間的距離l，相當(dāng)于改變了入射波和反射波之間的相位差，在示波器上可觀察到相位的變化，即李薩如圖形的變化。當(dāng)S1和S2之間的距離變化剛好等于一個(gè)波長(zhǎng)λ時(shí)，則發(fā)射與接收信號(hào)之間的相位差也正好變化一個(gè)周期（即φ=2π），相同的圖形就會(huì)出現(xiàn)。實(shí)際上，從任何一個(gè)狀態(tài)開始觀察，只要李薩如圖形復(fù)原，S2移動(dòng)的距離就為一個(gè)波長(zhǎng)，但為了取得較為準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)時(shí)以李薩如圖形變?yōu)橹本€時(shí)為記錄點(diǎn)。只要準(zhǔn)確觀察記錄相位差變化一個(gè)周期時(shí)S2移動(dòng)的距離，即可得出其對(duì)應(yīng)聲波的波長(zhǎng)λ，即可利用公式（1）計(jì)算出聲速V[10-14]。

2.3 空氣中聲速的理論值

空氣中的聲速與環(huán)境溫度和濕度有關(guān)，若只考慮溫度的影響，聲速的理論計(jì)算式為：

其中t為環(huán)境溫度，采用攝氏溫標(biāo)，T0=273.15K，V0為0℃時(shí)的聲速，對(duì)于空氣介質(zhì)V0=331.45m/s。根據(jù)（2）式可計(jì)算出t℃時(shí)空氣中聲速的理論值。

3 數(shù)據(jù)原始記錄

根據(jù)前述實(shí)驗(yàn)原理，聲速測(cè)量時(shí)首先要測(cè)量環(huán)境溫度t，本次實(shí)驗(yàn)的環(huán)境溫度t=13.2℃。其次是測(cè)試系統(tǒng)的最佳工作頻率，如表1所示。用駐波法測(cè)聲速時(shí)，調(diào)節(jié)S1、S2之間的距離，使干涉波形的振幅達(dá)到極大值，記錄此時(shí)數(shù)顯尺的讀數(shù)l1，然后同方向移動(dòng)S2，依次記錄振幅極大值時(shí)數(shù)顯尺的讀數(shù)l2、l3、……、l12，如表2所示。用相位比較法測(cè)聲速時(shí)，調(diào)節(jié)S1、S2之間的距離，使李薩如圖形出現(xiàn)一、三象限斜直線，記錄此時(shí)數(shù)顯尺的讀數(shù)l1，然后同方向移動(dòng)S2，每出現(xiàn)5次一、三象限斜直線時(shí)記錄一次數(shù)顯尺讀數(shù)，分別記為l2、l3、……、l6，如表3所示，這樣兩個(gè)相鄰數(shù)據(jù)之間的差值為5個(gè)波長(zhǎng)的長(zhǎng)度。

4 數(shù)據(jù)處理及分析

4.1 空氣中聲速理論值

環(huán)境溫度為13.2℃時(shí)，聲速的理論值：

=339.364m/s

4.2 駐波法

設(shè)擬合直線方程為y=a+bx，令y=li，b=λ/2，x=i，打開Origin軟件后，界面上會(huì)出現(xiàn)兩列空白數(shù)據(jù)表格A（X）、B（Y），分別輸入1～12和l1～l12的值，以i為橫坐標(biāo)，li為縱坐標(biāo)，利用Origin進(jìn)行線性擬合，擬合直線如圖1所示，擬合報(bào)告如表4所示。

從圖1中可以看出擬合直線和理論曲線符合得較好，即i和li具有嚴(yán)格的線性關(guān)系，這也可以從擬合報(bào)告中看出，因?yàn)殛P(guān)聯(lián)系數(shù)r=0.99999，非常接近于1，所以理論曲線接近于直線。擬合報(bào)告中b=λ/2=4.76449，所以波長(zhǎng)λ=9.52898≈9.529mm。因此聲速V=λf=9.529×35.928=342.358m/s與理論值的誤E=（V-Vs）/Vs=0.88%。

4.3 相位比較法

設(shè)擬合直線方程為y=a+bx，令y=li，b=5λ，x=i，打開Origin軟件后，界面與駐波法一樣，在數(shù)據(jù)表格A（X）、B（Y）中分別輸入1～6和l1～l6，以i為橫坐標(biāo)，li作為縱坐標(biāo)，利用Origin進(jìn)行線性擬合，擬合直線如圖2所示，擬合報(bào)告如表5所示。

從圖2中可以看出相位比較法的擬合直線效果與駐波法一樣，因?yàn)槎叩年P(guān)聯(lián)系數(shù)r=0.99999，非常接近于1，所以相位比較法測(cè)聲速時(shí)也可以得到較好的結(jié)果。擬合報(bào)告中b=5λ=47.39303，所以波長(zhǎng)λ=9.478606≈9.479mm。因此聲速V=λf=9.479×35.928=340.562m/s與理論值的誤差E=（V-Vs）/Vs=0.35%。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文利用Origin軟件對(duì)聲速測(cè)量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理，從結(jié)果上來(lái)看，駐波法和相位比較法測(cè)聲速在直線擬合時(shí)效果都較好，因?yàn)槎叩年P(guān)聯(lián)系數(shù)r一樣，所以兩種方法測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都具有良好的線性關(guān)系。但兩種方法測(cè)得聲速實(shí)際值與理論值的誤差不一樣，相位比較法的誤差小一些，說(shuō)明相位比較法比駐波法在測(cè)聲速上具有優(yōu)勢(shì)。但也可能是數(shù)據(jù)間隔較大引起的，駐波法的數(shù)據(jù)間隔是半波長(zhǎng)，相位比較法的是5個(gè)波長(zhǎng)，這點(diǎn)有待筆者進(jìn)一步證明。

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篇2

關(guān)鍵詞: 空氣中聲速測(cè)量方法 改進(jìn) 注意點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)

一、常見空氣中聲速測(cè)量方法

聲速的測(cè)量通常有兩類方法:一種方法是測(cè)量聲波傳播的距離s和時(shí)間t,然后根據(jù)公式v=s/t計(jì)算出聲速;另一種方法是測(cè)量聲波的頻率f和波長(zhǎng)λ,然后根據(jù)公式v=λf計(jì)算出聲速。

前一種方法只需要長(zhǎng)度測(cè)量工具刻度尺和時(shí)間測(cè)量工具秒表,后一種方法則需要聲速測(cè)量?jī)x、示波器、信號(hào)發(fā)生器等專業(yè)工具,且后期的分析處理較為復(fù)雜。所以在初中物理學(xué)中聲速的具體測(cè)量方案都是基于前一種方法設(shè)計(jì)的。教材中普遍使用了發(fā)令槍測(cè)聲速,即一名同學(xué)持發(fā)令槍在起點(diǎn)發(fā)令,另一名同學(xué)在終點(diǎn)測(cè)出看到發(fā)令槍冒煙和聽到槍聲間的時(shí)間間隔t,再根據(jù)公式v=s/t算出空氣中聲速。

在實(shí)際教學(xué)中,我們基于前一種測(cè)量原理,進(jìn)行了各種聲速測(cè)量嘗試,找到一種較為準(zhǔn)確且簡(jiǎn)單的測(cè)量方法:利用摩托車測(cè)量法。

二、改進(jìn)后的空氣中聲速測(cè)量方法

1.實(shí)驗(yàn)原理

v=s/t。

2.實(shí)驗(yàn)器材

摩托車(豪爵海王星)、卷尺、秒表(電子式)。

3.實(shí)驗(yàn)方案

首先用卷尺測(cè)出合適的直線距離s,在該直線距離的起點(diǎn)放置一輛摩托車,并將摩托車頭部正對(duì)直線距離終點(diǎn)的同學(xué)乙,起點(diǎn)同學(xué)甲使得摩托車?yán)群皖^部車大燈(頭燈)同時(shí)工作,終點(diǎn)的乙同學(xué)自看到摩托車車燈亮起時(shí)開始用秒表計(jì)時(shí),待聽到摩托車?yán)嚷晻r(shí)停止計(jì)時(shí),所測(cè)時(shí)間即為聲音在直線距離s中傳播所用時(shí)間t,再根據(jù)v=s/t計(jì)算出空氣中的聲速。

為了解決傳統(tǒng)發(fā)令槍測(cè)聲速中距離難把握的問(wèn)題,我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中采取從聲源(摩托車?yán)?逐漸遠(yuǎn)離的方法進(jìn)行了對(duì)比,在確保能較清晰地聽到聲源發(fā)出聲音的前提下,通過(guò)多次比較發(fā)現(xiàn)距離在600m左右為最佳,大大減小了人的反應(yīng)時(shí)間對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

4.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理

在多次對(duì)比實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上了最終確定了直線距離為s=612m,并測(cè)量出了18組數(shù)據(jù)。根據(jù)公式v=s/t我們分別算出18次實(shí)驗(yàn)中的聲速,如表1所示。

根據(jù)多次測(cè)量取平均的方法,根據(jù)18次所測(cè)得聲速求得所測(cè)聲速為v=327.8m/s。

同學(xué)甲將起點(diǎn)摩托車移至終點(diǎn)位置,而乙同學(xué)移至起點(diǎn),重復(fù)實(shí)驗(yàn),再測(cè)出18數(shù)據(jù)。根據(jù)公式v=s/t,我們分別算出了18次實(shí)驗(yàn)中的聲速,如表2所示。

根據(jù)多次測(cè)量取平均的方法,根據(jù)18次所測(cè)得的聲速可求得所測(cè)聲速為v=321.5m/s。

5.實(shí)驗(yàn)思考

為什么兩次實(shí)驗(yàn)結(jié)果有較大的差異?

分析:測(cè)量中所選擇的直線距離沿著南北方向,兩次聲源和測(cè)量者的位置正好相反,前18組數(shù)據(jù)是順風(fēng)測(cè)量的,而后18組數(shù)據(jù)是逆風(fēng)測(cè)量(風(fēng)向?yàn)槲鞅憋L(fēng)),風(fēng)速影響了聲速。

三、實(shí)驗(yàn)注意點(diǎn)

綜合多次實(shí)際測(cè)量操作,在具體實(shí)驗(yàn)時(shí)我們需要注意以下幾點(diǎn)。

1.所選摩托車的車頭大燈亮度較亮,摩托車?yán)嚷曇糨^響。

2.所測(cè)直線距離要適中,對(duì)于豪爵海王星踏板摩托車距離600m左右較為合適。不同型號(hào)摩托車的喇叭響度不同,在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中可采取從聲源處逐漸遠(yuǎn)離的方法尋求最佳距離。

3.為保證車燈和喇叭同時(shí)工作,先將車燈開關(guān)打開,同時(shí)左手長(zhǎng)按喇叭按鈕,右手通過(guò)撥動(dòng)鑰匙來(lái)使得摩托車電路接通,使得車燈和喇叭同時(shí)通電而同時(shí)工作。

4.盡量選擇無(wú)風(fēng)或風(fēng)速較小時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),以減小風(fēng)速對(duì)聲速的影響。

5.為防止環(huán)境噪聲的影響,可選擇晚上進(jìn)行實(shí)驗(yàn),而且可增加對(duì)車燈的可視度,提高實(shí)驗(yàn)的精確度。

6.在具體實(shí)驗(yàn)前,甲乙同學(xué)應(yīng)進(jìn)行多次練習(xí),熟練配合,實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)該進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn),確保實(shí)驗(yàn)測(cè)量的準(zhǔn)確性。

四、實(shí)驗(yàn)方案優(yōu)點(diǎn)

該方案原理簡(jiǎn)單,所用器材簡(jiǎn)單常見,無(wú)需專業(yè)測(cè)量?jī)x器,操作簡(jiǎn)單,可行性較強(qiáng),適宜所有中學(xué)使用。更重要的是在夜晚漆黑安靜環(huán)境中操作實(shí)驗(yàn),摩托車車燈的視覺(jué)效果和摩托車?yán)嚷曇舻穆犛X(jué)效果較好,實(shí)驗(yàn)中聲音傳播距離較長(zhǎng),最大限度地減小人的反應(yīng)時(shí)間的影響,測(cè)量結(jié)果較精確。

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篇3

關(guān)鍵詞：超聲波 介質(zhì) 能量 衰減

中圖分類號(hào)：TE254 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）10（b）-0116-02

1 壓電陶瓷換能器

壓電陶瓷換能器由壓電陶瓷片和兩種金屬組成，在一定的溫度下經(jīng)極化處理后，具有壓電效應(yīng)。當(dāng)發(fā)射端的壓電陶瓷固有頻率等于信號(hào)發(fā)生器的發(fā)射頻率時(shí)，將產(chǎn)生共振，發(fā)射端產(chǎn)生超聲波。并且向前傳播。當(dāng)超聲波傳到接收端時(shí)，壓電陶瓷也將產(chǎn)生共振，在經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化電路把壓電陶瓷的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電信號(hào)傳給示波器，可以將信號(hào)發(fā)生器的脈沖信號(hào)表示成： （1）

當(dāng)壓電陶瓷換能器發(fā)射端的超聲波經(jīng)過(guò)介質(zhì)傳到接收器，并且發(fā)射器探頭與接收器探頭平行時(shí)，在接收器與發(fā)射器之間，入射波與反射波相干疊加，當(dāng)放入介質(zhì)的時(shí)候峰-峰值會(huì)隨著探頭的距離變化而發(fā)生變化。

2 利用極大值法測(cè)量

2.1 超聲波在紙張里的能量衰減

測(cè)量數(shù)據(jù)如表1所示（表格中的d1為紙張的厚度0.04 mm/層；Vp-p為電壓峰峰值）。

根據(jù)表1數(shù)據(jù)超聲波在紙張中的能量衰減曲線如圖1所示。

2.2 超聲波在布料里的能量衰減

測(cè)量數(shù)據(jù)如表2所示（表格中的d2為布料的厚度0.041 mm/層；Vp-p為電壓峰峰值）。

根據(jù)表2數(shù)據(jù)，得出超聲波在布料中的能量衰減曲線如圖2所示。

3 超聲波在介質(zhì)中傳播能量損失的原因分析

通過(guò)對(duì)超聲波能量在介質(zhì)中的損失研究表明，損失主要由以下幾個(gè)原因造成。

3.1 吸收損耗

由于超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)介質(zhì)非理想，不均勻，使物質(zhì)內(nèi)部的分子之間相互運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致超聲波能量被介質(zhì)吸收而轉(zhuǎn)化為熱能。超聲波的能量衰減程度會(huì)隨著物質(zhì)的致密性增加而增加。

3.2 擴(kuò)散損耗

超聲波在傳輸過(guò)程中波陣面不斷擴(kuò)大，造成單位面積上的能量減小，波陣面上的平均功率密度減小，表現(xiàn)為聲強(qiáng)的衰減，所以超聲波的能量隨著超聲波在物質(zhì)中的傳播距離的增加而減弱。隨著距離的衰減而加強(qiáng)。

3.3 散射損耗

超聲波在傳播過(guò)程中，遇到不同介質(zhì)時(shí)，將發(fā)生散射，從而損失超聲波的能量，散射主要發(fā)生在介質(zhì)的粗大晶粒表面。由于晶粒排列不規(guī)則，在傾斜的界面上發(fā)生反射、折射等，導(dǎo)致能量損耗。

4 超聲波在紙張和布料不同介質(zhì)中的能量衰減對(duì)比圖

圖3中測(cè)量點(diǎn)為“”表示紙張圖線，對(duì)超聲波的衰減特別大，有一層紙（紙張厚度d1=0.040 mm/層）已經(jīng)將同樣大小的超聲波，差不多已損失殆盡，而另一測(cè)量點(diǎn)為“■”圖線表示的是布料（布料厚度d2=0.041 mm/層），則衰減比較緩慢，隨著厚度的增加，兩種介質(zhì)對(duì)超聲波的衰減趨勢(shì)將變得緩慢。

在研究中通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)超聲波在不同的介質(zhì)中能量的衰減變化不相同，超聲波會(huì)隨著材料的材質(zhì)，還有物質(zhì)的厚度發(fā)生變化，并且會(huì)有超聲波次極大值的出現(xiàn)，在超聲波測(cè)量當(dāng)中要嚴(yán)格地把握材料的相似性。有些沒(méi)有辦法避免的因素，應(yīng)該用控制變量的方法，得出每一個(gè)影響超聲波能量的因素。

超聲波在介質(zhì)傳播過(guò)程中，伴隨著介質(zhì)形變、壓縮、溫度升高等一些現(xiàn)象，并且在介質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)摩擦，使得超聲波的能量減弱，通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，超聲波在不同的物質(zhì)中，它的衰減程度不相同，在均勻致密的物質(zhì)衰減的程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在不均勻稀疏的物質(zhì)，這其中吸收損耗占主要作用，但是隨著介質(zhì)厚度的增加，能量衰減曲線的變化變得非常緩慢，這時(shí)起主要作用的是擴(kuò)散損耗，當(dāng)介質(zhì)的厚度到達(dá)一定程度，能量曲線就變得很微弱了，散射損耗的損失就加大了，占了損耗的大部分。所以超聲波在介質(zhì)中的能量損失是有幾種損失共同作用的結(jié)果，隨著材料的不同、結(jié)構(gòu)的不同，發(fā)生著變化。

參考文獻(xiàn)

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篇4

將超聲波液位計(jì)合理安裝在車廂水箱上方，通過(guò)超聲波測(cè)距模塊對(duì)水箱水位進(jìn)行測(cè)量，并將數(shù)據(jù)經(jīng)Zigbee發(fā)送模塊傳輸?shù)桨惭b在駕駛室內(nèi)的接收模塊，最后將數(shù)據(jù)通過(guò)顯示模塊12864或者1602進(jìn)行顯示，這樣駕駛員可以直接觀察水箱水量的使用情況，從而摒棄了停車觀測(cè)或通過(guò)駕駛員經(jīng)驗(yàn)來(lái)對(duì)水位進(jìn)行判斷。

超聲波模塊共3個(gè)，圖2是超聲波模塊2發(fā)射電路原理圖。OUTPUT_2輸出的40kHz方波信號(hào)一路經(jīng)一級(jí)反向器后送到超聲波換能器的一個(gè)電極，另一路經(jīng)兩級(jí)反向器后進(jìn)到超聲波換能器的另一電極。用這種推挽形式將方波信號(hào)加到超聲波換能器兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。輸出端采用兩個(gè)反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動(dòng)能力。上拉電阻，除了可以提高反向器74LS04輸出高電平的驅(qū)動(dòng)能力，可以增加超聲換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩的時(shí)間。

圖3是超聲波模塊2接收電路原理圖。CX20106A是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機(jī)紅外遙控接收器。考慮到紅外遙控常用的載波頻率38kHz與測(cè)距的超聲波頻率40kHz較為接近，可以利用它制作超聲波檢測(cè)接收電路。實(shí)驗(yàn)證明用CX20106A接收超聲波，具有很高的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。根據(jù)測(cè)量范圍要求不同可適當(dāng)調(diào)整與接收換能器并接的濾波電容的大小，以獲得合適的接收靈敏度和抗干擾能力。

接口電路為超聲波與外部電路連接的接口，包括INPUT、OUTPUT、VCC、GND接口。

Zigbee發(fā)送和接收模塊

圖4是傳感器終端無(wú)線發(fā)送和接

圖1 系統(tǒng)構(gòu)成

片機(jī)相應(yīng)輸入捕捉通道計(jì)算從發(fā)射到接收的時(shí)間t，聲速便可以得出。由于補(bǔ)償聲波與測(cè)量聲波傳播途徑所處環(huán)境極為相似，所受到環(huán)境影響也基本一致，其聲速通常也較為接近，所以這種方法是目前使用最精確的聲速修正方式。

時(shí)間修正法可以有效修正軟硬件系統(tǒng)造成的延時(shí)。在實(shí)際系統(tǒng)中，我們可以用下面的方法來(lái)對(duì)這個(gè)固定的延時(shí)時(shí)間Δt來(lái)進(jìn)行修正。設(shè)S1、S2為兩個(gè)已知固定距離，t1、t2分別為對(duì)應(yīng)這兩個(gè)固定距離采集的回聲值(內(nèi)含Δt因素)，則超聲波在S1、S2距離內(nèi)往返傳播所用的時(shí)間實(shí)際上分別為t1-Δt和t2-Δt。故有：

S1=C×(t1-Δt)/2 (3) S2=C×(t2-Δt)/2 (4)由上面兩式可得：

Δt=(S1×t2-S2×t1)/(S1-S2) (5)

在實(shí)際測(cè)量中，將測(cè)量得到的S1、S2、t1、t2值代入式中求得Δt，再將各個(gè)回聲時(shí)間減去Δt，即可消除延遲時(shí)間的影響。在此S1可取貨車水箱直徑2R，S2可取R。

經(jīng)上面兩種方法校正，由(2)、(5)式可得：

L= C×(T-Δt )/2 (6)

此外為了避免超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器引起直射波造成的影響系統(tǒng)需延時(shí)0.1ms。因此最后得出的等式應(yīng)為：

L=C×(T-Δt-0.1ms)/2 (7) Zigbee水箱液位設(shè)計(jì)

Δt -100)* Vt /20000;

Distance1 = (uint8)(CaptureTime1-Δt -100)* Vt /20000;

Distance2 = (uint8)(CaptureTime2-Δt -100)* Vt /20000;

代碼中C a p t u r e T i m e 0、CaptureTime1、CaptureTime2為Timer1三個(gè)輸入捕捉通道所捕捉的聲波傳輸時(shí)間；Δt為時(shí)間修正法后得到的系統(tǒng)延時(shí)時(shí)間；Vt為聲速校準(zhǔn)補(bǔ)償法得到的聲速。

最終得到液位數(shù)據(jù)Report_Data為：

If (counterfag= =5) { Report_Data= (value_0+value_1+value_2)/3;counter fag=0;}

現(xiàn)實(shí)中該值多次測(cè)量后與實(shí)際值進(jìn)行比較，采用最小二乘法來(lái)修正，通過(guò)Excel線性擬合，得出線性擬合式子[4]，這樣根據(jù)擬合等式得出的位置

篇5

關(guān)鍵詞：中國(guó)先進(jìn)研究堆 反應(yīng)堆廠房通風(fēng)系統(tǒng) 風(fēng)量測(cè)量 技術(shù)改進(jìn) 皮托管風(fēng)速變送器

中圖分類號(hào)：TL36 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）12（b）-0133-04

Abstract：Reactor Hall Ventilation System （RHVS） is one important sub-system of the China Advanced Research Reactor （CARR） ventilation air conditioning system. Since the beginning of trial operation in 2012， the deviation of air flow between actual measured value with the displayed value on the screen of distributed control system （DCS） have had an increasing trend， the latter were larger. Sometimes the intake air flow was larger than exhaust one. These problems would easily cause confusion of operating crew and nuclear safety supervisors. Through inspection and analysis， it was the main reason of causing deviation that the original hot type wind speed transmitter was inclined to adhere dust in CARR operation condition. So the pitot-tube type wind speed transmitters were used as an alternative. After finishing installation and debugging， several months of operation practice showed the deviation had a obvious decrease ，the measure values were stable and accurate.It proved that the new transmitters are suitable for CARR.

Key Word：China Advanced Research Reactor；Reactor hall ventilation system；Air flow measurement technique，Technical modification，Pitot-tube type wind speed transmitter

中國(guó)先進(jìn)研究堆（CARR）是由我國(guó)自主設(shè)計(jì)、建造的多用途研究性反應(yīng)堆，設(shè)計(jì)核功率60 MW。目前，CARR處于調(diào)試試運(yùn)行階段，正在進(jìn)行運(yùn)行許可證的申請(qǐng)工作。

CARR通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)是CARR反應(yīng)堆系統(tǒng)中重要的組成部分，用以減少放射性物質(zhì)向周圍環(huán)境的泄露，排出機(jī)械、電氣設(shè)備及管道散發(fā)的熱量及維持工作場(chǎng)所的溫濕度在合理范圍內(nèi)。CARR通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，要求各工藝間排風(fēng)量略高于送風(fēng)量，工藝間壓差30±10Pa，防止放射性氣體在各工藝間擴(kuò)散。

CARR通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)調(diào)試完成并投入運(yùn)行今以來(lái)，計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)（DCS）的通風(fēng)系統(tǒng)送、排風(fēng)風(fēng)量指示偏差越來(lái)越大，尤其是反應(yīng)堆廠房通風(fēng)系統(tǒng)，普遍風(fēng)量指示過(guò)大或過(guò)小，已不能實(shí)際反映運(yùn)行狀況。于是決定查找原因進(jìn)行整改。

1 原風(fēng)速變送器檢查

為了搞清問(wèn)題存在的原因，我們抽出了問(wèn)題最大的操作大廳送風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)速變送器進(jìn)行檢查。

原風(fēng)速變送器為熱線式風(fēng)速變送器，探桿及上面的探頭粘上一層灰黑色灰塵，探桿有一定彎曲，可能是送風(fēng)溫度有時(shí)較高所致。具體狀況見圖1所示。

熱線式風(fēng)速變送器是一種以熱線為探頭的流速測(cè)量?jī)x器，由探頭、信號(hào)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)構(gòu)成。熱線式風(fēng)速變送器探頭―熱敏電阻極易沉積灰塵，最終使風(fēng)速變送器失效。

在檢查其他的風(fēng)速變送器時(shí)，也發(fā)現(xiàn)有的風(fēng)速變送器安裝位置不當(dāng)、變送器探桿過(guò)短，導(dǎo)致不能反映實(shí)際風(fēng)量的問(wèn)題。

鑒于熱線式風(fēng)速變送器不適合CARR實(shí)際運(yùn)行狀況，影響反應(yīng)堆正常運(yùn)行，決定選用新形式的風(fēng)速變送器。

2 新風(fēng)速變送器選擇

2.1 常見的風(fēng)速測(cè)量技術(shù)

依據(jù)測(cè)量原理不同，目前市場(chǎng)應(yīng)用常見的風(fēng)速測(cè)量技術(shù)有：機(jī)械式風(fēng)速測(cè)量、皮托管式（差壓式）風(fēng)速測(cè)量、熱敏式風(fēng)速測(cè)量、激光多普勒式風(fēng)速測(cè)量和超聲波式測(cè)量。

2.1.1 熱敏式風(fēng)速測(cè)量

熱敏式風(fēng)速測(cè)量技術(shù)是一種以熱敏材料為敏感元件的流速測(cè)量?jī)x表，由熱敏感元件、信號(hào)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)構(gòu)成。熱敏感元件按結(jié)構(gòu)分為熱線、熱球和熱膜3種，均由電阻值隨溫度變化的熱敏材料構(gòu)成。市場(chǎng)應(yīng)用較多的是熱線式風(fēng)速測(cè)量?jī)x表，目前CARR使用的就是熱線式風(fēng)速變送器。

2.1.2 機(jī)械式風(fēng)速測(cè)量

機(jī)械式風(fēng)速變送器主要有葉輪式和風(fēng)杯式兩種，一般應(yīng)用于氣象環(huán)境監(jiān)測(cè)和管道風(fēng)速測(cè)量。基本原理是流動(dòng)氣體帶動(dòng)葉輪或風(fēng)杯旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速與風(fēng)速呈一定的關(guān)系，通過(guò)測(cè)量旋轉(zhuǎn)速度來(lái)測(cè)量風(fēng)速大小。

機(jī)械式風(fēng)速變送器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便，而且對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。機(jī)械式風(fēng)速變送器適用于中低段平均風(fēng)速的測(cè)量。葉輪式風(fēng)速儀廣泛應(yīng)用于通風(fēng)現(xiàn)場(chǎng)送排風(fēng)口風(fēng)量測(cè)量。

2.1.3 皮托管式風(fēng)速測(cè)量

皮托管式（差壓式）風(fēng)速測(cè)量的方法為一種間接測(cè)算法，通過(guò)皮托管和差壓計(jì)聯(lián)合測(cè)定出風(fēng)速。實(shí)際測(cè)量時(shí)，使氣流方向垂直于皮托管的管口，測(cè)得該位置的全壓與靜壓之差，得出動(dòng)壓，然后通過(guò)風(fēng)速與動(dòng)差的關(guān)系式求算出相應(yīng)的風(fēng)速值。

皮托管測(cè)量構(gòu)造簡(jiǎn)單，安裝方便，測(cè)量時(shí)也不受氣體紊流的影響，維護(hù)方便；流動(dòng)阻力小，可測(cè)速度分布；低風(fēng)速段測(cè)量響應(yīng)迅速，對(duì)粉塵環(huán)境有較強(qiáng)的適應(yīng)性。缺點(diǎn)：標(biāo)準(zhǔn)皮托管管口較小，濕度及粉塵較大的環(huán)境中管口容易堵塞；標(biāo)準(zhǔn)皮托管安裝角度對(duì)精度有一定的影響。

2.1.4 激光多普勒式風(fēng)速測(cè)量

激光多普勒測(cè)速技術(shù)（簡(jiǎn)稱LDA或LDV）的基本原理是將激光束穿透流體照射在隨流體一起運(yùn)動(dòng)的微粒上，檢測(cè)微粒散射光的頻率，根據(jù)光學(xué)多普勒效應(yīng)確定微粒即流體的運(yùn)動(dòng)速度。

激光多普勒風(fēng)速儀價(jià)格較為昂貴，目前還未普及。

2.1.5 超聲波式風(fēng)速測(cè)量

超聲風(fēng)速儀根據(jù)測(cè)量方法不同，分為超聲速差測(cè)風(fēng)儀和超聲渦街測(cè)風(fēng)儀。

超聲波風(fēng)速測(cè)量技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量范圍廣，精度高，缺點(diǎn)是長(zhǎng)期穩(wěn)定性不佳，價(jià)格較高。

2.2 風(fēng)速變送器最終選定

針對(duì)CARR通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行狀況，需要一種能適應(yīng)一定的灰塵環(huán)境，安裝更換方便，而且信號(hào)輸出穩(wěn)定的風(fēng)速變送器。經(jīng)過(guò)調(diào)查比較，確定選用皮托管式風(fēng)速變送器進(jìn)行安裝試驗(yàn)驗(yàn)證（見表1）。

2.3 廠家定制

通風(fēng)系統(tǒng)矩形或圓形管道中，風(fēng)速的分布是中心高，四周逐漸降低。風(fēng)速變送器探桿的長(zhǎng)度要根據(jù)管道尺寸進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。探桿取壓點(diǎn)位于管道截面寬（長(zhǎng)）度或直徑的約1/3處。標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度的風(fēng)速變送器并不適合所有尺寸的通風(fēng)管道。

變送器探桿長(zhǎng)度根據(jù)以下公式計(jì)算：L=1/3D+M+Z

式中：D為通風(fēng)管道直徑，單位：mm。M為探桿裕量，根據(jù)實(shí)際需要確定，約10～20 mm。Z為探桿首對(duì)測(cè)壓孔至探桿頂端的距離，10 mm。

表2是根據(jù)CARR反應(yīng)堆廠房通風(fēng)系統(tǒng)管道實(shí)際情況，確定的一些技術(shù)參數(shù)，表中風(fēng)速量程及相應(yīng)尺寸探桿要求廠家依此定制。

技術(shù)要求：（1）廠方設(shè)計(jì)探桿首個(gè)探孔位置應(yīng)在管道進(jìn)深的1/3處。（2）表頭必須有數(shù)據(jù)清零按鈕。（3）風(fēng)速變送器電源，交流24 V或交、直流24 V通用型。（4）直流4～20 mA信號(hào)輸出。

3 皮托管風(fēng)速變送器安裝調(diào)試

3.1 前提條件

（1）皮托管風(fēng)速變送器做校準(zhǔn)試驗(yàn)，出具校準(zhǔn)證書。

（2）安裝前再次檢查風(fēng)速變送器零點(diǎn)是否合格。方法是：用塑料袋將風(fēng)速變送器探桿包嚴(yán)，以免環(huán)境微風(fēng)影響，然后通電測(cè)零點(diǎn)電流，4 mA±3%為合格。

3.2 安裝步驟

（1）停止反應(yīng)堆廠房所有風(fēng)機(jī)，相應(yīng)風(fēng)閥關(guān)閉。

（2）按照風(fēng)速變送器的安裝要求檢查反應(yīng)堆廠房通風(fēng)系統(tǒng)原風(fēng)速變送器安裝位置。較為理想安裝位置應(yīng)在距上游彎管段大于6倍或距下游彎管段大于3倍管徑處。風(fēng)速變送器不能安裝在彎管或變徑處。

（3）拆除原風(fēng)速變送器，安裝皮托管風(fēng)速變送器套管頭，用螺釘固定。

（4）將探桿插入套管頭，注意動(dòng)壓測(cè)孔要保證垂直迎風(fēng)方向，固定探桿。

（5）接通電源線、電流信號(hào)輸出線，測(cè)皮托管變送器零點(diǎn)輸出電流，4 mA±3%為合格。

3.3 風(fēng)量實(shí)測(cè)

遵循的原則是：用風(fēng)速儀實(shí)測(cè)反應(yīng)堆廠房各通風(fēng)子系統(tǒng)中各個(gè)工藝間風(fēng)口風(fēng)量，再把各個(gè)工藝間風(fēng)口風(fēng)量累加得出此通風(fēng)系統(tǒng)送風(fēng)量或排風(fēng)量實(shí)際值；然后調(diào)整皮托管風(fēng)速變送器探桿進(jìn)深，使其風(fēng)量輸出值大致等于實(shí)測(cè)值。

3.3.1 風(fēng)量實(shí)測(cè)方法

使用葉輪式風(fēng)速儀，根據(jù)CARR反應(yīng)堆廠房通風(fēng)系統(tǒng)中各工藝間送排風(fēng)口截面積大小不同，采用9點(diǎn)法或5點(diǎn)法測(cè)風(fēng)口風(fēng)速。

風(fēng)口平均速度： （1）

式中：為風(fēng)口平均風(fēng)速，單位：m/s；

為各測(cè)點(diǎn)風(fēng)速，單位：m/s；

n為測(cè)點(diǎn)數(shù)量。

風(fēng)口風(fēng)量按下式計(jì)算：

風(fēng)口風(fēng)量： （2）

式中：Q為風(fēng)口風(fēng)量，單位：m3/h 。

F為風(fēng)口通風(fēng)面積，單位：m2；為風(fēng)口平均風(fēng)速，單位：m/s。

風(fēng)量測(cè)量操作步驟如下：

（1）啟動(dòng)CARR反應(yīng)堆廠房通風(fēng)系統(tǒng)所有送風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)A，調(diào)整好各樓層工藝間壓差，關(guān)閉工藝間房門。

（2）記錄風(fēng)機(jī)電壓、電流，記錄送風(fēng)機(jī)初效過(guò)濾器壓差、中效過(guò)濾器壓差；記錄排風(fēng)機(jī)預(yù)過(guò)濾器壓差、高效過(guò)濾器壓差；記錄送風(fēng)溫度、濕度、風(fēng)壓，記錄排風(fēng)溫度、濕度、風(fēng)壓。

（3）用風(fēng)速儀測(cè)風(fēng)口平均風(fēng)速，計(jì)算各風(fēng)口風(fēng)量，將某通風(fēng)子系統(tǒng)送、排風(fēng)風(fēng)口風(fēng)量累加即得相應(yīng)通風(fēng)子系統(tǒng)的送、排風(fēng)實(shí)際量。

（4）根據(jù)實(shí)測(cè)風(fēng)量，計(jì)算調(diào)整新更換皮托管風(fēng)速變送器輸出電流。風(fēng)速變送器輸出電流推導(dǎo)如下：

風(fēng)速： （3）

式中：V為通風(fēng)管道中的風(fēng)速，單位：m/s；IO為皮托管風(fēng)速變送器輸出電流，單位：mA；L為皮托管風(fēng)速變送器量程，單位：m/s。

風(fēng)量：FV （4）

式中：Q為通風(fēng)子系統(tǒng)送、排風(fēng)量，單位：m3/h；F為總送、排風(fēng)管道截面積，單位：m2。

根據(jù)（3）式、（4）式得出：IO （5）

調(diào)節(jié)風(fēng)速變送器探桿的進(jìn)深，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)輸出電流，使其等于計(jì)算的輸出電流IO，即使風(fēng)量大致等于實(shí)測(cè)風(fēng)量，并用紅色油漆標(biāo)示探桿進(jìn)深位置，以備下次更換參照。

（5）修改主控室DCS通風(fēng)系統(tǒng)IFIX組態(tài)軟件中風(fēng)量計(jì)算公式，風(fēng)量按（4）式計(jì)算。

（6）停止送風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)A。再啟動(dòng)送風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)B，調(diào)01子項(xiàng)各樓層工藝間壓差匹配，按（2）、（3）步驟實(shí)測(cè)反應(yīng)堆廠房各通風(fēng)子系統(tǒng)送排風(fēng)量，與主控室DCS通風(fēng)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)顯示值對(duì)比，驗(yàn)證新安裝的皮托管風(fēng)速變送器輸出的準(zhǔn)確性。

3.3.2 風(fēng)量實(shí)測(cè)實(shí)例

以物理實(shí)驗(yàn)大廳排風(fēng)系統(tǒng)為例。01物理實(shí)驗(yàn)大廳排風(fēng)系統(tǒng)有2臺(tái)排風(fēng)機(jī)，即A、B排風(fēng)機(jī)，對(duì)應(yīng)1臺(tái)高效過(guò)濾裝置。01物理實(shí)驗(yàn)大廳有6個(gè)排風(fēng)口，A排風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，排風(fēng)量實(shí)測(cè)、計(jì)算見表2。

根據(jù)實(shí)測(cè)總排風(fēng)量計(jì)算風(fēng)速變送器輸出電流：

Io=z16×11679/（3600×0.7×0.45×15）4{≈14.98mA

調(diào)整排風(fēng)總管道新更換皮托管風(fēng)速變送器探桿的進(jìn)深，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)輸出電流，使輸出電流約為14.98 mA。更改主控室DCS通風(fēng)系統(tǒng)IFIX組態(tài)軟件中風(fēng)量計(jì)算公式，風(fēng)量按（4）式計(jì)算。

Q=（A×B）×C

式中：A為PLC接收模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換的風(fēng)速值；B為風(fēng)管截面積，對(duì)于01物理實(shí)驗(yàn)大廳排風(fēng)系統(tǒng)，管道截面積為0.3969m2。C為系數(shù)，等于3600。

修改后，檢查計(jì)算機(jī)顯示值與實(shí)測(cè)風(fēng)量值比較，偏差≤5%為合格。

4 運(yùn)行評(píng)價(jià)

反應(yīng)堆廠房通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量測(cè)量技術(shù)改進(jìn)工作從2015年4月開始一直持續(xù)到2015年12月，新更換了9只定制的皮托管式風(fēng)速變送器。

以表3是技術(shù)改進(jìn)后，記錄的反應(yīng)堆廠房通風(fēng)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)顯示值與實(shí)測(cè)值的對(duì)比表。（說(shuō)明：實(shí)測(cè)風(fēng)量符合設(shè)計(jì)風(fēng)量）

（1）從表3可以看出，DCS系統(tǒng)計(jì)算機(jī)反應(yīng)堆廠房通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量顯示數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)值比較較為準(zhǔn)確，偏差小于5%，經(jīng)過(guò)數(shù)月的運(yùn)行考驗(yàn)，數(shù)據(jù)顯示基本穩(wěn)定，基本能夠如實(shí)反映通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行狀況，說(shuō)明新安裝的皮托管風(fēng)速變送器是適用的。

（2）風(fēng)速變送器探桿安裝位置調(diào)試完成后用紅漆標(biāo)示，下次更換時(shí)依此確定新風(fēng)速變送器（需是按表1定制的）的位置，這樣省去了繁瑣的風(fēng)量實(shí)測(cè)工作。

（3）皮托管風(fēng)速變送器維護(hù)方便，測(cè)壓孔粘泥堵塞影響工作時(shí)，可以取下清洗測(cè)壓孔，檢測(cè)輸出電流信號(hào)合格后，即可繼續(xù)使用。

5 結(jié)語(yǔ)

中國(guó)先進(jìn)研究堆通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)是保證核反應(yīng)堆安全運(yùn)行的重要系統(tǒng)，反應(yīng)堆廠房通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量測(cè)量問(wèn)題的解決，有效保證了反應(yīng)堆廠房通風(fēng)系統(tǒng)正常運(yùn)行，保障了反應(yīng)堆的安全運(yùn)行。另外，這次技改積累的一些安裝調(diào)試的成功經(jīng)驗(yàn)，對(duì)后續(xù)其它通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量測(cè)量改進(jìn)，也具有益的借鑒意義。

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篇6

關(guān)鍵詞：煤層氣；測(cè)井技術(shù)；探討

Abstract: The authors combine practical work experience, analyze the CBM Well Logging Technology for peer reference draw.Keywords: CBM; logging technology; explore

中圖分類號(hào)：TU7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-2104（2012）

1 煤層氣測(cè)井現(xiàn)狀

目前用于煤層氣測(cè)井的主要設(shè)備有美國(guó)蒙特系列Ⅲ數(shù)字測(cè)井儀、渭南煤礦專用設(shè)備廠 TYSC 型和北京中地英捷物探儀器研究所 PSJ-2 型數(shù)字測(cè)井儀系統(tǒng)。 煤層氣裸眼井常測(cè)的參數(shù)有自然伽瑪、長(zhǎng)短源距人工伽瑪、自然電位、雙側(cè)向、雙井徑、聲波、補(bǔ)償中子、井溫、井斜等，而固井質(zhì)量檢查測(cè)井則用自然伽瑪、聲幅、聲波變密度和磁定位等方法。受井徑過(guò)大的影響，密度三側(cè)向測(cè)井、聲速和補(bǔ)償中子測(cè)井會(huì)存在較大誤差。另外《煤層氣測(cè)井作業(yè)規(guī)程》是單一企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其中有些規(guī)定在實(shí)際執(zhí)行過(guò)程中存在諸多問(wèn)題，需在實(shí)踐中進(jìn)行修正。①早先國(guó)內(nèi)各大石油勘探局（公司）憑著技術(shù)、儀器設(shè)備的優(yōu)勢(shì)和固井、射孔、壓裂方面的能力，率先進(jìn)入煤層氣測(cè)井市場(chǎng)，測(cè)井項(xiàng)目、測(cè)井參數(shù)、報(bào)告格式均按照石油測(cè)井模式進(jìn)行。 現(xiàn)行的唯一一個(gè)煤層氣測(cè)井規(guī)程--《煤層氣測(cè)井作業(yè)規(guī)程》（中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn) Q/CUCBM 0401-2002）基本照搬了石油測(cè)井的標(biāo)準(zhǔn)。 測(cè)井儀器系統(tǒng)有 CSU-D、SKD-3000、SKH-2000、SKN-3000 等等。②隨著煤層氣測(cè)井市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大， 許多煤田

勘探測(cè)井隊(duì)伍進(jìn)入煤層氣測(cè)井市場(chǎng)， 測(cè)井儀器設(shè)備主要有美國(guó)蒙特系列Ⅲ數(shù)字測(cè)井儀、 渭南煤礦專用設(shè)備廠的 TYSC 型和北京中地英捷物探儀器研究所的 PSJ-2 型數(shù)字測(cè)井儀系統(tǒng)。

2 煤層氣測(cè)井儀器對(duì)比分析

①石油測(cè)井儀器設(shè)備具有組合化程度高、 可測(cè)參數(shù)多等優(yōu)點(diǎn)，如感應(yīng)測(cè)井、地層產(chǎn)狀測(cè)井、微球聚焦等儀器。但儀器體積大、笨重，施工成本高，采樣間隔大，解釋精度低。②美國(guó)蒙特系列Ⅲ數(shù)字測(cè)井系統(tǒng)方法儀器多，配備有中子、全波列、產(chǎn)狀儀等，基本可以滿足煤層氣測(cè)井參數(shù)要求； 渭南煤礦專用設(shè)備廠的 TYSC 型數(shù)字測(cè)井儀需要另外配備其它儀器廠的補(bǔ)償中子、雙側(cè)向、全波列等測(cè)井探管；北京中地英捷物探儀器研究所基本可以配全煤層氣測(cè)井儀器系統(tǒng)。 這些煤田測(cè)井儀器設(shè)備均具有輕便靈活的特點(diǎn)， 雖然組合化程度比石油測(cè)井儀器低， 但對(duì)于煤層氣鉆孔只是n×100m 的孔深來(lái)說(shuō)，效率并不低，而采樣間隔密，解釋精度高，施工成本低，適用于煤層氣測(cè)井。

3 測(cè)井地質(zhì)成果

煤層氣測(cè)井的主要地質(zhì)任務(wù)為：

①劃分鉆井巖性，進(jìn)行巖性分析；

②確定煤層的深度、厚度及其結(jié)構(gòu)；

③進(jìn)行煤質(zhì)分析， 計(jì)算目的煤層的固定碳、灰分、水分及揮發(fā)份，計(jì)算目的煤層的含氣量；

④進(jìn)行含水性、滲透性分析；

⑤測(cè)量鉆井的井斜角和方位角，計(jì)算鉆孔歪斜情況；

⑥測(cè)量井溫，了解儲(chǔ)層溫度；

⑦檢查固井質(zhì)量，評(píng)價(jià)水泥環(huán)的膠結(jié)情況等。

對(duì)于鉆井巖性的劃分和煤層深度、厚度及其結(jié)構(gòu)的確定，可以說(shuō)是煤田測(cè)井儀器的強(qiáng)項(xiàng)，其較高的儀器分辨率可以劃分煤層中 10cm 左右的夾矸，井溫、井斜測(cè)量也可以進(jìn)行連續(xù)測(cè)量。在煤質(zhì)分析、碳、灰、水及含氣量計(jì)算中，其關(guān)鍵是選擇計(jì)算參數(shù)。在一個(gè)地區(qū)實(shí)施煤層氣測(cè)井，要盡量收集目的煤層的各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)室指標(biāo)， 并將其與測(cè)井的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，找出相關(guān)關(guān)系，以便使測(cè)井計(jì)算出的煤層各項(xiàng)指標(biāo)更客觀、更接近實(shí)際。

石油測(cè)井儀器采樣間隔大，對(duì)煤層的解釋一般精確到 0.1m，對(duì)巖層巖性的劃分較為粗略。再者石油天然氣儲(chǔ)層與煤層氣儲(chǔ)層特性和產(chǎn)出機(jī)理不同，顯然不能用石油測(cè)井的理念來(lái)解決煤層氣儲(chǔ)層問(wèn)題。

4 實(shí)測(cè)效果

利用北京中地英捷物探儀器研究所生產(chǎn)的PSJ-2 型數(shù)字測(cè)井儀系統(tǒng)對(duì)河南焦作地區(qū)煤層氣試驗(yàn)井實(shí)施測(cè)井，其裸眼井所測(cè)參數(shù)有自然伽瑪、長(zhǎng)短源距人工伽瑪、自然電位、雙側(cè)向、雙井徑、聲波、補(bǔ)償中子、井溫、井斜等，固井質(zhì)量檢查測(cè)井參數(shù)有自然伽瑪、聲幅、聲波變密度和磁定位等。對(duì)所測(cè)曲線進(jìn)行檢查， 其單條曲線質(zhì)量均達(dá)到《煤層氣測(cè)井作業(yè)規(guī)程》（中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn) Q/CUCBM 0401-2002）的優(yōu)質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和中華人民共和國(guó)地質(zhì)礦產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 《煤田地球物理測(cè)井規(guī)范》（DZ/T0080-93）甲級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

在測(cè)井現(xiàn)場(chǎng)提交監(jiān)視曲線圖和煤層、井徑、井斜解釋成果。根據(jù)測(cè)井所取得的參數(shù)曲線，解釋的目的煤層厚度 0.65～10m。 校正了鉆探判定的煤層 5 層，最大厚度誤差近 3m，發(fā)現(xiàn)鉆探打丟煤層 4 層，其中有一層達(dá)到 1.4m 厚，若通過(guò)勘探確定該煤層連續(xù)穩(wěn)定，具有很好的開發(fā)利用價(jià)值。

按測(cè)井設(shè)計(jì)要求計(jì)算了鉆井的全角變化率，并給出歪斜方位和偏移距。 按要求計(jì)算了煤層的碳、灰、水含量和煤層含氣量，并對(duì)固井質(zhì)量進(jìn)行檢查測(cè)井，評(píng)價(jià)其水泥環(huán)膠結(jié)質(zhì)量。聲波變密度與石油測(cè)井對(duì)比，效果較好，特別是 PSV-2 型聲速測(cè)井探管變密度波形清晰，易于分辨。測(cè)井提供的各種成果為下步施工提供了一定的依據(jù)， 使整個(gè)煤層氣開發(fā)工程能夠順利進(jìn)行，目前焦作位村地區(qū)鉆井已部分壓裂，抽氣點(diǎn)火獲得成功。

在鉆井過(guò)程中部分煤層常會(huì)出現(xiàn)垮塌造成孔徑嚴(yán)重變大，一些測(cè)井參數(shù)會(huì)受到一定影響。 例如，密度三側(cè)向測(cè)井屬于全探管推靠， 雖然有推靠貼壁裝置，但由于推靠限度與煤層氣鉆井孔徑相比偏小，存在井徑過(guò)大貼不上壁的情況， 聲速和補(bǔ)償中子探管本身沒(méi)有貼壁裝置，受井徑影響更大，如何消除這些影響，有必要進(jìn)一步探討。

5 結(jié)束語(yǔ)

因其具有改善能源結(jié)構(gòu)，緩解能源壓力，保障煤礦安全生產(chǎn)，保護(hù)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)，煤層氣開發(fā)利用成為能源勘探的一個(gè)亮點(diǎn)。 為進(jìn)一步加大煤層氣抽采利用力度，強(qiáng)化煤礦瓦斯治理，減輕煤礦瓦斯災(zāi)害，國(guó)務(wù)院辦公廳了《關(guān)于加快煤層氣（煤礦瓦斯）抽采利用的若干意見》。在煤炭資源勘探日趨減少的情況下， 煤層氣勘探給煤炭地質(zhì)勘探帶來(lái)了一個(gè)新的發(fā)展機(jī)遇。利用煤田數(shù)字測(cè)井儀系統(tǒng)實(shí)施煤層氣測(cè)井完全滿足測(cè)井目要求， 特別是北京中地英捷物探儀器研究所生產(chǎn)的雙井徑測(cè)井探管、雙側(cè)向測(cè)井探管、補(bǔ)償中子測(cè)井探管、 固井質(zhì)量檢查探管填補(bǔ)了煤田測(cè)井儀器的空白，已廣泛應(yīng)用于山西藍(lán)焰、中聯(lián)等主要煤層氣開發(fā)利用單位的煤層氣井測(cè)試工作。由于 《煤層氣測(cè)井作業(yè)規(guī)程》（中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn) Q/CUCBM 0401-2002）， 是單一企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)， 其中有些規(guī)定在實(shí)際執(zhí)行過(guò)程中存在諸多問(wèn)題，因此，急需由煤田測(cè)井人參與制訂一個(gè)煤層氣測(cè)井行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)， 指導(dǎo)我國(guó)煤層氣測(cè)井工作健康有續(xù)地發(fā)展。

煤層氣測(cè)井競(jìng)爭(zhēng)激烈，市場(chǎng)少隊(duì)伍多，往往通過(guò)壓價(jià)進(jìn)行惡性競(jìng)爭(zhēng)，再加上業(yè)主又會(huì)提出一些超出當(dāng)前技術(shù)條件難以達(dá)到的要求，常此以往，對(duì)煤層氣測(cè)井市場(chǎng)將會(huì)產(chǎn)生沖擊， 對(duì)未來(lái)的煤層氣開發(fā)與利用十分不利。建議大家共同攜起手來(lái)，想辦法改變這種不利局面。

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篇7

關(guān)鍵詞：激光超聲 表面波波速無(wú)損檢測(cè) 線性擬合

中圖分類號(hào)：TP24 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）09（b）-0028-03

Laser-induced Ultrasonic Surface Wave Velocity

Lin Zhongya Wang Yuxuan Zhao Ximing Zhan Yu

（Northeastern University，Shenyang Liaoning，110004，China）

Abstract：This article usesof a set of non-contact，high precision laser ultrasonic experiment system which was independent research and developed .The pulse laser excitation in the thin aluminum plate surface of the ultrasonic wave signal has carried on the experimental study. Using the pulse tuning-Q laser in aluminum plate samples inspire ultrasonic surface wave signals ，Ultrasonic surface wave received by the doppler vibration meter， and the oscilloscope records the corresponding electrical signals which caused by ultrasonic vibration. And photoelectric detector as reference time the origin of the reflected light signal of sample surface access to the oscilloscope. Experiments of measured waveform as the typical surface wave characteristics of central and bipolar， which shows that the experiment system can motivate and receives the good performance of the ultrasonic surface wave .By extracting， processing and analyzing to experimental data， we got that the propagation velocity of surface wave in the aluminum plate is good agree with the theoretical solution .This conclusion indicates that the experimental method which measures the ultrasonic surface wave velocity has high precision and application prospect.

Key Words：Laser-induced ultrasonic；Surface wave velocity；Nondestructive testing；Linear fitting

工業(yè)生產(chǎn)中，對(duì)材料力學(xué)性能參數(shù)實(shí)時(shí)進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，對(duì)于保證產(chǎn)品質(zhì)量、降低材料損耗，具有十分重要的意義。然而，傳統(tǒng)的無(wú)損檢測(cè)方法由于其局限性，在高溫、高壓、高濕以及被測(cè)工件具有較快的運(yùn)動(dòng)速度等限制條件下并不能滿足測(cè)試要求[1]。激光超聲檢測(cè)技術(shù)利用脈沖激光激發(fā)和檢測(cè)超聲波，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)損檢測(cè)、獲取材料參數(shù)信息，它的出現(xiàn)成功彌補(bǔ)了傳統(tǒng)測(cè)量方法的缺陷。

近年來(lái)，由于激光超聲技術(shù)具有非接觸、無(wú)損傷、靈敏度高、精度高、設(shè)備簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[2-3]，已逐漸成為材料無(wú)損檢測(cè)的一種重要手段和發(fā)展方向，在材料的殘余應(yīng)力檢測(cè)[4-5]、表面缺陷檢測(cè)[6-7]、材料力學(xué)性能測(cè)量[8]等方面得到了廣泛應(yīng)用。應(yīng)用激光超聲技術(shù)測(cè)量各項(xiàng)同性材料的超聲表面波波速具有無(wú)損傷、精確度高的優(yōu)點(diǎn)，并且通過(guò)對(duì)表面波的精確測(cè)量，可以為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)材料裂紋、金屬焊接裂縫等的測(cè)量打下基礎(chǔ)。本實(shí)驗(yàn)采用激光誘導(dǎo)超聲技術(shù)，精確測(cè)量出樣品的表面波波速，并分析了誤差的產(chǎn)生原因。

1 實(shí)驗(yàn)方案

1.1 實(shí)驗(yàn)原理

激光超聲是指利用高能量的脈沖激光與工件表面的瞬時(shí)熱作用，在固體表面產(chǎn)生熱特性區(qū)，形成熱應(yīng)力，進(jìn)而在物體內(nèi)部產(chǎn)生超聲波，其激發(fā)機(jī)制有熱彈性機(jī)制和燒蝕機(jī)制兩種[9]。本實(shí)驗(yàn)采用熱彈性機(jī)制在樣品表面激發(fā)超聲波，如圖1所示：當(dāng)入射脈沖激光功率密度較小，不足以使工件表面融化時(shí)，激光的能量一部分被反射，另一部分被吸收并轉(zhuǎn)化為熱能，使樣品表面產(chǎn)生幾十到幾百度的局部升溫，引起熱膨脹而產(chǎn)生表面切應(yīng)力[10]，同時(shí)激發(fā)出橫波、縱波、表面波[11-13]。熱彈性機(jī)制條件下，材料表層的局部升溫并沒(méi)有導(dǎo)致任何變形，因而具有嚴(yán)格的無(wú)損檢測(cè)特點(diǎn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)物圖如圖2所示，Dawa-100型脈沖激光器產(chǎn)生能量100 mJ，頻率20 Hz，脈寬8 ns的脈沖激光，作用在規(guī)格為300×200×20 mm的鋁板表面，樣品表面吸收能量溫度升高，引起熱膨脹而產(chǎn)生超聲波。LV-S01-DB型多普勒測(cè)振計(jì)發(fā)出的連續(xù)探測(cè)激光照射在樣品上，經(jīng)樣品表面的反射光發(fā)生多普勒效應(yīng)和干涉現(xiàn)象，即可得到超聲波信號(hào)。然而鋁板表面較為粗糙、對(duì)激光的反射能力較弱，實(shí)驗(yàn)時(shí)為增強(qiáng)鋁板表面反射信號(hào)的強(qiáng)度、提高信噪比和穩(wěn)定波形，在探測(cè)光照射處貼上一層反射膜。光電探測(cè)器對(duì)光的改變極為敏感，將其斜置于樣品前側(cè)面，通過(guò)接收樣品表面的反射光信號(hào)提供時(shí)間原點(diǎn)。將多普勒振動(dòng)計(jì)和光電探測(cè)器接入Tektronix-DPO4102B-L型示波器，可得到表面波波形和波的參考時(shí)間原點(diǎn)，進(jìn)而可得到波的傳播時(shí)間，測(cè)量激發(fā)點(diǎn)與接收點(diǎn)的距離，利用公式即可求得表面波波速。

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量與處理：

利用上述實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行超聲波的激發(fā)和檢測(cè)。將脈沖激光器即激發(fā)點(diǎn)固定，通過(guò)移動(dòng)多普勒振動(dòng)計(jì)來(lái)改變接收點(diǎn)與激發(fā)點(diǎn)的距離，在不同的適當(dāng)位置接收并記錄超聲信號(hào)的波形數(shù)據(jù)和傳播時(shí)間。由于表面波的能量集中在表層，表面波傳播時(shí)能量衰減很小，故在短距離內(nèi)探測(cè)時(shí)幅值基本不變。圖3為探測(cè)到的超聲脈沖信號(hào)，第一個(gè)單極信號(hào)為干擾波，在激光器發(fā)出頻閃光時(shí)就會(huì)出現(xiàn)，之后一個(gè)超聲信號(hào)呈明顯對(duì)心、雙極特性，為典型的激光激發(fā)的聲表面波信號(hào)。

移動(dòng)多普勒振動(dòng)計(jì)的位置，記不同的激發(fā)點(diǎn)與接收點(diǎn)之間的距離為（），每個(gè)對(duì)應(yīng)的傳播時(shí)間為（）。由于多普勒振動(dòng)計(jì)本身存在時(shí)間延遲，故示波器上兩個(gè)波形之間取得的時(shí)間并不能完全精確表示距離下表面波的傳播時(shí)間，為避免一起本身帶來(lái)的誤差，實(shí)驗(yàn)不直接使用公式來(lái)計(jì)算波速。這里，采用對(duì)和進(jìn)行線性擬合的方法來(lái)消除儀器固有誤差。擬合時(shí)以x軸表示時(shí)間，y軸表示位移，理論上會(huì)得到一條在x軸上截距為正的擬合直線，直線的斜率k即為表面波的波速。

由于是采用線性擬合的方法計(jì)算波速，故取值時(shí)只需保證每次都以兩條波上相同的特征點(diǎn)作為波形傳播的起點(diǎn)和終點(diǎn)即可。本實(shí)驗(yàn)中的取值采用圖4所示方法：從光電探頭的峰值點(diǎn)開始，到表面波的第一個(gè)峰值點(diǎn)止，這一段時(shí)間作為該接收點(diǎn)與激發(fā)點(diǎn)的距離所對(duì)應(yīng)的時(shí)間。

根據(jù)上訴選取方法，經(jīng)多次測(cè)量，得到的7個(gè)不同接收點(diǎn)與激發(fā)點(diǎn)的距離和對(duì)應(yīng)的時(shí)間的值如表1所示。

對(duì)以上七組數(shù)據(jù)用origin軟件進(jìn)行線性擬合，擬合直線如圖5所示。由圖5可知，實(shí)驗(yàn)所得的7個(gè)點(diǎn)基本嚴(yán)格分布在一條直線上，與理論推導(dǎo)結(jié)果相同。由軟件擬合的結(jié)果分析可得與的擬合直線方程為：

（1）

擬合直線斜率k=2861.80，即表面波波速 m/s。這與理論表面波波速2880 m/s為接近，驗(yàn)證了該方法的可取性。

3 誤差分析

激光超聲無(wú)損檢測(cè)方法測(cè)量表面波波速的誤差主要來(lái)源有：儀器固有誤差、激發(fā)點(diǎn)與接收點(diǎn)距離的測(cè)量誤差、時(shí)間的讀取誤差等。

實(shí)驗(yàn)中運(yùn)用線性擬合的方法，很好的解決了多普勒振動(dòng)計(jì)帶來(lái)的儀器固有誤差，并通過(guò)多次測(cè)量接收點(diǎn)與激發(fā)點(diǎn)的距離取平均值和多次讀取波傳播時(shí)間取平均值的方法，減小了和的測(cè)量和讀取誤差。通過(guò)對(duì)表面波波形的測(cè)量以及對(duì)表面波波速的數(shù)據(jù)分析，得出表面波波速為 2861.80 m/s，與理論表面波波速2880 m/s極為接近，相對(duì)誤差：

=（2880-2861.80）/2880*100%=

0.63% （2）

誤差分析表明，用激光超聲技術(shù)測(cè)量樣品的超聲表面波聲速具有較高的精度，能夠滿足工程及科學(xué)研究的要求。

4 結(jié)語(yǔ)

本實(shí)驗(yàn)采用自主研發(fā)的非接觸、高精度的激光超聲實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)脈沖激光在薄鋁板中激發(fā)的超聲表面波信號(hào)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：（1）本套實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)能夠很好地實(shí)現(xiàn)超聲表面波的激發(fā)并接收，且表面波波形具有典型的對(duì)心、雙極的特點(diǎn)。（2）利用激光超聲技術(shù)可以精確的測(cè)量出物體的表面波波速，實(shí)現(xiàn)完全非接觸、高精度的測(cè)量，激光超聲檢測(cè)技術(shù)在更深入的以表面波檢測(cè)為基礎(chǔ)的材料裂縫檢測(cè)、金屬焊接缺陷檢測(cè)等研究領(lǐng)域會(huì)有很好的應(yīng)用和發(fā)展前景。

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篇8

關(guān)鍵詞：物理實(shí)驗(yàn)；競(jìng)賽方案；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.423 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2013）25-0244-02

一、引言

物理實(shí)驗(yàn)課覆蓋面廣，具有豐富的實(shí)驗(yàn)思想、方法、手段，同時(shí)能提供綜合性很強(qiáng)的基本實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α⑻岣呖茖W(xué)素質(zhì)的重要基礎(chǔ)。它在培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、活躍的創(chuàng)新意識(shí)、理論聯(lián)系實(shí)際和適應(yīng)科技發(fā)展的綜合應(yīng)用能力等方面具有其它實(shí)踐類課程不可替代的作用。但是大多數(shù)院校把物理實(shí)驗(yàn)當(dāng)成一般的必修課程，按部就班地安排實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，批閱實(shí)驗(yàn)報(bào)告，最后根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)或加上部分考試成績(jī)給出課程的總評(píng)分?jǐn)?shù)。動(dòng)手能力好、思維活躍的學(xué)生的成績(jī)往往并不高，這就挫敗了他們的積極性，使他們最終失去興趣，敷衍了事。鑒于大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的重要作用，一些院校已經(jīng)在研究物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革方案，目的就是提高物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)課程的開設(shè)讓學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力、科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新精神、團(tuán)隊(duì)合作能力得到真正地提高。舉辦大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽的目的是為了激發(fā)學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的興趣和潛能，充分發(fā)揮學(xué)生的自主能動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)。只有制定合理的、符合學(xué)校實(shí)際情況的競(jìng)賽方案才能真正發(fā)揮物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽的作用。

二、國(guó)內(nèi)競(jìng)賽情況概要

全國(guó)大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽已經(jīng)于2010和2012年在中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心成功舉辦兩屆。競(jìng)賽命題分為基礎(chǔ)性物理實(shí)驗(yàn)和綜合性、研究性物理實(shí)驗(yàn)兩類。競(jìng)賽采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的形式進(jìn)行比賽。北京市大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽從2008年開始每年舉辦一屆，提前公布題目。競(jìng)賽設(shè)四個(gè)題目：第一題指定一個(gè)測(cè)量?jī)?nèi)容，要求參賽隊(duì)自己搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行測(cè)量；第二題為指定內(nèi)容的、有應(yīng)用價(jià)值的實(shí)驗(yàn)制作；第三題為學(xué)生在校期間完成的物理思想清晰，物理知識(shí)點(diǎn)明確的實(shí)驗(yàn)制作；第四題為學(xué)生在校期間完成的物理思想清晰、與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的科研論文和教學(xué)論文。廣東省大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)大賽已經(jīng)舉辦了十三屆，競(jìng)賽組委會(huì)提前公布指定競(jìng)賽題目，設(shè)基礎(chǔ)和應(yīng)用兩個(gè)題。全國(guó)還有很多省市，例如湖北省、江蘇省、浙江省、遼寧省等都在舉辦各省市的大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽。很多開設(shè)物理實(shí)驗(yàn)課程的高校都在舉辦自己學(xué)校的物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽或物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)能競(jìng)賽、物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)競(jìng)賽，名稱雖然有所不同，但競(jìng)賽命題形式不外乎兩種，一種是現(xiàn)場(chǎng)命題并操作實(shí)驗(yàn)，考察學(xué)生對(duì)不同物理實(shí)驗(yàn)手段理解掌握的水平和綜合分析應(yīng)用能力。另一種是提前指定競(jìng)賽題目或開放式命題，最終以作品的水平評(píng)定成績(jī)。

三、我校物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽情況介紹

（一）第一屆大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽

在2010年12月首屆全國(guó)大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽成功舉辦之際，校領(lǐng)導(dǎo)提議我校也應(yīng)該自己組織一個(gè)實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽，激發(fā)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣和熱情，提高實(shí)驗(yàn)室利用率，提高學(xué)生創(chuàng)新和協(xié)作能力。由于學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)十分重視，教務(wù)處召集學(xué)校相關(guān)職能部門和相關(guān)學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行協(xié)商，并在2011年4月底下發(fā)了關(guān)于舉辦我校首屆大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽的通知。首屆競(jìng)賽分為初賽、實(shí)驗(yàn)操作和答辯三個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行，報(bào)名與參賽均以組為單位，每組兩人。初賽以筆試形式考查報(bào)名選手的基本知識(shí)和基本實(shí)驗(yàn)技能。實(shí)驗(yàn)操作考察學(xué)生的動(dòng)手能力和靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力。考慮到是第一次舉辦競(jìng)賽，并參照我校現(xiàn)有儀器和條件，提出了以下幾個(gè)參考題目：頻率的測(cè)定和燒杯打擊樂(lè)的形成，太陽(yáng)能電池研究，自組邁克爾遜干涉儀研究空氣折射率，空間頻譜及空間濾波研究，全息照相的研究。選手也可以自選參賽題目。實(shí)驗(yàn)操作中要求兩名選手團(tuán)結(jié)協(xié)作，按照自己的設(shè)計(jì)方案在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成儀器調(diào)試、數(shù)據(jù)測(cè)量、提交報(bào)告。

來(lái)自7個(gè)二級(jí)學(xué)院的176組352名同學(xué)報(bào)名參加了首屆大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽。根據(jù)初賽成績(jī)選拔60組選手進(jìn)入實(shí)驗(yàn)階段。經(jīng)過(guò)兩天的緊張比賽，評(píng)委根據(jù)選手的設(shè)計(jì)思想、實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)后的報(bào)告總結(jié)綜合評(píng)分，選拔出30組選手成為本次競(jìng)賽的獲獎(jiǎng)選手。30組獲獎(jiǎng)選手中前14組參加了答辯，最終6組選手獲得一等獎(jiǎng)，8組選手獲得二等獎(jiǎng)，其他16組選手獲得三等獎(jiǎng)。

學(xué)生在競(jìng)賽過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的刻苦努力、堅(jiān)忍不拔、聰明睿智、大膽創(chuàng)新給我們留下了深刻印象。因?yàn)楸荣惼陂g也是學(xué)生功課最忙的一段時(shí)間，學(xué)生平時(shí)白天很少有時(shí)間，只能在周末、中午、晚上等課外時(shí)間查閱資料、制備材料、實(shí)驗(yàn)練習(xí)。有的學(xué)生從下午下課一直到晚上實(shí)驗(yàn)樓鎖門都在實(shí)驗(yàn)室鉆研，甚至帶著面包干糧到實(shí)驗(yàn)室。有些學(xué)生的想法非常新奇，具有大膽創(chuàng)新的思想，比如：有的同學(xué)利用聲速測(cè)量?jī)x上的壓電陶瓷換能器，測(cè)量燒杯的共振頻率；有的同學(xué)自己動(dòng)手制作太陽(yáng)能電池；有的同學(xué)應(yīng)用所學(xué)的馬律斯定律自制光強(qiáng)調(diào)節(jié)裝置；有的同學(xué)靈活運(yùn)用基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中學(xué)到的補(bǔ)償原理，測(cè)量太陽(yáng)能電池的電壓特性等等。

（二）第二屆大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽

總結(jié)第一屆競(jìng)賽的經(jīng)驗(yàn)，2012年我們又舉辦了第二屆大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽。1～4人組成一個(gè)參賽隊(duì)，報(bào)名同時(shí)提交物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽參賽申請(qǐng)報(bào)告。競(jìng)賽項(xiàng)目及要求：（1）利用簡(jiǎn)單材料設(shè)計(jì)制作靜電起電機(jī)，并演示與靜電有關(guān)的現(xiàn)象。（2）應(yīng)用物理原理進(jìn)行實(shí)驗(yàn)制作。要求作品具有創(chuàng)新性、有實(shí)用價(jià)值。（3）對(duì)物理實(shí)驗(yàn)中心現(xiàn)有儀器進(jìn)行改進(jìn)，使操作更加便捷、測(cè)量更加精確；對(duì)物理實(shí)驗(yàn)中心現(xiàn)有儀器進(jìn)行重新組合，開發(fā)新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，完成新的實(shí)驗(yàn)功能；基于物理實(shí)驗(yàn)中心現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，提出新的實(shí)驗(yàn)方法。

為了鼓勵(lì)和幫助參賽選手，物理實(shí)驗(yàn)中心專門設(shè)置了一個(gè)學(xué)生科技活動(dòng)室，并在學(xué)生科技活動(dòng)室準(zhǔn)備了各種元器件，各種工具原材料和實(shí)驗(yàn)中心多年來(lái)積攢的各種在物理實(shí)驗(yàn)課上不能成套利用的實(shí)驗(yàn)儀器，給參賽選手提供一個(gè)發(fā)揮潛能和創(chuàng)造力的空間，同時(shí)也營(yíng)造出節(jié)約創(chuàng)新的氛圍，推動(dòng)和促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)與發(fā)展。來(lái)自七個(gè)理工科學(xué)院的247名同學(xué)報(bào)名參加了第二屆物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽，經(jīng)過(guò)資料查閱、材料準(zhǔn)備、作品制作、反復(fù)實(shí)驗(yàn)不斷突破，選手們從暑假開始?xì)v經(jīng)將近半年時(shí)間最終完成各自參賽作品。根據(jù)初賽展示答辯結(jié)果，評(píng)出三等獎(jiǎng)10項(xiàng)，優(yōu)秀獎(jiǎng)20項(xiàng)。排名前六的選手進(jìn)入決賽，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步升級(jí)加工，六個(gè)隊(duì)伍又進(jìn)行一場(chǎng)決賽答辯。最后，白光干涉楊氏模量測(cè)量?jī)x和感應(yīng)起電機(jī)兩個(gè)作品憑借新穎的設(shè)計(jì)，大膽的創(chuàng)新獲得了一等獎(jiǎng)。另外四隊(duì)選手也表現(xiàn)出色獲得了二等獎(jiǎng)。競(jìng)賽過(guò)程中，涌現(xiàn)出一大批優(yōu)秀學(xué)生，有的學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、踏實(shí)努力；有的學(xué)生見解獨(dú)到、思路新異；有的學(xué)生熱愛科學(xué)、精益求精；有的學(xué)生樂(lè)觀向上、永不言棄。本屆競(jìng)賽學(xué)生制作了范式起電機(jī)、韋氏起電機(jī)、滴水起電機(jī)、新型楊氏模量測(cè)量?jī)x、斯特林空氣熱機(jī)、新型靜電場(chǎng)描繪儀、新型輸液報(bào)警器、靜電演示儀器、電磁演示儀器等十種作品。其中一等獎(jiǎng)選手的作品“白光干涉楊氏模量測(cè)量?jī)x”獲得了評(píng)委老師和學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)的一致認(rèn)可，并已在申請(qǐng)專利。

四、結(jié)語(yǔ)

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關(guān)鍵詞：既有建筑 檢測(cè)方法 綜述

1.國(guó)內(nèi)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)體系

經(jīng)過(guò)多年的研究和發(fā)展，我國(guó)房屋質(zhì)量檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)體系已基本形成。我國(guó)現(xiàn)行檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要包括四個(gè)層面：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方規(guī)程和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等。檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)按其內(nèi)容又可分為：全面檢測(cè)和專項(xiàng)技術(shù)。一般而言，全面檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定相對(duì)原則和籠統(tǒng)，對(duì)該領(lǐng)域所有檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行總結(jié)并作原則性規(guī)定，但其可操作性不強(qiáng)；專項(xiàng)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定相對(duì)專業(yè)，對(duì)某項(xiàng)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行全面細(xì)致的規(guī)定，可操作性較強(qiáng)。

2.現(xiàn)有檢測(cè)方法分類

現(xiàn)有檢測(cè)方法按檢測(cè)內(nèi)容可分為材料強(qiáng)度檢測(cè)、結(jié)構(gòu)體系檢測(cè)、構(gòu)造措施檢測(cè)、老化損傷檢測(cè)等，其中材料強(qiáng)度檢測(cè)是結(jié)構(gòu)檢測(cè)鑒定評(píng)估中最基本、最關(guān)鍵的內(nèi)容，材料強(qiáng)度無(wú)論對(duì)質(zhì)量問(wèn)題診斷、可靠性鑒定、舊房改造和抗震鑒定均是最重要的參數(shù)之一。材料強(qiáng)度檢測(cè)按其對(duì)主體結(jié)構(gòu)的破壞程度可分為無(wú)損檢測(cè)、微損檢測(cè)和破損檢測(cè)；按其材料類型可分為砌體檢測(cè)、木結(jié)構(gòu)檢測(cè)、混凝土檢測(cè)等[1]。

3.砌體檢測(cè)技術(shù)

我國(guó)擁有量大面廣的砌體結(jié)構(gòu)，墻體材料和砌筑砂漿種類繁多。磚塊和砂漿的材料性能與既有建筑的結(jié)構(gòu)性能密切相關(guān)，應(yīng)進(jìn)行既有砌體結(jié)構(gòu)適用檢測(cè)方法的研究，為其改造加固提供可靠的技術(shù)數(shù)據(jù)。

目前砌體、砂漿和磚的檢測(cè)方法較多，包括：貫入法、回彈法、原位軸壓法、原位單剪法、原位單磚雙剪法、扁頂法、推出法、筒壓法、砂漿片剪切法、點(diǎn)荷法、射釘法等[2]。但由于砌體和砂漿強(qiáng)度的離散性很大，各檢測(cè)方法的適用性存在明顯差異，各自得到的推定強(qiáng)度相差甚遠(yuǎn)，往往采用不同檢測(cè)方法檢測(cè)的結(jié)論完全不同。《砌體工程現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50315-2000)[2]對(duì)規(guī)范檢測(cè)方法、統(tǒng)一檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)起到了一定作用，但該規(guī)范推薦了十種方法，未作橫向比較，且該規(guī)程各種方法的適用范圍均有很大限制，難以適應(yīng)上海既有建筑的很多情況。上海市建筑科學(xué)研究院結(jié)合上海既有建筑的特點(diǎn)，選擇典型檢測(cè)方法進(jìn)行深入研究，改進(jìn)了貫入法和原位軸壓法的推定公式，并在原位單磚雙剪法基礎(chǔ)上提出了原位雙磚雙剪法[3~6]。

貫入法是一種非破損檢測(cè)方法，檢測(cè)位置和數(shù)量限制較少，可大范圍采用。貫入法可適用于目前最常用的水泥砂漿和混合砂漿檢測(cè)，適用的砂漿強(qiáng)度為0.4~16.0MPa。現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果表明，在對(duì)測(cè)強(qiáng)曲線進(jìn)行修正后，貫入法檢測(cè)結(jié)果與砂漿試塊強(qiáng)度檢驗(yàn)值吻合較好。但對(duì)于既有建筑檢測(cè)而言，貫入法存在如下缺陷：① 貫入法是一種以表面硬度推算砂漿強(qiáng)度的檢測(cè)方法，不能考慮砂漿表面硬化對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響；②貫入法檢測(cè)結(jié)果受砂漿約束條件的影響，而目前檢測(cè)方法無(wú)法考慮；③ 對(duì)于既有建筑普遍采用的粘土砂漿或粘土石灰砂漿，由于砂漿強(qiáng)度較低，且沒(méi)有相應(yīng)的測(cè)強(qiáng)曲線，因而不宜使用貫入法檢測(cè)其砂漿強(qiáng)度[4]。

原位軸壓法是現(xiàn)有砌體抗壓強(qiáng)度檢測(cè)方法中相對(duì)可靠的一種，對(duì)不同磚和不同砂漿的砌體均適用，但原強(qiáng)度換算系數(shù)計(jì)算公式應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)修改，可進(jìn)一步提高原位軸壓法的精度。原位軸壓法對(duì)既有建筑磚砌體還存在以下缺陷：① 原位軸壓法破損性較大，不宜大量采用，一般宜與其它檢測(cè)方法配合采用；② 原位軸壓法檢測(cè)磚墻的厚度有所限制，現(xiàn)有儀器僅限于檢測(cè)220~240mm厚磚墻的檢測(cè)，檢測(cè)其它厚度磚墻時(shí)應(yīng)對(duì)檢測(cè)儀器做適當(dāng)改造。通過(guò)適當(dāng)改進(jìn)可顯著提高原位軸壓法的檢測(cè)精度[5]。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《砌體工程現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50315-2000)[2]規(guī)定的原位單磚雙剪法是對(duì)單塊順磚進(jìn)行原位雙剪試驗(yàn)，確定砌體沿通縫截面抗剪強(qiáng)度的方法。原位單磚雙剪法適用于推定燒結(jié)普通磚砌體的抗剪強(qiáng)度，對(duì)測(cè)試位置要求較為嚴(yán)格。上海市建筑科學(xué)研究院在原位單磚雙剪法的基礎(chǔ)上提出了原位雙磚雙剪法，拓寬了原位單磚雙剪法的適用范圍，使原位雙剪法不僅適用于檢測(cè)240mm厚標(biāo)準(zhǔn)粘土磚，而且可用于八五粘土磚砌體的抗剪強(qiáng)度測(cè)試；且現(xiàn)場(chǎng)不是測(cè)試一塊順磚，而是測(cè)試相鄰兩塊順磚的抗剪強(qiáng)度。原位雙磚雙剪法的主要優(yōu)點(diǎn)包括：① 可部分消除荷載偏心影響，且可消除豎向灰縫飽滿度對(duì)抗剪強(qiáng)度的影響，這是與原位單磚雙剪法的最大不同；② 原位雙磚雙剪法的應(yīng)用范圍不受磚和砂漿類型的限制，可用于上海風(fēng)貌砌體建筑的檢測(cè)，使用范圍擴(kuò)大；③ 原位雙磚雙剪法與砌體抗剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法相似，但其周圍約束條件明顯好于砌體抗剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)，因此其檢測(cè)結(jié)果穩(wěn)定性和可靠性均優(yōu)于砌體抗剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)。同時(shí)，原位雙磚雙剪法也存在一定的局限性：原位雙剪法測(cè)試時(shí)兩條灰縫可能存在受力不同步現(xiàn)象，難以同時(shí)達(dá)到剪切峰值；在開鑿清理過(guò)程中難免對(duì)待測(cè)砌體有擾動(dòng)，且原位雙磚雙剪法的破損性較大，宜與其它檢測(cè)方法配合選用[6]。

4.木結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50344-2004)[1]把木結(jié)構(gòu)檢測(cè)內(nèi)容分為木材性能、木材缺陷、尺寸與偏差、連接與構(gòu)造、變形與損傷和防護(hù)措施等；木材性能的檢測(cè)可分為木材的力學(xué)性能、含水率、密度和干縮率等項(xiàng)目；木結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量檢測(cè)涉及的木材力學(xué)性能又分為抗彎強(qiáng)度、抗彎彈性模量、順紋抗剪強(qiáng)度、順紋抗壓強(qiáng)度等。

上海市標(biāo)準(zhǔn)《既有建筑物結(jié)構(gòu)檢測(cè)與評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(DG/TJ 08-804-2005)[6]規(guī)定優(yōu)先采用取樣法確定木材的力學(xué)性能；無(wú)法取樣且木材的材質(zhì)與外觀與同類木材有顯著差異時(shí)，可根據(jù)木材的材質(zhì)、樹種、材性和使用條件、使用部位、使用年限等情況進(jìn)行綜合分析，強(qiáng)度按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的相應(yīng)木材強(qiáng)度乘以折減系數(shù)0.6~0.8；木構(gòu)件疵病采用外觀檢查和量尺檢測(cè)；木構(gòu)件裂縫檢測(cè)包括裂縫寬度、長(zhǎng)度和走向，其中裂縫走向采用目測(cè)法，裂縫寬度采用目測(cè)、游標(biāo)卡尺、讀數(shù)顯微鏡或裂縫寬度檢測(cè)規(guī)進(jìn)行檢測(cè)，裂縫長(zhǎng)度采用卷尺測(cè)量；木構(gòu)件腐朽和蟲蛀采用外觀檢查或錘擊法檢測(cè)；木結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)的損傷采用外觀檢查或用量尺和探針進(jìn)行檢測(cè)。

以上規(guī)定的檢測(cè)方法主要以目測(cè)、敲擊和取樣為主，仍存在明顯不足。其中目測(cè)法和敲擊法的準(zhǔn)確性取決于檢測(cè)人員的經(jīng)驗(yàn)，量化較困難，常常存在較大的誤差。而傳統(tǒng)的取樣法通過(guò)采用后在材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行木材力學(xué)性能的測(cè)試，其檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)、穩(wěn)定性和重現(xiàn)性差，且取芯對(duì)木構(gòu)件受力性能有明顯不利影響。木構(gòu)件無(wú)損檢測(cè)方法可在不破壞木材的原有形狀、原有結(jié)構(gòu)和原有動(dòng)力狀態(tài)的前提下，利用現(xiàn)代的物理方法和手段快速測(cè)量出木材的力學(xué)性能和內(nèi)部缺陷。既有建筑中的木結(jié)構(gòu)檢測(cè)既要提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性，又要降低檢測(cè)對(duì)建筑的附加損傷。

木結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)包括：取樣法、目測(cè)法、錘擊法、鉆芯法、射釘法、超聲波法、電學(xué)方法、γ射線法、X射線法、微波檢測(cè)法、紅外線檢測(cè)法、機(jī)械應(yīng)力檢測(cè)法、聲發(fā)射檢測(cè)法、核磁共振法。由于木結(jié)構(gòu)檢測(cè)方法研究的相對(duì)滯后，現(xiàn)階段木結(jié)構(gòu)檢測(cè)仍以取樣、目測(cè)和錘擊等方法為主，其中取樣法為局部破損檢測(cè)法，對(duì)重要受力構(gòu)件不能采用；目測(cè)法和錘擊法為定性檢測(cè)方法，其檢測(cè)準(zhǔn)確性與檢測(cè)人員的經(jīng)驗(yàn)密切相關(guān)，其檢測(cè)結(jié)果難以用于對(duì)木結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量分析。各種檢測(cè)方法的基本情況如下[7]：

目測(cè)法目測(cè)法就是通過(guò)肉眼進(jìn)行觀察，可對(duì)木構(gòu)件性能進(jìn)行預(yù)判，對(duì)腐朽嚴(yán)重或蟲蛀嚴(yán)重的木構(gòu)件直接評(píng)估而無(wú)需采用其它檢測(cè)方法進(jìn)行檢測(cè)；也可對(duì)無(wú)損檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行判別和驗(yàn)證，保證其它無(wú)損檢測(cè)方法的準(zhǔn)確性。

微損檢測(cè)辦法一般情況下，常需采用儀器對(duì)木構(gòu)件的局部進(jìn)行微損檢測(cè)，由于微損檢測(cè)的影響程度和范圍均較小，其對(duì)木構(gòu)件宏觀力學(xué)性能的影響可忽略，一般也可認(rèn)為是無(wú)損檢測(cè)方法。微損檢測(cè)方法包括：錘擊法、鉆芯法和貫入法。錘擊法就是用錘子對(duì)木構(gòu)件檢測(cè)部位進(jìn)行敲擊，以判斷木構(gòu)件有無(wú)明顯的腐朽、空洞或蟲害；鉆芯法就是鉆取小型木芯樣來(lái)檢測(cè)木材內(nèi)部的腐朽；貫入法就是使用木材阻力測(cè)定儀（如IML阻抗圖波儀）測(cè)定木材內(nèi)部腐朽和空洞等。目前，我國(guó)規(guī)范規(guī)定的木構(gòu)件常用檢測(cè)方法主要是目測(cè)法和錘擊法。

聲波法聲波法是通過(guò)沖擊或施加應(yīng)力使其產(chǎn)生振動(dòng)，測(cè)定其聲波傳播速度或振動(dòng)波譜，并進(jìn)行分析的方法。對(duì)木構(gòu)件常用測(cè)定聲速來(lái)計(jì)算其動(dòng)彈性模量，可用于既有建筑木結(jié)構(gòu)的安全評(píng)價(jià)。當(dāng)木材發(fā)生腐朽或蟲蛀時(shí)，垂直于木材紋理方向的傳播速度急速增加。當(dāng)應(yīng)力波傳播速度增加30%，木材強(qiáng)度損失達(dá)50%；當(dāng)應(yīng)力波傳播速度增加50%時(shí)，木材即遭到了嚴(yán)重?fù)p害；橫向（徑向或弦向）是探測(cè)腐朽的最佳途徑。

機(jī)械應(yīng)力檢測(cè)法是采用機(jī)械方法施加恒定變形（或力）被測(cè)試材上，測(cè)得相應(yīng)的載荷（或變形），由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算出試材的彈性模量和抗彎強(qiáng)度，并可用于成材的在線應(yīng)力分析。

超聲（應(yīng)力）波法超聲波法分為穿透應(yīng)力波系統(tǒng)和脈沖-反應(yīng)系統(tǒng)。穿透應(yīng)力波系統(tǒng)是指超聲波沿被檢測(cè)木材的厚度方向傳播，而被檢測(cè)木材的聲波特性就在另一邊被記錄下來(lái)；而脈沖-反應(yīng)系統(tǒng)是指測(cè)定記錄被傳播到材料內(nèi)部表面的回聲波的特征，可以測(cè)定木材腐朽深度等。超聲波的頻率超過(guò)20kHz。

聲發(fā)射（AE）檢測(cè)法木質(zhì)材料受外力或內(nèi)力作用產(chǎn)生變形或斷裂時(shí)，會(huì)以彈性波的形式釋放出應(yīng)變能，利用電子儀器應(yīng)變能反映的聲發(fā)射信號(hào)并由此判斷木質(zhì)材料內(nèi)部的裂紋、缺陷、結(jié)構(gòu)變化、破壞先兆等材料的內(nèi)部動(dòng)態(tài)信息。

電學(xué)方法利用木材電阻和木材含水率的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，可以測(cè)定木材含水率。還可以利用木材電阻特征在現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)木材腐朽。

γ射線利用γ射線可以定量化探測(cè)木材內(nèi)部腐朽程度，也可以定量測(cè)定防腐劑痕量元素在木材中的分布。這種檢測(cè)方法的不利因素是要用到放射性元素。

X-射線這是實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn)線上常用的一種方法，主要用于檢測(cè)木材內(nèi)部腐朽、木材微密度測(cè)定、木材節(jié)疤等的檢測(cè)等，如常見的軟X射線木材微密度測(cè)定儀、X-射線木材缺陷檢測(cè)系統(tǒng)等。

微波檢測(cè)法利用微波在不同介質(zhì)中的傳播速度和衰減速度的不同，研究木材不同方向和不同部位的差異，常用透射、反射、定波和散射類儀器來(lái)檢測(cè)。

紅外線檢測(cè)法利用木材中的極性基團(tuán)或木材中的水分子對(duì)紅外光能量的吸收強(qiáng)弱來(lái)判斷該物質(zhì)的數(shù)量多少或疏密。

核磁共振法利用木質(zhì)材料內(nèi)部的極性分子或水分子對(duì)核磁共振光譜的吸收性質(zhì)形成核磁共振譜圖，或形成核磁共振光譜圖象，從而非破壞地觀察木質(zhì)材料內(nèi)部的結(jié)構(gòu)、缺陷或有價(jià)值的信息。

既有建筑中木構(gòu)件的檢測(cè)方法還需進(jìn)一步研發(fā)，以提高木結(jié)構(gòu)檢測(cè)方法的精度和科學(xué)性。

5.混凝土檢測(cè)技術(shù)

混凝土結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)包括：回彈法、超聲回彈法、鉆芯法、雷達(dá)法、微觀結(jié)構(gòu)分析法、鋼筋探測(cè)法、局部破損法、銹蝕電位法等。對(duì)于一般混凝土結(jié)構(gòu)，多采用回彈法或超聲回彈法進(jìn)行檢測(cè)，如既有建筑的混凝土齡期較長(zhǎng)或混凝土受到損傷，則應(yīng)采用鉆芯法進(jìn)行修正。

回彈法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度既有建筑混凝土回彈法檢測(cè)按中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》JGJ/T23-2001[8]執(zhí)行。在對(duì)既有建筑混凝土進(jìn)行回彈法測(cè)試時(shí)，每一結(jié)構(gòu)或構(gòu)件測(cè)區(qū)數(shù)不應(yīng)小于10個(gè)，對(duì)某一方向尺寸小于4.5m，且另一方向尺寸小于0.3m的構(gòu)件，其測(cè)區(qū)數(shù)量可適當(dāng)減少，但不應(yīng)少于5個(gè)。相鄰兩測(cè)區(qū)的間距應(yīng)控制在2m以內(nèi)，測(cè)區(qū)離構(gòu)件端部或施工縫邊緣的距離不宜大于0.5m，且不宜小于0.2m。每測(cè)區(qū)面積不大于200mm×200mm。測(cè)區(qū)應(yīng)選在使回彈儀處水平方向，檢測(cè)混凝土澆筑側(cè)面。當(dāng)不滿足這一要求時(shí)，方可選在使回彈儀處于非水平方向，檢測(cè)混凝土澆筑側(cè)面，表面或底面，計(jì)算數(shù)據(jù)時(shí)需修正。既有建筑重要的混凝土構(gòu)件及薄弱部位必須布置測(cè)區(qū)。

超聲-回彈綜合法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度既有建筑混凝土超聲－回彈綜合法按中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《超聲回彈綜合法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》(CECS 02:2005)[9]執(zhí)行，并需采用鉆芯試件作校核。超聲檢測(cè)儀在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)前，應(yīng)通電預(yù)熱，并須用標(biāo)準(zhǔn)棒進(jìn)行測(cè)定。既有建筑單個(gè)混凝土構(gòu)件檢測(cè)時(shí)，構(gòu)件上應(yīng)均勻布置不少于10個(gè)測(cè)區(qū)，對(duì)長(zhǎng)度小于或等于2m的構(gòu)件，其測(cè)區(qū)數(shù)量可適當(dāng)減少，但不應(yīng)少于5個(gè)。對(duì)同批構(gòu)件按批抽測(cè)時(shí)，構(gòu)件抽樣數(shù)不應(yīng)少于同批構(gòu)件數(shù)的30%，且不少于10件。由于既有建筑混凝土與制定測(cè)強(qiáng)曲線所用材料有較大差異時(shí)，須從結(jié)構(gòu)構(gòu)件測(cè)區(qū)內(nèi)鉆取混凝土芯樣進(jìn)行修正，試件數(shù)量不少于3個(gè)。

鉆芯法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度既有建筑混凝土鉆芯法根據(jù)中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《鉆芯法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》(CECS 03:2007) [10]執(zhí)行，而對(duì)于混凝土強(qiáng)度已衰減至C10以下時(shí)，不宜采用鉆芯法檢測(cè)。在檢測(cè)過(guò)程中，應(yīng)合理確定取芯的位置，并應(yīng)注意取芯后孔洞的及時(shí)填補(bǔ)。

6.結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)既有建筑砌體、木材和混凝土的檢測(cè)方法進(jìn)行了對(duì)比分析，在分析基礎(chǔ)上，提出如下建議：

1) 既有建筑特別是老化損傷明顯的歷史建筑砌體強(qiáng)度檢測(cè)應(yīng)優(yōu)先采用原位雙磚雙剪法，并應(yīng)與其它檢測(cè)方法配合使用。