TSP、地质雷达、红外探水在工程中的应用原理
地质雷达方法
地质雷达检测是利用高频电磁波以宽频带短脉冲的形式，其工作过程是由置于地面的发射天线发送入地下一高频电磁脉冲波(主频为数十兆赫至数百兆赫乃至千兆)，地层系统的结构层可以根据其电磁特性如介电常数来区分，当相邻的结构层材料的电磁特性不同时，就会在其界面间影响射频信号的传播，发生透射和反射。一部分电磁波能量被界面反射回来，另一部分能量会继续穿透界面进入下一层介质，电磁波在地层系统内传播的过程中，每遇到不同的结构层，就会在层间界面发生透射和反射，由于介质对电磁波信号有损耗作用，所以透射的雷达信号会越来越弱。探地雷达主要由天线、发射机、接收机、信号处理机和终端设备(计算机)等组成。
各界面反射电磁波由天线中的接收器接收并由主机记录，利用采样技术将其转化为数字信号进行处理。从测试结果剖面图得到从发射经地下界面反射回到接收天线的双程走时t。当地下介质的波速已知时，可根据测到的精确t值求得目标体的位置和埋深。这样，可对各测点进行快速连续的探测，并根据反射波组的波形与强度特征，通过数据处理得到地质雷达剖面图像。而通过多条测线的探测，则可了解场地目标体平面分布情况(如图2.2所示)。通过对电磁波反射信号(即回波信号)的时频特征、振幅特征、相位特征等进行分析，便能了解地层的特征信息(如介电常数、层厚、空洞等)。
红外探水仪
简介
地质体每时每刻都在由向外部发射红外能量，并形成红外辐射场。地质体由内向外发射红外辐射时，必然会把地质体内部的地质信息，以红外电磁场的形式传递出来。
当隧道前方和外围介质相对比较均匀，且不存在隐蔽灾害源时，沿隧道走向分别对顶板、底板、左边墙、右边墙向外进行探测，所获得的红外探测曲线，具有正常场特征。当隧道断面前方或隧道外围任一空间部位存在隐蔽灾害源时，隐蔽灾害源产生的灾害场就一定会迭加到正常场上，使正常场中的某一段曲线发生畸变，畸变段称作红外异常。红外探测就是根据红外异常来确定隐蔽灾害源的存在。隐蔽灾害源是指含水断层、含水溶洞、地下暗河。
HW－304型红外探测仪，是在303型的基础上向前迈进了一步，它可将探测场强数据储存在仪器内，用通讯电缆与微机连接后，可将探测数据直接传输至微机，实现快速准确成图。
用途
在复杂地质条件下，特别是岩溶发育地区，相对掘进隧道的隐伏水体或含水构造，除了出现在掘进前方之外，还可能出现在顶板上方、底板下方、两边墙外部。针对复杂水文地质特点，红外探测仪可实现全空间全方位探测。其具体地质预报内容如下：
1、通过超前探测可预报掘进前方30米范围内有无含水断层和溶洞。
2、通过对顶板上方探测，可确定隧道上方30米范围有无含水层或含水构造。
3、通过对底板下方探测，可了解下方有无含水构造，以预
防滞后突水。
4、分别向两边墙外部探测，了解30米范围内有无含水体或者含水断层，以预防含水断层在前方与隧道相交造成大突水。
使用环境条件：
温度：0℃——+40℃
湿度：应不大于80％。在潮湿环境工作不应超过8小时。
大气压力：（0.8－1.1）×105Pa。
无腐蚀性气体和强电磁场干扰。
技术参数：
瞄准方式：红色激光
电源：镍氢可充电电池
电源电压：1.2V×5
电流参数：
正常工作电流为 18mA
背景光电流为28mA
激光器电流为20mA
辐射场场强分辨率：H档 0.05 mw/cm2 ；m档 0.07 mw/cm2
液晶显示：LCD，带背景光照明仪器尺寸：180×88×34（mm）重量：350 g
超前地质预报在乌鞘岭特长隧道中的应用
隧道网 https://www.360docs.net/doc/6211245286.html,(2005-8-2) 来源：隧道网
摘要隧道超前地质预报是工程地球物理研究中疑难问题之一。具体阐述了TSP203超前地质预报系统的数据采集、数据处理解释结果以及工程实例的应用情况。
关键词隧道工程乌鞘岭特长隧道 TSP203超前地质预报系统工程实例
分类号 P 631.8，U 45 文献标识码A 文章编号 1000-6915(2004)增2-5140-07
1 引言
随着我国西部大开发的深入，在铁路、公路、水利等工程施工中往往要遇到一些埋深大、长度大的隧道。这些隧道工程在设计阶段有关地质资料多在地表获得，而由于受工程地质条件和水文地质条件复杂多变性和目前勘察技术水平的影响，要想在施工前查明隧道围岩和其周围不良地质体(断层、破碎带、溶洞、暗河、软弱地层等)所处状态，特别是要准确查明隧道施工中可能发生的地质灾害的位置、规模和性质是十分困难的。而由于地质灾害的可能存在，仅靠施工揭露后再进行处理的办法，带有很大的盲目性，常常发生各种突发事故，造成投资增加、资源浪费、人员和施工设备的损害、工期延误等诸多问题。因此，采用科学的、先进的隧道超前地质预报方法来准确地预测预报隧道开挖工作面前方岩体及其状态，减少隧道施工的盲目性一直是国内外隧道施工和地质工作的重要研究课题。
目前，国内外超前地质预报的方法有许多，总体上分直接法和间接法2种。直接法采用导坑、超前钻探等手段；间接法采用FSP法、负速度法、高频地震反射法、水平声波剖面法、地质雷达等物探方法。直接法涉及昂贵的费用和较长的预报时间；间接法采用物探手段，具有施工快捷、预报结果及时、费用低廉等特点，是今后地质预报的发展方向。通过对上述各种方法的比较，从其使用效果、预报成本、可操作性等方面综合考虑，瑞士Amberg公司研制的TSP203超前地质预报系统(图1)具有一定的优势。该系统具有超前地质预报距离长、准确度高、成本低、提交资料及时等优点，该系统已逐步在很多长大隧道中发挥了较好的作用。
图1 TSP203超前地质预报系统组成图
2 工程概况
2.1 概况
乌鞘岭特长隧道是兰新铁路兰州一武威南段增建第2线的重点控制工期工程。其位于兰新线兰武段打柴沟车站与龙沟车站之间，设计为2座单线隧道，左右线隧道长20 050 m，除隧道出口段线路位
于半径为1 200 m曲线上、左右线缓和曲线伸入隧道68.84及127.29 m外，隧道其余地段均位于直线上，线间距40 m；2座隧道纵坡相同，主要为11‰的单面下坡，右线隧道较左线隧道高0.56～0.73 m；隧道洞身最大埋深1100 m左右。中铁十二局集团承担5#斜井2 182.35 m，7#斜井3 361.97 m，5#竖井466.6 m及YDK169+700～YDKl71+350，YDKl72+1 00～YDK172+463段正洞，DK171+350～DK172+463段平导施工任务。
2.2 工程地质条件
乌鞘岭隧道被称为“地质博物馆”，其施工过程就是同地质灾害作斗争的过程。
2.2.1 地层岩性
本段地层岩性复杂，沉积岩、火成岩、变质岩3大岩类均有，但以沉积岩为主，其分布主要受区域断裂构造控制。区内出露的地层主要有第四系、第三系、白垩系及三叠系沉积岩，志留系、奥陶系变质岩，并伴有加里东晚期闪长岩侵入体。
2.2.2 地质构造
褶皱构造在本区较为发育，褶皱形态复杂，据其形成时代和所处的构造部位不同，由南向北划分为加里东期和海西～印支期2个褶皱构造带；区内断裂构造发育，主要为区域性大断裂，走向基本为北西向，压性～压扭性，具有深切割、延伸长、规模大的特点，破碎带一般较宽，断裂带内物质主要为碎裂岩、断层角砾。本标段内断层由南向北依次分布如下：
(1) 毛山南缘断层(F4)：为逆断层，延伸长度80 km，断层走向近东西向，倾向北，倾角40°～60°，断层带物质主要由断层泥砾、碎裂岩组成，松散破碎，破碎带出露宽度200～500 m。
(2) 大柳树一黑马圈河断层(F5)：为逆断层，延伸长度60 km，断层走向北西西向，倾向南，倾角70°左右，断层带物质主要由断层泥砾、碎裂岩组成，松散破碎，破碎带出露宽度80～260 m。
(3) 毛毛山岭中断层(F6)：为逆断层，延伸长度48 km，断层走向北西西向，倾向北，倾角80°左右，断层带物质主要由断层泥砾、碎裂岩组成，松散破碎，破碎带出露宽度40～80 m。
2.2.3 可能的地质灾害
隧道最大埋深在1 100 m左右，地应力值较高；岭脊为坚硬的闪长岩，Ⅲ～Ⅳ类同岩占80％左右；洞身通过断层破碎带的长度约1 400 m；岩性为砂、页岩夹煤层，软硬不均，存在小褶皱、节理密集带，工程地质条件复杂。施工中极度可能出现突泥、涌水、围岩失稳、岩爆、高地温、瓦斯等地质灾害。
2.3 水文地质条件
5#斜井范围地表水、地下水均不发育，但正洞穿过F4，F5断层及其影响带，有突然涌水的可能；7#斜井范围地下水主要为基岩裂隙水。其中，志留系下统板岩夹千枚岩及F6断层破碎带，地下水较丰富，属中等富水区：三叠系上统砂岩夹页岩段地下水较发育，为弱富水区；加里东晚期闪长岩段地下水不发育，为贫水区。3 TSP203超前地质预报系统流程TSP203超前地质预报系统流程见图2。
图2 TSP203超前地质预报系统流程图
4 TSP203超前地质预报系统工作原理、工作方法
4.1 工作原理
TSP203超前地质预报系统工作原理见图3。TSP203超前地质预报系统，是由瑞士Amberg测量技术公司开发应用于隧道超前预报的先进技术，其工作原理是利用隧道反射地震波法，即由人工弱爆破产生的地震波在隧道中的岩体内传播，当遇到地质界面时(如断层、破碎带等)，一部分地震波被反射回来，即反射波经过一段时间后到达接收传感器，再通过接收传感器被记录仪所接收，然后经专门的分析软件进行处理，就得到清晰的反射波图像，反射界面两侧的岩性差异越大，反射回来的信号就越强。由于从产生地震波到反射信号被接收这段时间是与反射界面的位置、反射信号的强弱与反射界面的性质、产状有密切关系，因此，通过对反射波性质的分析可以推断反射界面的性质。
图3 TSP203超前地质预报系统工作原理图
TSP203超前地质预报系统使用的是非常灵敏的三分量传感器(图1中④)，它可以接收来白掌子面前方和四周很远的地震反射波。因此，处理方法有独到之处，该方法在欧洲、亚洲有广泛的应用，该系统预报距离远、预报范围大。一般情况下，TSP203超前地质预报系统可以预报100～250 m，在地质条件较好时，甚至可以预报更长的距离。
4.2 工作方法
图4 TSP203超前地质系统的现场测试示意图
TSP203超前地质预报系统的现场测试示意图见图4。TSP203超前地质预报系统的原始数据采集是由一个三分量接收器承担，接收器孔布置在隧道两侧各1个，使用φ45 mm钻头，钻孔深度为2m，钻孔倾角为向上5°；爆破孔布置在隧道任何一侧岩壁上，使用φ38 mm钻头，钻孔深度为1.2～1.6 m，钻孔向下倾斜10±5°。爆破孔等间距(间距1.5 m)布置在与接收点为1条平行于隧道轴线的直线上。在数据采集前，钻孔、接收传感器(图1中⑩)套管的安装、以及接受器孔和爆破孔倾角、倾向和三维坐标测量要先期完成，由于这些准备工作不干扰正常施工，可与隧道施工平行作业。当正式爆破采集数据时，洞内一切施工必须停止，以确保采集到的数据尽可能少地受外界噪声的干扰。在数据采集时，相互间配合要做好，一般情况下数据采集时间可以控制在50 min内。
5 TSP203超前地质预报的实施
5.1 数据处理
数据处理结果见图5和6。数据处理用专门处理软件对隧道内采集到的原始资料不采用走时曲线分析方法，而是采用深度偏移成像方法。偏移成像方法偏移成像之前进行二维Radn变换，利用视速的差异，消除与隧道走向近乎平行的反射界面。该方法对纵横P，SV，SH分别进行处理，可提供反映掌子面前方结构的剖面及各种地震岩性参数。在进行数据处理以前，应将描述隧道轮廓的参数、各孔的三维坐标、各炮孔装药量等数据输入处理软件中，数据处理共需11步，其流程见图7。
5.2 数据解释
TSP203超前地质预报系统，经过数据处理以后，提供了20个反射界面的空间位置，包括各反射界面距基准点的距离、与隧道轴线的夹角、各反射面处的岩性参数(包括波速、密度、泊松比、动静态弹性模量、纵横波速比等)以及各反射面在隧道中的二维、三维图像。
图5 7#斜井(1+256～1+403段)2D图
图6 7#斜井(1+256～l+403段)3D图
图7 数据处理流程图
经过数据处理后，提供的直接成果仅仅描述了围岩性质可能发生变化的位置及各反射界面围岩的物理性质、类别。因此，根据各反射界面的岩性参数、产状以及各步解释后的隐含信息，推断围岩的岩性以及可能存在的不良地质段的性质是数据解释的难点和重点。在TSP203超前地质预报实践中，要不断总结和积累经验，提高解释技术人员地质知识(特别是工程地质力学的知识)和野外、洞内地质工作的基本功。同时，还需要认真参考设计勘察地质资料，紧密结合现场的地质情况。
6 工程实例
在2003年11月18日对7#斜井l+256～1+403段做了一次超前地质预报，其成果与实际开挖情况对比结果见表1。对比结果显示，此次预报掌子面前方100～150 m范围内地质情况与实际情况基本吻合，为前方施工起到了指导作用，减少了施工的盲目性。
本次预报中，1+388～1+397段为重点预报段，主要表现为开挖后右侧拱顶向下1 m位置有股状水涌出，其判断过程如下：
(1) 从图5中可以看出，此地段反射面(节理面)非常多，从图6中也同样可以证实此观点，说明此地段节理相当发育，岩体整体性差。
(2) 从表2岩体力学参数中可以看出：此地段岩体P波波速低，说明此地段中存在液体或空隙率较大；此地段泊松比非常高，说明此地段有液体存在。
7 结束语
7.1 超前地质预报与施工
表1 TSP203超前地质预报与实际开挖地质情况对比表
表2 7#斜井(1+256～1+403段)岩体力学参数
TSP203超前地质预报的主要任务是为隧道施工提供掌子面前方100～250 m范围内的地质情况，使隧道施工者对掌子面前方地质体，尤其是不良地质体做到心中有数，提前作出应对方案。经过19次的现场实践证明，花50 min的时间来判断掌子面前方100 m左右范围内的地质情况是值得的，这种方法在乌鞘岭隧道的施工中被广泛应用。
7.2 超前地质预报费用
乌鞘岭隧道经常出现涌水、突泥及断层破碎带等不良地质情况，地质条件相当复杂，超前地质工作尤为重要，其意义不同于一般的工作。除了为动态设计提供依据外，更主要的是避免地质灾害的发生。每做一次TSP203超前地质预报的费用合计约6 000元，与处理塌体延长工期费用相比，工程成本大大降低。
7.3 关于TSP203超前地质预报成果的看法
(1) 转变观念，机器不是万能的，主要靠人。
地质预报的精确度是从不太准确到判断准确的过程，只有重视了地质体的变化，对预报成果作出准确的判断，并在实践中用所得的成果与现场揭露的围岩进行对比、分析、查证，才能逐步提升预报水平。
(2) 采取宁多勿漏的原则。
TSP203超前地质预报系统对反射面相当敏感，基本上可以揭露存在的所有反射面，但在预测成果中出现的不良地质体，在实际开挖后，可能会不存在。因此，TSP203超前地质预报工作除了加强物探方法的预报频度外，辅以超前水平钻探是必要的，只有多种方法相结合，才可以较准确地探明前方掌子面的不良地质情况。
7.4 建议
对于象乌鞘岭隧道这样地质条件复杂多变的情况，建议采用以TSP203超前地质预报系统作为长距离宏观控制手段，以红外探水纳入地质素描作为日常手段，同时以地质雷达、HSP作为补充，加强超前水平钻孔和地质综合分析的综合地质预报系统，只有这样，才能对前方地质情况起到准确预报。
(上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200030)(中铁十二局集团有限公司太原030032)
(邓尤东)
地质雷达 原理
地质雷达是目前分辨率最高的工程地球物理方法，在工程质量检测、场地勘察中被广泛采用，近年来也被用于隧道超前地质预报工作。地质雷达能发现掌子面前方地层的变化，对于断裂带特别是含水带、破碎带有较高的识别能力。在深埋隧道和富水地层以及溶洞发育地区，地质雷达是一个很好的预报手段。 1、基本原理 探地雷达是一种用于确定地下介质分布情况的高频电磁技术，基于地下介质的电性差异，探地雷达通过一个天线发射高频电磁波，另一个天线接收地下介质反射的电磁波，并对接收到的信号进行处理、分析、解译。其详细工作过程是：由置于地面的天线向地下发射一高频电磁脉冲，当其在地下传播过程中遇到不同电性（主要是相对介电常数）界面时，电磁波一部分发生折射透过界面继续传播，另一部分发生反射折向地面，被接收天线接收，并由主机记录，在更深处的界面，电磁波同样发生反射与折射，直到能量被完全吸收为止。反射波从被发射天线发射到被接收天线接收的时间称为双程走时t，当求得地下介质的波速时，可根据测到的精确t值折半乘以波速求得目标体的位置或埋深，同时结合各反射波组的波幅与频率特征可以得到探地雷达的波形图像，从而了解场地内目标体的分布情况。
一般，岩体、混凝土等的物质的相对介电常数为4—8，空气相对介电常数为1，而水体的相对介电常数高达81，差异较大，如在探测范围内存在水体、溶洞、断层破碎带，则会在雷达波形图中形成强烈的反射波信号，再经后期处理，能够得到较为清晰的波形异常图。 在众多地质超前预报手段中，使用探地雷达预报属于短期预报手段，预报距离与围岩电性参数、测试环境干扰强弱有关。一般，探地雷达预报距离在15~35米。 2、探地雷达在勘查中的基本参数 ①数电磁脉冲波旅行时
双鉴红外探测器工作原理
微波—被动红外复合的探测器，它将微波和红外探测技术集中运用在一体。在控制范围内，只有二种报警技术的探测器都产生报警信号时，才输出报警信号。它既能保持微波探测器可靠性强、与热源无关的优点又集被动红外探测器无需照明和亮度要求、可昼夜运行的特点，大大降低探测器的误报率。这种复合型报警探测器的误报率则是单技术微波报警器误报率的几百分之一。简单的说，就是把被动红外探测器和微波探测器做在了一起，主要是提高探测性能，减少误报。除此之外，市场上也有把微波和主动红外、振动探测器、声音探测器等组合的产品，大家可参考说明书了解。 被动红外探测技术是一探测人体红外辐射与背景物体（墙、家具、树木、地形等）红外辐射相比较而产生的差异部分依据的，背景红外辐射量往往是微弱而稳定的。入侵者（包括各种动物在内）的红外辐射量往往是大的，可以引起警报信号。如果只用一种技术进行探测，各种动物（如狗、猫、老鼠等）及各种非动物的红外辐射源（如暖气、强灯光、太阳光等）往往也会引起警报的，这种报警是符合工作原理的，专门从事双技术探测器研究的科研人员，将微波探测技术和被动红外探测技术组合在一个机壳里构成一种入侵探测器。组成的这种双技术探测器，都选用了不同的工作原理的两种技术组合在一起，使从工作原理上无法避免的误报警的到了抑制。因为双技术探测器要求两种技术都提供报警信息时，才提供一个触发报警信息。其中任何一种提供报警信息，都不触发报警。因此使误报问题得到有效的控制，同时也扩大了探测器的使用范围 微波红外复合探测器的内部结构 下图中是一款有线红外微波复合探测器，其中最上端部分为信号接收、信号处理、信号输出部分；中间为微波探测，下端为红外探测；
红外吸收光谱(IR)的基本原理及应用
红外吸收光谱（IR）的基本原理及应用 基本原理 当红外光照射物质分子时，其具有的能量引起振动能级和转动能级的跃迁，不同的分子和基团具有不同的振动，根据分子的特征吸收可以鉴定化合物和分子的结构。 利用红外光谱对物质分子进行的分析和鉴定。将一束不同波长的红外射线照射到物质的分子上，某些特定波长的红外射线被吸收，形成这一分子的红外吸收光谱。每种分子都有由其组成和结构决定的独有的红外吸收光谱，据此可以对分子进行结构分析和鉴定。 红外吸收光谱是由分子不停地作振动和转动运动而产生的，分子振动是指分子中各原子在平衡位置附近作相对运动，多原子分子可组成多种振动图形。当分子中各原子以同一频率、同一相位在平衡位置附近作简谐振动时，这种振动方式称简正振动（例如伸缩振动和变角振动）。 分子振动的能量与红外射线的光量子能量正好对应，因此当分子的振动状态改变时，就可以发射红外光谱，也可以因红外辐射激发分子而振动而产生红外吸收光谱。 分子的振动和转动的能量不是连续而是量子化的。但由于在分子的振动跃迁过程中也常常伴随转动跃迁，使振动光谱呈带状。所以分子的红外光谱属带状光谱。分子越大，红外谱带也越多。 红外光谱的应用 （一）化合物的鉴定 用红外光谱鉴定化合物，其优点是简便、迅速和可靠；同时样品用量少、可回收；对样品也无特殊要求，无论气体、固体和液体均可以进行检测。有关化合物的鉴定包括下列几种： 1、鉴别化合物的异同 某个化合物的红外光谱图同熔点、沸点、折射率和比旋度等物理常数一样是该化合物的一种特征。尤其是有机化合物的红外光谱吸收峰多达20个以上，如同人的指纹一样彼此各不相同，因此用它鉴别化合物的异同，可靠性比其它物理手段强。如果二个样品在相同的条件下测得的光谱完全一致，就可以确认它们是
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红外探测器原理 安防2007-10-16 10:17:07 阅读888 评论3 字号：大中小订阅 被动红外探测器 凡是温度超过绝对0℃的物体都能产生热辐射，而温度低于1725℃的物体产生的热辐射光谱集中在红外光区域，因此自然界的所有物体都能向外辐射红外热。而任 何物体由于本身的物理和化学性质的不同、本身温度不同所产生的红外辐射的波 长和距离也不尽相同，通常分为三个波段。 近红外：波长范围0.75～3μm 中红外：波长范围3～25μm 远红外：波长范围25～1000μm 人体辐射的红外光波长3～50μm，其中8～14μm占46%，峰值波长在9.5μm。㈠被动红外报警探测器 在室温条件下，任何物品均有辐射。温度越高的物体，红外辐射越强。人是恒温动物，红外辐射也最为稳定。我们之所以称为被动红外，即探测器本身不发 射任何能量而只被动接收、探测来自环境的红外辐射。探测器安装后数秒种已适 应环境，在无人或动物进入探测区域时，现场的红外辐射稳定不变，一旦有人体 红外线辐射进来，经光学系统聚焦就使热释电器件产生突变电信号，而发出警报 。被动红外入侵探测器形成的警戒线一般可以达到数十米。 被动式红外探测器主要由光学系统、热传感器（或称为红外传感器）及报警 控制器等部分组成。其核心是不见是红外探测器件，通过关学系统的配合作用可 以探测到某个立体防范空间内的热辐射的变化。红外传感器的探测波长范围是8～14μm，人体辐射的红外峰值波长约为10μm，正好在范围以内． 被动式红外探测器（Passive Infared Detector，PIR）根据其结构不同、警 戒范围及探测距离也有所不同，大致可以分为单波束型和多波束型两种。单波束PIR采用反射聚焦式光学系统，利用曲面反射镜将来自目标的红外辐射汇聚在红外传感器上。这种方式的探测器境界视场角较窄，一般在5°以下，但作用距离较远，可长达百米。因此又称为直线远距离控制型被动红探测器，适合保护狭长的走廊、通道以及封锁门窗和围墙。多波束型采用透镜聚焦式光学系统，目前大都采 用红外塑料透镜——多层光束结构的菲涅尔透镜。这种透镜是用特殊塑料一次成
红外光谱的原理及应用
红外光谱的原理及应用 (一)红外吸收光谱的定义及产生 分子的振动能量比转动能量大，当发生振动能级跃迁时，不可避免地伴随有转动能级的跃迁，所以无法测量纯粹的振动光谱，而只能得到分子的振动-转动光谱，这种光谱称为红外吸收光谱 红外吸收光谱也是一种分子吸收光谱。当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收了某些频率的辐射，并由其振动或转动运动引起偶极矩的净变化，产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁,使相应于这些吸收区域的透射光强度减弱。记录红外光的百分透射比与波数或波长关系曲线，就得到红外光谱 （二）基本原理 1产生红外吸收的条件 (1)分子振动时，必须伴随有瞬时偶极矩的变化。对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。如：N2、O2、Cl2 等。非对称分子：有偶极矩，红外活性。 (2)只有当照射分子的红外辐射的频率与分子某种振动方式的频率相同时，分子吸收能量后，从基态振动能级跃迁到较高能量的振动能级，从而在图谱上出现相应的吸收带。 2分子的振动类型 伸缩振动：键长变动，包括对称与非对称伸缩振动 弯曲振动：键角变动，包括剪式振动、平面摇摆、非平面摇摆、扭曲振动 3几个术语 基频峰：由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰，基频峰； 倍频峰：由基态直接跃迁到第二激发态，产生一个弱的吸收峰，倍频峰； 组频：如果分子吸收一个红外光子，同时激发了基频分别为v1和v2的两种跃迁，此时所产生的吸收频率应该等于上述两种跃迁的吸收频率之和，故称组频。 特征峰：凡是能用于鉴定官能团存在的吸收峰，相应频率成为特征频率。 相关峰：相互可以依存而又相互可以佐证的吸收峰称为相关峰 4影响基团吸收频率的因素 （1 外部条件对吸收峰位置的影响：物态效应、溶剂效应 （2分子结构对基团吸收谱带的影响： 诱导效应：通常吸电子基团使邻近基团吸收波数升高，给电子基团使波数降低。 共轭效应：基团与吸电子基团共轭，使基团键力常数增加，因此基团吸收频率升高，基团与给电子基团共轭，使基团键力常数减小，因此基团吸收频率降低。 当同时存在诱导效应和共轭效应，若两者作用一致，则两个作用互相加强，不一致，取决于作用强的作用。 （3）偶极场效应：互相靠近的基团之间通过空间起作用。 （4）张力效应：环外双键的伸缩振动波数随环减小其波数越高。 （5）氢键效应：氢键的形成使伸缩振动波数移向低波数，吸收强度增强 （6）位阻效应：共轭因位阻效应受限，基团吸收接近正常值。 （7）振动耦合，（8）互变异构的影响 （三）红外吸收光谱法的解析 红外光谱一般解析步骤 1. 检查光谱图是否符合要求; 2. 了解样品来源、样品的理化性质、其他分析的数据、样品重结晶溶剂及纯度; 3. 排除可能的―假谱带‖; 4. 若可以根据其他分析数据写出分子式，则应先算出分子的不饱和度U
地质雷达
地质雷达在隧道超前地质预报中的应用 摘要：本文简要介绍了地质雷达基本原理及其探测深度、精度，并结合实例阐述了地质雷达的工程应用。 关键词：地质雷达；隧道超前地质预报；掌子面 引言 目前，我国修建大量穿越山岭的特长隧道。由于这些隧道大都处于地下各种复杂的水文地质、工程地质岩体中。为了摸清和预知周围的水文地质和工程地质条件，隧道地质超前预报显示出越来越重要的作用。在隧道开挖掘进过程中，提前发现隧道前方的地质变化，为施工提供较为准确的地质资料，及时调整施工工艺，减少和预防工程事故的发生非常重要。一、地质雷达基本原理及探测深度、精度 地质雷达( Ground Penetrating Radar, 简称GPR, 也称探地雷达) 是利用超高频(106Hz～109Hz)电磁脉冲波的反射探测地下目的体分布形态及特征的一种地球物理勘探方法。发射天线( T) 将信号送入地下，遇到地层界面或目的体反射后回到地面再由接收天线( R) 接收电磁波的反射信号，通过对电磁波反射信号的时域特征和振幅特征进行分析来了解地层或目的体特征(见图1)
图1 地质雷达反射探测原理图 根据波动理论，电磁波的波动方程为： P = │P│e-j（αx-αr）﹒e-βr（1）（1）式中第二个指数-βr是一个与时间无关的项，它表示电磁波在空间各点的场值随着离场源的距离增大而减小，β为吸收系数。式中第一个指数幂中αr表示电磁波传播时的相位项，α为相位系数，与电磁波传播速度V的关系为： V = ω/α（2）当电磁波的频率极高时，上式可简略为： V = c/ε1/2（3）式中c为电磁波在真空中的传播速度；ε为介质的相对介电常
各种探测器介绍说明资料讲解
报警系统由哪几部分组成？ 简单的报警系统由前端探测器、中间传输部分和报警主机组成。大一些的系统也可将探测器和报警主机看做是前端部分，从报警主机到接警机之间是传输部分，中心接警部分看做是后端部分。 报警系统按信息传输方式不同，可分哪几种？ 按信息传输方式不同，从探测器到主机之间可分为有线和无线2种。从主机到中心接警机之间也可分为有线和无线2种，其中有线系统还可分为基于电话线传输和基于总线传输2种类型。 探测器分为哪几种类型？市面上常见的有哪些类型？ 红外、微波、震动、烟感、气感、玻璃破碎、压力、超声波等等。其中红外探测器还可分为主动红外和被动红外，烟感还可分为离子式和光电式。市面上常见的有红外探测器（被动红外）、对射、栅栏（主动红外）、双鉴探测器、震动探测器、玻璃破碎探测器。 主动红外探测器的工作原理？ 主动红外探测器由红外发射器和红外接收器组成。红外发射器发射一束或多数经过调制过的红外光线投向红外接收器。发射器与接收器之间没有遮挡物时，探测器不会报警。有物体遮挡时，接收器输出信号发生变化，探测器报警。 被动红外探测器工作原理？ 被动红外探测器中有2个关键性元件，一个是菲涅尔透镜，另一个是热释电传感器。自然界中任何高于绝对温度（-273o）的物体都会产生红外辐射，不同温度的物体释放的红外能量波长也不同。人体有恒定的体温，与周围环境温度存在差别。当人体移动时，这种差别的变化通过菲涅尔透镜被热释电传感器检测到，从而输出报警信号。 微波探测器工作原理？ 微波探测器应用的是多普勒效应原理。在微波段，当以一种频率发送时，发射出去的微波遇到固定物体时，反射回来的微波频率不变，即f发=f收，探测器不会发出报警信号。当发射出去的微波遇到移动物体时，反射回来的微波频率就会发生变化，即f发≠f收，此时微波探测器将发出报警信号。 什么是双元红外探测器？什么是四元红外探测器？
双鉴探测器的原理及应用
双鉴探测器的原理及应用 所谓双鉴探测器，是指将两种不同技术原理的探测器整合成一体，当两种探测器都报警时才发出报警的装置。该类探测器是入侵探测器的一种，它兼具两种探测器的优点，误报警率显著降低。 目前，市面主流的双鉴探测器是用微波（或超声波）和被动红外等两种技术复合的探测器。本文介绍双鉴探测器的原理，探讨了导致失效或误报警的原因。 1 原理概述 1.1 微波（或超声波）探测的原理 微波探测是利用“多普勒效应”实现目标探测。 1）多普勒效应 1842年，奥地利科学家多普勒发现：当声音、光和无线电波等振动源相对于观测者运动时，观测者所收到的振动频率与振动源所发出的频率有所不同。这种效应被称为“多普勒效应”。 由“多普勒效应”引起的频率变化叫做“多普勒频移”，它与相对速度成正比、与振动的频率成反比，这被称为多普勒原理。 2）微波（或超声波）探测的原理 微波探测的原理是，探测器持续发射微波，并接收发射回来的微波信号。当探测区有目标移动时，利用多普勒原理，即可实现目标探测。 微波探测器的灵敏度取决于： ●目标的移动速度； ●目标的外形大小； ●目标发射能力； ●目标与探测器之间的距离 微波探测器会根据频率改变的大小来产生相应强度的探测信号。一般来说，探测灵敏度取决于目标的外形大小以及与探测器的距离。目标越大，距离越短，探测灵敏度就越高。 图1 微波探测器的原理效果
1.2 PIR（被动红外探测）的原理 被动红外探测简称为PIR（Passive Infrared Detection），是利用红外辐射特性，感应移动物体与背景物体的温度差异，从而实现目标探测。在移动物进入探测区域前，现场红外辐射稳定不变，一旦有移动物体进入，则会通过光学系统，将红外线辐射聚到热释电红外传感器上，使其输出比前期更强的电信号，而发出警报。 1）红外辐射特性 任何物体，其自身温度只要高于绝对零度（即0K，或-273.15℃），就会不停地产生热辐射，而温度低于1725°C的物体产生的热辐射光谱集中在红外光区域。不同温度的物体，其释放的红外能量的波长是不一样的，因此，红外波长与温度的高低是相关的。 由于物体本身的物理和化学性质的不同、本身温度不同所产生的红外辐射的波长和距离也不尽相同，通常分为三个波段。 ●近红外（波长范围0.75μm～3μm） ●中红外（波长范围3μm～25μm） ●远红外（波长范围25μm～1000μm） 2）人体的红外辐射特征 在室温条件下，任何物品均有辐射。温度越高的物体，红外辐射越强。人是恒温动物，红外辐射也最为稳定。 人体辐射的红外光，其波长在3μm～50μm范围内，其中8μm～14μm占46%，峰值波长在9.5μm。 3）被动红外探测的工作原理 公元前300年，人们就发现热释电效应。所谓热释电效应，是指晶体随温度的变化，而在晶体表面产生电荷聚集的物理现象，并且该种材料自发极化的强度随温度的变化而变化。 关于热释电效应的最早记录，是电气石吸引小物体。热释电的现代名称是英国物理学家D.布儒斯特在1824年引入的。 被动红外探测（PIR）主要有热释电红外传感器和光学系统等两个关键元件。 ●热释电红外传感器：可以将波长为8μm～12μm之间的红外信号变化转变为电信号，对其 他波长的白光信号具有抑制作用。而人体辐射正好在这个范围内，可以较好地识别出人。 ●光学系统一般有反射镜和菲涅尔透镜等两种。其中，菲涅尔透镜有两个作用。一是聚焦作 用，将红外信号折射（反射）在热释电红外传感器上；二是将警戒区内分为若干个明区和暗区，使进入警戒区的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号，这 样PIR就能产生变化的电信号。 被动红外探测器的灵敏度取决于背景的表面面积、目标的表面面积、目标的速度以及探测器的距离。 图2 PIR探测器的原理效果
红外光谱的原理及应用综述
红外光谱分析基本原理及应用 摘要红外光谱分析技术具有很快速，非破坏性，低成本及同时测定多种成分等特点， 在很多领域得到了广泛应用。本文介绍了红外光谱技术的检测原理，红外光谱仪的构造，指出了其检测的优点与不足。综述了红外光谱法的发展、应用以及对红外光谱研究前景的展望。 关键词：红外光谱原理构造发展1.引言 红外光谱法（infrared spectrometry,IR）是根据物质对红外辐射的选择性吸收特性而建立起来的一种光谱分析方法。分子吸收红外辐射后发生振动和转动能级跃迁。所以，红外光谱法实质是根据分子内部振动原子间的相对振动和分子转动等信息来鉴别化合物和确定物质分子结构的分析方法。 2.红外光谱分析的基本原理 2.1 红外光谱产生的条件 物质分子吸收红外辐射发生振动和转动能级跃迁，必须满足以下两个条件：一是辐射光子的能量与发生转动和转动能级跃迁所需的能量相等；二是分子转动必须伴随有偶极距的变化，辐射与物质间必须有相互作用。 2.2 红外吸收光谱的表示方法 红外吸收光谱一般用T_σ曲线或T_λ曲线来表示，λ与σ的关系式为： σ（cm-1）=1/λ(cm)=10^4/λ（μm）
2.3 分子的振动与红外吸收 2.3.1 双原子分子的振动 若把双原子分子(A-B)的两个原子看成质量分别为M1，M2的两个小球，中间的化学键看做不计质量的弹簧，那么原子在平衡位置附近的伸缩振动可以近似地看成沿键轴方向的简谐振动。量子力学证明，分子振动的总能量为： E=(u+1/2)hv 当分子发生△v=1 的振动能级跃迁时（由基态跃迁到第一激发态）根据胡克(Hooke)定律它所吸收的红外光波数σ为： σ=（1/2пc）√（k/μ） 其中：c—光速，3×10^8cm/s;k—化学键力常数N/cm；μ—两个原子的折合质量，g，μ=（m1.m2）/(m1+m2) 显然，振动频率σ与化学键力常数k成正比，与两个原子的折合质量成反比。不同化合物k和μ不同，所以不同化合物有自己的特征红外光谱。 2.3.2 多原子分子的振动 可分为伸缩振动和弯曲振动两类。伸缩振动是指原子沿着键轴方向伸缩，使键长发生周期性变化的振动。弯曲振动是指基团键角发生周期性变化的振动或分子中原子团对其余部分所做的相对运动。弯曲振动键力常数比伸缩振动的小。因此，同一基团的弯曲振动在其伸缩振动的低频区出现，所以，一般不把他做基团频率。多原子的复杂振动数又叫分子的振动自由度。每一种振动形式都有他特定的振动频
地质雷达报告
福州绕城公路东南段 南峰隧道超前地质预报 （地质雷达） 编号：BG-CQYB-A16-001 合同段：A16合同段 施工单位：中铁十七局集团第一工程有限公司探测范围：右线出口LYK8+335～LYK8+310 编制： 校核： 检测单位：中国科学院武汉岩土力学研究所 检测日期：2013年12月27日 报告日期：2013年12月27日
一、工作概况 2013年12月27日，中国科学院武汉岩土力学研究所对福州绕城公路东南段A16合同段南峰隧道出口右洞进行了超前地质预报，采用GSSI 公司生产的SIR-20地质雷达进行数据采集，配属100MHZ 的屏蔽天线进行了探测。本次探测范围为右线出口LYK8+335～LYK8+310，共25m 。 二．预报的方法技术 （一） 地质雷达超前预报的基本原理 地质雷达(Ground Penetrating Radar ，简称GPR)是近年来应用于浅层地质构造、岩性检测的一项新技术，其特点是快速、无损、连续检测，并以实时成象方式显示地下结构剖面，使探测结果一目了然，分析、判读直观方便。因探测精度高、样点密、工作效率高而倍受关注。随着该项技术的不断完善和发展，其应用领域不断扩展。 隧道地质雷达超前预报方法是一种用于确定隧道掌子面前方介质分布变化的广谱电磁波技术。如图1所示，利用一个天线向掌子面前方发射无载波电磁脉冲，另一个天线接收由岩体中不同介质界面反射的回波，利用电磁波在岩体介质中传播时，其路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的电性 质(如介电常数Er) 及几何形态的变化差异，根据接收到的回波旅行时间、幅度和波形等信息，来探测掌子面前方介质的地层结构与异常地质体。 理论研究与实验室模拟试验证明，电磁波在物体或介质中的传播速度v 、走时t 、与介质的相对介电常数Er 有如下关系： v x z t 2 24+= r c v ε=
红外探测器原理与应用
主动红外探测器原理与应用 一、主动红外探测器组成与工作原理 主动红外入侵探测器是由主动红外发射机和主动红外接收机组成。探测器利用发射机发车红外射线，由接收机接收。当发射机与接收机之间的红外光束被完全遮断或按给定百分比遮断时，产生报警信号。 主动红外发射机通常采用红外发光二极管作光源，其主要优点是体积小、重量轻、寿命长，交直流均可使用，并可用晶体管和集成电路直接驱动。现在的主动红外入侵探测器多数是采用互补型自激多谐振荡电路作驱动电源，直接加在红外发光二级管两端，使其发出经脉冲调制的、占空比很高的红外光束，这既降低了电源的功耗，又增强了主动红外入侵探测器的抗干扰能力。 主动红外接收机中的光电传感器通常采用光电二极管、光电三极管、硅光电池、硅雪崩二极管等，按GBl0408.4—2000《入侵探测器第4部分：主动红外入侵探测器》规定：“探测器在制造厂商规定的探测距离工作时，辐射信号被完全或按给定百分比遮光的持续时间大于40ms时，探测器应产生报警状态。”目前市售的主动红外入侵探测器均给出最短遮光时间范围。例如：某品牌的主动红外入侵探测器最短遮光时间范围是30ms—600ms。给出一个范围的原因是不同的使用部位可以设定(调节)不同的最短遮光时间，这有益于减少系统的误报警。例如：将主动红外入侵探测器构成电子篱笆警戒时，就应将最短遮光时间调至30ms附近；用在围墙上或围墙内侧警戒时，就应将最短遮光时间调至600ms附近。具体数值使用者可通过试验确定。 主动红外发射机所发红外光束定发散角，在GBl0408.4—2000标准中规定：“室内使用时，发射机与接收机经正确安装和对准，并工作在制造厂商规定的探测距离，辐射能量有75％。被持久地遮挡时，接收机不应产生报警状态。”从另一角度理解这句话的意思就是：当接收机接收的能量小于25％时，系统就要产生误报警。为了减少由此引起的误报警，安装使用中应让发射机与接收机轴线重合。 目前，除单光束主动红外入侵探测器外，还有双光束和4光束的。工作原理
红外探测器是什么,红外探测器的原理和使用方法
红外探测器是什么，红外探测器的原理和使用方法如今，随着社会的进步，经济的发展，越来越多人开始重视安防产品，家庭安防产品销售量开始逐年增长，红外探测器普及到越来越多的家庭，那么，什么是红外探测器的原理和使用方法？ 一、什么是红外探测器？ 红外探测器是将入射的红外辐射信号转变成电信号输出的器件。 红外辐射是波长介于可见光与微波之间的电磁波，人眼察觉不到。要察觉这种辐射的存在并测量其强弱，把它转变成可以察觉和测量的其他物理量。一般说来，红外辐射照射物体所引起的任何效应，只要效果可以测量而且足够灵敏，均可用来度量红外辐射的强弱。现代红外探测器所利用的主要是红外热效应和光电效应。这些效应的输出大都是电量，或者可用适当的方法转变成电量。
二、红外探测器的原理 无线红外探测器的基本原理是，将入射的红外辐射信号转变成电信号输出的器件。红外辐射是波长介于可见光与微波之间的电磁波，人眼察觉不到。要察觉这种辐射的存在并测量其强弱，把它转变成可以察觉和测量的其他物理量。一般说来，红外辐射照射物体所引起的任何效应，只要效果可以测量而且足够灵敏，均可用来度量红外辐射的强弱。 在红外线探测器中，热电元件检测人体的存在或移动，并把热电元件的输出信号转换成电压信号。然后，对电压信号进行波形分析。于是，只有当通过波形分析检测到由人体产生的波形时，才输出检测信号。例如，在两个不同的频率范围内放大电压信号，且将被放大的信号用于鉴别由人体引起的信号。于是，误将诸如热电元件的爆米花噪声一类噪声当作为由人体所产生而在准备加以检测乃得以防止。 三、红外探测器的使用方法 而红外探测器有很多种类，不同分类的红外探测器有不同的使用方法。 1. 接近探测器：是一种当入侵者接近它时能触发报警的探测装置。在接近探测器中，通常有一个高频率的LC震荡电路，震荡电路的LC回路通过导线连
地质雷达在工程中的应用
地质雷达在工程中的应用 李勃 (辽宁省有色地质局一0八队，沈阳 110121) 摘 要:探地雷达是近年来发展起来的一种物探新技术新方法。本文介绍了其基本原理及在岩溶地质勘探、地下管线探测、高速公路检测中应用的实例分析，重点阐述了雷达图像的推断解释，同时表明地质雷达具有快速经济、灵活方便、剖面直观等优点，具有良好的实用性。 关 键 词:地质雷达 实例分析 实用性 1 前 言 地质雷达，全称地质勘探雷达系统（Ground Penetrating Radar ）(简称GPR)。它是通过向所探测地面下方发射高频电磁波束、并接受来自地下的介质界面的反射波来探测地下介质分布的地球物理勘探设备。其分辨率高、定位准确、快速经济、灵活方便、剖面直观、实时图像显示等优点，备受广大工程技术人员的青睐。现已成功地应用于岩土工程勘察、工程质量无损检测、矿产资源研究、生态环境检测、城市地下管网普查等众多领域，取得了显著的探测效果和社会经济效益，本文以三个实例，说明探地雷达技术在工程中的应用效果。 2 基本原理 地质雷达是一种使用高频电磁波探测地下介质分布的非破坏性探测仪器。它 通过剖面扫描的方式获得地下剖面的扫描图像(图1)。雷达通过在地面上移动的发射天线向地下发射高频电磁波， 电图1 地质雷达探测工作 图2 雷达波形记录示意图 天线天线 地面基岩面溶洞 点位（m) 12345670 双 程 时 间 (ns)
磁波在介质中传播时，其电磁波强度与波形将随所通过介质的电性质及几何形态而变化。因此，根据接收到波的旅行时间(亦称双程走时)、幅度与波形资料，可推断介质的结构。雷达图形常以脉冲反射波的波形形式记录，波形的正负峰分别以黑、白表示，或者以灰度或彩色表示。这样同相轴以等灰度、等色线即可形象地表征出地下反射面。图2为波形记录的示意图，图上对照一个简单的地质模型，画出了波形的记录，在波形记录图上各测点均以测线的铅垂方向记录波形，构成雷达时间剖面，通过对雷达图像的判读，可确定地下界面或地质体的空间位置及结构。 3 工程实例 3.1 岩溶地质勘探 本次工作任务是探测挖掘坑深部15米内有无岩溶洞穴、溶槽溶沟、溶蚀裂隙。挖掘坑为一溶洞，根据钻探资料可知，上面为洞穴堆积物，下面基岩层为灰岩。 地质雷达的观测方法采用剖面法。根据所揭示的地层分布特征，覆盖层的电 磁波平均速度一般为0.06～0.08 m/ns ， 下伏灰岩电磁波平均速度一般为0.09～ 0.12m/ns;考虑雷达波的穿透能力，采用 100Mhz 天线，设定探测窗口为500ns ， 采样点为1024，采取连续观测采集数据。 在隐伏基岩为灰岩的地区，溶蚀破碎带是一种较为常见的地质现象，一般情况下，致密的灰岩雷达波相特征是非常弱的反射或无反射，其周期较上覆黏土层应明显增加。而当致密的灰岩层在地下水的作用下发生溶蚀后，首先是以细微裂隙形式存在，且伴随溶蚀程度的提高而逐渐扩大，当这些细小的裂隙发展到一定程度后，常常会上下，左右连通，致使周围岩石破碎，进而形成溶蚀破碎结构。由于这些破碎的裂隙空间常常被空气、水以及黏土等物质所充填，进而使得裂隙与围岩之间接触面两侧的波阻抗存在差异，因此，当雷达波运行到这些波阻抗存在差异的接触面时，将会发生反射、折射和绕射，形成杂乱的强波阻抗反射特征。 当溶蚀裂隙扩展到一定程度，便发育成溶洞。溶洞雷达图像的特点是被溶图3 溶蚀破碎带雷达变面积曲线图 破碎
探测器原理
各种探测器的工作原理 主动红外探测器的工作原理：主动红外探测器由红外发射器和红外接收器组成。由发射端主动发射红外线，由接收端接收红外线，形成红外线的网状。这种探测器能够对入侵物进行主动的防范，不会因为小宠物的穿越或气候的影响而产生误报警情，从而最大限度地降低了误报率。红外发射器发射一束或多束经过调制过的红外光线投向红外接收器。发射器与接收器之间没有遮挡物时，探测器不会报警。有物体遮挡时，接收器输出信号发生变化，探测器报警。 被动红外探测器工作原理：被动红外探测器是依靠被动的吸收热能动物活动时身体散发出的红外热能进行报警的，也称热释红外探头，其探测器本身不发射红外线的。被动红外探测器中有2个关键性元件，一个是菲涅耳透镜，另一个是热释电传感器。自然界中任何高于绝对零度的物体都会产生红外辐射，不同温度的物体释放的红外能量波长也不同。人体有恒定的体温，与周围环境温度存在差别。当人体移动时，这种差别的变化通过菲涅耳透镜被热释电传感器检测到，从而输出报警信号。 微波探测器工作原理：微波探测器应用的是多普勒效应原理。在微波段，当以一种频率发送时，发射出去的微波遇到固定物体时，反射回来的微波频率不变，探测器不会发出报警信号。当发射出去的微波遇到移动的物体时，反射回来的微波频率就会发生变化，此时微波探测器将发出报警信号。 震动探测器的工作原理：振动探测器是以探测入侵者进行各种破坏活动时所产生的振动信号作为报警依据，根据所使用的振动传感器的不同，振动探测器可分为：机械式振动探测器、惯性棒电子式振动探测器、电动式振动探测器、压电式振动探测器、电子式全面型振动探测器等多种类型。近来常见的以压电晶体振动探测器居多，其原理是利用压电晶体的压电效应。压电晶体是一种特殊的晶体，它可
被动红外与主动红外探测的原理及优缺点
被动红外与主动红外探测的原理及优缺点 红外探测器是防盗报警系统中最关键的组成部分，直接决定系统的灵敏性与稳定性，是整个系统品质的保障。中国安防厂商在这些年来，无论在技术的掌握与生产能力的提升上，均有明显的改善，这得归功于中国厂商不断吸收外商的产品设计和生产技术，并致力于降低成本，使中国安防产品开始得到工程商们的认同，加上低价对于甲方有着重要的吸引力，使得国产品在市场上成长迅速。虽然国产品的品质仍与进口产品有段差距，但在用户对安防产品不熟悉的情况下，中国安防产品仍极具竞争优势。 许多外国厂商也承认，以前外商大幅依靠技术优势来应对中国国产品的成本优势，但近年来差距已经缩小，优势渐减，可见中国厂商在技术上已经逐步赶上国外厂商，部分厂商更具有创新能力，推出具特色的产品，使得中国安防产品的水准大幅提高。这个现象主要来自许多厂商对于品牌意识与产品质量的重视，加大了投资与研发力度。 红外探测器的原理及特点 人体都有恒定的体温，一般在37度左右，会发出特定波长10μm左右的红外线，被动红外探测器就是靠探测人体发射的10μm左右的红外线而进行工作的。人体发射的10μm左右的红外线通过菲涅尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。 1．被动红外探测器是以探测人体辐射为目标的，所以热释电元件对波长为10μm左右的红外辐射必须非常敏感。 2．为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲涅尔滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。 3．其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元件。而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。 4．一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同不能抵消，经信号处理而报警。 被动红外深测器优缺点 优点：本身不发任何类型辐射，器件功耗很小，隐蔽性较好，价格低廉。 缺点：容易受各种热源、阳光源干扰；被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探测器接收；易受射频辐射的干扰；环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失灵。
地质雷达检测的基本原理及其在公路隧道中的应用效果
地质雷达检测的基本原理及其在公路隧道中的应用效果 满银 贵州省交通科学研究院贵州贵阳 摘要：经济从沿海向中西部发展，带动部分地区经济的同时，也带动了部分地区交通状况的改善，各色公路在全国各地的普及，使其在修建时也面临各种不同的问题，如在山区修建公路时需要开凿隧道等问题。隧道的开凿是一项有难度的技术活，必须做到测量的准确，不能出一点差错。科技的发展使隧道在开凿过程中简便了不少，尤其是地质雷达检测系统在隧道开凿过程中的应用，彻底取代了旧时代所用的测量方法。地质雷达检测是一项非破坏性的、分辨率高、快速且准确的检测方法，它所独有的特质决定了它具有技术上的优越性。 关键词：地质雷达；检测；公路；隧道 改革开放以来，国家综合实力稳步提升，经济也逐渐从沿海一带向中内地发展，发展经济的基础首要的是交通的便利，因此，我国公路交通的建设规模日益扩大，公路的建设遍布全国各地。由于我国地形多以山地、丘陵为主，地形阶梯跨越较大，在修建公路的同时难免遇到一些障碍。当在山地和丘陵地区修建公路时，考虑到路程、安全和便捷的问题，往往需要开凿隧道，取代盘山公路。而科学技术的发展，使得隧道在开凿过程中难度大大降低，尤其是地质雷达检测在公路隧道开凿过程中的应用，大大降低了隧道开凿的测量难度。 一、地质雷达检测的应用原理 地质雷达检测是指用雷达探测地下的物体，扫除障碍以保证施工的顺利进行。地质雷达在施工过程中探测岩石层中的目标时，通过发出超高频率的以宽频带短脉冲为形式的电磁波，发出的电磁波会形成一个反射讯号。不同的地形其内部结构不同，不同结构层的电磁特性不同，因此，会产生不同频率的电磁波，并且发出反射信号。当地面上接收到地质雷达发来的检测信号，便通过接受装备将信号输入到接收器中，然后再将其放大由示波器直观的显示出来。所以，通过对接收到的电磁波发出的反射信号的频率特征等加以解析，就可以了解到所探测的地形结构的特征。 地质雷达在探测过程中所能探测到的最远的距离被称为地质雷达的探测深度，它受到两个方面的制约，分别是地质雷达检测的活动范围以及地质雷达检测
红外测温仪工作原理及应用(一)
红外测温仪工作原理及应用(一) 摘要：本文结合国内外红外技术的发展和应用，简绍了红外技术的基础理论，阐述了红外 热像仪的工作原理、发展和分类。 1.概述 红外测温技术在生产过程中，在产品质量控制和监测，设备在线故障诊断和安全保护以及 节约能源等方面发挥了着重要作用。近20年来，非接触红外测温仪在技术上得到迅速发展，性能不断完善，功能不断增强，品种不断增多，适用范围也不断扩大，市场占有率逐年增长。比起接触式测温方法，红外测温有着响应时间快、非接触、使用安全及使用寿命长等 优点。非接触红外测温仪包括便携式、在线式和扫描式三大系列，并备有各种选件和计算 机软件，每一系列中又有各种型号及规格。在不同规格的各种型号测温仪中，正确选择红 外测温仪型号对用户来说是十分重要的。 红外检测技术是“九五”国家科技成果重点推广项目，红外检测是一种在线监测(不停电)式高科技检测技术，它集光电成像技术、计算机技术、图像处理技术于一身，通过接收物体发 出的红外线(红外辐射)，将其热像显示在荧光屏上，从而准确判断物体表面的温度分布情况，具有准确、实时、快速等优点。任何物体由于其自身分子的运动，不停地向外辐射红 外热能，从而在物体表面形成一定的温度场，俗称“热像”。红外诊断技术正是通过吸收这 种红外辐射能量，测出设备表面的温度及温度场的分布，从而判断设备发热情况。目前应 用红外诊技术的测试设备比较多，如红外测温仪、红外热电视、红外热像仪等等。像红外 热电视、红外热像仪等设备利用热成像技术将这种看不见的“热像”转变成可见光图像，使 测试效果直观，灵敏度高，能检测出设备细微的热状态变化，准确反映设备内部、外部的 发热情况，可靠性高，对发现设备隐患非常有效。 红外诊断技术对电气设备的早期故障缺陷及绝缘性能做出可靠的预测，使传统电气设备的 预防性试验维修(预防试验是50年代引进前苏联的标准)提高到预知状态检修，这也是现代 电力企业发展的方向。特别是现在大机组、超高电压的发展，对电力系统的可靠运行，关 系到电网的稳定，提出了越来越高的要求。随着现代科学技术不断发展成熟与日益完善， 利用红外状态监测和诊断技术具有远距离、不接触、不取样、不解体，又具有准确、快速、直观等特点，实时地在线监测和诊断电气设备大多数故障(几乎可以覆盖所有电气设备各种 故障的检测)。它备受国内外电力行业的重视(国外70年代后期普遍应用的一种先进状态检 修体制)，并得到快速发展。红外检测技术的应用，对提高电气设备的可靠性与有效性，提 高运行经济效益，降低维修成本都有很重要的意义。是目前在预知检修领域中普遍推广的 一种很好手段，又能使维修水平和设备的健康水平上一个台阶。 采用红外成像检测技术可以对正在运行的设备进行非接触检测，拍摄其温度场的分布、测 量任何部位的温度值，据此对各种外部及内部故障进行诊断，具有实时、遥测、直观和定 量测温等优点，用来检测发电厂、变电所和输电线路的运转设备和带电设备非常方便、有效。 利用热像仪检测在线电气设备的方法是红外温度记录法。红外温度记录法是工业上用来无 损探测，检测设备性能和掌握其运行状态的一项新技术。与传统的测温方式(如热电偶、不 同熔点的蜡片等放置在被测物表面或体内)相比，热像仪可在一定距离内实时、定量、在线
地质雷达操作手册
第一篇SIR-3000操作探讨 1.GSSI简介 便携式透地雷达美国GSSI是目前世界上最好的生产地质雷达的厂家，它的产品遍布全球，目前超过1800套，占全球销量80%以上，在中国200余套，占中国市场份额的75%以上。创始于1969年的美国地球物理探测公司(GSSI公司)，是世界上第一家专业研制探地雷达的公司，其前身为美国宇航局。随着60年代末期美国宇航局专门为阿波罗计划所研制的专用仪器，成功地探测到月球表面尘埃之后，世界上第一台进入民用的商用探地雷达得以在美国推出，它就是美国GSSI公司生产的SIR系列探地雷达的前身。它用电磁波为地质勘察服务，为勘察方法起到了革命性的推动作用。
注释：不要使用Windex或其它脱氨的玻璃清洁器来清洁显示屏，因为这会损坏涂层。只需使用一个清洁的、轻微潮湿的布来轻柔地擦洗屏幕。位于该部件前部的电池槽接收10.8伏的锂离子可充电电池。完全充电电池的测量时间近似为3小时。电池是可以再充电的，方法是采用任选的电池充电器来充电，或通过简单地把电池留在该部件内，把该部件与标准交流源连接起来，然后把系统放在备用模式下进行。给一个电池再充电的时间近似为4 到5小时。务必保持电池槽遮盖在该部件上，在使用中保证没有灰尘或污垢进入该部件内部。 2.探测原理 H=vf 3.硬件连接 在该部件的背部，SIR-3000有六个连接器和一个用于记忆卡的槽。顶排五个连接器从左到右依次是：交流电源，串行输入/输出（ RS232），以太网，USB-B，USB-A。
注：如果你没有使用测量轮的话，用户标记对记录所通过的距离是有帮助的。对记录诸如圆柱，树，凹坑等障碍物的位置来说，用户标记也是有帮助的。 3. 启动和屏幕显示 第一个是TerraSIRch。用TerraSIRch模式可以对所有数据采集参数进行完全控制。QuickStart 引导是对每个其他模式都有用的。按TerraSIRch按钮。过一会儿，你将看到屏幕被分成了三个窗口，并且有一个条运行穿过屏幕底部，该条带有上面六个功能键的命令。 按Mark 按钮将改变你要求的单位，从英制的到米制的。 在进入六个数据采集模式之一后，你可以通过点击Power （电源）按钮两次来返回该屏幕,或去掉电源再把它插入进行启动来返回该屏幕。 4. 基于时间数据采集的设置 时基数据剖面的扫描间距（水平分辨率）是系统采集数据的速度和天线移过测量界面的速率的函数。你设置的速率（每秒扫描数）越高，并且你移动天线越慢，则数据将越稠密。 时基数据没有实际距离的标记，因此软件不知道你实际要测量旅行多远。特别重要的是以常数速度移动天线，并以一致的间隔增加用户标记（点击标记按钮）。时基数据需要在RADAN中做附加处理，以创建三维图象。如果三维图象是你的目标，你应该用测量轮采集基于距离的数据。 第一步： 在系统启动后，按TerraSIRch 功能键。几秒钟后，你将看到一个分区的屏幕，右边是波形曲线，左边是参数选择树，中央是主要数据显示窗。如果你有一个已连接的天线，一个兰色的“等待”条将两
红外线探测原理
红外探测器的原理及特点 人体都有恒定的体温，一般在37度左右，会发出特定波长10μm左右的红外线，被动红外探测器就是靠探测人体发射的10μm左右的红外线而进行工作的。人体发射的10μm左右的红外线通过菲涅尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。 1．被动红外探测器是以探测人体辐射为目标的，所以热释电元件对波长为10μm左右的红外辐射必须非常敏感。 2．为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲涅尔滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。 3．其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元件。而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。 4．一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释
电元接收到的热量不同，热释电也不同不能抵消，经信号处理而报警。 被动红外深测器优缺点 优点：本身不发任何类型辐射，器件功耗很小，隐蔽性较好，价格低廉。 缺点：容易受各种热源、阳光源干扰；被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探测器接收；易受射频辐射的干扰；环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失灵。 如何正确安装与使用被动红外探测器 被动红外探测器是一种在安防工程中使用极为普遍的一类探测器。但要其正常使用，既要防止漏报，又要减少误报，主要是将误报现象降到最低的限度。要做到这一点，必须首先要了解被动红外探测器的一些基本概念及其技术特点，这样才能根据这些基本的技术特点，从安装、调试、使用等各个环节，按照探测器的基本技术特点，这样才能最大限度的发挥探测器的最大功效。