电磁波的实际应用范文
时间：2023-05-04 13:10:02
导语：如何才能写好一篇电磁波的实际应用，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
一、工程实例教学实践
《电磁场与电磁波》是电子信息类专业的主干基础课程，涉及大量的场论和矢量分析方面的数学知识，覆盖内容较广，且有一定的深度。相对于应用型课程，该课程的理论分析内容较多，课程理解需要学生花费较大的精力和时间，且需要能够静下心来思考电磁场问题，因此，对于工科学生来说普遍较难理解。然而，该课程讲授的知识、理论和方法，在实际工程中具有一定的普适性，更容易与工程实例结合。以静态场为例，静态场是不随时间变化的场，是时变场的特例，在静态场部分的教学中主要做电容和互感的测量实验，多导体的部分电容和互感是静态场中非常重要的两个概念。要求学生在掌握部分电容和互感的特性及测量原理的基础上，应用测试具体参数，对比测试结果与理论计算结果是否相吻合。再如麦克斯韦方程组，看似只是一组毫无新意、索然无味的方程，多数同学接触到它都有一定的畏难情绪。但如果将“电磁隐形衣”“左手电磁材料”“磁悬浮”“无线电力传输”等实际应用有机结合到课程教学中，课堂氛围异常活跃，学生的学习热情大大提高，对实际工程实例的思考更加深入彻底，甚至有学生在此基础上开始研究电磁理论新的应用。
二、课堂教学与课外科技活动结合
除课堂教学外，根据实际课堂教学内容，定期给学生布置与实际应用相关的作业，可以是科技小论文、工程实例中简单问题的解决方案、学生分组内部科技小竞赛等，复杂的形式可以是参加校外知名企业的有奖科技竞赛、区域性科技创新能力大赛等。此外，通过讲解电磁场在实际工程中运用的一些案例，以及让学生由浅入深地了解到电磁应用的广阔性，避免了学生学习的盲目性，避免在学生中形成学习电磁场无用论的观点。
篇2
[关键词]气象要素；异常折射；雷达作用距离；大气折射率
中图分类号：U675.74 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）03-0139-02
引言
雷达既是舰船日常航行中定位、导航和避碰的主要设备，又是舰艇海上作战时搜索警戒、火炮控制和导弹制导的重要装备，因此作战舰艇根据不同的任务和使命装备有十几种甚至几十种雷达，这些雷达的作用距离对舰船的航行安全有一定的影响，同时对舰艇的作战效能也有制约作用。雷达的作用距离除了与雷达本身战术技术性能、天线高度、目标高度、目标反射电磁波的性能等条件有关外，还与传输电磁波的大气状况密切相关。对于处于海面上的舰载雷达而言，大气对电磁波的吸收衰减作用使雷达的作用距离减小；大气对电磁波的折射作用，会出现负折射和超折射等异常折射现象，其中次折射也会使雷达的作用距离减小，而超折射则会使雷达的作用距离增大。特别是当超折射严重而出现波导现象时，雷达的作用距离将成倍地增大，实现所谓超视距探测。这种现象在我国沿海的各海区都经常出现，如在黄海北部活动的舰船，有时雷达发现目标距离会比正常情况增大2～3倍。同样，这种电磁波超视距传播现象在世界各地海域都存在，尤其是在中东一带更是频繁地出现。由此可见，气象因素对雷达作用距离的影响程度是很大的，如果能够准确掌握气象因素对雷达作用距离的影响规律，将有利的条件加以充分地利用，对舰船的军事行动具有重要的意义。
1 气象因素对大气折射的影响
1.1大气折射的类型及其存在条件
通常，对流层中空气的折射率不为1，在地面附近其值一般在1.00025～1.00045之间变化。对于频率在1～100GHz范围内的电磁波，大气折射率n或折射指数N可表示为大气温度T（单位：K）、大气压力P（单位：hPa）和水气压e（单位：hPa）之间的函数[1]：
（1）
当电磁波传播距离很短时，可近似认为地球表面为平面，但若传播距离较长时，就必须考虑地球曲率的影响，为了将地球处理成平面，通常使用进行了地球曲率订正的大气修正折射率m和大气修正折射指数M，其表达式为
（2）
式中：R= 6.371×106m为平均地球半径，h为地表以上高度（单位：m）。式（2）可简化为：
（3）
由于大气层大气分布的不均匀性，上下大气层的折射率不同，因而电磁波通过不同折射率的大气层时将产生折射，折射的程度和方向将取决于大气层折射率垂直梯度的大小和正负。大气折射指数随高度变化的垂直梯度可通过折射率对高度求导得到，即将式（1）、（2）各物理量对高度求导：
（4）
（5）
式中：分别为大气压力、大气温度、水气压随高度变化的垂直梯度。
当大气折射指数垂直梯度dN/dh>0时，电磁波的传输轨迹将背着地球向上弯曲，此时的大气为负折射；当dN/dh=0时，电磁波的传输轨迹不发生弯曲而沿直线传播，此时的大气为零折射；当dN/dh
1.2异常大气折射的形成规律
由式（4）可知，大气折射指数垂直梯度与大气温度、压力、湿度的垂直梯度相关，其中水气压梯度前的系数最大，因而对大气折射指数垂直梯度的影响最大，大气温度梯度的影响次之，大气压力梯度的影响最小。因此在分析气象要素对大气折射的影响程度时，可先考虑水气压梯度的变化，其次考虑大气温度梯度的变化，至于大气压力梯度的影响可忽略不计。
在海洋环境中[2]，一般情况下在大气较稳定的晴好天气里，此时大气往往有一个比较稳定的逆温层，并且大气湿度随高度递减，容易出现超折射或波导现象。典型的天气有：
（1）在晴朗无风的天气背景下，海面夜间辐射降温，形成一个近地层的辐射逆温层。
（2）干暖气团从陆地平移到湿冷的海面上空时，形成近地层大气温度下冷上暖，湿度下湿上干的状况。
（3）雨后造成近地层下层大气又冷又湿的情况。
（4）夏季海面水汽蒸发，使海面上很小高度范围内的大气湿度随高度锐减。
只有当大气温度随高度迅速下降或大气湿度随高度递增时，才能够形成负折射现象。负折射一般发生在高纬度寒冷的陆地和冰山附近，当有冷湿气团移到温暖的海面上空时候。
2 大气折射对雷达作用距离的影响
当电磁波在无折射的大气中传播时，其路径为一直线，此时雷达发现目标的距离受地球曲率的影响，其大小为[3]：
（6）
式中：R为地球平均半径；h、H分别为雷达天线和目标的高度。
由于受大气折射的影响，电磁波的实际传播路径为一弯曲的曲线，采用修正地球半径的方法对式（6）进行修正，即把在地球上成曲线传播的射线转化为在另一假定半径为Re（ Re称为等效地球半径）的地球上成直线传播，则在一般大气条件下雷达的目标能见距离公式为：
（7）
等效地球半径Re与地球平均半径R的关系[4]，可以通过二者与电磁波传播路径曲率半径ρ、大气折射率垂直梯度、电磁波发射仰角θ等之间的关系推出：
（8）
设称为等效地球半径系数。则，式（7）变为：
（9）
3 雷达作用距离的预测方法
充分利用我国在沿海主要港湾都设有气象观测站和雷达站这个有利条件，长期系统地观测海上来往舰船及当时的气象条件，并将实测数据进行登记、积累和整理，统计分析各种气象条件下等效地球半径系数K和雷达探测距离的变化规律。
3.1 等效地球半径系数K
测量大气折射率梯度的方法很多。由于大气折射率是大气温度、气压和湿度的函数，采用系留探测仪器和无线电探空技术测量大气温度、气压和湿度的垂直变化后可间接得到大气折射率梯度。也可以通过微波折射率仪直接测得。前一种方法主要适用于高度较高的中低空情况；而对于贴近海面的情况，由于高度较低探空仪的滞后性及测量误差达不到精度要求，因此只能采用体积小、精度高、响应速度快、采样率和自动化程度高的微波折射率仪直接测量大气折射率。
微波折射率仪的工作原理是测量通过腔体的空气折射指数的变化δn引起的谐振频f 的变化δf[5]，腔体是两端局部开口的圆柱形谐振腔体，能保证气流自由通过。微波折射率仪通过测量这一频率变化量得到空气折射指数。测量时，微波折射率仪需做匀速升降运动（升降速度约为0.1m/s）以测量不同高度上的大气折射率。此种方法对于高度在海面上30m范围内的气象要素观测尤为合适，且适用于气象台、海洋调查船或舰载直升机上使用。
为全面系统地积累相关资料，气象台需每天定时多次进行观测，根据测出的大气折射率梯度dn/df计算出相应的K值，将长期观测的数据进行统计分析，找出其随地理环境、季节、时间、气象条件等因素的变化规律。实际应用时，可根据气象台当天的实测结果，算出等效地球半径系数K值，再结合天气的变化趋势和K值变化规律，对其进行修正，最后用（9）式计算出雷达能够发现目标的距离。
3.2经验公式
由雷达站长期系统地实际观测海上往来舰船，并按月、日、时和舰船类型、气象等情况，将获得的观测数据加以整理，从而得出雷达在该海区作用距离随季节、月、日、时变化的规律，并根据实测的雷达数据对雷达能见距理论计算公式加以修正，总结出经验公式。
在标准大气条件下，等效地球半径系数K=4/3，将此值和地球平均半径值代入，得到雷达能见距公式：
（10）
受气象因素的影响，实际观测的雷达作用距离与式（10）计算的结果有出入，可以用加修正量K′的方法对式（10）进行修正。即：
（11）
系数K′随季节和天气的变化而变化，它是根据该海区实际观测统计的中位值计算而得。表1是根据某年我们在某海区连续21个月观测的3405个雷达发现目标距离的数据进行统计和分析后，得出的该海区各月雷达发现距离修正系数K′。
由于K′值是经验数据，在实际应用时还应该根据当时的气象条件进一步分析和修正。如果在各海区都能坚持长期不间断地测定、积累各种气象条件下的K′值，将结果存储于计算机中，实际应用时根据当时的季节、日期、时间以及气象条件等，由计算机得出相应的K′值通报舰艇，将更加有利于实际应用。
4 结束语
雷达的作用距离是舰艇海上作战时的重要指标，掌握不同海区雷达探测目标的距离规律，并准确预报出可能的目标能见距离，在军事上具有重要的意义。例如，在舰艇实施导弹攻击时，既要求在尽可能远的距离上发现目标并实施攻击，又不能使雷达过早开机而暴露自己。此时预测雷达发现目标距离就显得尤为重要，将直接影响到作战的成效。因此世界各国对雷达能见距离的预报都非常重视。早在20世纪50年代，前苏联就明确规定，海战中气象部门要为舰艇部队提供海上雷达能见距离的预报。我们也应该充分重视并系统研究气象因素对雷达作用距离的影响，进一步建立和完善气象和雷达观测体系，形成数据收集积累、统计、总结和预报制度，使舰艇在雷达使用中做到扬长避短，提高作战效能。本文对气象因素对雷达作用距离的影响及其预测方法的分析研究还处于初级阶段，有待于今后进一步的深入研究。
参考文献
[l]姚展予.大气波导特征分析及其对电磁波传输的影响[J].气象学报，2000，58（5）：605-615.
[2]刘成国，黄际英，江长荫.东南沿海对流层大气波导结构的出现规律[J].电波科学学报，2002，17（5）：509-513.
篇3
关键词：电磁场与电磁波；优秀课；教学方法
中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）15-0118-02
电磁场与电磁波是电子信息类本科各专业学生必修的一门重要的学科基础课程，所涉及的内容是电子信息类本科学生知识结构的必要组成部分，对学生专业素质的培养和提高起很大的作用。所以，2014年成功申报成为长春理工大学优秀课程。本文主要总结《电磁场与电磁波》优秀课程建设的教学经验和方法及教学手段等，分别从理论教学和实验教学两个方面对教学内容、教学方法和教学手段等进行探讨。
一、《电磁场与电磁波》教学内容的调整
1.教学大纲的调整和修订。①根据培养方案提高学生实践能力的要求，《电磁场与电磁波》在内容体系结构上做了一些调整，为此修订教学大纲，学时数由原来的理论64学时改为到理论48学时+实验8学时，使学生既能掌握基本理论又能打下应用基础，同时既突出基础性和知识体系的完整性，尽量避开繁杂的推导，注意理论与实际应用的结合，使学生易于接受。②为了加强实践环节的教学力度，增设8学时实验课程。根据实验教学大纲，编写实用的实验指导书，保证工科学生工程能力的提高。实验教学层次分明，学生实验兴趣得到提高，达到最佳实验效果。
2.课程内容体现学科前沿技术，理论与工程不脱节。《电磁场与电磁波》的前修课程是高等数学、工程数学、大学物理，是学生学习后续课程微波技术、天线、光技术、雷达技术、电气技术、电子对抗等的基础，在学科建设与发展中起着承上启下的作用。因此，本课程在专业培养目标中的定位为：承上启下，重在基础，开拓创新，引领未来。电磁场主要让学生掌握分布参数系统的主要理论、分析方法、长线理论及常用传输线，为以后从事微波电子应用技术、通信工程准备必要的理论基础。该课程理论严谨，逻辑性强，对培养学生逻辑思维能力、独立分析能力和解决问题的能力及理论联系实际的能力，都有很重要的作用。
从课程内容上，主要从理论和实验两个方面体现学科前沿：①《电磁场与电磁波》课程的工程性很强，因此教师在课堂理论教学中，经常从电子与信息科学领域、电磁科学领域取得一系列重大成就出发，将能反映近代科学技术的成就和一些对学生有重要意义的工程内容，引入课堂讲解，通过讲解例题、建立习题、精选前沿内容作为选修内容方式，将相关内容引入本门教材和教学内容中。同时，建立网络课程，加强网络资源建设，不断充实课程资源，完善网络教学，不断收集最新的科技成果补充到网络教学中。②加强《电磁场与电磁波》课程实践课和理论课的结合与渗透，培养学生解决实际问题的综合能力，理论教学与实践教学密切相关。根据实验教学的要求，保证理论教学为实践教学打好坚实的理论基础，让理论课教师参加实验教学，及时与学生沟通，了解学生掌握知识的情况与兴趣所向。与上述教学内容改革相适应，自编出版相应的实验教材《电磁场与电磁波实验指导书》，并在教学中采用。
二、教学方法改革
针对《电磁场与电磁波》课程理论性强，抽象，公式多，这种情况，我们在教学过程中对《电磁场与电磁波》课程的教学方法进行改革和探索，采用多种有利于培养学生自主学习能力和创新能力的方法，总结一些有成效的举措和经验。
1.采取小班授课，让学生积极参与。针对学院通信系大珩班的高要求，对大珩班采用小班授课，在教学过程中采用提问、讨论、测验等方式，同时给学生有在同学面前讲解习题、大量练习的机会，激发学生学习兴趣，调动学习主动性，教学效果非常明显。
2.采用隐性分层，分类指导。根据不同学生认知水平的差异，结合“以学生的发展为本”的前提，采用隐性分层法教学，遵循“因材施教”的原则，面向全体学生，为每个学生提供适合各自发展水平和接受能力的电磁场相关教学，使各层次学生学有所成，感受到学习《电磁场与电磁波》的乐趣。
3.采用实例进入课堂，提高课堂效率。对于大班授课的课堂，在课程建设过程中，加大理论课堂教学投入，把可以在课堂上演示电磁波的相关内容制成动画，把前沿科学技术制成视频带入课堂，使课堂内容直观、充实。
4.采用理论实验相结合。加强《电磁场与电磁波》课实践课和理论课相结合与渗透，培养学生解决实际问题的综合能力。理论教学与实践教学密切相关，根据实验教学的要求，保证理论教学为实践教学打好坚实的理论基础，让理论课教师参加实验教学，及时与学生沟通，了解学生掌握知识的情况与兴趣所向。
三、教学手段改革
1.电磁场与电磁波程采用全方位、立体化、多视角的教学模式，发挥教师的主导作用，确定学生的主体地位。结合“电磁场与电磁波”课程理论性强、信息量大、概念抽象等特点，采用多媒体教学方法，通过形象化的动态过程演示，根据《电磁场与电磁波》课程内容的发展修改课件，加入录像实例等，达到良好的教学效果。
2.教学过程中需要规范的板书，使课堂的条理性和层次性更加清晰，因此进一步把传统授课手段和多媒体教学等现代教育技术手段恰当地组合，扬长避短，达到理想的教学效果。
3.不断丰富网络教学资源，把相关教学课件、教案、大纲等上传到网络课程，在课后巩固环节中，要求学生自主学习，充分利用网上教学资源，进行课前预习、课后复习，真正提高教学效果。
4.完善试卷和成绩分析。根据长春理工大学《长春理工大学关于试卷评阅与归档的管理办法》，课程组要求教师明确试卷评阅教师责任，采取统一评分标准和集体流水阅卷的方式进行评卷。阅卷完成后，必须进行试卷和成绩科学、客观的分析，组织课程组教师对考试结果进行总结经验，指导教学。坚持对试卷归档，统一管理，保证试卷归档的完整性与准确性。近3年，《电磁场与电磁波》考试成绩分布基本合理，成绩单记载清楚、规范。试卷和成绩分析科学、客观，并能反馈指导教学，较好地反映学生的学习情况。
四、实验教学环节建设
电磁场与电磁波实验是理论课教学的一个重要组成部分。根据教学的基本要求以及电子学人才培养的需要，课程组整合实验课程和教学内容，形成从基础训练到系统设计的完整的实验教学体系，使学生能够在理论课学习的基础上，由浅入深地学习电磁场与电磁波的相关知识，为射频电路设计、无线通信技术、光纤通信、卫星通信等相关领域的课程学习和科研打下坚实的基础。
1.修订实验教学大纲，编写实验指导书。为了适应开放实验室的要求，实验教材既有实验理论教学内容，又有实验操作的教学内容，实验教学层次分明，既包括基本部分实验内容、设计性部分实验内容，也包括综合性部分实验内容，添加探究创新的部分内容，提高学生实验兴趣，激发创造性的思维，达到最佳的实验教学效果。
2.加强《电磁场与电磁波》课实验课和理论课的结合与渗透。根据实验教学的要求，让理论课教师参加实验教学，保证理论教学为实践教学打好坚实的理论基础，使理论教学与实践教学紧密结合，培养学生解决实际问题的综合能力。
3.利用网络资源，建立开放实验室。利用国家级实验中心的优势，建立开放实验室，学生可以利用网上预约系统自主预约，进行实验。同时，根据实验教学的特点，把实验内容、实验要求、实验考核方法、仪器设备使用手册、器件数据手册等教学资源制成网络课程上传至网络，让学生自主下载学习、交流，开阔思路。
五、优秀课程教材及相关资料建设和选取
1.教材选用国家“十五”、“十一五”规划等教材。①谢处方、饶克谨，《电磁场与电磁波》（第四版），北京：高等教育出版社，2006年普通高等教育“十一五”国家级规划教材。②蔡立娟、陈宇，《电磁场与电磁波实验指导书》，长春理工大学校内教材，2010年。
2.参考教材。①钟顺时，《电磁场基础》，北京：清华大学出版社，2006年，21世纪高等学校电子信息工程型规划教材；②焦其祥等，《电磁场与电磁波》，北京：科学出版社，2005年，21世纪高等院校教材；③王新稳、李萍，《微波技术与天线》，北京：电子工业出版社，2002年，21世纪高等学校电子信息类教材；④冯慈璋，《电磁场》，北京：高等教育出版社，1999年，高等学校教材。
3.为了提高学生对理论课程的理解，课程梯队提供大量的辅助教学资料。例如，制作《电磁场与电磁波》教学课件，推荐课外辅导书、指导光盘等，建立习题库等。为了促进学生自主学习，扩充知识面，学院资料室向学生全面开放。学院资料室现藏书两万余册，期刊一百余种，其中与本课程相关书籍或期刊500余种，许多参考书配有参考课件、光盘，可供学生课堂内外使用，效果良好。另外，学校网络资源丰富，学生可以充分利用网络资源和多媒体课件，收集、阅读相关知识，提高学习兴趣。
长春理工大学《电磁场与电磁波》优秀课课程组将继续在教学中不断摸索、前进，进一步提高教学质量，服务学生与社会。
参考文献：
[1]罗三桂.现代教学理念下的教学方法改革[J].中国高等教育，2009，（6）：11-13.
[2]李慧，刘克平，尤文.自动化专业精品课建设的研究与实践[J].实验室研究与探索，2011，（10）：306-308.
[3]蔡立娟，陈宇，杨立波.浅谈“电磁场与电磁波”课程教学改革[J].教育与职业，2010，（30）：136-138.
篇4
关键词：雷达；超声波；物位检测
1 概述
物位是工业过程监控的重要目标参数，在热电厂内各种罐体、料仓、水池的连续物位测量中，雷达和超声波两种原理的物位计应用广泛。在工程项目设计阶段，设计师们对雷达和超声波物位计的选型依据业主的要求以及自身的经验，故两者在应用场合没有较明确的界限划分。针对这两种物位计的选择应用，作者谈谈自己的看法。
2 原理简述
2.1 雷达物位计
雷达物位计按其工作方式，主要分为脉冲式和连续调频式。
脉冲式雷达物位计，采用微波“发射反射接收”的原理：从天线发射出的电磁波信号，在被测物料表面产生反射，反射的回波信号被雷达系统接收，通过电子单元计算出发射至接收的行程时间（t）。因电磁波的物理特性与可见光相似，取光速（c）作为传播速度，进而可换算得出物位值（如图1所示）：L=E-D=E-c.t/2。
连续调频式（FMCW）雷达物位计的测量原理有别于脉冲式，电磁波信号被液面反射后，回波被天线接收，接收到的回波频率与此时发射信号波的频率相比，两者存在差异，此频率差的大小与到液面的距离成正比。如图2所示：
2.2 超声波物位计
与脉冲式雷达物位计相似，超声波物位计也是利用波的反射原理，通过时差法进行物位测量。两者之间的差别仅为雷达采用的为电磁波，其传播无需介质，而超声波物位计采用的为机械波。由于机械波的物理特性决定其传播必须借助一定介质，所以当介质的压力、温度、密度、湿度等条件恒定时，超声波在该介质中的传播速度是一个常数。因此，当超声波发射遇到物面后，传播路径上的介质密度发生变化，超声波被反射，测量超声波从发射到接收所需要的时间，即可换算出超声波通过的路程，从而得到了物位的数据。
3 特性及选型注意事项
3.1 雷达物位计
雷达物位计选型，需综合考虑介质的介电常数、料仓高度、物料形态及稳定性等方面的因素，从而选择确定物位计工作方式、微波频率、波束角以及天线型式。
3.1.1 介电常数
由于电磁波的衰减系数与介质的介电常数的平方根成反比，因此，被测介质的介电常数越大，电磁波的衰减越少，物位计接受到的反射信号也就越强，即测量可以得到更好的保证。以E+H MicropilotM FMR50系列雷达物位计为例，表1和图3显示，同型号雷达，对于低介电常数介质，其测量的量程范围明显缩小。特别针对A类介质，普通的安装方式甚至不能满足测量要求。
3.1.2 物料形态及稳定性
当物料为固体或粉末状态时，由于折射、漫散射等影响，使有效的回波减少，杂波增加。同样，当测量波动表面时，也存在有效回波检测困难的情况。
3.1.3 措施
不论是介电常数还是物料形态稳定性的问题，通过雷达的检测原理即可确定，要保证测量的可靠性，必需减少信号衰减，增加有效回波数量。
根据电磁波的特性，当波束角确定时，电磁波的频率越高，在单位面积上积聚的能量越大，电磁波的衰减越小，从而雷达物位计的测量精度也就越高。在实际运用中，脉冲式雷达物位计采用的电磁波段主要为C段（低频）和K段（高频）两种，两者主要性能对比如表2。
通常，波束角的大小与天线的尺寸成反比，天线越大，波束角越小，相同频率的波在单位面积上聚集的能量也就越大。针对固体、粉末类介质，且储罐条件比较复杂的场合，在选择高频雷达的同时，应采用大尺寸天线（例如抛物面天线）以提高测量精度。
由于外界杂波的干扰对普通非接触式雷达的信号判断及处理能力提出很高的要求，采用导波雷达或者增加导波管（液体测量）的方式较好地解决了微波传输稳定性的问题。除此之外，因电磁波的回波时间不因介电常数的变化而变化，仅为信号强度有差，所以导波式测量是低介电常数介质物位测量的优选方式。
连续调频式雷达物位计，因其独特的信号分析处理技术，具有高灵敏度、良好的稳定性和信号自动校准等优点，被视为是复杂条件物位测量的优选方案，特别适用于极度粉尘并伴有高温场合以及超低介电常数介质的物位测量。精度可达±0.5mm，测量范围可达100m。由于采用调频连续波技术，物位计功耗较大（5～10W），为常规脉冲式雷达物位计的10倍左右，常规采用220VAC四线制接线方式。但随着技术的发展，现已有应用良好的24VDC两线制产品，例如西门子SITRANS LR560等。
3.2 超声波物位计
超声波液位计，因声波的传播速度与传播介质的温度、压力以及被测介质的特性等均有关系，受外界因素的制约较大，常被用于简单工况稳定物位的测量。
3.2.1 常见影响因素
所有外界因素，对超声波信号而言，其最终的体现均为信号的衰减。常见的影响因素及其程度如表3。
3.2.2 测量范围计算
超声波物位计，与雷达物位计相比，因其声波自身的物理特性决定，其测量范围（一般不超15m）要小于雷达。在工程实际应用中，通过分析外界因素对信号的衰减影响，比较物位计理论测量值，得出可实际应用的测量范围。以E+H Prosonic M FMU4x系列为例：
测量热电厂渣仓料位，固体物料表面因素衰减约40dB，粉尘影响约10dB，假设无其余因素影响，查图4，FMU43的可用测量约4.8m。若此量程能满足工艺检测要求，则可采用超声波，否则需另选物位计。
3.3 特性比较
超声波测量鉴于被测介质的密度，其受温度和压力的影响较大，不同密度下超声波传播速度不同，信号修正困难。另外，超声波的发生是通过压电晶体的机械振动，当外界压力太大时会影响超声波的产生，所以不可用于压力较高或负压的场合，通常只用在常压容器。一般情况下，超声波液位计使用温度不可超过80℃，压力需在0.3MPa以内。而雷达受此影响不大，可以用在高温、高压工况下。
由于机械波易受传播介质的影响，能量衰减也相对较大，在气态或者不均匀介质中表现更明显。在相同能量下，电磁波的传播性比超声波要好很多，因此雷达物位计的可使用量程范围也比超声波要大，特别现在采用高频和连续调频技术，使得其量程范围进一步增大。
因雷达物位计对环境和介质本身产生的扰动分辨能力更强，也就可以更好地消除干扰，使得其能更好地保证测量精度。相比而言，超声波物位计因易受外界干扰影响，实际的测量精度较差。
3.4 选型应用
在热电厂中，物位的测量主要为煤、石灰石、渣、灰等固体或粉末类介质，以及部分水、油、酸碱液态介质，对于上述介质的物位测量，分析雷达和超声波物位计的原理和特点，选型如下：
（1）因雷达采用电磁波，不需要传播媒介，可以应用于真空工况。例如导波雷达，现被用于凝汽器热井水位的测量，而超声波则不适用。
（2）煤粉仓、灰渣库等低介电常数并伴有粉尘的固态或粉末状态物料，因声波会有很大的衰减，所以一般不应选用超声波物位计。选用雷达时，应选择高频雷达，并选用例如抛物面天线等此类的大尺寸小波束角天线。当安装条件允许时，也可采用缆式（小量程采用杆式）天线来降低介质特性本身以及外界干扰对测量带来的影响，但应做好天线端部固定工作。
（3）对于液氨、浓盐酸等易挥发或扩散形成雾气的储罐液位测量，或者是液面可能产生泡沫（例如循环水池）时，导波雷达将是很好的选择，但需要注意储罐的尺寸，若为小型储罐，则建议采用高频非接触雷达+导波管的测量型式。
（4）针对高压加热器水位、汽包水位等高温高压且存在汽水共腾工况的液位测量，可选用高温高压型同轴导波雷达。同轴探头，加上气相补偿、等时采样等技术的应用，使得在沸腾的腔体内，雷达也能有稳定可靠的读数。西门子LG200、E+H FMP54等产品均已在电厂此类场合的液位测量中得到很好的应用。
（5）由于雷达物位计产生高频电磁波的电子电路相对复杂，使得产品价格较高。因此，在精度要求不是特别高或测量理想液面（例如平静光滑的脱盐水储罐、点火油罐等液位）时，超声波物位计就体现了很好的性价比。另外，若为统一选型，减少物位计的种类考虑，经济型低频雷达也是较好的选择方案。
4 结束语
雷达和超声波两种类型的物位计均是工业物位测量的良好解决方案，其选型应用需根据过程工况、介质特性决定，并结合安装条件、使用环境等外界因素。经济适用、更好的性价比是设计人员选型的重要依据，也是现代工厂精细化管理追求良好效益的基础条件。
参考文献
[1]朱辉，郭志强.物位仪表发展趋势――雷达超声[J].中国仪器仪表，2009（S1）：202-204.
[2]王小林.西门子煤仓料位计探讨[J].科技创业月刊，2010（10）：191-192.
[3]Endress+Hauser.TI软件中文版[Z].2015.
篇5
关键词：电子设备电磁兼容性干扰源有效抑制
1引言
随着电子技术的迅速发展，现代的电子设备已广泛地应用于人类生活的各个领域。当前，电子设备已处速发展的时期，并且这个发展过程仍以日益增长的速度持续着。电子设备的广泛应用和发展，必然导致它们在其周围空间产生的电磁场电平的不断增加。也就是说，电子设备不可避免地在电磁环境（EME）中工作。因此，必须解决电子设备在电磁环境中的适应能力。电磁兼容性（EMC）是一门关于抗电磁干扰（EMI）影响的科学。目前，就世界范围来说，电磁兼容性问题已经形成一门新的学科。电磁兼容的中心课题是研究控制和消除电磁干扰，使电子设备或系统与其它设备联系在一起工作时，不引起设备或系统的任何部分的工作性能的恶化或降低。一个设计理想的电子设备或系统应该既不辐射任何不希望的能量，又应该不受任何不希望有的能量的影响。
2电磁干扰源的分类
各种形式的电磁干扰是影响电子设备电磁兼容性的主要因素，因此，它是电磁兼容性设计中需要研究的重要内容。
2－1内部干扰
内部干扰是指电子设备内部各元部件之间的相互干扰，包括以下几种。
（1）工作电源通过线路的分布电容和绝缘电阻产生漏电造成的干扰；(与工作频率有关)
（2）信号通过地线、电源和传输导线的阻抗互相耦合，或导线之间的互感造成的干扰；
（3）设备或系统内部某些元件发热，影响元件本身或其它元件的稳定性造成的干扰；
（4）大功率和高电压部件产生的磁场、电场通过耦合影响其它部件造成的干扰。
2－2外部干扰
外部干扰是指电子设备或系统以外的因素对线路、设备或系统的干扰，包括以下几种。
（1）外部的高电压、电源通过绝缘漏电而干扰电子线路、设备或系统；
（2）外部大功率的设备在空间产生很强的磁场，通过互感耦合干扰电子线路、设备或系统；
（3）空间电磁波对电子线路或系统产生的干扰；
（4）工作环境温度不稳定，引起电子线路、设备或系统内部元器件参数改变造成的干扰；
（5）由工业电网供电的设备和由电网电压通过电源变压器所产生的干扰。
3干扰的传递途径
当干扰源的频率较高、干扰信号的波长又比扰的对象结构尺寸小，或者干扰源与扰者之间的距离r>>λ／2π时，则干扰信号可以认为是辐射场，它以平面电磁波形式向外副射电磁场能量进入扰对象的通路。
（2）干扰信号以漏电和耦合形式，通过绝缘支承物等（包括空气）为媒介，经公共阻抗的耦合进入扰的线路、设备或系统。
如果干扰源的频率较低，干扰信号的波长λ比扰对象的结构尺寸长，或者干扰源与干扰对象之间的距离r<<λ／2π，则干扰源可以认为是似稳场，它以感应场形式进入扰对象的通路。
（3）干扰信号可以通过直接传导方式引入线路、设备或系统。
4电磁兼容性设计的基本原理
4－1接地
接地是电子设备的一个很重要问题。接地目的有三个：
（1）接地使整个电路系统中的所有单元电路都有一个公共的参考零电位，保证电路系统能稳定地干作。
（2）防止外界电磁场的干扰。机壳接地可以使得由于静电感应而积累在机壳上的大量电荷通过大地泄放，否则这些电荷形成的高压可能引起设备内部的火花放电而造成干扰。另外，对于电路的屏蔽体，若选择合适的接地，也可获得良好的屏蔽效果。
（3）保证安全工作。当发生直接雷电的电磁感应时，可避免电子设备的毁坏；当工频交流电源的输入电压因绝缘不良或其它原因直接与机壳相通时，可避免操作人员的触电事故发生。此外，很多医疗设备都与病人的人体直接相连，当机壳带有110V或220V电压时，将发生致命危险。
因此，接地是抑制噪声防止干扰的主要方法。接地可以理解为一个等电位点或等电位面，是电路或系统的基准电位，但不一定为大地电位。为了防止雷击可能造成的损坏和工作人员的人身安全，电子设备的机壳和机房的金属构件等，必须与大地相连接，而且接地电阻一般要很小，不能超过规定值。
电路的接地方式基本上有三类，即单点接地、多点接地和混合接地。单点接地是指在一个线路中，只有一个物理点被定义为接地参考点。其它各个需要接地的点都直接接到这一点上。多点接地是指某一个系统中各个接地点都直接接到距它最近的接地平面上，以使接地引线的长度最短。接地平面，可以是设备的底板，也可以是贯通整个系统的地导线，在比较大的系统中，还可以是设备的结构框架等等。混合接地是将那些只需高频接地点，利用旁路电容和接地平面连接起来。但应尽量防止出现旁路电容和引线电感构成的谐振现象。
4－2屏面
屏蔽就是对两个空间区域之间进行金属的隔离，以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射。具体讲，就是用屏蔽体将元部件、电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起来，防止干扰电磁场向外扩散；用屏蔽体将接收电路、设备或系统包围起来，防止它们受到外界电磁场的影响。
因为屏蔽体对来自导线、电缆、元部件、电路或系统等外部的干扰电磁波和内部电磁波均起着吸收能量（涡流损耗）、反射能量（电磁波在屏蔽体上的界面反射）和抵消能量（电磁感应在屏蔽层上产生反向电磁场，可抵消部分干扰电磁波）的作用，所以屏蔽体具有减弱干扰的功能。
屏蔽体材料选择的原则是：
（1）当干扰电磁场的频率较高时，利用低电阻率（高电导率）的金属材料中产生的涡流（P=I2R，电阻率越低（电导率越高），消耗的功率越大），形成对外来电磁波的抵消作用，从而达到屏蔽的效果。
（2）当干扰电磁波的频率较低时，要采用高导磁率的材料，从而使磁力线限制在屏蔽体内部，防止扩散到屏蔽的空间去。
（3）在某些场合下，如果要求对高频和低频电磁场都具有良好的屏蔽效果时，往往采用不同的金属材料组成多层屏蔽体。
4－3其它抑制干扰方法
（1）滤波
滤波是抑制和防止干扰的一项重要措施。滤波器可以显著地减小传导干扰的电平，因为干扰频谱成份不等于有用信号的频率，滤波器对于这些与有用信号频率不同的成份有良好的抑制能力，从而起到其它干扰抑制难以起到的作用。所以，采用滤波网络无论是抑制干扰源和消除干扰耦合，或是增强接收设备的抗干扰能力，都是有力措施。用阻容和感容去耦网络能把电路与电源隔离开，消除电路之间的耦合，并避免干扰信号进入电路。对高频电路可采用两个电容器和一个电感器（高频扼流圈）组成的CLCMπ型滤波器。滤波器的种类很多，选择适当的滤波器能消除不希望的耦合。
（2）正确选用无源元件
实用的无源元件并不是“理想”的，其特性与理想的特性是有差异的。实用的元件本身可能就是一个干扰源，因此正确选用无源元件非常重要。有时也可以利用元件具有的特性进行抑制和防止干扰。
（3）电路技术
有时候采用屏蔽后仍不能满足抑制和防止干扰的要求，可以结合屏蔽，采取平衡措施等电路技术。平衡电路是指双线电路中的两根导线与连接到这两根导线的所有电路，对地或对其它导线都具有相同的阻抗。其目的在于使两根导线所检拾到的干扰信号相等。这时的干扰噪声是一个共态信号，可在负载上自行消失。另外，还可采用其它一些电路技术，例如接点网络，整形电路，积分电路和选通电路等等。总之，采用电路技术也是抑制和防止干扰的重要措施。
5电磁兼容性问题的规范和标准
干扰特别委员会（CISPR），主要研究无线电系统中干扰噪声的测量。1976年，CISPR开始制订电磁干扰的EMI标准。1900年10月在几经修订基础上公布再版标准，随后该委员会还与国际无线通信资询委员会一起审议，为电子产品电磁兼容性的检测制订数据要求及具体方法。制订了以信息技术装置噪声为对象的“工业、科学及医疗用无线电仪器的干扰特性允许值及其测量方法”（标准11号）；“车辆、机动船和火花点火发动驱动装置无线电干扰特性的测量方法及允许值”（标准12号）；“无线电和电视接收机的无线电干扰特性的测量方法及允许值”（标准13号）等。直至1992年中期，国际EMI标准才最终完善起来。CISPR推荐的容限已为世界上许多国家所采纳，并作为其国家条例的基础。
无线电发射机功率电平是影响周围无线电电子设备，产生干扰电平的一个重要因素。因此无线电发射机功率电平应该受到限制。例如，根据无线电通信咨询委员会357-1号建议，在卫星通信系统和地面微波中继通信线路共同使用的（5800～8100MHz）频段上，当给到天线上的功率不超过13dBW时，应该限制微波中继通信线路的发射机有效辐射功率（即发射机功率和天线增益的乘积）数值为55dBW。建议同时限制卫星通信的地面站的功率及通信卫星辐射功率通量密度。许多其它的无线电业务，例如业余无线电爱好者的，移动通信系统等的发射机功率的最大值也应该受到限制。
频率规划在全国和全世界范围内已被广泛采用，是提高射频资源利用率的一种途径，也是保证无线电电子设备电磁兼容性的重要措施之一。因此应严格按照国际协议（无线电频率分配表）和全国文件，实行国家、地区的频带划分和业务之间的频带分配。根据频率—空间分配的原理进行无线频道分配。频率规划必须保证每个无线电电子设备干扰电平最小，或消除干扰，由国家无线电管理委员会负责协调。
近年来，我国许多部门都在开展电磁兼容性的试验研究和有关技术标准的制定工作，制定了一系列标准和规范。例如，国家标准GB3907-83为工业无线电干扰基本测量方法；GB4824.1-84为工业、科学和医疗射频设备无线电干扰允许值；GB6279-86为车辆、机动船和火花点火发动机驱动装置无线电特性测量方法及允许值等。国家无线电管理委员会对工、科、医等电子设备的使用频率、带宽和最大辐射场强都作出了具体规定。这对保证电子设备的正常工作和人民的正常生活以及促进现代科学技术更迅速发展，都起了重要的作用。
6一些典型电磁兼容性问题的解决
由于电子技术在各行各业中的广泛应用，在人类活动的空间无处不充斥着电磁波，因此，电子设备不解决电磁波干扰问题，就不能兼容工作。在实际应用中，人们在研究抗干扰技术方面也积累了大量的经验，不断地研究出许多实用的方法来消除电磁干扰。
实验发现汽车工作时，电磁干扰相当突出，严重时会损坏电子元器件。因此，汽车电子设备的电磁环境最为恶劣，汽车电子设备的电磁兼容性问题也特别受到人们的重视。汽车点火所产生的高频辐射最为突出。日本和美国等先进国家的环保部门为防止汽车电气噪声对环境的污染，规定只能使用带阻尼（如碳芯）的屏蔽线作为点火线，实践表明这是很有效的措施。
为了解决微电技术，尤其是计算机在汽车上的应用和推广，根据需要和实际要求，可以设计出效果良好的滤波电路，置于前级可使大多数因传导而进入系统的干扰噪声消除在电路系统的入口处；可以设置隔离电路，如变压器隔离和光电隔离等解决通过电源线、信号线和地线进入电路的传导干扰，同时阻止因公共阻抗、长线传输而引起的干扰；也可以设置能量吸收回路，从而减少电路、器件吸收的噪声能量；或通过选择元器件和合理安排电路系统，使干扰的影响减小。
微机设备的软件抗干扰主要是稳定内存数据和保证程序指针。微机是一个可编程控制装置，软件可以支持和加强硬件的抗干扰能力。如果微机系统中随机内存RAM主要用于测量和控制时数据的暂时存放，内存空间较小，对存放的数据而言，若将采集到的几组数据求平均值作为采样结果，可避免在采集时因干扰而破坏了数据的真实性；如果存放在随机内存中的数据因干扰而丢失或者数据发生变化，可以在随机内存区设置检验标志；为了减少干扰对随机内存区的破坏，可在随机存储器芯片的写信号线上加触发装置，只有在CPU写数据时才发。软件抗干扰的措施也很多，如数字滤波程序、抗窄脉冲的延时程序、逻辑状态的真伪判别等。有时候，必须采用软件和硬件相结合的办法才能抑制干扰，常用的办法是设置一个定时器，从而保护程序正常运行。
近年来，电子仪器向着“轻、薄、短、小”和多功能、高性能及成本低方向发展。塑料机箱、塑料部件或面板广泛地应用于电子仪器上，于是外界电磁波很容易穿透外壳或面板，对仪器的正常工作产生有害的干扰，而仪器所产生的电磁波，也非常容易辐射到周围空间，影响其它电子仪器的正常工作。为了使这种电子仪器能满足电磁兼容性要求，人们在实践中，研究出塑料金属化处理的工艺方法，如溅射镀锌、真空镀（AL）、电镀或化学镀铜、粘贴金属箔（Cu或AL）和涂覆导电涂料等。经过金属化处理之后，使完全绝缘的塑料表面或塑料本身（导电塑料）具有金属那样反射（如手机）。吸收、传导和衰减电磁波的特性，从而起到屏蔽电磁波干扰的作用。实际应用中，采用导电涂料作屏蔽涂层，性能优良而且价格适宜。在需要屏蔽的地方，做成一个封闭的导电壳体并接地，把内外两种不同的电磁波隔离开。实践表明，若屏蔽材料能达到（30～40）dB以上衰减量的屏蔽效果时，就是实用、可行的。
由于电子技术应用广泛，而且各种干扰设备的辐射很复杂，要完全消除电磁干扰是不可能的。但是，根据电磁兼容性原理，可以采取许多技术措施减小电磁干扰，使电磁干扰控制到一定范围内，从而保证系统或设备的兼容性，例如，通信系统最初设计时，就应该严格进行现场电波测试，有针对性地选择频率及极化方式，避开雷达、移动通信等杂波干扰；高压线选择路径时，应尽量绕开无线电台（站）或充分利用接收地段的地形、地物屏蔽；接收设备与工业干扰源设备适当配置，使接收设备与各种工业干扰源离开一定距离；在微波通信电路设计中，为了减少干扰，可采用天线高低站方式调整微波电路反射点，并利用山头阻挡反射波，使之不能对直射波形成干扰。另外，微波铁塔是独立的高大建筑物，应采用完善的接地、屏蔽等避雷措施。
篇6
电磁仿真可以做到非常准确和精确，但往往需要花费太多的时间和庞大的计算机资源，非常昂贵。因此需要有效实用的设计优化方法，在设计过程中尽可能地减少对CPU的要求和高精细的电磁场仿真。出于同样的原因，对微波结构建立快速而精确的模型的技术也至关重要。
本书介绍了最先进的微波设计优化和建模方法。由国际上从事微波计算机辅助设计的著名专家学者对电磁场仿真设计微波器件的最新发展和和广泛的应用范围进行总结和回顾，主要包括常规和新型设计优化技术，利用伴随矩阵的敏感性方法，基于仿真的调整和映射空间等一些建模方法，如人工神经网络和克里格方法。本书还给出了实际应用和案例研究，包括微波滤波器、天线、基片集成结构及各种有源元件和电路。书中还包含了一些教学型的章节加强读者对优化和建模的认识，介绍了基于梯度的方法，以及有限差分和有限元方等一些基本原理。
本书适用于电气工程专业的研究生和科研工作者，以及需要使用数值优化设计的工程师，也适用于天线设计、微波工程、计算电磁学等领域的研究人员。
杨盈莹，助理研究员
（中国科学院半导体研究所）
篇7
关键词：地质雷达；勘察技术；工作原理；电磁波探测；手段
中图分类号：[TB16] 文献标识码：A文章编号：
1前言
地质雷达作为勘察高新技术方法，以其分辨率高、定位准确、快速经济、灵活方便、剖面直观、实时图象显示等优点，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、水文地质调查、矿产资源研究、生态环境检测、城市地下管网普查、文物及考古探测等众多领域，取得了显著的探测效果和社会经济效益，并在工程实践中不断完善和提高，必将在工程探测领域发挥着愈来愈重要的作用。
2地质雷达技术的基本原理与特点
2.1地质雷达的工作原理
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断面的扫描图像。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，向地下定向发射的电磁波，遇到不同的电性界面就会发生反射，电介质间的电性差异越大，反射回波能量也越大。反射到地面的电磁波被与发射天线同步移动的接收天线接收后，通过雷达主机精确地记录下反射回波到达的时间、相位、振幅、波长等特征，再通过信号叠加放大、滤波降噪、图像合成等数据加工处理手段，形成地下断面的扫描图像。通过对雷达图像的判读，便可得到地下目标物的分布范围和状态。
2.2地质雷达的特征参数
地质雷达的基本原理是基于高频电磁波理论，工作方式是以宽频带短脉冲电磁波形式，由地面通过发射天线（T）送入地下，经地下地层或目标层（抛石层界面）反射后返回地面，为接收天线（R）所接收（见图1）。整个过程脉冲波行程需时：
（V为电磁波速，X为天线距，Z为目的层深度）。
当地下介质中的速度为已知时，可根据测定到的精确的t值（ns，1ns=10-9s），由上式求出反射体的深度（m）。 式中X值在剖面探测中是固定的。当V值难以确定时，可采用近似计算，其中C为光速（3×108m/s），εr为地下介质相对介电常数，可以利用经验数据或测定获得。
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、白色表示，或者以灰阶或彩色表示。这样，同相轴或等灰度、等色线即可形象地表征出地下反射界面，图2是雷达波形记录示意图。
图1 反射探测原理图 图2 雷达波形记录示意图
反射脉冲的强度与界面的波反射系数和穿透介质的波吸收程度有关。垂直界面入射系数R的幅值和幅角，分别可由下列关系式表示：
式中a=μ2/μ1、μ和ε、δ分别为介质的导磁系数，相对介电常数和电导率，角标1和角标2分别代表入射介质和透射介质，由关系式可以看出，反射系数与界面两边介质的电磁性质和工作频率ω=2πƒ有关，即与介质的空隙率、含水量有关，含水多，δ、ε值变大，相应地反射系数也会不同。
现场测量，通常采用剖面法(GDP)或者宽角法(WARR)两种方法。前者发射天线和接收天线以固定间距沿测线同步移动；后者是固定一个天线、移动另一个天线或者是两个天线同时由一中心点向两侧反方向移动。上述两种方式的记录点均为两个天线的中心点。
2.3地质雷达的特点及应用
瑞典RAMAC/GPR型地质雷达由屏蔽、非屏蔽天线（50MHz—2.3GHz多个固定天线）、ProEx主机（50MHz—2.3GHz天线共用）、测量轮、便携PC等组成。ProEx主机与PC机之间、ProEx主机与天线之间均采用光纤连接通讯，提高数据传输和发送指令的可靠性，测量轮控制数据的采集，沿测线每道的位置由该道在数据文件中的位置给出，消除人工移动天线造成的测量误差，提高平面定位的精度。
地质雷达是一种用于解决浅层工程地质问题的高新物探技术。由于其采用了高频、宽频带、短脉冲和高速采样技术，因而其探测的分辨率被公认为高于其它地球物理勘测手段。
3地质雷达技术的应用
3.1工程概况
某建设单位在边坡开挖过程中，由于一条工地输水管发生断裂，大量的自来水渗入开挖边坡的土体中，在开挖施工过程中土体失稳产生滑坡，首先是在已开挖整平场地近坡脚前缘地表发生隆起，其后在几天时间里滑坡不断向坡顶发展，其边坡的上部土体呈分台阶、叠瓦片状向下不断滑移，并相伴一系列的张性裂隙，应建设单位的要求我院对此边坡进行了边坡岩土钻探勘察工作，本次采用地质雷达超强地面耦合雷达天线结合前期边坡勘察，验证前期边坡勘察结果和地质雷达在寻找滑坡及滑动面的实际应用，沿原勘察工作中的勘探线进行重新探测。
3.2探测准备
本次滑坡探测仪器选用瑞典MALA雷达及配套RTA天线，天线中心频率为50MHz，天线间距为4m，采样步长为0.20m，叠加64次。沿原滑坡勘探坡面自下而上布置一条近200m长的连续测线。
3.3数据处理与分析
依据前滑坡勘察地质资料显示该工程区域的基岩为紫红色泥质砂岩，上覆粘土层较厚，坡面植被较发育。理论上滑坡滑动面上下，粘土与基岩风化层电性差异较小，雷达探测的数据反映出的图像界面应不甚明显，在数据处理时用Reflexw软件进行了相关技术处理，并根据地形起伏对地形进行了修正。得到数据图像较清淅的反映了滑坡剖面的不同岩性和上部滑坡各结构面分界线，下图3是本次地质雷达实测剖面。
图3 主滑动段沿坡下至坡上地质雷达剖面(方向与主勘探线一致)
根据本次地质雷达探测成果，滑坡面上部土体沿多层滑面向下滑移，其滑动面以上滑动体在脉冲反射波中的反应为强烈的杂波面反射，表现为一系列与坡向相近的反射面。而滑动面以下的未发生滑移的紫红色泥质砂岩基体，其波形表现为均匀完整的连续波，与其上部波形形成强烈的反差。揭示的滑动面深度与勘察揭示的滑面深度亦基本吻合。
4结束语
综上所述，地质雷达是目前最为快速、高效、经济的高新探测技术，有较强的理论性与实用性，具有推广应用价值。今后在应用方面，应当进一步研究探测目标参数和响应，提高分辨率、扩大探测深度，提高地质雷达图像的反映效果，强化数据处理和资料分析，以深化雷达图像的电磁波反射特征与地质特征的相关性。从而促使这一高新地球物理勘测技术迅速发展，适应新时期地质勘察工作的要求。
参考文献：
篇8
关键词： 地质雷达，路面检测，技术简述
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
中图分类号：X734文献标识码：A 文章编号：
近年来，随着我国公路建设规模的不断增加，相关的质量检测任务日益加重。然而，公路路面结构的破坏常常始于各种隐蔽的或不可见的隐患，针对上述隐患检测的传统方法又不能及时、准确地检测及判断隐患的具体情况。这就使得路桥结构的维护针对性差、盲目性大，而真正的问题却得不到解决。20世纪80年代后期，地质雷达技术被应用到公路工程的检测领域，才为该类问题的解决打开了局面。
地质雷达技术简述
地质雷达(Ground Penetrating Radar，简称GPR)又称探地雷达、地面探测雷达，是用高频无线电波（频率一般介于1MHz～10GHz）来确定地下或者岩体介质分布状况的一种探测方法。地质雷达利用发射天线向地下或者岩体发射高频电磁波，通过接收天线接收反射回地面的电磁波，电磁波在介质中传播时遇到存在电性差异的界面时发生反射，根据接收到电磁波的波形、振幅强度和时间的变化特征推断介质的空间位置、结构、形态和埋藏深度。使用探地雷达对路面结构进行检测具有实时、简便、高效、准确、连续、信息丰富等特点。目前，该项技术已被广泛应用于公路工程质量控制及病害检测中。
1工作原理
地质雷达的工作原理是利用宽频带发射天线过向介质发射无线波电磁脉冲，电磁脉冲在介质传播过程中遇到不同电性介质界面时会产生反射。由接收天线接收到反射信号后，将其传输到主机内并将转化为数字信息，再通过数据、图像分析处理，就能计算出被探测介质的某些参数，从而区分不同介质层面，并确定不同层面物体的深度。
对于不同介质，雷达波的穿透深度是不尽相同的，这主要取决于波的频率和地下介质的电学特性等因素的影响。一般地，频率越高，穿透深度越小；导电率越高，穿透深度越小，反之亦然。在常见的工程材料中，混凝土的导电率高于沥青，因此同样频率的雷达波在水泥中的穿透能力小于在沥青中的穿透能力。在实际应用中，需要针对检测对象材质的不同，采用不同频率的电磁波。例如，在实际检测工作中，探测沥青路面常常使用频率大于1 200MHz的天线，而对于水泥混凝土面层一般使用900MHz～1 000MHz的天线；探测路基可使用频率为300MHz～900MHz的天线。
2发展概况
1910年，德国人Leimbaeh和Lowy首次阐明了地质雷达的基本概念。此后的很长一段时间里，地质雷达技术有了很大改进。但由于电磁波在地下介质中传播的复杂性和不均匀性，使得对地质雷达的研究它仅限于相对均匀、对电磁波吸收较弱的地质环境。1960年，John C. Cook等提出了采用雷达波探测地下介质层并开发了能够探测地下介质的雷达系统。上世纪70年代以后，随着电子技术及现代数据处理技术的迅速发展与应用，许多商业化的探地雷达系统先后问世，其应用范围不断扩大，极大促进了地质雷达技术在工程中的应用。我国针对地质雷达技术在工程领域的应用研究始于上世纪80年代。1983年，铁道部引进了第一台地质雷达。此后，各科研部门经过十几年的不断努力，在雷达硬件设备、目标信号提取、目标识别、目标成像等方面取得重大进展和突破，特别是成功地实现了对地下目标的三维层析成像，大大提高了分辨率和清晰度，使地质雷达在信号处理和成像技术方面进入了世界领先行列。目前在我国，地质雷达技术已经在军事、地质、水利、交通、城建等部门得到广泛应用。
3在公路路面检测中的应用简述
地质雷达技术早期在公路工程检测领域中的应用主要是探测路面结构层的厚度。近几年，人们开始致力于研究应用地质雷达探测路面工程及其相关结构层的病害和缺陷，解决公路工程施工过程和使用期间中的工程问题。本文中通过使用瑞典MALA公司的地质雷达，结合工程实践，对地质雷达在检测路面结构中常见的应用做简单的介绍：
1)公路施工期：检测公路各结构层厚度和密度，及时监控施工质量，并做到在施工现场进行实时质量检测。图1是一段公路的雷达波形图，从图中可以清晰的看到道路的面层、上基层、下基层的分界线，可以由软件识别出指定桩号的各结构层（尤其是面层）层厚，为施工过程中的质量控制提供了有力保障。
图1各结构层层厚分布情况图
2)公路使用期：使用地质雷达对公路定期进行快速、连续检测，结合路面外观普查。检测层间脱空、空隙和破碎区域范围，方便管理部门及时掌握公路质量变化情况，实施补救措施，并进行道路状况动态管理，为公路养护提供可靠的依据。图2方框中所示为新铺路面与原有旧路面结合处有填料不密实现象，图3方框中所示为路面与基层之间存在脱空或者高含水区域。
图2新铺路面与原有旧路面结合处填料不密实
图3路面与基层间脱空或高含水区域
4 结论
篇9
[关键字]遥感技术 地貌信息 图像处理
[中图分类号] TP79 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-5-176-1
1 遥感数字图像处理
1.1 波段的选取
本研究所选取的数据是美国陆地卫星Landsat-7 ETM+影像数据。
1.2 遥感数字图像预处理
遥感图像反映的是物体表面综合辐射能量分布和几何特征。因而在不同程度上与实际物体表面的辐射能或亮度分布有差异，即存在着畸变或退化。遥感成像、感测、记录、传输等过程都会造成图像的退化。遥感数字图像的退化大致可以归结为两大类：遥感图像的辐射失真和几何畸变。辐射失真是指遥感传感器在接收来自地物的电磁波辐射时，由于电磁波在大气层中传输和传感器测量过程中受到遥感传感器本身特性、地物光照条件（地形影响和太阳高度角影响）以及大气作用等的影响，而导致遥感传感器测量值与地物实际的光谱辐射率的不一致。几何畸变是指由于遥感传感器方面的原因（例如扫描线速度的不均匀等）、遥感平台方面的原因（例如卫星运行姿态的变化）以及地球本身的原因（例如地球自转的影响）等而造成的图像在几何位置上的失真。遥感数字图像恢复处理就是针对以上畸变，采取的相应校正处理，使处理后的图像能最好地接近原始景物[1]。
1.2.1 辐射校正
1.2.1.1 传感器的辐射校正
传感器的辐射校正主要校正由于传感器灵敏度特性变化而引起的辐射失真，包括对光学系统特性引起失真的校正和对光电转换系统特性引起失真的校正。
1.2.1.2 大气校正
遥感传感器感测的信息是地物对太阳光的反射或地物发射的电磁波经过大气层传输并与大气发生作用后的结果，大气通过对电磁波的吸收和散射（大气的吸收和散射作用不仅造成地物辐射电磁波能量的衰减，而且散射还将产生邻近像元间的辐射干扰和形成天空光）来影响和改变遥感图像的辐射性质，其中对遥感图像影响最大的是散射作用，因而通常遥感数字图像处理的大气校正是指大气散射校正，即消除大气散射对辐射失真的影响。
1.2.2 照度校正
遥感图像的质量与摄影时的光照条件有直接关系。照度校正是用来校正由于不同成像时间及不同太阳高度角所引起的辐射差异。在不考虑地形影响及太阳高度角对大气衍射影响的情况下，对太阳高度角给予亮度值的影响作校正或补偿。
几种校正或补偿，主要应用于比较不同太阳高度角（不同季节）的多日期图像。当研究地区跨越两幅不同日期的图像时，为了使两个部分便于衔接或镶嵌，也可作太阳角校正。校正的方法是以其中一幅图像为标准即参考图像，校正另一幅图像，使之与参考图像近似。
1.2.3 几何校正
由于遥感传感器、遥感平台以及地球本身等方面的原因，在遥感成像时往往会引起难以避免的几何畸变。几何校正可分为两种：即几何粗校正和儿何精校正。
1.3 遥感数字图像信息增强
图像增强是遥感数字图像处理的基本内容之一。它是指按照特定的需要突出一幅图像的某些信息，同时削弱或去除某些不需要的信息的处理方法，其目的是使处理后的图像对于某种特定的应用比原始图像更适用。遥感数字图像的增强处理主要目的是扩大不同图像特征（例如灰度或不同的颜色）之间的差别，以便提高对图像的解译和分析能力，使之更适合实际应用。遥感图像信息内容丰富，图像增强处理只能是相对的、有选择性的，即增强某些信息的同时对另一些信息进行压缩。因此图像增强处理方法的选择和应用，取决于研究对象、目的和要解决的问题以及图像本身的信息特征。
2 遥感地貌信息提取与解译
2.1 目视解译法
遥感图像是地物电磁波谱特征的实时记录，我们可以根据记录在图像上的影像特征—光谱特征、空间特征、实践特征等来推断地物的电磁波谱性质。不同地物由于其特征性质不同，在图像上的表现不一，故我们可以根据它们的变化和差异来识别和区分不同的地物。本文将研究区的1：25000相山矿区地质图与遥感影象进行套合，并在此基础上进行解译。根据调查区不同地质单元的不同特征、不同地物的光谱特征，统一选择了ETM图像7、4、3波段合成的假彩色影像数据作为本次遥感调查的主要信息源。
2.1.1 构造地貌解译
地表的大型山系、高原、盆地的形成与发育大多受区域构造的控制和影响；同时也程度不同的反映区域构造基本轮廓和特征，并在遥感图象上显示出来。局部的断裂、褶皱和岩层产出状况，同样也会以各种中小尺度构造地貌形式显示在遥感地图上。坡面构造的解译：山体由多个坡面组成。坡面类型除正常的以外还有受地质构造控制发育而成的，即a.倾向坡。b.断层陡崖，是沿断裂线展布的陡坡，通常是断裂破碎带区系经强烈风化剥蚀、崩塌作用而成的一种构造地貌。c.断层三角面，是断层破碎带发育而成的似三角形坡面，它与断层陡崖不同，是断裂破碎带的直接出露。在遥感图象上常成排出现，形成直线状延伸的锯齿状。断层三角面出现在高角度正断层破碎带上。
3 小结
相山铀矿田地层、岩体、构造、蚀变以及成矿作用等方面进行了卓有成效的研究，也取得了丰硕的成果，但对地貌的研究包括地貌形体与铀矿空间分布关系研究却显得极为薄弱，本文通过相山ETM遥感图象数据与相山矿区1：25000地质图应用ERDAS IMAGINE8.4软件，对相山地区的ETM遥感影像数据进行预处理以及对研究区地貌遥感影像进行了一系列处理，总结了前人的经验和成果，建立地貌遥感解译标志，研究相山矿区地貌类型和特征。解译出相山铀矿区地貌的主要类型有流水地貌、构造地貌、重力地貌三大类。侵蚀沟、洪积扇、河流、崩塌、滑坡、泥石流、山体构造、坡面构造、构造盆地九小类地貌。地貌类型和铀矿的空间展布关系未得到相应的结论。
参考文献
[1] 刘允良，张富祥，等.遥感地质学[M].北京：地质出版社，2004.2.
[2] 张万良，张杰林，等.相山铀矿田地貌形体 DEM模型应用分析[J].地球信息科学，2007.8.
[3] 陈庆涛，杨武年，等.卫星遥感TM 图像在川东地区地貌解译研究中的应用[J].成都理工学院学报，2000.7.
篇10
【关键词】无线供电；磁耦合共振；实验
随着科学技术的发展，人们日常生活中有了许许多多的电子电器设备，它们都附带有电源线、充电器，而且各种充电器规格不一不能通用，这些电源线和充电器充斥了我们的生活，成了我们生活中无法抛弃的羁绊，我们有没有可能彻底甩掉这些小尾巴？答案是肯定的，我们可以应用无线供电技术。海尔已经推出了“无尾电视”概念机，不需要电源线、信号线和网线。
无线电力传输是一种区别于有线传输的特殊供电方式。无线供电技术其实在很多年前就有概念，特拉斯在发明了交流电并构建交流供电体系后开始构想无线输电方案，同时进行了实践。
目前，无线供电技术有以下三种方法：
第一，电磁耦合。最早应用的无线供电技术是1885年研制成功至今仍在广泛应用的变压器，它是典型的电磁耦合无线供电例子，其基本原理是法拉第的电磁感应理论，两组导线绕在铁制框架上，两者没有直接连接，完全靠电磁感应传递能量。在现代社会生活中，这种电磁感应式的无线供电系统已得到了较为广泛地应用，其中一个例子是电动牙刷。电动牙刷经常接触水，无法采用直接充电方式，研究者采用电磁耦合无线充电技术，在充电座和牙刷中各有一个线圈，当牙刷放在充电座上时就有磁耦合作用，类似一个变压器，感应电压整流后就可对镍镉电池充电；另一个应用更加广泛的例子是我们使用的各种智能卡片，如公交卡，第二代身份证和很多可以记录信息的卡片，他们都采用了无线供电技术，这些卡片的内部结构相似，由一小块芯片和一个线圈组成。在卡片中的电路中没有供电模块，当卡片在读卡机边晃动时，读卡机周围形成一个快速变化的磁场，卡片中的线圈产生感应电流，感应电流给内部的芯片供电，芯片对外发射信号，将自身的信息发送给读卡器，接下来读卡器就可以判断出目前卡中有多少余额，并完成扣款操作。这就是非接触IC卡的原理，实质已应用了无线供电技术。虽然电磁感应无线供电技术比较成熟，但这种供电技术会受到很多限制，其中最大的问题就是低频磁场会随着距离的增加而快速衰减，如果实际应用要增加供电距离，只能根据需要加大磁场强度，但磁场强度加大不仅增加电能的消耗，还会造成近距离的磁信号记录设备失效，例如银行卡上的磁条在强磁场下会去磁损坏。另外，电磁感应无线供电技术是直接以电磁波形式进行1cm以下的较近距离的发射和接收，电磁波向四面辐射，能量大量浪费，效率较低，通常它只适合相互“贴着”的小功率电子产品。
第二，光电耦合。光电耦合无线供电技术就是把电能转化为光能，比如激光，通过光将能量传递到目的地再转化为电能。光电耦合无线供电技术比较直观，而且光电转换技术也较成熟且应用广泛。但我们知道光的传递路径中不能有障碍物。所以光电耦合无线供电技术有很大的应用障碍。
第三，电磁共振。电磁共振其原理类似声波共振的原理，两种介质具有相同的共振频率，就可以用来传递能量，称之为非辐射性电磁共振。美国麻省理工学院的科学家正在开发一种使用非辐射性的无线能量传输方式来驱动电器，无论是手机，笔记本电脑还是数码相机，如果这项研究获得成功，它们的充电器都可以退休了。特定频率的电磁波能引起物体的振动，如果两个物体固有频率相同，就可以传递这种振动，也就是传递能，研究人员让一个天线发射电磁波，让接收器来接收，转化为能量，这是电磁共振无线供电技术的基本原理。按照这一原理所有使用电池的电器都可以换用电磁共振无线供电技术供电。将来电磁共振无线供电技术将会有很大的应用空间，比如在地下铺设线路后，我们随时可以为手机，甚至开行中的汽车充电。
根据以上分析，我们认为磁耦合共振无线供电技术是最有可能广泛应用的技术。无线供电技术（无线充电）可以让电能隔着空气、塑料外壳实现传输，大大方便了应用。
无线电能传输方案如图1。
图1 无线电能传输方案原理框图
采用磁耦合共振所消耗的电能只有传统电磁感应供电技术的百万分之一，当发射端通电时，它并不向外界发射电磁波，而只是在周围形成一个非辐射磁场，这个磁场用了和接收端联络，激发接收端共振，从而已很小的消耗代价来传输能量。这项技术中，磁场的强度和地球的强度相似，人们不用担心对自己身体和其它设备产生不良影响。
采用芯可泰XKT801芯片，我们进行了以下无线供电实验。
无线供电模块有振荡电路、整形电路、检测电路、频率干扰抑制电路、电流自动控制、无线功率发射电路等组成。
图2 无线供电模块电路组成
