探测试验（精选六篇）
探测试验 篇1
随着工业化进程不断加速, 二氧化碳 (CO2) 等温室气体对环境的影响逐渐引起人类的重视。研制高光谱和高空间分辨率的二氧化碳探测仪, 能够监测全球温室气体分布及含量, 对人类及国家战略具有深远意义[1,2]。
云干扰对大气探测具有一定的扰动, 随机搭载的云与气溶胶探测仪可以通过对气溶胶的探测去除信号中的气溶胶散射信号, 提高温室气体探测的反演精度。
In Ga As是一种直接带隙半导体合金材料, 具有较高的电子迁移率、量子效率和良好的抗辐照特性, 能够在室温或制冷条件下正常工作[3], 所以被广泛应用于空间遥感成像系统。Xenics公司的短波红外探测器XLIN⁃1.7⁃2048能够在室温或电制冷条件下探测气体谱段信息, 因受制于卫星有效载荷的紧张资源, 有必要进行开展一系列制冷试验, 通过对数据的分析以确定短波红外探测器的工作模式。
1 红外成系统
短波红外探测器XLIN⁃1.7⁃2048是基于In Ga As的双列读出线阵红外探测器, 工作谱段范围为0.9~1.7μm, 像元尺寸12.5μm×12.5μm, 为满足更高的应用需求, 短波红外探测器内部集成了半导体电制冷器, 在制冷工作模式下可提高像元的探测灵敏度, 在弱光、长积分时间条件下对与暗电流噪声的影响更为显著。
电源连接两块不同的金属, 接通直流电后一个接触点温度降低, 另一个接触点温度升高;若电源反接, 则接触点处温度相反变化, 这一现象称为帕尔帖效应[4], 其冷端的产生是由于接触点产生电子⁃空穴对, 内能减小, 温度降低, 而热端电子⁃空穴对复合, 温度升高向外散发量[5]。探测器内部的TE1半导体制冷器分为上下两个24 mm×6 mm的陶瓷基面, 最大的通电电流为1.8 A, 最大压降为7.4 V, 最大温度变化范围为[6]-40~100℃, 见图1。
XLIN内部集成了Vishay负温度系数热敏电阻 (Negative Temperature Coefficient, NTC) , 在温度较低时载流子 (电子和空穴) 较少, 呈现的阻值较高, 随着温度的升高, 载流子数目增加, 导致阻值变小[7], 因此阻值的变化能够实时反应探测器内部温度。25℃时, NTC热敏电阻R25为4.7 kΩ, 且温度的变化与阻值变化呈现非线性关系, 对应关系如图2所示。
系统加电制冷及实时监测部分原理框图如图3所示。半导体制冷器TEC冷端面与探测器2048像元线阵列接触, 热敏电阻NTC外接直流电压用以产生直流信号电平, 探测器内部温度的改变导致自身压降变化, 通过放大器后经行A/D采样, FPGA将接收到的数字信息发送至地检设备, 即可实时监测由制冷或外接温度变化引起的探测器内部温度变化值。
2 制冷试验条件与方法
试验主要围绕不同温度下, 短波红外探测器的暗背景、辐射响应灵敏度指标开展, 综合考虑开启制冷与不制冷两种工作模式时, 整星系统的功耗、散热、可靠性、体积与重量等多方面因素, 最终确定红外探测器在轨工作模式。
短波红外探测器制冷试验由积分球光源、辐亮度计、控制设备、红外成像系统及地检设备构成, 示意图如图4所示。红外探测器置于距积分球0.5 m处, 积分球控制系统通过辐亮度计反馈控制积分球光源, 地检设备接收红外图像及探测器内部温度, 红外探测器内部半导体制冷器外接电源, 通过调节电压实现多种不同的工作模式。地检设备选取探测器中的1 600个像元成像, 为了提高信噪比采用4像元合并的方式显示。
3 试验结果与分析
3.1 暗场响应
短波红外探测器的基本构成单元就是P⁃N结光电二极管, 波长比截止波长短的红外辐射被光二极管吸收后产生了电子⁃空穴对。正常加电工作时, PN结施加反偏电压, 所以即使在没有光照的情况下依旧会有反向电流产生[8,9], 暗电流为:
式中:Is为反向电流;V是外加电压, 因此对于探测器, 暗电流的高低取决于工作温度。本系统12位量化精度输出码值为0~4 096, 暗电平信号越高, 则正常工作条件的动态探测范围越小, 暗噪声也会越明显[10]。
试验选取1.5 V, 2.5 V, 3.3 V作为制冷电压值, 在温度15℃、相对湿度40%~60%的暗室状态下, 测试结果如表1所示。
图5中从不制冷到1.5 V制冷电压过程中, 像元均值DN降幅最大;然而系统关键指标像元噪声STDEV随着制冷电压的增加却始终位于0.7左右波动, 并未有较大的增加;单片探测器制冷功耗从0 W上升至3.3 V的1.9 W, 整个系统四片红外探测器加上电源板二次供电损耗, 功耗增加量最大可达到10 W, 散热面辐冷板亦增加为不制冷工况下的两倍。
3.2 辐射灵敏度响应
红外探测器辐射灵敏度计算公式为:
式中:DN为像元均值, L是积分球光辐亮度;B为响应偏置;K即为探测器响应灵敏度。
试验中调整制冷电压, 根据在轨工作条件及热控要求, 选取短波红外探测器温度为30℃, 25℃, 20℃, 15℃及10℃时, 记录三种亮度等级的工况, 计算探测器辐射响应灵敏度如图6所示。
全视场像元中上下尖峰为盲元, 在某一温度、相同光辐射输入条件下, 探测器所有像元灵敏度响应有所差异, 随着像元编号的增加探测器灵敏度响应逐渐升高;探测器制冷电压的不同, 模拟探测器10~30℃的工作温度, 像元在相同辐照度输入的灵敏度响应也不相同, 但波动不大于0.05 DN/ (W/m2/sr/nm) 。
4 结论
为确定短波红外探测器XLIN工作模式, 设计了暗场及光辐射条件下的制冷试验。在不制冷情况下, 红外探测器暗场响应DN值为150, 较最大3.3 V制冷工况均值高42, 探测动态范围减小1%, 但噪声未见变化, 且在光辐射输入情况下, 制冷工况与不制冷工况的灵敏度相差小于0.05 DN/ (W/m2/sr/nm) , 能够满足系统设计要求。对于最高3.3 V制冷电压, 单机制冷功耗增加10 W, 辐冷板面积增加两倍, 质量和体积相应增加, 系统可靠性降低, 所以综合考虑, 短波红外探测器XLIN⁃1.7⁃2048在轨工作时无需电制冷能够满足系统要求。
摘要：为解决红外图像高质量要求与紧张的卫星有效载荷资源间矛盾, 针对Xenics公司的InGaAs短波红外探测器XLIN-1.7-2048开展电制冷试验以确定其工作模式。对比暗背景与不同光辐照情况下, 探测器开启半导体热电制冷与不制冷时的像元均值、噪声与灵敏度, 综合考虑系统要求、功耗、辐冷板面积、重量及可靠性等因素, 最终确定常温工作状态下的工作模式。
关键词：短波红外探测器,热电制冷,InGaAs探测器,卫星有效载荷
参考文献
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探测试验 篇2
国外空间环境试验与探测技术现状与发展趋势
文章分析了与航天器飞行有关的4类空间环境的特点;介绍了国外空间环境试验技术的现状与发展概况.文章还重点分析了未来空间环境探测的发展趋势:加强了对空间环境动态变化的探测;将星座探测摆在重要地位;以地球轨道卫星为发展的主流;利用卫星加大对空间环境探测的`力度;加强国际合作.国外空间环境探测的经验表明,我国应重视发展地球轨道探测卫星,尽快提高卫星有效载荷的水平.
作 者：焦维新 Jiao Weixin 作者单位：北京大学,地球与空间科学学院,北京,100871 刊 名：航天器环境工程 ISTIC英文刊名：SPACECRAFT ENVIRONMENT ENGINEERING 年，卷(期)：2008 25(3) 分类号：V57 关键词：空间环境试验 空间环境探测探测试验 篇3
这对姊妹探测器接下来会开始绕月运行，紧密合作，探测月球引力，并将其内部情况绘制成图，这样科学家对月球内部构造就会有一个初步的了解。这次任务将回答曾经是否有第二个月球、现在的月球为什么有如此奇怪的形状等问题。美国宇航局查尔斯·波尔顿表示：“圣杯姊妹探测器将使我们对月球有更多了解，同时帮人类进一步掌握地球的演变史。”
美国宇航局希望，通过圣杯绘制出不均匀的月球引力场，可帮助研究人员更好地了解月球的不对称现象以及月球形成的原因。美国宇航局称这次任务是一次“月心之旅”。以前的月球探测任务试图研究其引力情况，但结果并不理想。科学家说，月球引力大约只有地球的六分之一，圣杯是首次进行月心之旅的探
测器。
2011年9月，美国宇航局为测量月球引力情况发射了圣杯姊妹探测器，随后它们就各自朝着目的地独立飞行。“圣杯（Grail）”是引力再现与内部构造实验室的字母缩写。地球人倒计时迎接新年到来前数小时，圣杯A已在南极上空，为进入轨道放慢了飞行速度。
一些学校组织学生密切关注这次总造价4.96亿美元的月球探测任务。通过美国首位进入太空的女性萨莉-莱德的不懈努力，美国中学生现在可以用探测器上的摄像机放大图像，挑选他们喜爱的月点照片。
从太空时代开始以来，美国宇航局先后进行了6次“阿波罗”登月任务，把12名宇航员送上月球。圣杯探测器进行的是第110次探月任务。虽然科学家对月球进行了许多次探月计划，但结果并不理想，依然不了解这个距地球最近天体的所有秘密。
麻省理工大学首席科学家玛丽亚-朱伯表示：“月球表面好像并不能给我们答案，我们只好把目标锁定在月球内部。”近乎完全相同的圣杯A和圣杯B一旦进入指定轨道，将用两个月时间改变位置，直到它们到达月球上方34英里处，然后组队飞行。数据收集将从2012年3月开始。
（来源：新浪科技）
探测试验 篇4
关键词：火灾探测器,性能评估,模拟试验,测控系统
火灾探测器是火灾自动报警系统中最基本最关键的设备之一,它通过探测被保护区域内的温度、烟雾、光辐射、气体等火灾信号,确定是否或即将发生火灾。火灾探测器的灵敏度、准确性、实时性和可靠性是影响火灾自动报警系统保护人民生命财产安全的关键所在,也是衡量火灾探测器性能优劣的重要指标。
随着新型火灾探测器的不断成功研制,通过优化探测算法提高系统性能的研究也取得了很大突破。火灾探测器性能评估,是近20年来火灾科学的研究热点。1995年,美国标准和技术研究所提出了一种通用火灾仿真器/探测器评估器(FE/DE)的概念设想,其后建造了一个通风管道,对火灾探测器进行性能测试,并开展了飞机货仓误报的模拟试验研究。德国Duisburg-Essen大学火灾实验室建立了复合火灾探测器测试设备。中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室建立了火灾探测综合模拟实验平台,可模拟真实的火灾环境和施加环境干扰信号。公安部沈阳消防研究所研制了可进行火灾模拟仿真和探测器性能评估的火灾探测性能综合评估试验平台。
笔者在借鉴国内外已有研究的基础上,依据国家标准,结合火灾探测器实际工作环境特点,设计出具有开环与闭环两种工作方式的复合火灾探测器综合性能评估模拟试验平台。该试验平 台既可模 拟常规的 真实火灾 信号,也可模拟各类火灾干扰信号,还可通入收集的真实火灾烟气进行试验,并进行小尺寸标准火试验,从而对火灾探测器的性能进行综合评估。
1结构和功能
1.1设计思路
试验平台一般有两种工作方式,即为开环和闭环,两种方式各有利弊。在开环工作方式下,试验管道通风流畅,烟尘清除便利,风险小,但模拟试验材料消耗大(如加热器等设备功率要求更高,气体供给不能间断等);在闭环工作方式下,试验材料能循环利用,并从一定程度上较好地模拟封闭空间火灾,但试验中烟尘不易清除,对通风管道、试验设备等要求高,风险大。当然,一个试验平台不能只有闭环。基于以上考虑,本设计采用开闭结合的方法,将试验平台的试验管道设计成带开口的环形管道,通过3个电磁阀的配合可以控制试验平台在开环或闭环方式下运作。
试验平台包括两 大部分,即试验管 道和测控 系统。其中,试验管道又分为两段:模拟段和测试段。模拟段安装用于模拟火灾环境的设备,以模拟真实火灾信号和或火灾干扰信号;测试段用于安装各种火灾探测器和传感器等测量仪器,以测量被检探测器周围环境参数。测控系统通过线缆与试验管道相连,既可控制调节模拟段中相应设备,亦可实时监控测试段中各设备的运行状态及火灾参数的大小;同时,通过计算机系统接收、处理信号,实现试验过程控制与数据记录。
1.2结构与设备
笔者所设计的复合火灾探测器综合性能评估模拟试验平台的总体结构,如图1所示。试验平台的2个主要部分是试验管道和测控系统。试验管道从外形上来看,近似于一个有进出口的环形通道,管道内部为400mm×400mm矩形截面,符合相关国家标准要求。
在试验管道的进出口及中部各有一个电磁阀门,三者配合共同控制试验平台的开闭环工作方式。沿空气流动的方向,在模拟段,依次主要包含如下8种仪器设备:
(1)轴流风机。通过变频器调速控制试验管道中的风速在0~5m/s连续变化,进而将控制段中的各成分传送到测试段进行测试;(2)加热器。通过温度控制器控制试验管道中的气流温度在0~100℃连续稳定变化;(3)加尘器(灰尘发生器)和加尘接口。模拟火灾探测器在实际使用环境中的灰尘干扰;(4)加湿器和加湿接口。模拟火灾探测器在实际环境中的水雾干扰;(5)小尺寸火燃烧皿。是专门用于小尺寸火试验的位置,模拟小尺寸火灾情况,测试火灾探测器的响应情况;(6)集烟装置及其接口。通过收集真实的燃烧产物对火灾探测器进行检测,也可借此加入油烟等干扰信号;(7)气溶胶发生器及其接口。模拟真实火灾中可能产生的典型气溶胶成分;(8)可燃气储罐及其接口。模拟真实火灾过程中可能产生的多种典型气体成分。
在模拟段与测试段中间的弯道区域,设置有导流叶片和整流栅,保证进入测试段的气流平稳无紊流。在测试段,设置有探测器或传感器的进线孔及固定装置,以安装各种类型的火灾探测器及传感器,测量被检探测器周围环境参数。在测试段外侧,安装钢化玻璃观察窗,以便在试验过程中随时观察测试段状况。在测试段末端,设置风量调节阀,可通过控制台自动调节测试段的风量。
1.3平台功能
在以上结构和设备的基础上,该试验平台的主要功能为仿真模拟真实火灾和定量评估各类火灾探测器综合性能。火灾探测器综合性能包括火灾响应、环境适应性和抗干扰能力三方面。
(1)火灾响应。平台使用温度、烟雾、可燃 气体和小尺寸标准火,模拟真实火灾发生时产生的火灾信号,进而评估探测器的响应能力。
(2)环境适应性。主要考核火灾探测器在其寿命 期预计可能遇到的各种环境作用下能实现其所有预定功能和性能,以及不被破坏的能力及长期运行的效果。
(3)抗干扰能力。即通过模拟灰尘、水雾、厨房油烟、香烟烟气等火灾干扰信号,测试火灾探测器对这些特定干扰信号的抵抗能力。
整个试验管道中气流流动情况如下:首先,轴流风机将纯净的气流吸入试验管道并按一定的风速流动,经过加热器加热到特定温度;其次,火灾模拟信号(气溶胶即白烟、黑烟、可燃气体、小 尺寸火等)、火灾干扰 信号(灰尘、水雾、厨房油烟、香烟烟气等)通过相应的仪器设备生成并经对应接口送入试验管道与气流搅拌混合,经导流叶片和整流栅的稳流,均匀地进入测试段;然后,安装于测试段的各类火灾探测器对特定信号进行测试;最后,气流经由风量调节阀的气流控制,从排气口(阀门1)排出,或者经阀门2继续流经轴流风机,实现内循环,前者是在开环工作方式下,后者是在闭环工作方式下。
为实现对火灾探测器综合性能的定量评估,试验平台在测试段安装温度计、湿度计、烟气密度计等传感器或仪表,对温度、湿度、风速、烟气密度等参数进行检测。火灾探测器及各类探测器或仪表将各自的测量信号变换成0~5V的标准信号,经线缆进入测控系统,完成信号转换和数据采集、整理、显示、记录。
2测控系统集成
试验平台要完整地实现对火灾探测器综合性能的定量评估,除了需要同时控制多种仪器设备,还要同时测量多种参数。因此,试验平台测控系统集成和控制优化是平台设计的一项重要内容。
2.1硬件集成方案
表1为测控系统参数表。
测控系统采用工业控制计算机(简称“工控机”)作为自己的控制中心,采用隔离4路电压输出通用D/A板和16路单端模拟输入A/D板,用以控制各种设备运行和接受传感器信号。在通信上,使用RS232接口以及4~20mA电流环等标准接口。另外,使用19英寸标准工控机柜,以便系统扩充。
2.2软件设计
试验平台的测控系统软件的主要任务有两点。
(1)接受信号并界面显示。接收传感器的状态信号,以状态栏的形式显示在主界面左侧,以绿灯亮表示正常,黄灯亮表示故障、掉电或通信无应答,红灯亮表示采样值超限,程序循环显示传感器采样数据。
(2)控制试验过程和记录试验数据。实现试验的启动、过程检测、数据记录、结果打印、停止和紧急停机。试验数据通过建立运行记录数据库(如Access数据库)进行记录,包括试验日期、试验项目、试验人员、温度曲线、烟气浓度曲线、试验结果等信息。
3试验设计
依托试验平台开展各种性能评估试验,需要确立评估试验方法体系。总体而言,试验方法体系包括两部分:实验项目和评估指标。此试验平台可进行的实验项目,如表2所示。
火灾探测是一项干扰环境复杂、测量参数众多的工作,影响火灾探测器综合性能评估的因素也较多。火灾响应是火灾探测器要完成的首要目标,因此“火灾响应性能”是要考虑的最重要的评估因素。其次,不同类型的探测器应用环境不同,面对复杂多变的应用场所条件,包括高温、多烟、高湿度环境及长期运行导致的电子元件老化和电路参数漂移等条件,火灾探测器所表现出来的性能,即“环境适应性能”是影响性能评估的另一个重要因素。另外,“抗干扰能力”也是影响探测器综合性能评估的一个重要因素,包括烹调、吸烟等人为因素和电磁干扰、气流紊动等偶然因素的干扰。
评估指标可根据火灾探测器的性能分别设计相应的试验项目,主要可分为三大类试验,即火灾响应性试验、环境适应性试验和抗干扰性试验,每一大类又可继续细分为很多单项试验。通过专家调查法可以确定各单项试验的权重,根据探测器在各单项试验的具体得分情况,给出综合得分。单项试验可采用百分制,性能越好分值越高,在此基础上,再采用改进的层次分析法进行综合性能评估,进而完成对复合火灾探测器综合性能的评估。
综合性能的评估过程,如图2所示。
4结束语
在借鉴国内外已有研究的基础上,依据相关标准,结合火灾探测器实际工作环境特点,设计出可以进行火灾仿真模拟和探测器综合性能评估的复合火灾探测器综合性能评估模拟试验平台。此平台有以下特点:
(1)评估全面。配置了安装有各种火灾模拟、环境模拟、干扰模拟的仪器设备,环境参数测定的传感器的试验管道,以及兼具信号控制、状态显示、数据记录与存储于一体的测控系统,可全面仿真模拟真实火灾环境与典型的干扰信号,全面评估探测器综合性能。
(2)节约资源。因具有开环和闭环两种工作方式,因此试验材料可实现重复利用。
(3)数据量化。对灰尘、烟雾、可燃性气体、水雾、温度、风速等环境参数实现了数据量化。
(4)体系完善。建立了完善的综合性能评估试验方法体系。
探测试验 篇5
对国内外数字成像的研究现状和发展情况以及有关理论和试验研究进行了调研, 同时选择购置了DR设备系统, 通过现场试验掌握了系统使用方法, 对系统特性进行了验证。在试验研究的基础上, 参考国内行业标准NB/T 47013.11《承压设备无损检测第11部分:X射线数字成像检测》报批稿和国际标准ISO17636-2《焊缝无损检测-射线检测第2部分:采用数字探测器的X和γ射线照相技术》。
结合生产制造产品的检测要求, 由YXLON公司集成商提供的整套系统设备, 针对碳钢和不锈钢材料的工件开展了DR检测设备系统性能试验和研究。
一、试验设备与系统选型
试验用的射线源为德国YXLON公司双焦点高频恒电位射线机, 型号为MG325。DDA为美国Perkin Elmer公司非晶硅和CMOS的两种面阵列探测器, 型号XRD 0822 AP和CMOS1512。系统软件为德国YXLON公司Y.Image3500-D专业版射线数字成像信息管理系统。
具体指标:射线机焦点尺寸0.4/1.0 mm, 最高管电压320 k V, 最高管电流22.5 m A, 最大功率0.8 k W和1.8 k W (小/大焦点) 。DDA像素尺寸200/75μm, DDA灰度等级16/14 bit, DDA成像最大区域 (204.8×204.8/145×115) mm。系统软件具有运动控制、图像采集、处理、存储和文件管理等功能。
二、试验内容
依据相关教材和标准确定DR技术性能指标为系统分辨率 (系统固有不清晰度) 、图像分辨率 (图像不清晰度) 、图像灵敏度。
三、试验过程及结果
1. 系统分辨率和系统固有不清晰度
(1) 将双线型像质计紧贴在DDA表面中心区域上, 应与DDA的行或列成2°~5°, 按如下工艺条件进行透照, 并在计算机上成像。 (1) X射线的焦点至DDA输入屏表面的距离≥700 mm; (2) 焦点选择0.4/1.0 mm, 管电压≤50 k V和管电流≤2 m A, 保证图像具有合适的亮度和对比度。
(2) 在显示屏上观察双线型像质计的影像, 观察到金属丝刚好分离的一组线对时, 则该组线对所对应的值即为系统分辨率。
(3) 试验结果。0822 DDA系统分辨率为D7 (0.2 mm) , 系统固有不清晰度为0.4 mm;1512 DDA系统分辨率为D10 (0.1 mm) , 系统固有不清晰度为0.2 mm。试验图像见图1、图2。
2. 图像分辨率和图像不清晰度
(1) 选择射线源焦点尺寸 (0.4×0.4) mm, 0822 DDA, 工件至探测器的距离80 mm, 分别对厚度为3.5 mm、5 mm、10 mm、20mm、30 mm的钢板进行测试。试验结果图像分辨率为D8 (0.16mm) , 图像不清晰度为0.32 mm。试验图像见图3~图7。
(2) 选择射线源焦点尺寸 (0.4×0.4) mm, 1512 DDA, 工件至探测器的距离80 mm, 分别对厚度为3.5 mm、5 mm、10 mm的钢板进行测试。试验结果图像分辨率厚度3.5 mm、5 mm为D11 (0.08 mm) , 10 mm为D10 (0.1 mm) , 图像不清晰度值分别为0.16 mm、0.2 mm。试验图像见图8~图10。
3. 图像灵敏度
(1) 选择射线源焦点尺寸 (0.4×0.4) mm, 0822 DDA, 工件至探测器的距离b为80 mm, 分别对厚度为3.5 mm、5 mm、10mm、20 mm、30 mm的钢板进行测试。试验结果图像灵敏度分别为16#、16#、15#、14#、12#。试验图像见图11~图15。
(2) 选择射线源焦点尺寸 (0.4×0.4) mm, 1512 DDA, 工件至探测器的距离b为80 mm, 分别对厚度为3.5 mm、5 mm、10mm的钢板进行测试。试验结果图像灵敏度分别为16#、16#、14#。试验图像见图16~图18。
四、结论
从以上试验结果, 可得结论:DDA具有信噪比高、对比灵敏度高, 但系统空间分辨率差, 不清晰度远大于胶片。像素尺寸的大小对固有不清晰度有着很大的影响, 应尽量选择像素尺寸较小的DDA。
像素尺寸越大, 吸收射线剂量越高。本次试验使用的非晶硅XRD 0822和COMS 1512 DDA, 前者可以在20 k V~15 MV能量范围内工作, 后者只能在20 k V~225 k V射线能量范围内工作。可见选择像素尺寸较小的DDA有很大的局限性。因此在实际检测应用DR技术时需考虑两种DDA, 前者使用检测中厚板, 后者使用检测薄板, 其性能可满足相关的标准要求。
通过试验验证和研究, 该检测系统在技术上是可行的, 是可以满足国内的行业报批稿的要求。通过试验熟悉了与数字成像技术相关的知识, 掌握了数字成像系统软件的操作方法, 为后续数字成像检测技术开展各项试验和运用奠定了基础。
摘要：数字探测器阵列 (DDA) X射线成像检测 (以下简称DR) 是一种新兴的先进检测技术, 通过对选配的DR系统设备进行性能试验, 了解设备的性能并掌握了系统使用方法。得出两种型号的DDA成像质量, 并满足国内承压设备报批稿标准的相关要求。
探测试验 篇6
近年来,高密度电阻率法在岩溶区找水取得了较好的效果[[8]]。但岩溶区地形条件复杂,岩溶区找水往往位于谷地,受谷地地形起伏影响,高密度电阻率法反演异常体容易产生畸变。随着计算机技术的飞速发展和物探解译方法的提高,国内外学者大多采用数值模拟的方法[9—11]研究地形起伏对高密度电阻率法的影响,黄真萍[12]利用数值模拟查明地形起伏会引起异常体形态发生畸变且异常体位置发生偏移,识别异常体分辨率降低,李文灵[13]利用数值模拟分别研究地形起伏对斯伦贝尔、偶极及温纳装置的影响,并得出它们受地形影响的差异。前人研究多以数值模拟为主,直观具体的物理模拟研究较少;关于岩溶区地下岩溶管道模型地形起伏对高密度电法产生的影响的研究也少,不同深度谷地对高密度电法探测地下岩溶管道的影响试验研究更少,为了提高岩溶区找水的效率,笔者利用高密度电法微测系统[14],采用物理模拟的方法研究不同深度谷地模型对高密度电法探测地下岩溶管道产生的影响,从而提高高密度电阻率法的找水探测效果,为岩溶区找水,探测地下岩溶管道提供更好的解释依据。
1 高密度电法
高密度电法是直流电法勘探中的一种,兼具电阻率剖面法和电阻率测深法两种方法的数据采集系统。高密度电法以不同介质的电性差异为前提,研究当人工在地面施加直流稳定电场时,地下传导电流的分布规律,从而探测地下不均匀体及地下构造。较其他种类的直流电法勘探具有采集数据量大、施工效率高、数据精度高等优势。在岩溶地区,常采用α2装置及滚动MNB和矩形AMN装置联合采集的方法往往能取得更好的探测效果,本文主要研究上述3种装置的岩溶管道高密度电法的响应特征。
1.1 α2装置
该装置主要用于固定断面测量,电极排列方式见图1。
数据采集时,AM=NB=MN为一个电极间距,A、M、N、B极同时逐点向右移动,获取第一条剖面线;然后AM、NB同时增加一个电极距,MN始终等于一个电极距,A、M、N、B极同时逐点向右移动,获取第二条剖面线;如此连续测量采集,从而得到图1的倒梯形断面图(图1)。
1.2 矩形AMN装置
该装置主要用于连续滚动变断面测量,电极排列方式见图2。
数据采集时,M、N极不动,A极向左逐点移动,获取第一条滚动线;然后A、M、N向右同时移动一个电极,M、N极不动,A继续向左逐点移动,获得第一条滚动线;如此连续滚动采集测量,从而得到图2的矩形断面。
1.3 滚动MNB装置排列
数据采集时,M、N极不动,B极向右逐点移动,获取第一条滚动线;然后M、N、B极向右同时移动一个电极,M、N极不动,B极向右逐点移动,获得第二条滚动线;如此不断滚动采集测量,得到图3矩形断面。
2 高密度电法微测系统
据相似性原理[15,16],高密度电法数据采集可通过高密度电阻率法微测系统完成。制作两个长、宽、高分别为3、1、0.5 m的矩形塑料箱物理模型,两箱体底部为若干塑料PP板拼合成的阶梯凹槽(分别深6、15 cm,图4、图5),分别用来模拟不同深度的谷地;用长为1.2 m、半径r0为2.5 cm的铜柱体模拟岩溶管道,铜柱体的深度由模型两侧的尼龙绳调节控制。电极用10 cm长的漆包线(入水部分长度为2 cm,漆包线直径为0.83 mm,连接仪器部分和入水部分均作去漆处理)模拟,共180根,编号为1~180,各漆包线之间的间距为1 cm(图4、图5)。数据采集系统由WDJD-3多功能数字直流激电仪及WDZJ-3多路电极转换器联合完成。仪器和电极连接的转接头由上海第一海洋地质工程有限公司专门研发。试验地点位于青狮潭水库,由于模型放置于宽阔水面,故边界效应[17]可忽略;水库水深20~60m,故水下不均匀体[18]的影响可忽略;观测剖面位于箱体模型2/3区域(箱体中部),故可忽略旁侧效应[19]造成的影响。
3 试验与分析
根据所测物性资料,水的电阻率约为40Ω·m,低阻黄铜圆柱体的电阻率约为5Ω·m,可见低阻球体与围岩水有明显的电性差异,适合开展高密度电法模型试验。本次试验电极总数为60道,分别采集铜棒深度h=5 cm时,谷地深度H=6 cm、15 cm,电极距d=2 cm的α2、AMN、MNB装置的高密度电法数据;铜棒深度h=15 cm时,谷地深度H=6 cm、15cm,电极距d=2 cm的MNB装置的高密度电法数据。其中,d=2 cm时接的相应的电极号为31~149;此次试验采用的铜柱体轴心的水面投影均位于测线的90.5 cm,即位于90和91号电极之间(图5)。
对采集的高密度电法原始数据进行格式转换,再导入反演软件RES2DINV,设置适当的反演参数,进行最小二乘法[20]反演成图,迭代次数一般选取5~7次,最后选取迭代RMS误差较小的反演图作为最终的反演结果。
3.1 岩溶管道埋深h=5 cm
3.1.1 α2装置模型试验
电极距d=2 cm,谷地深度H=6 cm、15 cm对应的α2装置反演解释结果及反演图分别见表1和图6。
由表1及图6可知,反演异常体的电阻率为5~110Ω·m;随着谷地深度的增加,反演异常体的顶部埋深逐渐减小,均小于真实异常的顶部埋深;反演异常体中心在水面的投影逐渐减小且越来越偏离真实异常体;反演异常体的横向宽度逐渐增大,且均大于真实异常的横向宽度。
3.1.2 矩形AMN装置模型试验
电极距d=2 cm,谷地深度H=6 cm、15 cm对应的矩形AMN装置反演解释结果及反演图分别见表2和图7。
由表2及图7可知,反演异常体的电阻率为5~110Ω·m;随着谷地深度的增加,反演异常体的顶部埋深逐渐减小,均小于真实异常的顶部埋深;反演异常体中心在水面的投影逐渐减小且越来越接近真实异常体;反演异常体的横向宽度逐渐增大,且均大于真实异常的横向宽度。
3.1.3 滚动MNB装置模型试验
电极距d=2 cm,谷地深度H=6 cm、15 cm对应的滚动MNB装置反演解释结果及反演图分别见表3和图8。
由表3及图8可知,反演异常体的电阻率为5~110Ω·m;随着谷地深度的增加,反演异常体的顶部埋深逐渐减小,均小于真实异常的顶部埋深;反演异常体中心在水面的投影逐渐增大且越来越接近真实异常体;反演异常体的横向宽度逐渐增大,且均大于真实异常的横向宽度。
综上所述,当电极距、谷地深度相同时,α2装置的反演异常体的顶部埋深大于矩形AMN装置和滚动MNB装置的反演异常体的顶部埋深,且更接近真实异常;α2装置的反演异常的横向宽度大于矩形AMN装置和滚动MNB装置的反演异常体的顶部埋深,但更偏离真实异常;单一的矩形AMN或滚动MNB装置对异常的定位不准,要二者结合取平均值方能较精准的定位异常的中心投影[21]。当H=6cm时,矩形AMN与滚动MNB装置联合确定的反演异常体的中心投影位置为90.2 cm;当H=15 cm时,矩形AMN与滚动MNB装置联合确定的反演异常体的中心投影位置为90.55 cm,所以当电极距、谷地深度相同时,α2装置的反演异常体的中心投影位置小于矩形AMN装置和滚动MNB装置的联合确定的中心投影位置,且更偏离真实异常。
3.2 岩溶管道埋深h=15 cm
电极距d=2 cm,谷地深度H=6 cm、15 cm对应的滚动MNB装置反演图分别见图9。
由图9可知,反演异常体的电阻率为5~110Ω·m;当谷地深度H=6 cm,铜棒埋深h=15 cm时,滚动MNB装置仍能探测到该深度的低阻铜棒异常;当谷地深度H=15 cm,铜棒埋深h=15 cm时,低阻铜棒引起的高密度电法异常在滚动MNB装置中消失。因此,随着谷地深度的增加,高密度电法能探查到的岩溶管道的埋深减小。
4 结论
(1)在谷地模型中,当电极距、谷地深度相同时,α2装置对确定异常体的顶部埋深优于矩形AMN装置和滚动MNB装置,而矩形AMN装置和滚动MNB装置对异常的定位及确定异常体的大小优于α2装置。实际野外工作中,因联合采用上述3种装置进行野外高密度数据采集,从而获得更多的异常体信息。
(2)同一电极距下,随谷地深度的增加,反演异常体的顶部埋深逐渐减小,横向宽度逐渐增大,且越来越偏离真实异常体,即同一电极距下,谷地深度浅的高密度电法反演异常体的顶部埋深及横向宽度更接近真实异常体。
(3)同一电极距下,随谷地深度的增加,高密度电法能探查到的岩溶管道的深度减小。
(4)在岩溶区谷地较深的高密度电法找水中,为了获得更好的探测效果,应适当加大电极距的布设。
摘要：高密度电阻率法在岩溶山区找水具有较好的效果,但岩溶区找水往往位于谷地,地形条件复杂,谷地深浅不一,高密度电法受谷地地形影响较大。为了提高岩溶区高密度电阻率法找水的探测效果,掌握不同深度谷地对高密度电阻率法影响的规律,采用高密度电法微测系统,利用铜柱体模拟地下岩溶管道,研究不同深度谷地对高密度电阻率法探测岩溶管道的影响。研究结果表明:在谷地模型中,当电极距、谷地深度相同时,α2装置对确定异常体的顶部埋深优于矩形AMN装置及滚动MNB装置,而矩形AMN装置及滚动MNB装置对异常的定位及确定异常体的大小优于α2装置。电极距相同时,随谷地深度增加,反演异常体横向宽度增大,埋深减小;且越来越偏离真实异常体;随谷地深度增加,高密度电阻率法能探测的有效异常体的深度减小;在谷地较深的高密度电阻率法勘探中,为了获得较好的探测效果,应适当增大电极距的布设。
