激光檢測技術(shù)

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激光檢測技術(shù)范文第1篇

【關(guān)鍵詞】激光超聲 表面波 無損檢測

一、激光超聲波研究進(jìn)展

激光超聲技術(shù)在材料無損檢測研究方向的研究熱點(diǎn)。首先，激光是一種定向的電磁波，它具有高亮度，而且在信息的獲得和傳播上具有良好的運(yùn)用；同時，激光廣泛用于醫(yī)學(xué)診斷、工業(yè)發(fā)展及軍事技術(shù)等領(lǐng)域。超聲波的傳播介質(zhì)可以是固體、液體和氣體，通過它們之間的聯(lián)系和運(yùn)用， 然后對傳播中的超聲波進(jìn)行信息提取，進(jìn)而準(zhǔn)確測量物體的密度、硬度、強(qiáng)度、濃度、彈性等性質(zhì)，并檢測出物體的表面缺陷，客觀地評價材料的物理性質(zhì)。

激光超聲技術(shù)與傳統(tǒng)的超聲技術(shù)相比之下具有更大的優(yōu)勢，因為激光超聲技術(shù)不需要接觸、分辨率很高、頻帶較寬，能對納米材料的力學(xué)性能進(jìn)行有效評價，同時能夠檢測出精確到微、納米級的缺陷，因此激光超聲技術(shù)在檢測材料力學(xué)性能和表面缺陷的方面具有可行性。

1963年，White最早提出使用激光激發(fā)超聲技術(shù)的觀點(diǎn)，因為激光可以在固體中傳播，所以他嘗試?yán)妹}沖激光在固體中進(jìn)行超聲激發(fā)，發(fā)現(xiàn)固體會吸收激光、微波、電子束等輻射而產(chǎn)生彈性波。隨后，在越來越多的研究應(yīng)用中，激光除了被用于固體中激發(fā)超聲，也被應(yīng)用于液體和氣體中。Askaryan提出在液體中激發(fā)超聲， 用紅寶石激光射入液體激發(fā)超聲。隨著科技發(fā)展，許多學(xué)者圍繞著激光超聲展開大量的實(shí)驗和研究。Dewhurst等首次利用脈沖激光激發(fā)蘭姆波，測量2%精度的薄膜厚度；Wu等通過實(shí)驗檢測到蘭姆波的波形，并根據(jù)波形的傳播特征和色散關(guān)系，計算薄膜的彈性、厚度等相關(guān)的力學(xué)參數(shù)。學(xué)者們發(fā)現(xiàn)，在一定條件下超聲波可以在材料無損的情況下被激發(fā)出來，于是激光超聲開啟一種新的用于材料結(jié)構(gòu)性能的無損檢測。

激光超聲技術(shù)結(jié)合激光和超聲波的特點(diǎn)，具有極大的發(fā)展?jié)摿Γ诠こ萄芯亢蛻?yīng)用中具有重大科學(xué)意義和學(xué)術(shù)價值。

二、激光超聲檢測技術(shù)的研究進(jìn)展

近年來，國內(nèi)外科學(xué)家為了更好地發(fā)展和應(yīng)用激光超聲檢測技術(shù)，做了基礎(chǔ)大量的研究工作， 主要利用激光超聲技術(shù)進(jìn)行材料性能無損檢測的相關(guān)研究。Domarkas等利用聲表面波在表面缺陷可以來判定缺陷的力學(xué)特征。Portz等理論研究超聲波在平板上的反射、透射中能量比例與頻率的關(guān)系。Fortunko利用激光超聲技術(shù)探測到兩維缺陷的形狀特征， 很為工程項目中探測焊接材料內(nèi)部損傷提供幫助。Rokhlin等提出一種基于非線性的頻率調(diào)制的超聲技術(shù)， 探索層狀材料中間層的物理性質(zhì)。隨著越來越多的學(xué)者進(jìn)行理論和實(shí)踐的研究， 激光超聲無損檢測將被廣泛應(yīng)用在各個領(lǐng)域。

三、超聲無損檢測數(shù)值研究的進(jìn)展

在進(jìn)行超聲無損檢測的實(shí)驗研究過程中，衍生許多有效而便于分析的數(shù)值研究方法。主要的數(shù)值計算方法有：有限元法、有限差分方法、邊界元方法等。

通過長期的實(shí)驗與研究，學(xué)者們有效的運(yùn)用了這三種計算方法。Hirao等利用有限差分的數(shù)值法分析瑞利波中各種頻率成分反射和透射系數(shù)與表面缺陷深度的關(guān)系。Liu等將有限元方法與邊界積分法很好地結(jié)合在一起，對超聲波在遇到表面缺陷時產(chǎn)生的散射聲場進(jìn)行分析，并準(zhǔn)確的描述通過數(shù)值模擬彈性波在缺陷附近的模式轉(zhuǎn)換過程。除此之外，邊界元方法也具有很大優(yōu)勢，它使用資源節(jié)省，而且能處理大模型的有關(guān)問題，廣泛運(yùn)用于分析超聲波與表面缺陷的關(guān)系。Rose使用混合邊界元方法模擬不同頻率和模態(tài)的Lamb波在經(jīng)過不同曲表面缺陷發(fā)生的散射場，為超聲檢測表面缺陷的結(jié)構(gòu)特征提供充分的理論參考依據(jù)。這三種數(shù)值計算方法各有優(yōu)點(diǎn)和不足，有限差分法雖然計算速度快，但求解過程不穩(wěn)定。邊界元方法在離散過程中無法分析超聲波在材料內(nèi)部的傳播特性。有限元方法是要利用嚴(yán)密的數(shù)學(xué)思想處理復(fù)雜的幾何構(gòu)形、物理問題并且高效地實(shí)現(xiàn)計算機(jī)功能。有限元方法不僅能夠靈活處理各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)材料中的傳播問題，還能通過建立有限元模型分析各種參數(shù)隨環(huán)境變化的影響， 如： 熱擴(kuò)散過程、光學(xué)穿透的過程等，并可以獲取全場數(shù)值解。

有限元方法在研究激光超聲技術(shù)領(lǐng)域是一種新興數(shù)值計算方法。它不僅能模擬復(fù)雜材料和結(jié)構(gòu)的聲場分布，而且能準(zhǔn)確描述場中某點(diǎn)的位置和波形。有限元具有高精度的特點(diǎn)，同時能預(yù)測各種情況的可能性，因而被廣泛運(yùn)用于工程技術(shù)。因此，在本文的研究中，通過對有限元方法的應(yīng)用來研究激光激發(fā)超聲的技術(shù)，分析材料的力學(xué)特征與各類參數(shù)之間的關(guān)系，進(jìn)而為激光超聲的無損檢測奠定理論基礎(chǔ)。

四、激光超聲信號的研究進(jìn)展

應(yīng)用激光超聲技術(shù)對材料進(jìn)行無損檢測和力學(xué)性能的評價的同時需要嚴(yán)密分析材料結(jié)構(gòu)性質(zhì)和力學(xué)參數(shù)的關(guān)系。在超聲無損檢測的過程中，檢測和分析超聲信號是整個過程的關(guān)鍵。對于各種材料的非穩(wěn)態(tài)超聲信號處理時，待測信號的表現(xiàn)形式主要由信號的頻率、幅度、相位這三種組成，但是考慮到實(shí)際材料的結(jié)構(gòu)力學(xué)特征較復(fù)雜，可能會影響超聲信號的平穩(wěn)性。而對于穩(wěn)態(tài)信號的檢測，學(xué)者們大多使用Fourier變換進(jìn)行分析，但仍然具有不足，比如信噪比的限制，和測量參數(shù)的假頻現(xiàn)象。在這里介紹一種典型雙線性時頻分析方法，它基于光滑的Wigner-Ville時頻分析，主要是是通過集中瞬時頻率信號的能量來實(shí)現(xiàn)分析，最終的分析結(jié)果非常明顯，具有高效性。

首先通過分析單個波形，對激光激發(fā)的瞬態(tài)表面模態(tài)和能量的特性進(jìn)行探究，然后利用群延遲時間計算出群速度，這與一般的方法相比顯得更加優(yōu)越。而單個激光超聲脈沖激發(fā)出寬帶的過程中存在一定缺點(diǎn)，在外界寬帶噪聲的干擾下容易降低效率，因此為了提高對激光超聲信號的檢測效率，許多研究者利用激光超聲在時間和空間分布的調(diào)制技術(shù)，使激發(fā)的超聲信號向窄帶線性調(diào)頻信號進(jìn)行轉(zhuǎn)變，從而更好地運(yùn)用窄帶濾波技術(shù)或信號處理技術(shù)來提高檢測的信噪比。通過對激光超聲信號的研究，為以后激光超聲無損檢測材料的性能奠定了良好基礎(chǔ)。

激光檢測技術(shù)范文第2篇

關(guān)鍵詞：無損檢測技術(shù)；壓力容器；運(yùn)用

1.前言

無損檢測技術(shù)是一門新型技術(shù)，技術(shù)使用主要是壓力容器檢測。該技術(shù)的使用是基于設(shè)備檢測時，不能影響到設(shè)備整體性能的要求而產(chǎn)生。在檢測過程中，不會導(dǎo)致設(shè)備結(jié)構(gòu)分解，物理外觀發(fā)生改變，檢測準(zhǔn)確率高。

2.激光無損檢測

壓力容器檢測方法，方法局限性比較大，應(yīng)該綜合使用，才能使得檢測技術(shù)得到保障。就當(dāng)前發(fā)展而言，壓力容器檢測方法非常多，常用的技術(shù)主要有超聲檢測、滲透檢測以及磁粉等等。這些檢測技術(shù)有各自缺陷和優(yōu)勢。激光散斑技術(shù)是借助散光斑圖分析檢測結(jié)果，對被檢測的物體進(jìn)行激光處理，有缺陷的位置會出現(xiàn)條紋，從而判斷異常存在位置。激光本身能量比較高度集中，單色性較好，在使用時方向性很強(qiáng)。在無線損檢測領(lǐng)域，使用的范圍逐漸擴(kuò)大，有激光散斑、激光全熄以及激光超聲波等等新技術(shù)。激光全息技術(shù)的使用，針對的是超聲波施加負(fù)荷。存在缺陷的位置會出現(xiàn)形變，激光會記錄下該形變量，最終的數(shù)值同其他材料對比有差異，這就可以判斷出材料的特性。激光超聲波有著突出優(yōu)勢，最關(guān)鍵的優(yōu)勢是能實(shí)現(xiàn)非接觸檢測，能夠避免耦合劑的影響。使用該技術(shù)進(jìn)行檢測，可以檢測到設(shè)備的特性，該檢測技術(shù)被使用于壓力容器焊縫表面檢查使用。

3.激光無損檢測新技術(shù)在壓力容器檢測中的運(yùn)用

3.1在壓力容器檢測中應(yīng)用低頻率電磁技術(shù)

低頻率電磁技術(shù)已經(jīng)成為壓力容器檢測最常選擇的檢測技術(shù)，該檢測技術(shù)借助激發(fā)探頭設(shè)備，在壓力容器檢測中輸入低頻率電磁信號。該信號一旦遇到壓力容器有缺陷存在時會及時的進(jìn)行信號反射，信號的原有性會發(fā)生改變。使用該技術(shù)定位出壓力容器缺陷位置，借助回波信號情況，做好定量分析工作。掌握壓力容器實(shí)際情況，這在進(jìn)行生產(chǎn)中，保障了生產(chǎn)質(zhì)量。根據(jù)相關(guān)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，低頻率電磁技術(shù)的使用取得了良好成效。該檢測技術(shù)，一般都會從壓力容器表面逐漸深入到內(nèi)部，一般表面的檢測進(jìn)行中，遇見缺陷時，該技術(shù)會快速的定位出病害所在，從而更有力的進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)備生產(chǎn)。這是一種非接觸性的檢測技術(shù)，將其放置容器中進(jìn)行檢測時，不會造成污染，更不會影響檢測結(jié)果。

3.2磁粉檢測技術(shù)在壓力容器檢測中的應(yīng)用

磁粉檢測技術(shù)在壓力容器檢測中的應(yīng)用方法主要是磁軛法，這種方法操作簡單便捷，活動關(guān)節(jié)磁軛能夠?qū)毫θ萜鞯慕呛缚p進(jìn)行較為深人的檢測。在壓力容器檢測過程中，要對壓力容器各個方向上有可能存在的缺陷進(jìn)行檢測，應(yīng)在同一檢測位置進(jìn)行相互垂直的探傷操作。為了保證檢測的精確度，可以將壓力容器焊縫劃分為多個檢測部分，另外，檢測時應(yīng)具備一定的重疊。磁軛檢測方法具有多種優(yōu)點(diǎn)，但也具有一定的局限性。該檢測技術(shù)存在的最大的缺陷是效率相對較低，在檢測過程中會導(dǎo)致漏檢問題出現(xiàn)，但是這樣的情況在后期檢測中是可以避免的。在進(jìn)行檢測時，還可以選擇交叉磁軛的方式進(jìn)行檢測，這是壓力容器最常選擇的檢測方法。在檢測中，會產(chǎn)生大量的旋轉(zhuǎn)磁場，不過檢測靈敏度比較高，整個操作過程簡單方便。進(jìn)行檢測時，一旦發(fā)現(xiàn)有較大的缺陷粗壯你就愛，會及時定位出來。這樣檢測技術(shù)最常使用于深度較大的部位，但是不合適使用于壓力容器角焊縫探測。該檢測方法對電壓有較高的要求，一般情況下，需要提供380v的電壓，如果檢測條件有局限時，不能提供要求的電壓，該檢測方法將不能使用。因此，可以看出該檢測方法存在一定的缺陷。該檢測方法對于壓力容器檢測，使用效果比較明顯，適應(yīng)性也比較強(qiáng)。這個方法和與磁軛方法存在一定共性。簡單而言，就是進(jìn)行在壓力容器檢測時，需要對某個部位進(jìn)行兩次檢測，這樣才能保障檢測的準(zhǔn)確率。

3.3激光全息無損檢測技術(shù)

激光全息無損檢測技術(shù)被推廣使用是在70年代，激光本身尤其獨(dú)特的其特性性能，因此被推廣使用。隨著科技水平不斷進(jìn)步，逐漸發(fā)展成激光全息、激光超聲波技術(shù)。這些技術(shù)的使用，使得檢測更加準(zhǔn)確，拓展檢測領(lǐng)域新天地。在激光檢測領(lǐng)域，激光全息是使用最早的一項技術(shù)，也是使用最廣泛之技術(shù)。根據(jù)統(tǒng)計顯示，激光全息技術(shù)占據(jù)技術(shù)重要組成部分。其實(shí)它的檢測原理非常簡單，借助對檢測物體外加荷載，當(dāng)檢測物體出現(xiàn)形變量時，就可以確定缺陷位置。在未來發(fā)展中，激光全息無損檢測技術(shù)有以下重要發(fā)展方面。一，將全息圖直接記載在材料上，就可以對圖像進(jìn)行干涉，從而浮現(xiàn)出新的圖像。二，在進(jìn)行圖像處理時，要獲得更多的干預(yù)條紋的實(shí)時定量數(shù)據(jù)。三，選擇新的干預(yù)技術(shù)，例如選擇了相移干涉技術(shù)，總體使用上，會進(jìn)一步提升全息技術(shù)檢測質(zhì)量。

3.4激光超聲無損檢測技術(shù)

超聲檢測技術(shù)檢測成本比較高，安全性比較差，在當(dāng)前發(fā)展中，規(guī)模還比較小，屬于發(fā)展階段。但是超聲檢測技術(shù)的使用，卻有良好的前景。一，可以在高溫條件下進(jìn)行檢測，例如進(jìn)行熱鋼材在線檢測。二，使用于方便面接近的物體檢測。例如：放射性樣品檢測。三，超聲波檢測可以射到檢測物體任何部位。因此，可以使用于檢測外形不規(guī)則的樣品。四，借助超聲波可以對超薄樣品表面進(jìn)行檢測。在近幾年發(fā)展中，超聲波檢測的范圍在逐漸擴(kuò)大。

4.結(jié)束語

激光無損檢測技術(shù)相對于傳統(tǒng)檢測技術(shù)而言，該檢測準(zhǔn)確率高。使用新技術(shù)進(jìn)行檢測，能夠準(zhǔn)確的定位出容器缺陷所在，從而及時進(jìn)行調(diào)整。壓力容器檢驗對于保證壓力容器的正常安全運(yùn)行具有重要意義，在實(shí)際工作過程中應(yīng)該高度重視壓力容器的檢測工作。當(dāng)前壓力容器檢驗過程中還存在著不少問題，這些問題如果得不到有效解決就會嚴(yán)重影響到檢驗效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]董世運(yùn)，劉彬，徐濱士，林俊明.再制造領(lǐng)域中超聲無損檢測技術(shù)的應(yīng)用及其發(fā)展趨勢[J].全球華人無損檢測高峰論壇

激光檢測技術(shù)范文第3篇

煤礦示蹤氣體光學(xué)檢測儀器總體方案圖如圖1，光源產(chǎn)生的紅外光束經(jīng)光調(diào)制器后變成脈沖式光束，脈沖光束穿過充滿待測氣體的光增強(qiáng)腔，光聲檢測器用于測量光學(xué)腔內(nèi)光脈沖強(qiáng)度，反饋環(huán)節(jié)用于放大調(diào)整光源。由于增強(qiáng)腔鏡的距離與光波長產(chǎn)生共振，引起光增強(qiáng)腔內(nèi)壓力變化，產(chǎn)生聲學(xué)駐波，信號處理環(huán)節(jié)拾取聲學(xué)駐波強(qiáng)度，將聲波轉(zhuǎn)換為電信號，其信號強(qiáng)度與待測六氟化硫氣體濃度存在近似于指數(shù)的對應(yīng)關(guān)系，通過單片機(jī)運(yùn)算即可確定六氟化硫氣體濃度。

2實(shí)現(xiàn)方法

1)光源。根據(jù)紅外段六氟化硫氣體的吸收特性和高精度遷移分子吸收數(shù)據(jù)庫，六氟化硫在500～1600cm－1段都有較明顯的吸收譜線圖，中紅外可調(diào)諧激光光源在性能上比較理想，但價格昂貴，難以推廣應(yīng)用，綜合考慮煤礦井下干擾氣體種類、成本和發(fā)光效率等因素，選用的是中心波長為1000cm－1的碳化硅黑體光源，聯(lián)合中心波長為1000cm－1，狹縫寬度為±200cm－1的濾光片，配合紅外相關(guān)氣體濾波室，即可以得到純凈、穩(wěn)定適用、成本適中的紅外光源［4］。2)光調(diào)制器。檢測速度是儀器效能評估的關(guān)鍵指標(biāo)之一，常規(guī)光學(xué)檢測儀器的光調(diào)制器通過周期性的阻塞連續(xù)光產(chǎn)生脈沖光，在2個脈沖之間，調(diào)制光的光強(qiáng)度是0，反饋信號中斷導(dǎo)致腔鎖定機(jī)制慢，儀器檢測速度很低，難以滿足煤礦用戶實(shí)際需求，因此截斷器如何有效的間斷地開啟反饋信號是提升儀器檢測速度的關(guān)鍵［5］。為此，采用使光強(qiáng)度不降到0的方案，使調(diào)制光的強(qiáng)度在較高與較低之間進(jìn)行切換，在光強(qiáng)度較低時間段，光強(qiáng)度略大于0，確保反饋信號不中斷，從而縮短反饋回路的響應(yīng)時間。

截斷器結(jié)構(gòu)圖如圖2，截斷器用于將連續(xù)光束調(diào)制為非零脈沖光束，其主體結(jié)構(gòu)設(shè)計為旋轉(zhuǎn)圓盤，由透射系數(shù)略高于0的低透射部分和透射系數(shù)大致等于l的高透射部分組成［6］。截斷器以恒定角速度旋轉(zhuǎn)，在低透射部分上時，阻塞了光的大部分，通過截斷器后的光強(qiáng)度較低，只會激發(fā)氣體中的極少部分氣體分子，但為檢測器反饋信號已經(jīng)足夠了，在高透射部分上時，通過截斷器之后的光強(qiáng)度較高，會激發(fā)了氣體中的許多分子，導(dǎo)致熱能增加，引起氣體室中壓力局部上升，為光聲檢測器提供檢測信號。3)光聲檢測器。紅外光檢測器設(shè)計受成本、尺寸、封裝形式等因素制約，以MEMS技術(shù)為基礎(chǔ)的紅外線檢測技術(shù)通過芯片級的封裝工藝，實(shí)現(xiàn)了器件的高精度、低成本和小型化，為闡述的技術(shù)提供了器件支撐，通過優(yōu)化增強(qiáng)腔數(shù)學(xué)解析模型，得到光聲信號與氣體濃度、溫度和腔結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系［7］，結(jié)合MEMS技術(shù)，研制了光聲基于光聲檢測原理的配套檢測器。4)反饋環(huán)節(jié)。反饋環(huán)節(jié)由分光器、偏振檢測器和反饋回路等組成，用于測量輸出鏡輸出的光強(qiáng)度，通過反饋回路修正光頻率，使光波長與增強(qiáng)腔的諧振頻率基本一致，難點(diǎn)在光檢測器中用于微弱信號處理的鎖相放大器設(shè)計，鎖相放大器利用待測信號和參考信號的互相關(guān)檢測原理實(shí)現(xiàn)信號處理，能夠在較強(qiáng)的噪聲中提取有效信號，在微弱信號檢測方面優(yōu)勢明顯。設(shè)計的鎖相放大器的基本結(jié)構(gòu)包括信號通道、參考通道、相敏檢測器和低通濾波器等，鎖相放大器的基本結(jié)構(gòu)圖如圖3，信號通道對調(diào)制正弦信號輸入進(jìn)行放大，將微弱信號放大到足以推動相敏檢測器工作，并濾除部分干擾;參考通道對參考輸入信號進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)相敏檢測器對信號幅度的要求，并對參考輸入信號進(jìn)行移相處理，以使檢測結(jié)果達(dá)到最佳［8］。

3整機(jī)集成

煤礦示蹤氣體光學(xué)檢測儀器整機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖4，儀器信號采樣及控制單元主體結(jié)構(gòu)原理圖如圖5，儀器電源原理圖如圖6。光源用于產(chǎn)生中心波長為1000cm－1左右的可調(diào)制紅外光;光調(diào)制器用于周期性地中斷光源發(fā)出的光束，將連續(xù)的紅外光調(diào)制在特定“截斷”頻率上的一系列脈沖光;在包含半透明鏡的光學(xué)腔內(nèi)，氣體室允許氣體通過氣體入口和氣體出口流動穿過，并在輸入鏡之前設(shè)置光隔離器，以減小從光源到腔鏡反射，脈沖光通過輸入鏡，進(jìn)入到光學(xué)腔，在腔鏡間穿過待測氣體多次反射，六氟化硫氣體分子周期性吸收紅外光吸收紅外光能量，將氣體分子激發(fā)到更高能級，導(dǎo)致氣體分子熱能增加，氣體室內(nèi)壓力上升，其后在下一個脈沖到達(dá)前減小壓力;反饋回路通過偏振檢測器測量光學(xué)腔中光強(qiáng)度，通過鎖相放大器放大、調(diào)整和拾取有效測量信號，并回饋給光源，光源根據(jù)反饋信息將光波長調(diào)諧到與2個腔鏡之間的距離產(chǎn)生共振;光聲檢測器安裝在氣體室中心處，拾取由吸收光在氣體中產(chǎn)生的聲波，將聲波轉(zhuǎn)換為電信號，根據(jù)信號強(qiáng)度，調(diào)制光調(diào)制器的旋轉(zhuǎn)速度，領(lǐng)共振頻率與脈沖光截斷頻率相匹配，使壓力變化產(chǎn)生截斷頻率上的聲學(xué)駐波，其信號強(qiáng)度與待測六氟化硫氣體濃度存在近似于指數(shù)的對應(yīng)關(guān)系，通過單片機(jī)運(yùn)算即可確定六氟化硫氣體濃度。

4結(jié)語

激光檢測技術(shù)范文第4篇

【關(guān)鍵詞】光纖網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)；光纜線路；光纜故障

【中圖分類號】TN915.63【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A【文章編號】1006-4222（2016）02-0060-01

1光纖網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)概況

1.1光纖網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)的運(yùn)行原理

①在光纖后向散射曲線遠(yuǎn)端測試的基礎(chǔ)上，對于光纜線路實(shí)現(xiàn)全程監(jiān)測，如果在此過程中光纜運(yùn)行不正常，就會自動進(jìn)行測試，并且在光時域反射儀的幫助下，對于光纜故障的位置進(jìn)行搜尋和標(biāo)記，一般會在GIS地圖上準(zhǔn)確標(biāo)出來。②以業(yè)務(wù)設(shè)備警報的方式，使得對應(yīng)的測試方案得以啟動，在界定設(shè)備端口與光纜之間關(guān)系的基礎(chǔ)乢，明確光纜故障的發(fā)生位置，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)OTDR測試方案的啟動。③波分復(fù)用技術(shù)的運(yùn)用，可以處理好試波與工作波長之間的關(guān)系，使得其完美的融合在一起，由此切實(shí)的完成光纜在線測試工作。④通過測試備纖的性能反映整根光纜包括工作光纖的性能，測試光與傳輸業(yè)務(wù)可以在同樣的光纜中進(jìn)行，僅僅是在不同光纖芯上進(jìn)行傳達(dá)，并且從物理角度上做好隔離測試工作。⑤網(wǎng)絡(luò)告警與光纜故障通過相關(guān)規(guī)則進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，使系統(tǒng)根據(jù)規(guī)則對光纜網(wǎng)絡(luò)故障進(jìn)行初步判斷。

1.2光纖網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)的特點(diǎn)具體來講，光纖網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）將網(wǎng)絡(luò)告警與光纜故障通過相關(guān)規(guī)則進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，使系統(tǒng)根據(jù)規(guī)則對光纜網(wǎng)絡(luò)故障進(jìn)行初步判斷；

（2）利用ODTR實(shí)現(xiàn)光纜故障精確定位；

（3）采用專用技術(shù)手段和工程手段，由光纜空間距離、光纜皮長、光纜耐張長度準(zhǔn)確推算出光纖的準(zhǔn)確長度；

（4）利用故障影響業(yè)務(wù)分析技術(shù)，在出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障時，針對此故障對全網(wǎng)業(yè)務(wù)影響程度進(jìn)行科學(xué)定量的分析。

2光纖網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用

在電力光纜線路構(gòu)建的過程中，發(fā)揮其在此方面自動監(jiān)測功能，保證在較短的時間內(nèi)找到光纜障礙，使得光纜裂化的現(xiàn)象得以控制，這對于促進(jìn)長途光纜維護(hù)質(zhì)量的提升而言，是很有必要的。并與GIS地理信息系統(tǒng)緊密結(jié)合，可在電子地圖上進(jìn)行線路故障定位和顯示。當(dāng)前光纖網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀來看，其主要會在以下幾個方面發(fā)揮效能：①光纜線路監(jiān)測：系統(tǒng)提供完善、方便的光纜線路測試支持；一般來講可以結(jié)合實(shí)際需求提供不同的測試方案：可以是定期測試的方式；可以是點(diǎn)名測試的方式；可以是模擬警告的測試方式。在特殊情況下，可以綜合運(yùn)用多種測試方式，以保證光纜線路維護(hù)工作的有效性。②光纜故障管理：在受到故障警告曲線數(shù)據(jù)文件之后，會自動啟動對應(yīng)的警告機(jī)制，并基于地理信息系統(tǒng)或邏輯拓?fù)涞囊晥D上顯示故障發(fā)生的位置，并提供相關(guān)的故障處理操作。③光纜維護(hù)管理：系統(tǒng)科學(xué)的管理光纜監(jiān)測系統(tǒng)所用到的資源，合理配置資源，反映資源的實(shí)際運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)對相關(guān)光纜資源維護(hù)管理功能。④拓?fù)涔芾恚合到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)光纜網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟晥D，總結(jié)和歸納網(wǎng)絡(luò)資料，資源配置資料，由此形成對應(yīng)的傳輸資源拓?fù)潴w系。這個拓?fù)鋱D式以地理信息系統(tǒng)平臺為基礎(chǔ)的，能夠有效的實(shí)現(xiàn)光纜資源元素的界定，進(jìn)而保證可以在拓?fù)鋱D的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對應(yīng)的信息查詢或者操作。⑤對于數(shù)據(jù)監(jiān)測獲取到的數(shù)據(jù)信息可以進(jìn)行積極的分析。對于光纜測試數(shù)據(jù)可以以圖形特性分析的方式來處理，從而掌握光纖衰減信息，并且采取對應(yīng)的措施予以解決。在于歷史數(shù)據(jù)信息進(jìn)行廣泛深入對比之后，獲取光纖隱性衰減信息之后，可以采取對應(yīng)的預(yù)防措施，以避免會出現(xiàn)各種通信故障。

3光纖網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用前景

電力通信光纜自動監(jiān)測系統(tǒng)二期研究開發(fā)通過對電力實(shí)際情況的故障定位相關(guān)技術(shù)的研究，使得光纜自動監(jiān)控成為可能的同時，可以在較短的時間內(nèi)找到故障的位置，分析其發(fā)生的原因，以保證盡快的實(shí)現(xiàn)處理，以保證光纜故障率的不斷降低，提高故障處置響應(yīng)速度，節(jié)省大量的故障處理時間和人工成本，提高了通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性及長途光纜的維護(hù)質(zhì)量；與GIS地理信息系統(tǒng)緊密結(jié)合，可在電子地圖上進(jìn)行線路故障定位和顯示。能夠監(jiān)控電力閩南地區(qū)骨干光纜的日常衰耗變化，有效預(yù)防外力變化造成的光纜中斷；通過系統(tǒng)使用過程中故障處理經(jīng)驗的積累，為電力故障處理預(yù)案的編制提供依據(jù)，提高電力服務(wù)的層次，增加服務(wù)手段，提高通信管理水平；系統(tǒng)研發(fā)投運(yùn)后可以向全系統(tǒng)進(jìn)行推廣，具有可觀的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

4結(jié)束語

綜上所述，光纖網(wǎng)絡(luò)檢測技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步能夠為光纖網(wǎng)絡(luò)的正常化運(yùn)行創(chuàng)造相對健康的環(huán)境，即使光纖線路中出現(xiàn)故障，也可以通過智能化識別的方式，在最短的時間內(nèi)進(jìn)行處理和控制，由此保證通信服務(wù)的質(zhì)量和效益。尤其對于電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行而言，實(shí)現(xiàn)光纖網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)的融入，可以保證整個電力運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)體系的健全性和穩(wěn)定性，進(jìn)而避免重大通信故障的出現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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激光檢測技術(shù)范文第5篇

關(guān)鍵詞 草甘膦檢測；茶園土壤；太赫茲時域光譜系統(tǒng)

中圖分類號 S481.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）08-0116-02

Detection of Glyphosate Pollution in Tealand Soil Using Terahertz Spectroscopy

WANG Jia-zhen 1 ZHANG Bao-cheng 1 LV Chao-yan 1 ZHANG Jin-li 2

（1 School of Biological and Agricultural Science and Technology，Zunyi Normal College，Zunyi Guizhou 563002； 2 Guizhou Lixiang Tea Co.，Ltd）

Abstract An exploration on tealand soil glyphosate pollution detection method was presented based on Terahertz（THz） Spectroscopy.Quantitat-ive adding glyphosate in tealand soil preparation the test samples and the sample test was carried out in Guizhou Institute of Metrology.The results showed that the residual amounts of soil glyphosate could reflect by refractive index and absorption coefficient.This study will provide a reference for tealand soil glyphosate detection and sustainable tea industry development.

Key words glyphosate detection；tealand soil；terahertz-time domain spectroscopy

草甘膦是我國農(nóng)田雜草防治中長期使用的一種高效、廣譜滅生性除草劑。近年來隨著茶園面積的不斷擴(kuò)大，草甘膦在茶園中也開始大量使用，茶葉生產(chǎn)過程中草甘膦殘留問題日益受到關(guān)注[1]。草甘膦進(jìn)入土壤后與土壤中礦物質(zhì)及有機(jī)物的結(jié)合能力很強(qiáng)，快速準(zhǔn)確分析土壤中草甘膦殘留量存在一定的難度[2]。 貴州茶園面積連續(xù)3年位居全國第一，茶葉已成為該省的重要經(jīng)濟(jì)作物，土壤草甘膦殘留嚴(yán)重影響茶葉安全生產(chǎn)。因此，有必要開展茶園土壤草甘磷殘留的快速檢測技術(shù)研究。

與傳統(tǒng)檢測方法相比[3-4]，光譜分析法簡單、快速且對樣品幾乎無損耗，其中紅外光譜分析方法已應(yīng)用于農(nóng)藥中草甘膦含量的快速檢測[5]，紅外光譜要進(jìn)行Kramers-Kronig關(guān)系分析才能獲得樣品的光學(xué)參數(shù)。太赫茲時域光譜技術(shù)（THz-TDS）最主要的優(yōu)點(diǎn)是可以同時得到太赫茲脈沖的振幅和相位信息，只需要進(jìn)行傅里葉變換，即可將參考信和樣品的時域信息換成頻域譜，通過分析可得到樣品的吸收系數(shù)和折射率光譜[6-7]。基于以上特性，本研究嘗試應(yīng)用太赫茲時域光譜技術(shù)檢測土壤中的草甘膦含量，為茶園土壤草甘膦殘留檢測提供新技術(shù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試的茶園土壤取自貴州省湄潭縣核桃壩村新建茶園（4年），采樣時根據(jù)茶園的面積和地形，隨機(jī)選取20個樣點(diǎn)，用取土鉆鉆取10 cm深的土壤，混勻所有采樣點(diǎn)的土樣后，用四分法棄取土樣至0.5 kg左右。土樣先經(jīng)過風(fēng)干、磨碎，然后過200目篩。供試的草甘膦為草甘膦異丙胺鹽（草甘膦含量30%，由青島奧迪斯生物科技有限公司生產(chǎn)）。

1.2 試驗儀器

以貴州省計量測試院研發(fā)中心搭建的投射式THz-TDS系統(tǒng)作為試驗支撐，試驗中的透射式太赫茲系統(tǒng)示意如圖1所示，飛秒光纖激光器（λ=1 570 nm，Pav=280 mW，脈寬28 fs，重復(fù)頻率 80 MHz）發(fā)出的激光聚焦在光電導(dǎo)天線上產(chǎn)生THz波。該系統(tǒng)的有效帶寬為 0.15～3.00 THz，動態(tài)范圍 60 dB。

1.3 試驗設(shè)計

試驗設(shè)4個處理，即用小型噴霧器分別向土壤中噴入0.18%、0.27%、0.40%（重量比）的草甘膦，以噴入相同體積的清水作為對照（CK）。制備好的測試土壤樣品在真空干燥箱中干燥2 h后備用。

1.4 試驗方法

1.4.1 土壤樣品的壓片制備方法。以220 mg/片，2.5 t壓力為土壤樣品壓片的最佳制備參數(shù)[8]，壓成厚度1.2 mm，直徑為13 mm左右的圓盤形薄片，要求樣片結(jié)構(gòu)均勻，兩表面互相平行且光滑。

1.4.2 太赫茲光譜采集。整個試驗過程中，太赫茲光路部分充滿干燥空氣，且空氣濕度保持在4%以下。另外，溫度保持在（22.0±0.5） ℃[9]。每個樣品測3次，取其平均值作為樣品信號，以提高信噪比。

透射式THz-TDS系統(tǒng)可以同時得到太赫茲波穿過樣品后電場的振幅和相位信息，之后進(jìn)行傅里葉變換，可將參考信號和樣品信號的時域信號經(jīng)過變換之后得到頻域信息，采用Dorney T.D.[10]和Duvillaret L.[11] 等人提出的光學(xué)常數(shù)模型進(jìn)行計算，得到樣品折射率n（ω）和吸收系數(shù)α（ω），其中A（ω）和Ф（ω）分別為樣品信號和參考信號振幅模的比值和相位差。計算公式如下：

2 結(jié)果與分析

2.1 不同草甘膦殘留的茶園土壤THz時域光譜

不同草甘膦殘留的茶園土壤THz時域光譜見圖2，其中實(shí)線表示THz波直接通過相對濕度為3.6%的干燥空氣的參考信號，THz波通過土壤樣品后攜帶了土壤信息。圖2表明，土壤信號相對于參考信號有很大程度的衰減，這可歸因于土壤樣品對THz波的吸收和散射；由于土壤樣品相對于空氣對THz波的折射率大。從圖2中可以看出，不同土壤樣品信號之間相比都有一定的時間延遲，草甘膦殘留最高的茶園土壤信號的時間延遲幅度最大。

2.2 不同草甘膦殘留的茶園土壤折射率譜

圖3表明的是不同草甘膦殘留量的茶園土壤在0.2～1.5 THz范圍內(nèi)的折射率譜。分析折射率譜線發(fā)現(xiàn)，在有效頻譜0.2～1.5 THz范圍內(nèi)茶園土壤的整體折射率變化幅度在2.00～2.27之間，隨著茶園土壤中草甘膦含量的增加，折射率呈現(xiàn)出明顯增大的趨勢。

2.3 不同草甘膦殘留的茶園土壤吸收系數(shù)譜

圖4表明的是不同草甘膦殘留量的茶園土壤在0.2～1.5 THz范圍內(nèi)的吸收系數(shù)譜。已有研究表明，草甘膦分子在0.4～1.5 THz波段內(nèi)存在5個明顯的吸收峰，位置分別為0.79、0.89、1.19、1.31、1.43 THz[12]。4N茶園土壤樣品的吸收特征中都可以對應(yīng)找到這5個吸收峰，而且吸收譜中還有更多的微小峰，這可歸因于土壤背景的復(fù)雜性，同時也說明作為對照的茶園土壤中有一定量的草甘膦殘留。隨著茶園土壤中草甘膦含量的升高，吸收幅度呈增強(qiáng)趨勢。

3 結(jié)論與討論

茶葉中草甘膦超標(biāo)問題正日益受到關(guān)注，開展茶園土壤草甘膦殘留普查是當(dāng)前茶園管理中的一項重要措施。本研究用殘留有一定草甘膦的茶園土壤作樣品，通過太赫茲時域光譜技術(shù)研究其太赫茲光譜特征。草甘膦殘留越高的土壤其THz時域光譜信號時間延遲幅度越大、折射率譜越大、吸收系數(shù)譜的吸收幅度越強(qiáng)，呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性。研究認(rèn)為，應(yīng)用太赫茲光譜技術(shù)在快速鑒定茶園土壤中草甘膦含量是可行的，能夠滿足大量樣品快速、無損的檢測要求。

4 致謝

感謝貴州省計量測試院研發(fā)中心劉麗萍、宋茂江、楊霏3位博士在太赫茲儀器設(shè)備使用及技術(shù)方面的幫助。

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