波传播特性

波传播特性（精选九篇）

波传播特性 篇1

目前, 波的传播理论被应用于各种材料进行无损检测的现象非常常见, 而功能梯度材料沿空间梯度变化的材料性质使得功能梯度材料结构中波传播问题的控制方程为变系数微分方程, 很难直接求得其解析解, 因此常用数值解法进行求解。目前, 对波在功能梯度材料介质中的传播特性的研究主要采用解析法、层合模型法、渐进解法、有限元法等等。层合模型法是将功能梯度材料沿其特性梯度变化方向分成若干层, 每一层视为均匀材料, 然后用经典力学理论求解。对功能梯度材料进行损伤假设, 并运用分层模型和弹性动力学基本理论对其中弹性波的传播特性进行求解, 得到损伤材料的波传播特性与损伤特征的一般关系, 而后进行实例计算, 结合具体的损伤分区模型, 得到接收波的幅值与首波到达时间和材料损伤长度、损伤起始位置的关系曲线, 为进一步的反演分析奠定基础, 同时对于工程上的无损检测也具有较大的理论意义。

1 损伤模型建立

当功能梯度材料板中有损伤时, 采用Kachanov连续度的概念和应变等价假定提出了可通过材料损伤后弹性模量的变化定义损伤度[4], 即:

其中, D为材料的损伤度, E为损伤后的弹性模量, G为损伤后的剪切模量, E0为无损伤时的弹性模量, μ为泊松比。

考虑一功能梯度材料板的弹性波传播模型。如图1所示, 一纵波U (0) =P0sinωt从A点射入, 在B点接收该纵波。当波传到功能梯度材料板分层界面时, 会发生反射和透射。

2 弹性动力学方程求解

2.1 波传播的基本理论

在假定材料变形是均匀的条件下, 可以用位移u (X, t) 表示运动方程[6]为:

通常情况下, 弹性波的传播问题为小扰动问题, 因此可以用动力扰动增量形式的本构关系表示:

考虑图1所示的功能梯度材料板, 在每层中均应满足运动微分方程和动力扰动增量形式表示的本构关系, 如式 (2) (3) 所示。另外, 考虑层间连续性条件为:

其中σ为在各层间界面上对应的应力分量, U为在各层间界面上对应的位移分量。

根据各向同性材料在线弹性情况下的本构方程, 再由 (3) 式可得:

根据前式, 再运用前面的理论求解可得到:

因本文考虑的是纵波, 故取非损伤区域和损伤区域的纵波波速分别为:

将波速代入波动方程, 与边界条件和连续性条件联立, 即可求得波动方程的解。以下将用于平面波的情形。

2.2 平面波的反射和透射

当一纵波U (0) =P0sinωt从A点射入, 从材料参数为E (1) , μ (1) , ρ (1) 的层面射入E (2) , μ (2) , ρ (2) 的层面, 由于介质常数不同, 在界面上会发生透射和反射。

将波动方程、边界条件、连续性条件联立, 由边界条件推出P1=P0, 再跟据前述的连续性条件, 联立该两式, 得到:

即波的反射与透射系数分别为:

3 实例计算和分析

3.1 模型设定

假定有一功能梯度板, 如图1所示, a=1m, b=0.6m, h=0.1m, 由A、B两种材料复合而成, 金属材料A:EA=150GPa, μA=0.35, ρA=9000kg/m3;陶瓷材料B:EB=350GPa, μB=0.4, ρB=5000kg/m3。材料组成无间隙, 设A、B的组分分别为fA, fB, fB (z) =0.2 (z/h) , fA=1-fB。为简化计算, 假设材料均匀分为20层, 每层层厚h/20, 在A点给一入射波, 其振动方程为U (0) =P0sinωt, 其中P0=0.01mm, ω=50000Hz, 利用上述波动理论的分析和计算, 可以求得B点接受到的波的振幅和首波到达的时间。再根据前述的边界条件和连续性条件结合此例实际情况, 可得P1=P0。

结合 (9) 式, 可求得经过每一层界面时反射波和透射波的振幅, 并最终求得在B点接收到的波振幅和首波到达时间, 首波到达的时间为:

3.2 损伤长度的影响曲线

在损伤起始位置0.01m, 损伤度0.5固定不变的情况下, 损伤长度在0.01— (0.02—0.09) m范围内取不同值时, 接收波振幅和首波到达时间随损伤长度的变化曲线如图2和图3所示。

3.3 损伤起始位置的影响曲线

在损伤度0.1, 损伤长度0.01m固定不变的情况下, 损伤起始位置在 (0.01—0.07) — (0.03—0.09) m变化范围内取不同值时, 接收波振幅和首波到达时间随损伤起始位置的变化曲线如图4和图5所示。

4 结论

(1) 在损伤起始位置、损伤度一定时, 接受波振幅随损伤长度的增加而增大, 随着损伤长度的增加, 曲线斜率减小, 这种变化规律在整个变化过程中都有具体体现;首波到达时间与损伤长度成线性关系, 且损伤长度越大, 首波到达时间越长。

(2) 在损伤度、损伤长度一定时, 接收波振幅随损伤起始位置的增加而减小, 并且随着损伤起始位置的增加, 曲线的斜率增大;首波到达时间与损伤起始位置深度呈负相关, 即距离探测表面越远, 首波到达时间越短。

从以上图2至图5的影响曲线中可以看出, 功能梯度材料的损伤特征对于弹性波传播具有明显的影响, 在某一特定的损伤工况下, 接收波振幅与首波到达时间和损伤信息之间有着明确的关系, 可以由二者的关系根据接收波的特点判断材料内部的损伤程度和具体损伤位置, 对于工程探伤具有重大意义。

参考文献

[1]程红梅, 曹志远.损伤介质中波传播特性的研究[J].力学季刊, 2005, 26 (2) :177-183.

[2]戴宏亮.弹性动力学[M].长沙:湖南大学出版社, 2014.

[3]张伯军, 刘财, 等.弹性动力学简明教程[M].北京:科学出版社, 2010.

[4]刘新东, 郝际平.连续介质损伤力学[M].北京:国防工业出版社, 2011.

[5]曾新吾, 韩开锋, 张光莹.含裂缝介质中的弹性波传播特性[M].北京:科学出版社, 2013.

[6]Pao Y H etal.Acoustoelasticity and ultrasonic measured of residual stresses[J].Phy Acoustics, 1984, 17:61-143.

波传播特性 篇2

关键词：故障；录波；数据；机电保护；特性

中图分类号：TM769 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）29-0082-02

故障录波器在系统工作发生故障和震荡等情况时，能够自动对故障整个过程的电压电流等电气量方面的继电保护动作进行记录。故障录波器能够有效地为故障原因、以及检验方面提供相应的数据来源。

1 系统总体结构

故障录波数据的机电保护动作特性分析研究，要以故障的数据输入和分析为基础，再利用不同的装置的工作原理，利用计算机开相应的程序来模拟装置的动作过程，可以得到明确而又直观的分析结果。故障录波数据的机电保护动作软件可以对目前存在的继电保护动作的不足进行弥补，是继电保护动作特性分析的实用性较高的工作工具，这能够进一步提升对继电保护的质量、水平以及效率。

故障录波数据的机电保护动作特性系统其中包含录波数据格式转换及文件管理、电网故障辅助分析、故障波形再现及分析以及继电保护动作行为分析这四个方面。录波数据格式转换及文件管理中负责的主要是故障录波文件中数据信息的提取和分析并进行相应的格式转换；电网故障辅助分析主要是让其能够不受时间限制地完成电参量数据的分析以及矢量、序分量、谐波等分析。电网故障分析还能够实现自动辨识、故障距离的测量等，这些方面的测量都能够提供辅助工具；故障波形再现及分析的任务就是对故障波形进行的再次回放、缩放以及打印等处理，能够为使用的客户提供一个平面分析和完整观测的界面；继电保护动作行为分析它的装置中包含着保护变电站的装置配置，其中包含着实现线路、母线以及变压器等保护变电站的特性功能。继电保护分析系统的结构关系分化如图1所示。

2 基于故障录波的录波数据格式转换及文件管理分析

录波数据格式转换及文件管理是继电保护分析系统中的重要的一个组成部分，它是能够实现其它三大模块的基础，录波数据格式转换及文件管理中包含着录播文件管理和录波数据格式转换这两个功能部分。

2.1 录波数据文件及格式

2.1.1 头文件

头文件的使用是为了帮助这项工具的使用者来更好地了解文件的数据和有关的信息内容，这种数据的文件会采用ASCⅡ的文本文件，通过文字处理编辑而成，对故障录波的情况起到了说明的辅助作用。

2.1.2 配置文件

配置文件是为了更加具体地对故障录波的数据进行说明，它可以通过文字处理编辑生成，同时还可以让计算机程序生成的ASCⅡ的文本文件。在配置文件中，它会进行到的工作是对计算机程序中的数据进行一部分的分离，从而划分出重要的信息，这个功能可以让程序编排中的读取程序更加便捷，例如配置文件中能够进行格式的固定，这样就省去计算机编排工作中繁杂的程序。配置文件的字符会有许多行，可以在每个字段后面用逗号来分开，字段可以有空白但是逗号不能省，回车和换行作为每一行的结尾。

2.1.3 数据文件

数据文件是根据数据采取时间的先后来对每个装置的模拟通道进行数据的记录。数据的记录文件有两种格式，一种是通过文本编辑的格式来记录，另一种就是通过二进制的方式。在文本编辑格式中要使用逗号来把每个数据进行隔离。在二进制的方式可以用连续记录的方式，不需要用分隔符来分离。

2.1.4 信息文件

信息文件是由使用者自己创造的，它主要是对其他额外的信息进行记录，是一种可用可不用的文件。

2.2 录波文件的管理

能够对录波数据进行合理有效的管理是提高故障录波数据分析的有效举措，录波数据的格式转换包含了文件的储存、删除、读取以及添加等功能，有效地实现了文件管理模块的各个功能。

录波器应该有一个专门的录波器的文件夹，按照时间划分来录入文件的名称，这就能够避免与其他录波文件夹重叠或者混淆，并让同一批次同一时间放在一个录波器的文件夹。

3 基于故障录波的故障波形再现及分析

录波文件中的录波数据数以万计，工作人员对这些数据进行分析的时候，很可能因为数据库的数据太过庞大而在分析上遇到困境，从而导致分析的质量不高、分析速度过慢且容易出现误差的情况。在故障波形分析中可以根据录波文件的故障数据来制作成为波形图，通过波形图可以直接全面地对整个故障的电气量进行了解，充分观测三相电压和电流的波形以及开关的动作，这样可以大大降低故障分析的难度，并能够有效地提高故障分析的效率。

故障分析中的波形再现分析其中包含着对波形的隐藏、浏览、标注、缩放、取反和组合等测定和分析功能。故障波形录取再现的方式分析能够有效地对电气量和开关的动作情况进行再现，这可以有效地为故障波形的数据分析提供相应的理论依据。它的模块功能具体如下：

①可以对时间坐标进行无级别缩放，在通道里的所有幅值坐标也可以单独地进行无级别缩放。

②可以使用游标的功能来进行数据的游标、拖动、隐藏，同时可以用游标的功能对波形进行测量、寻找高峰点以及对波形的冲突点进行查找，这些都可以通过游标功能实现，游标功能还支持双游标的功能使用。

③故障分析的再现还能够对通道进行增加、删除、隐藏，以及数据信息颜色的变换等设置。

④可以通过四则运算来对虚拟通道增加，可以增加到分析界面中，这是对波形的一种操作方式。

⑤具有保存功能和打印的功能，通过录波数据的再现的过程，可以将这些数据进行文档的储存，也可以进行数据的打印，可以使用位图的格式进行保存。

4 基于故障录波的继电保护动作行为

继电保护动作行为是故障录波数据动作的重要组成部分，它的存在对电力系统的安全性和稳定性有着重要的影响。在进行故障分析的时候，要加强对故障波形的分析和参数的分析，从而能够满足故障分析的需求。

通过对故障录波的数据进行整理和分析，彻底了解和掌握工作运行的状态，能够为电力系统的电力系统中的故障分析以及动作行为的安全提供有效的数据研究基础，成为相应的科学依据。

具体可以通过浪涌识别算法，来对电力系统中的信号和波形进行识别，了解其中的信号信息并可以采用形态学滤波对有干扰的信号进行适当的过滤。分析数据时可以采用最小二乘算法以及均值补偿法，这样就可以避免录波器因为硬件等因素造成的误差影响，能够及时发现和调整。在算法上可以使用微分方程来改进，对抗组进行测量和计算，针对不同线路的工作状态来计算不同的电阻数据。

这种方式方法能够有效地实现距离保护特性分析，其计算结果能够为阻抗和阻抗继电动作提供有效的数据判断依据。

继电保护动作行为能够有效实现变电机、变压器的差动保护特性的分析，利用相应的模块来分析出发电机和变压器间的差动电流、差动保护动作以及制动电流的数据。

5 基于故障录波的电网故障辅助分析

电网的故障辅助分析主要包括对故障发生的时间间隔、故障的类型以及故障的测量距离进行矢量、序分量以及谐波的分析。

继电保护装置的运行主要是依靠故障后的数据进行相应的系统分析，进而来判断是否让装置继续动作。针对故障中存在的电气量变化，利用继电保护的算法启动从而可以准确地判断出故障发生的时间间隔、故障的类型以及故障的测量距离。具体对算法如图2所示。

6 结 语

继电保护装置在电力系统中具有重要作用，保护装置能否正确动作对继电保护系统工作也具有重要影响。对故障录波数据系统的充分利用从而深化对继电保护动作特性的分析，能够弥补目前故障录波分析软件在分析评判继电保护动作行为方面的不足，有利于进一步提高继电保护装置的正确动作率和运行水平。

参考文献：

[1]周兴军，骆健，丁网林.国内外故障录波器的现状分析和比较[J].大坝与安全，2003，（6）.

[2]赵自刚，赵春雷.国产故障录波器现状分析及新型录波器展望[J].电网技术，1999，（2）.

[3]束洪春，杨家兴，杨强.比利时BEN5000故障录波器在漫湾电厂的应用[J].电工技术，2000，（12）.

[4]文超.基于故障录波数据的继电保护分析系统[D].长沙：湖南大学，2012.

[5]秦倩.基于故障录波数据的继电保护动作特性分析系统[D].长沙：湖南大学，2013.

4 基于故障录波的继电保护动作行为

继电保护动作行为是故障录波数据动作的重要组成部分，它的存在对电力系统的安全性和稳定性有着重要的影响。在进行故障分析的时候，要加强对故障波形的分析和参数的分析，从而能够满足故障分析的需求。

通过对故障录波的数据进行整理和分析，彻底了解和掌握工作运行的状态，能够为电力系统的电力系统中的故障分析以及动作行为的安全提供有效的数据研究基础，成为相应的科学依据。

具体可以通过浪涌识别算法，来对电力系统中的信号和波形进行识别，了解其中的信号信息并可以采用形态学滤波对有干扰的信号进行适当的过滤。分析数据时可以采用最小二乘算法以及均值补偿法，这样就可以避免录波器因为硬件等因素造成的误差影响，能够及时发现和调整。在算法上可以使用微分方程来改进，对抗组进行测量和计算，针对不同线路的工作状态来计算不同的电阻数据。

这种方式方法能够有效地实现距离保护特性分析，其计算结果能够为阻抗和阻抗继电动作提供有效的数据判断依据。

继电保护动作行为能够有效实现变电机、变压器的差动保护特性的分析，利用相应的模块来分析出发电机和变压器间的差动电流、差动保护动作以及制动电流的数据。

5 基于故障录波的电网故障辅助分析

电网的故障辅助分析主要包括对故障发生的时间间隔、故障的类型以及故障的测量距离进行矢量、序分量以及谐波的分析。

继电保护装置的运行主要是依靠故障后的数据进行相应的系统分析，进而来判断是否让装置继续动作。针对故障中存在的电气量变化，利用继电保护的算法启动从而可以准确地判断出故障发生的时间间隔、故障的类型以及故障的测量距离。具体对算法如图2所示。

6 结 语

继电保护装置在电力系统中具有重要作用，保护装置能否正确动作对继电保护系统工作也具有重要影响。对故障录波数据系统的充分利用从而深化对继电保护动作特性的分析，能够弥补目前故障录波分析软件在分析评判继电保护动作行为方面的不足，有利于进一步提高继电保护装置的正确动作率和运行水平。

参考文献：

[1]周兴军，骆健，丁网林.国内外故障录波器的现状分析和比较[J].大坝与安全，2003，（6）.

[2]赵自刚，赵春雷.国产故障录波器现状分析及新型录波器展望[J].电网技术，1999，（2）.

[3]束洪春，杨家兴，杨强.比利时BEN5000故障录波器在漫湾电厂的应用[J].电工技术，2000，（12）.

[4]文超.基于故障录波数据的继电保护分析系统[D].长沙：湖南大学，2012.

[5]秦倩.基于故障录波数据的继电保护动作特性分析系统[D].长沙：湖南大学，2013.

4 基于故障录波的继电保护动作行为

继电保护动作行为是故障录波数据动作的重要组成部分，它的存在对电力系统的安全性和稳定性有着重要的影响。在进行故障分析的时候，要加强对故障波形的分析和参数的分析，从而能够满足故障分析的需求。

通过对故障录波的数据进行整理和分析，彻底了解和掌握工作运行的状态，能够为电力系统的电力系统中的故障分析以及动作行为的安全提供有效的数据研究基础，成为相应的科学依据。

具体可以通过浪涌识别算法，来对电力系统中的信号和波形进行识别，了解其中的信号信息并可以采用形态学滤波对有干扰的信号进行适当的过滤。分析数据时可以采用最小二乘算法以及均值补偿法，这样就可以避免录波器因为硬件等因素造成的误差影响，能够及时发现和调整。在算法上可以使用微分方程来改进，对抗组进行测量和计算，针对不同线路的工作状态来计算不同的电阻数据。

这种方式方法能够有效地实现距离保护特性分析，其计算结果能够为阻抗和阻抗继电动作提供有效的数据判断依据。

继电保护动作行为能够有效实现变电机、变压器的差动保护特性的分析，利用相应的模块来分析出发电机和变压器间的差动电流、差动保护动作以及制动电流的数据。

5 基于故障录波的电网故障辅助分析

电网的故障辅助分析主要包括对故障发生的时间间隔、故障的类型以及故障的测量距离进行矢量、序分量以及谐波的分析。

继电保护装置的运行主要是依靠故障后的数据进行相应的系统分析，进而来判断是否让装置继续动作。针对故障中存在的电气量变化，利用继电保护的算法启动从而可以准确地判断出故障发生的时间间隔、故障的类型以及故障的测量距离。具体对算法如图2所示。

6 结 语

继电保护装置在电力系统中具有重要作用，保护装置能否正确动作对继电保护系统工作也具有重要影响。对故障录波数据系统的充分利用从而深化对继电保护动作特性的分析，能够弥补目前故障录波分析软件在分析评判继电保护动作行为方面的不足，有利于进一步提高继电保护装置的正确动作率和运行水平。

参考文献：

[1]周兴军，骆健，丁网林.国内外故障录波器的现状分析和比较[J].大坝与安全，2003，（6）.

[2]赵自刚，赵春雷.国产故障录波器现状分析及新型录波器展望[J].电网技术，1999，（2）.

[3]束洪春，杨家兴，杨强.比利时BEN5000故障录波器在漫湾电厂的应用[J].电工技术，2000，（12）.

[4]文超.基于故障录波数据的继电保护分析系统[D].长沙：湖南大学，2012.

波传播特性 篇3

云南某水电站开敞式溢洪道消力塘是目前国内规模最大、世界第二、泄洪功率世界第一的特大泄洪构筑物, 纵横剖面均为梯形断面, 开挖坡度和高差都较大。为了给大坝填筑施工提供合格的料源, 进行大规模爆破开挖作业。

爆破必然引起一定范围内的地面震动, 从而可能引起安全事故, 在社会和经济层面造成巨大损失。为此, 需进行震动的客观技术评估, 在为大坝提供合格填筑料的同时, 保证附近大型岩石边坡的稳定。本文以现场采集数据为基础, 评判爆破震动对于边坡的影响, 同时, 对试验结果进行分析, 研究爆破震动波与其各影响因素之间的关系以及雷管的允许装药量。

2 现场试验

通过现场试验, 测定特定条件下的爆破震动波大小, 研究爆破震动波与地形、岩性以及爆破模式之间关系;对爆破震动的传播特性、迟爆 (雷管) 的允许装药量进行分析, 建立以爆破震动大小控制为基础的不同岩石条件、地形下的雷管允许装药量, 为确定安全提供有效的爆破方案及相应管理措施。

2.1 试验实施

爆破试验位置定在主爆施工部位、据边坡线约30m处, 该位置以上边坡最大高度约120m。爆破参数详见表1, 布置图详见图1、2。

2.2 结果检测

为了研究爆破试验时, 附近构筑物、距离对爆破震动衰减特性的影响, 使用DS077 (3904) 仪器进行测量, 测量成果见表2。

3 试验结果分析

根据《爆破安全规程》 (GB6722-2011) 的相关规定, 现场数据反映该爆破参数能够保证上部边坡的稳定, 同时, 对以上数据进行回归分析。

3.1 回归分析原理

影响爆破震动的主要变量有炸药当量、爆破模式、材料 (岩石) 震动冲击特性、开挖作业现场的距离[1]。一般来说, 爆破震动可以通过测量水平地面震动速度 (V) 来确定。而对于传播特性来, 重量 (W) 、距离以及宽度 (B) 均为主要的参考变量[2], 可以采用如下类型的通式进行计算, 爆破模式与耦合媒介物的影响可以归为K、a、c等参量[3]。

式 (1) 可通过以下形式来表示[3],

式中V—爆破震动速度, cm/s;W—延迟雷管的最大装药量, Kg;

D—开挖现场的距离, m;B—炸药当量指数 (1/2、1/3) ;n—衰减指数;

K、a、c—自由表面状态、内置炸药的特性、基岩强度特征参数;

所以, 在测得D、距离、雷管的最大爆破、爆破震动V值后, 经多元回归分析即可得爆破震动波与各影响因素的关系。

3.2 关系曲线的回归分析

对公式 (2) 两边取对数, 即为l g V=l g K+n (l g D-b l g W) , 对于b的不同取值 (1/2或1/3) , 相应公式表示为l g V=l g K+n (l g D-1/2 l g W) 和lgV=lgK+n (lgD-1/3lgW) 。根据该公式, 对以上试验结果, 采用回归分析程序分析, 得两公式下距离与爆破震动速度之间的关系, 详见图3。

对以上结果, 进行推演分析, 得出炸药当量指数b为1/2、1、3时, 爆破震动与距离、延迟雷管的最大装药量、地形之间关系式为分别:

3.3 不同距离雷管装药允许量分析

根据现场试验, 不同距离的雷管装药量与距离之间的关系见图4。

该关系曲线拟合于线性函数y=aX+b, 将以上数值带入考虑其拟合性, 得到该线性曲线方程为:

式中y—装药量;X—距离。

根据以上拟合公式得到不同距离下的雷管允许装药量, 见表3。

根据允许的各个水平距离, 在相对安全的方式下, 不同距离使用的雷管装药允许量能够满足规定的爆破量, 计算的允许装药量满足各个切割区域距离计算的爆破设计要求。

5 结语

(1) 爆破震动对大型切割岩石坡面的上部岩石的特性及边坡稳定有重要影响, 并有可能导致岩石出现裂缝和劈裂, 基于允许震动速度 (V=46.0cm/s) 情况下, 消力塘超高边坡允许装药量为0.48Kg/m3, 在开挖允许范围之内既能保证料源质量, 又能保证边坡安全;

(2) 经过回归分析得到的爆破震动波大小与地形、距离及装药量之间的关系, 以及不同距离下的雷管允许装药量, 对于同类工程的爆破震动控制具有一定借鉴意义。

摘要：本文以实测爆破震动检测数据为基础, 深入分析地形、岩性、爆破模式等因素对爆破震动波的影响。经回归分析, 得出爆破震动波的波速与延迟雷管的最大装药量、距离、地形、炸药特性、基岩强度的关系式。同时, 以振动速度控制为基础, 分析得出岩质边坡的距离与雷管允许装药量之间的经验公式。

关键词：爆破震动波,回归分析,传播特性

参考文献

[1]Ki kyung chul, kin.Blasting Engineer for Industrial scholar, 2002

[2]李夕兵, 凌同华, 张义平.破震动信号分析理论与技术.学出版社, 2009

波传播特性 篇4

抓住重大事件做好重点报道

新闻的特性之一，就是及时报道“人们欲知而未知或应知而未知的新近发生的事实”，也就是及时报道人们关注的重大事件。如果做不到这一点，或者抓抢新闻的速度，选择新闻价值的角度不如境外媒体，我们的对外传播工作就会十分被动。因此，抓住“大”字做好文章，及时准确地抓住重大新闻，策划采访角度和报道方式，从报道事件和报道方法两个方面，都能形成“独家”的优势，我们的对外传播就掌握了主动权。

2009年2月份，《今日中国》记者获得了2008年度中国外文局重大题材报道奖。这个奖项记录了《今日中国》在2008年4月份那场藏独风波之中，经历的一次重大事件的报道。2008年3月14日，西藏发生了有着藏独背景的骚乱事件。此事被西方对我怀有敌意的媒体和政客当作抵制北京奥运会的借口，显然这些敌对势力是害怕中国的高速发展。特别是北京奥运会的成功举办大大提升了中国在全球的影响力。《今日中国》作为一个对外传播的重要阵地，也不能例外地投身其中。当《今日中国》第一时间获知法国前总理拉法兰，将作为法国总统萨科奇特使访问中国，修复中法关系，便迅速安排资深记者大胆构想“抓大事件，访大人物，揭大秘密”，及时做好这一重大事件的报道。在法国驻华使馆的帮助下，记者如愿以偿，不仅在第一时间赢得了一个独家采访机会，而且第一个解密了萨科奇总统写给胡锦涛主席信函的全部内容。尤其值得一提的是，记者毫不回避藏独分子在巴黎阻挠奥运火炬传递的事实，请拉法兰本人回答对西藏问题的看法和立场、解决中法关系途径等问题。本篇题材重大，具有极强的针对性。及时有效地传播了中国政府在重大问题的正确观点，正确维护了国家形象和北京奥运。

这篇报道发出之后，法国驻华使馆官方网站、中国网等网站迅即转发，《今日中国》因此成为拉法兰访华这一重大新闻事件报道阵容中，最受关注的中国媒体。

抓住新奇角度做好热点报道

《今日中国》杂志作为国家重要的对外传播阵地，在长期的实践中，非常强调了解并适合不同国度的人们的认知方式，力求提高对外传播影响力。在“5.12”汶川大地震一周年前夕，派出精兵强将深入灾区，实地采访灾区的现状和民众的生活状况，以《封面故事》的形式回答了人们的悬念。一年后的追踪报道，也体现了该刊的人文关怀。

众所周知，在大地震中地处灾区的羌族受损严重，有些境外媒体甚至枉自揣测羌文化可能会因此消失。正是针对境外读者关注的这一热点话题，《今日中国》记者实地采访了位于震中的古羌王遗都——萝卜寨，写就了《废墟上的锅庄舞》。

在采访前，记者首先通过汶川文体局，了解到羌族文化的代表性元素，有释比、羊皮鼓，金丝猴法器、锅庄舞、羌绣和整个村落互相连通的、迷宫一样的建筑样式。所以，整篇地震灾区羌文化保护的报道，就是围绕这些鲜为人知的新奇的细节，来描述震灾对羌文化的破坏，描述羌人坚强的精神信仰，再现羌人的生活场景，同时详尽描述了政府为全面抢救、保护和传承羌文化正在做的实实在在的努力。这篇报道发表以后，也迅即被许多网站转发。不同文化背景的人们，不仅可以从这篇报道中获知一条十分重要的信息，即羌文化不仅不会衰落，而且在政府强有力的救护下，一定可以传承并能发扬下去，而且人们细致地了解到羌文化的许多新奇的细节，还引导读者走进了羌人“天人合一”的精神世界。

抓住事实说话做好常规报道

尽管突发事件、热点事件、重大事件是对外传播媒体绝不能疏忽的重要工作，大量的常规报道则是同样不能疏忽的日常工作。从提高对外传播的影响力来说，随时关注境外媒体对我们的种种评价，特别是歪曲和误解，加以校正和驳斥，也是十分重要的工作。新闻的特性之三就是用事实说话。只有生动的、客观的，真实的事实才具有雄辩的影响力。选择合适的采访对象，是抓住事实说话的重要手段之一。比如，针对境外媒体总喜欢以偏概全地报道中国的问题，混淆视听，《今日中国》采访报道了一些来自世界各地的在中国生活和工作的外国友人。如定居在中国的美国学者龙安志等，通过他们的切身感受，用事实说明，中国比他们未接触前想象的要好得多。杂志非常注重在常规报道中采访来自不同国度的人们，用他们的真实感受去影响他们的同胞。

超材料吸波体吸波特性研究 篇5

关键词：吸波体,超材料,电谐振器,磁导率,介电常数

0 引言

要实现良好的吸波必须具备2个条件:(1)入射的电磁波要尽可能多地进入吸波材料而不被反射;(2)材料要能将电磁波损耗吸收掉[1]。新近提出的电磁超材料由于表现出非常奇妙的电磁效应而成为吸波材料领域研究的热点[2,3]。根据有效媒质理论[4],对超材料的有效电磁参数,可以通过复合介电常数ε(ω)=ε1+iε2和磁导率μ(ω)=μ1+iμ2来描述[5]。大多数研究者的工作主要集中在实现介电常数和磁导率的实部ε1、μ1同时为负(构造负折射率材料)[6],或者构建渐变电磁参数(1.08

本研究提出的环形ERR与短导线组合成的超材料结构,经仿真分析,在窄带范围内同样能完成对垂直入射电磁波的高吸收,其优良的吸波性能及电磁参数的易调节性将在特殊目标隐身或热成像仪设备方面具有潜在的应用。

1 模型设计

实验采用的谐振单元是由短导线(图1(a))与环形电谐振器(图1(b))连接而成的组合结构(图1(c))。经过大量的仿真实验和参数优化设计,得到了最理想的尺寸参数,其中ERR的尺寸参数为:外环半径R=2.0mm、内环半径r=1.2mm、开口g=0.2mm、中间短杆宽t=0.4mm、短导线高H=11.8mm、宽e=0.7mm。ERR和短导线按照如图1(c)所示的方式排列在高L=12mm、宽a=4.2mm、厚度为0.72mm的FR4板(εb=4,σb=0.022S/m)的正反两面。电谐振环与短导线是厚度均为0.017mm的铜材料,其电导率σm=5.88×107S/m。

2 仿真结果及数据分析

数字仿真实验采用基于有限差分法来测算金属-电介质结构的透射参数与反射参数的CST Microwave Studio软件。在8~12GHz频段,对图1(c)中的一个单元的超材料模型进行仿真研究。在垂直入射电磁波激励下仿真提取了一个单元吸波体的散射参数,如图2所示。s11为反射参数,s21为透射参数。

从理论上讲,通过对特殊结构模型的优化设计,实现ε和μ的完美匹配,使吸波体与自由空间达到良好的阻抗匹配,以降低电磁波的反射;另外,激励ε和μ的谐振,使电磁波的透射很低,这样,超材料结构可实现对电磁波的高吸收。通过仿真提取的数据(见图2)可以对一些现象进行合理的解释。反射参数s11在10.2GHz处出现了一个反射波谷,达到最小值为s11=0.112,反射率undefined约为1.25%,说明超材料吸波体与自由空间达到了良好的阻抗匹配,绝大部分电磁波进入了吸波体的内部。在此条件下若折射参数的虚部n2极大[11],则进入吸波体内部的电磁波将很快被损耗吸收。此外,s21在整个仿真频段经历了2个透射波谷,透射幅度在9.6GHz、11.2GHz处均趋近于0。然而,由于磁谐振与电谐振未能同步进行,致使反射参数与透射参数的波谷未能在相同的频点重合,对吸波体的吸波性能产生了消极的影响,在后文中将进一步对调控电谐振及磁谐振作进一步的研究。另一个值得注意的现象是,透射率undefined在整个仿真频段均小于 7.5%,实现了全频段低透射率。根据吸波率公式undefined计算可知,该超材料吸波体在10.2GHz处达到吸收峰,吸波率达到91.3%,且在窄频带内具有良好的吸波效果。同时,也进一步分析了损耗的来源,主要有金属的欧姆损耗及大电场作用下的电介质损耗。其中,在使用无损耗基板替代FR-4基板的情况下,通过仿真研究发现,吸波性能被极大地削弱,这一现象充分说明电介质损耗是该超材料吸波损耗的主要来源。

电磁超材料的一个显著特点是能容易、方便地实现对磁谐振和电谐振的调控,并且,通过对磁导率和介电常数的合理匹配(ε=μ)是实现对入射电磁波高吸收的关键。经研究发现,在不改变ERR的情况下,通过调节短导线的宽度,即可实现对磁谐振和电谐振的微小调节,进而达到优化阻抗匹配,提高吸波性能的目的。磁谐振和电谐振的微小改变使阻抗匹配更加完美,随着短导线宽度的减小,超材料吸波体在较宽频段内实现与自由空间的完美阻抗匹配,电磁波的反射率随着短导线宽度的减小而微弱减小。并且,在强谐振频段,短导线宽度的增加将对透射参数产生较大的影响,在吸波频段,透射率随着短导线宽度e的增加而明显减小,并且透射峰没有频移。因此,通过适度增加导线的宽度,可以明显改善超材料的吸波性能。由于短导线仅有电反应而无磁反应[12],因此,磁谐振的调节是相当复杂的,在垂直入射电磁波的激励下,只有通过环形ERR与短导线的耦合作用,利用ERR中间短杆与短导线形成的反平行电流的激励效应,才能有效驱动磁谐振。从理论上讲,调节ERR中间短杆的宽度将能实现对磁谐振的调节,进而完成对吸波带的调节。

仿真研究与预测一致,图3为提取中间短杆宽度分别为t=0.4mm、0.5mm、0.6mm的超材料结构的反射参数s11和透射参数s21。从图3中可以发现,随着ERR中间短杆宽度t从0.4mm增加到0.6mm,透射参数与反射参数同步向高频方向移动,因此,吸波带也随t的增加而向高频方向移动。此外,另一个值得注意的现象是,中间短杆宽度t的改变不会明显改变阻抗匹配,但会对折射参数虚部n2产生极大影响,n2随着t的增加而减小,因此会削弱该超材料的吸波性能。研究发现,随着中间短杆宽度的增加,磁谐振变化,由于电磁谐振的变化,谐振频率位置也向高频方向移动。从以上分析可以得出结论:通过增加短导线宽度e或者减小ERR中间短杆宽度t,均能在微弱影响阻抗匹配的情况下增强透射率,进而达到优化吸波性能的目的。

3 拓宽吸波频带的研究

目前所研究的超材料吸波体都仅能在窄带范围内实现对入射电磁波的高吸收,因此极大地限制了其潜在的应用。利用有效的方法实现吸波频带的拓展是当前待解决的问题。根据前面的理论,设想利用不同吸波体吸波频段的叠加效应来实现吸波频带的拓宽。设计由中间短杆宽度递变的ERR与短导线组合而成的多层结构(在其它尺寸不变的条件下,将ERR中间短杆宽度分别为t1=0.4mm、t2=0.5mm、t3=0.6mm的单层结构,以板间距0.3mm,顺序组合在一起)。经仿真研究并提取s参数,如图(4)所示。对比图4(a)和图4(b)发现了2种层叠结构的一些共同点:(1)在整个仿真频带电磁波均近0透射;(2)与单层结构相比,组合结构在谐振频段阻抗匹配更加完美,极好地改善了吸波性能;(3)反射参数与透射参数在同频点处达到最小值,说明磁谐振和电谐振达到同步。分析这些现象产生的原因,认为主要是由各层间耦合效应引起的,并且层间耦合作用对调控吸波体的电磁谐振产生了积极的影响,优化了吸波性能。

此外,还发现了它们之间的一些不同之处。经过测算发现,中间短杆宽度递变的多层组合结构,吸波率超过99%的频段达到25.6MHz,而中间短杆宽度均为0.6mm的多层结构,没有吸波率超过99%的频段。这一现象充分说明,基于中间短杆宽度递变的多层组合结构,利用不同吸波频段叠加效应,具有拓宽完美吸波频带的作用,同时能极大地改善超材料吸波体的吸波性能。另一个值得注意的现象是,与单层结构相比,ERR中间短杆梯度递变的多层组合结构电磁谐振频率有明显的降低,引起吸波带向低频方向移动。这些实验数据的获得将为低频,高吸波率超材料的研究提供一个方向。

4 结论

(1)本研究设计的吸波体在窄频带内具有良好的吸波性能,单层结构峰值吸波率达到91.3%,而多层结构能近100%吸收入射电磁波;同时还兼具了薄和轻的优点;

(2)电介质损耗是该超材料吸波损耗的主要来源;

(3)电磁谐振可调节,通过对ERR中间短杆宽度或者短导线宽度的调节,即可容易地实现对电磁谐振的调节,进而达到调控阻抗匹配,完成高吸波率的目的;

(4)通过对不同尺寸结构的组合,利用不同吸波带的层叠效应,不仅能拓宽吸波频带,而且能在宽频段实现近0透射率。

吸波材料的设计有赖于基础理论的研究和新材料的开发,本实验研究的超材料吸波体所表现出的良好性能以及拓宽频带的方法将对其它吸波超材料的研究有一定的指导意义。

参考文献

[1]He Yanfei(何燕飞),Gong Rongzhou(龚荣洲),He Huahui(何华辉).Research on absorpting properties of double layer absorpting materials(双层吸波材料吸波特性研究)[J].J Funct Mater(功能材料),2004,35(6):782

[2]Ming Kang,Nian Haishen,Jing Chen,et al.A new planar left-handed metamaterial composed of metal-dielectric-metal structure[J].Optics Express,2008,16(12):8617

[3]Hu Tao,NathanI Landy,et al.A metamaterial absorber for the terahertz regi me:Design,fabrication and characterization[J].Optics Express,2008,16(10):7181

[4]Smith D R,Vier D C,Koschny Th,et al.Electromagnetic parameter retrieval frominhomogeneous metamaterials[J].Phys Rev Lett,2005,71(3):036617

[5]Vladi mir M Shalaev,et al.Negative index of refraction in optical metamaterials[J].Optics Lett,2005,30(24):3356

[6]Zhou Xiaoming(周萧明),Cai Xiaobing(蔡小兵),Hu Geng-kai(胡更开).Advances in left handed material design and transparency phenomenon(左手材料设计及透明现象研究进展)[J].Adv Mechan(力学进展),2007,37(4):517

[7]Liu R,Ji C,et al.Broadband ground plane cloak[J].Sci-ence,2009,323:335

[8]Zou Yanhong,Jiang Leyong,et al.Enhancing and tuning absorption properties of microwave absorbing materials u-sing metamaterials[J].Appl Phys Lett,2008,93(26):261115

[9]Hao Jiaming,Yuan Yu,et al.Manipulating electromagnetic wave polarizations by anisotropic metamaterials[J].Phys Rev Lett,2007,99(6):063908

[10]Landy NI,Sajuyigbe S,et al.Perfect metamaterial absorber[J].Phys Rev Lett,2008,100(20):207402

[11]Landy NI,Bingham C M,et al.Design,theory,and measu-rement of a polarizationinsensitive absorber for terahertz i m-aging[J].Phys Rev,2009,79(12):125104

波传播特性 篇6

关键词：太赫兹波塑料光子晶体光纤,复合结构,超平坦色散,时域有限差分法

0 引 言

太赫兹(THz)波是指频率在0.1～10 THz内的电磁波,具有脉冲短、高相干性和低光子能量等特性,在成像、医学诊断及基础物理研究领域有着广泛的应用[1]。然而THz波在自由空间中传播的损耗非常大,因此光子晶体光纤(PCF)的引入为THz波传输提供了平台。PCF具有无尽单模、色散特性可调和良好的弯曲特性等优点[2,3]。由于在THz波段,石英的吸收损耗很大,通常选择对THz波吸收小的聚合物来制作太赫兹波塑料光子晶体光纤(THz-PPCF), 其中用得最多的是高密度聚乙烯管和聚四氟乙烯等材料。因为它们对THz波透明,机械性能良好,材料也容易获得。本文设计了一种包层由两种直径不同的空气孔复合而成的 THz-PPCF,利用时域有限差分法[4](FDTD)分析了这种光纤的色散特性。结果表明:通过改变空气孔直径、晶格常数等参数,在THz波段范围内可以得到超平坦趋于零色散、低损耗的THz-PPCF,且工艺实现难度小。这将有利于推进THz-PPCF及THz技术实用化的进一步发展。

1 理论模型及计算方法

本文设计的新型低损耗THz-PPCF结构如图1所示,纤芯以外的黑色部分为空气孔,其折射率n1=1;灰色基底部分选用聚乙烯作为介质材料,

其在THz波段的折射率n2=1.53;纤芯填入聚四氟乙烯,折射率n3=1.37,属于光子带隙型光子晶体光纤(PBG-PCF)。其参数设定如下:Λ =100 μm,占空比d1/Λ=0.80,d2/Λ=0.65, N=6,R=0.9Λ,其中Λ为晶格常数,d1、d2分别为包层大小空气孔的直径,R为纤芯空气孔半径,N为包层层数。

采用FDTD进行分析计算,单模光纤的色散表达式为

undefined

式中,β为传播常数;k为相应传播常数下适合在光纤中传输的模式。光纤的总色散等于波导色散Dw和材料色散Dm之和[5]。聚乙烯和聚四氟乙烯在THz波段介电常数的实部是常数,所以材料色散对于总色散的贡献非常小,可以忽略。因此,本文主要研究THz-PPCF的波导色散。

2 结果与讨论

为了研究这种低损耗THz-PPCF的色散特性,我们利用FDTD进行了大量的计算来寻找各个参数对色散特性的影响规律。

首先,考虑THz-PPCF色散的平坦性在晶格常数Λ不变的情况下,分别受大小空气孔直径取值的影响。 第1种情况:当晶格常数Λ =100 μm,大空气孔直径d1=0.80Λ时,小空气孔直径d2分别取0.52Λ、0.62Λ和0.72Λ时,色散曲线的变化如图2(a)所示;第2种情况:当晶格常数Λ =100 μm,小空气孔直径d2=0.60Λ时,大空气孔直径d1分别取0.64Λ、0.80Λ和0.88Λ时,色散曲线的变化如图2(b)所示。

从图2(a)可以看出,在晶格常数Λ和大空气孔直径d1不变,而小空气孔直径d2变小时,色散点逐渐向长波长方向移动,色散值逐渐变小,且色散越来越平坦。从图2(b)可以看出,在其他参数都不变的情况下,随着大空气孔直径d1的变化,与第一种情况有相似的变化规律。从图2中的两幅图可以得知,包层空气孔直径对色散平坦性影响很大,通过改变其大小可以控制色散的平坦性。

其次,固定包层大小空气孔的值,研究晶格常数Λ对色散的影响。在d1=0.80 Λ,d2=0.62 Λ的情况下,Λ分别取100、120、140和180 μm时,通过计算得到对应的色散曲线,如图3所示。从图3可以看出,随着晶格常数Λ的增加,色散点逐渐向长波长方向移动,可传播波段范围也相应变得更广,且色散曲线越来越平坦。

下面综合研究晶格常数Λ、大空气孔直径d1和小空气孔直径d2对新型低损耗THz-PPCF的色散特性的影响。在Λ=100 μm不变,(1) d1=0.80Λ,d2=0.70Λ;(2) d1=0.88Λ,d2=0.65Λ;(3) d1=0.80Λ,d2=0.65Λ时,3种情况下色散曲线如图4所示。从图4可以看出:色散平坦度对包层空气孔径大小变化比较敏感,且小空气孔的直径对色散的影响大于大空气孔,主要是该THz-PPCF包层中每个元胞包括3个小空气孔和1个大空气孔,因此3个小空气孔的作用明显大于1个大空气孔的影响。当取d1=0.80Λ,d2=0.65Λ时,考虑到此时的传播波长范围,在波长为46～54 μm之间的色散值可以控制在0±0.5 ps/(km·nm)之间,趋于超平坦色散值。

从以上计算结果看出,能够获得平坦色散的原因可以理解为:就本文设计的THz-PPCF结构而言,它的包层中的第1层空气孔全是由较小的空气孔组成的,大空气孔从第2层才开始出现,在短波长范围内,色散特性主要受内层空气孔的影响,而在长波长范围内,色散特性不仅受内层空气孔,也受外层空气孔的影响,因此为产生一定波长范围内的平坦色散提供了可能性。

近年来,人们提出了几种用来实现超低损耗超平坦色散的PCF,其中大多PCF的包层是由大小不同的多种空气孔组成的[6,7,8]。但是此类光纤可以调节的参量很多,设计起来比较困难,并不实用。从以上计算可以看出,通过调节d1、d2和Λ这些参数,可以在合适的波长范围内获得具有合适色散值的平坦色散,这将使得制作更简单容易,有利于实用化。

为全面表现本文所设计的新型THz-PPCF的特性,图5、图6分别给出了结构参数为Λ=100 μm、d1=0.80Λ和d2=0.65Λ时所对应的带隙图与损耗特性图。

从图5和图6可以看出,本文设计的THz-PPCF在传播THz波长范围和损耗方面都有很好的表现。在46～54 μm波段内,光纤的损耗在包层层数N=6的情况下保持在比较低的水平,并且在47.5 μm处达到最低值2.6 dB/km。继续增加光纤包层层数,这个数值还会下降,这将进一步推进THz-PPCF的商用化进程。

3 结束语

本文设计了一种新型低损耗THz-PPCF,通过调节大空气孔直径d1、小空气孔直径d2和晶格常数Λ 3个参数,并赋予参量合适的值,能够得到超低损耗、超平坦的色散曲线。在46～54 μm波长范围内可得到±0.5 ps/(nm·km)的色散值,在47.5 μm处损耗为2.6 dB/km。并且所设计的新型低损耗THz-PPCF具有较宽的带隙特性和良好的损耗特性。对于其他复合结构的研究将陆续展开,本文成果有助于THz波传输技术的进一步发展和研究,将推进其商业化进程。

参考文献

[1]Agrawal Amit,Nahata Ajay.Coupling terahertz radia-tion onto a metal wire using a subwavelength coasxialaperture[J].Optics Express,2007,15(14):9022-9028.

[2]朱言午,时顺祥,刘继芳,等.用于THz波段脉冲空间整形的滤波透镜的电磁场分析[J].物理学报,2009,58(2):1042-1049.

[3]Bingham A,Zhao Y G,Grischkowsky D.THz parallelplate photonic waveguides[J].Appl Phys Lett,2005,87:051101-1-3.

[4]Kane S Yee.Problems Involving Maxwell's Equationsin Isotropic Media[J].IEEE Trans Antennas Propa-gate,1966,14(3):302-307.

[5]魏兵,葛德彪,王飞.一种处理色散介质问题的通用时域有限差分方法[J].物理学报,2008,57(10):6290-6297.

[6]Wu Tzong-lin,Chao Chia-Hsin.A novel ult-raflat-tened dispersion photonic crystal fiber[J].IEEE Pho-ton Technol Lett,2005,17(1):67-69.

[7]武劲青,薛文瑞,周国生.方形渐变空气微结构光纤的色散特性分析[J].光学学报,2005,25(2):174-178.

S波段海杂波混沌动力特性研究 篇7

人们开始思考除了使用统计学模型来建模海杂波以外, 是否还有其他的方法来建模海杂波, 就此能够发展出一种检测海面目标的新方法。

随着对非线性动力学系统时间序列分析方法的产生, 对现代海杂波的有效描述产生了一系列与以往不同的量度。S.Haykin等人于1990年率先发现了海洋杂波的混沌动力学特性, 认为存在一个低维的动力学吸引子控制着海杂波的行为。

本文首先描述了混沌动力系统的一些基本概念及其计算方法, 给出了海杂波混沌系统的判据。由于以往对海杂波的混沌特性分析大多集中在X波段实测海杂波的数据, 本文着重对S波段实测海杂波数据进行了混沌特性的计算分析。

1 混沌概念简介

混沌是指确定性系统中由非线性相互作用产生的貌似随机的现象。混沌在短期内是可预测的, 因此混沌解既不同于确定解也不同于随机解, 长期以来对混沌没有一个统一的定义, 有很多种定义方法。

现在一般认为混沌应该具备如下三个主要的特征:

(1) 内随机特征:在一定条件下, 如果系统的某个状态可能出现, 或者可能不出现, 该系统既被认为具有随机性。一般来说产生混沌的系统具有整体稳定性但是同时还具有局部不稳定性, 所谓局部不稳定性是指系统运动的某些方面 (如在某些维度上) 的行为强烈的依赖于初始条件。

(2) 分形特征:混沌系统的非整数维不是用来描述系统的几何外形, 而是用来描述系统的轨道在相空间的行为特征。

(3) 普适性常数和Feigenbaum常数:混沌是一种无周期的高级有序运动。

2 混沌特征量

从时间序列角度研究混沌, 最早始于1980年重构相空间理论的提出。对于决定系统长期演化的任一变量的时间演化, 均包含了系统所有变量长期演化的信息。因此可以通过决定系统长期演化的任意单变量时间序列来研究系统的混沌行为。其中吸引子的不变量:Lyapunov指数、Kolmogorov熵、关联维等在表征系统的混沌特性方面起着很重要的作用。

2.1 Lyapunov指数

混沌运动的基本特点是对运动初始条件的极端敏感性, 两个靠得很近的初值所产生的轨线, 将随时间的推移按指数方式分离, Lyapunov指数就是定量描述动力系统状态演变的一个指标, 它从整体上反应了动力系统的混沌量水平, 它是区分系统处于混沌状态或非混沌状态的最直接的特征量之一。当Lyapunov指数小于零的方向, 运动稳定, 且对初始条件不敏感;而在其大于零的方向, 长时间行为对初始条件敏感, 运动呈混沌状态。

2.2 相图与Poincare截面

相图即相轨迹图, 是动力系统在相空间的解曲线图。高维动力系统的相图一般很复杂, 为了降低相图的复杂度, 引入了Poincare截面。在n维相空间中取横截面流的n-1超曲面, 满足条件:利于观察动力系统的运动特征, 且不能与轨迹相切, 更不能包含轨迹线, 此截面即为Poincare截面。相空间的连续运动轨迹与截面的交点即为庞卡莱点, 此映射为庞卡莱映射, 通过观察Poincare截面上点轨迹运动特征, 就可以判定时间序列是否具有混沌特性。

2.3 Kolmogorov熵

混沌轨道的局部不稳定性表示为相邻轨道以指数速率分离。如果两个初始点如此靠近, 以至在一段时间里不能靠测量来区分两条轨道。则只有在他们充分分离后才能加以区分, 在此意义上混沌运动产生信息, 信息量与可以区分的不同轨道数N有关, N随时间指数增长。测度熵刻画了信息产生的速率, 由Kolmogorov在1958年定义, 所以又称为Kolmogorov熵。

使用K的值可以判断系统的运动性质, 若K=0, 表示系统做规则运动;若K=∞, 表示系统做随机运动;若0<K<∞, 表示系统做混沌运动。Kolmogorov熵与Lyapunov指数有着密切的关系, 对于一维系统, 有, 对于多维系统, 有, 即Kolmogorov熵为所有正的Lyapunov指数之和。

2.4 关联维

2.5 海杂波混沌判据

根据混沌学理论和上述混沌特征量概念的分析, 大致可以从以下几个方面判断一个过程是否源于某个混沌系统:

(1) 过程是有界的、非线性的;

(2) 相应过程的吸引子相关维数 (D2) 应该是分数维, 并且随嵌入维数的增加而趋于一个常数值;

(3) 对初始条件具有敏感性, 即最大Lyapunov指数为正。

由于海杂波是从有界的海面反射的回波信号, 所以过程是有界的。本文将着重分析实测S波段海杂波数据的相关维数与Lyapunov指数, 并由此分析S波段海杂波是否存在混沌特性。

3 实验结果

实验数据是某海用雷达采集的实测S波段海杂波数据。雷达工作在低仰角凝视状态。记录的海杂波数据是距离范围20m~40km之间雷达回波信号的时间序列。雷达采用V-V极化, 2731个脉冲和2387个距离门。

该组S波段海杂波数据的频谱特性如图1所示。

由海杂波数据的频谱图看出, 该组海杂波数据可以分为三个不同的距离段进行分析 (也即代表不同的海情) :

(1) 距离门0-200的近区, 零多普勒附近的海杂波数据;

(2) 距离门250-400的中间距离段, 有较大多普勒的海杂波数据 (表明存在涌浪) ;

(3) 距离门800-2000的远区, 有一定多普勒的海杂波数据。

由于海杂波的随机动态特性, 一般需要考虑滤除白噪声的影响, 经常采用滤波平滑处理的方法对原始数据进行预处理。图2为经过平滑处理后的海杂波数据的频谱特性。

平滑处理后海杂波的频谱没有发生变化, 只是减少了频谱图中零散分布的噪点, 并没有影响到海杂波的内在动力特性。

3.1 S波段海杂波数据的相关维数

采用Grassberger-Procacia算法对该S波段海杂波数据进行了分析, 其中距离门86、111的数据取自近区零多普勒附近的海杂波数据, 距离门324、400的数据取自中间距离段有较大多普勒的海杂波数据, 距离门860、1900的数据取自远区有一定多普勒的海杂波数据。

计算得到的相关维数如表1所示。

由表1可以看出, S波段海杂波的相关维数是分数维, 而且相关维数与距离门和海情没有发生联系, 固定在1.90左右;平滑处理是为了消除白噪声的影响, 从计算结果看, 平滑处理前的相关维数稍高一些, 也即当海杂波回波中含有其它噪声时, 算得的相关维数的值稍高一些。

3.2 S波段海杂波数据的Lyapunov指数

使用Wolf方法计算得到的该组S波段海杂波的最大Lyapunov指数如表2所示, 距离门的选择与计算相关维数时一样, 距离门86、111的数据取自近区零多普勒附近的海杂波数据, 距离门324、400的数据取自中间距离段有较大多普勒的海杂波数据, 距离门860、1900的数据取自远区有一定多普勒的海杂波数据。

由表2可以看出, S波段海杂波的最大Lyapunov指数为正数, 并且其最大Lyapunov指数容易受到海情的影响, 海杂波多普勒越大 (涌浪越大) , 其最大Lyapunov指数也就越大, 这表明系统的随机性变大, 可预测性变差;平滑前的最大Lyapunov指数的计算值偏大, 也即当海杂波回波中含有其它噪声时, 系统的随机性变大, 可预测性变差。

如果我们要利用系统的可预测性来区分海杂波和目标, 也即通过判断预测误差来检测目标, 就必须降低海杂波回波中含有的其它噪声的影响。

3.3 S波段海杂波数据的相空间重构

相图能够反映非线性系统在重构的高维空间随机变化的轨迹, 相空间重构即是考察系统中一个分量, 并将它在固定的时间延迟点上的测量作为新维处理, 确定多维状态空间中的一点, 重复这一过程并测量相对于不同时间的各延迟量, 就可以产生出许多这样的点, 可以将原系统的许多性质保存下来, 也即用系统的一个观察量可以重构出原动力系统模型, 可以初步确定原系统的真实信息。

采用互信息法对S波段海杂波数据进行相空间重构, 得到了系统的相图。其中距离门86的数据取自近区零多普勒附近的海杂波数据, 距离门324的数据取自中间距离段有较大多普勒的海杂波数据, 距离门1900的数据取自远区有一定多普勒的海杂波数据。

从图中可以看到S波段海杂波系统的变化虽然随机但是没有脱离一定的轨迹, 随机而不杂乱, 呈现奇异吸引子的形态, 具有混沌运动的特征。

4 结论

本文分析了实测S波段海杂波数据的混沌特征。结果表明S波段海杂波具有有限的相关维数和正的最大Lyapunov指数, 说明S波段海杂波信号具有混沌动力系统的特征, 这为我们今后开展S波段海杂波的特性研究以及如何利用其混沌特性进行海面目标检测提供了一个新的方向和思路。

参考文献

[1]杨万海.雷达系统建模与仿真[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2007.[2]刘剑.海杂波背景下目标检测方法研究[D].长沙:国防科技大学, 2002.[3]Simon Haykin.海杂波的混沌动态特性[M].北京:国防工业出版社, 2007.[4]Takens.F.Detecting Strange attractors in turbulence[J].Lecture notes in Math, 1981, 898:361-381.[5]吕金虎, 陆君安, 陈士华, 混沌时间序列分析及其应用[M], 武汉:武汉大学出版社, 2002.[6]Leung.H.Chaotic TL Radar Signal Processing Over the Sea[J].IEEE Journal of Oceanic Engineering, 1993, 18 (3) .[7]S.Haykin, Puthusserypady.S.Chaos, Sea Clutter, and Neural Networks[J].IEE E, signals, systems&computers, 1997, v ol.2:1224-1227.[8]Rosenstein.M.A Practial Method for Calculating Largest Lyapunov Exponents from Small Data Sets[J].Physica D, 1992, 65-117.[9]Packard.N.H, Crutchfield.J.D, Shaw.R.S.Geometry from a Time Series[J].Phys Revlett, 1980, 45:712-716.[10]S.Haykin, R.Bakker, B.W.Carrie.Uncovering Nonlinear DynamicsThe case study of sea clutter[J].proceedings of IEEE, 2002, 5:860-882.[11]S.Haykin, Xiaobo li.Detection of signals in chaos[J].proceedings of IEEE, 1995, 83 (1) :94-122.[1 2]S.H a y k i n.R a d a r c l u t t e r a t t r a c t o r:I m p l e c a t i o n s f o r Physics, Signal processing and control[J].IEE Proc-Radar, Sonar Naving, 1999, 146 (2) :177-188.西安电子科技大学出版社, 2007.

[2]刘剑.海杂波背景下目标检测方法研究[D].长沙:国防科技大学, 2002.

[3]Simon Haykin.海杂波的混沌动态特性[M].北京:国防工业出版社, 2007.

[4]Takens.F.Detecting Strange attractors in turbulence[J].Lecture notes in Math, 1981, 898:361-381.

[5]吕金虎, 陆君安, 陈士华, 混沌时间序列分析及其应用[M], 武汉:武汉大学出版社, 2002.

[6]Leung.H.Chaotic TL Radar Signal Processing Over the Sea[J].IEEE Journal of Oceanic Engineering, 1993, 18 (3) .

[7]S.Haykin, Put husserypady.S.Chaos, Sea Clutter, and Neural Networks[J].IEE E, signals, systems&computers, 1997, v ol.2:1224-1227.

[8]Rosenstein.M A Practial Method for Calculating Largest Lyapunov Exponents from Small Data Sets[J].Physica D, 1992, 65-117.

[9]Packard.N.H, Crutchfield.J.D, Shaw R.S.Geometry from a Time Series[J].Phys Revlett, 1980, 45:712-716.

[10]S.Haykin, R.Bakker, B.W.Carrie.Uncovering Nonlinear DynamicsThe case study of sea clutter[J].proceedings of IEEE, 2002, 5:860-882.

[11]S.Haykin, Xiaobo Ii.Detection of signals in chaos[J].proceedings of IEEE, 1995, 83 (1) :94-122.

波传播特性 篇8

以往继电保护特性分析一般采用微机故障录波装置, 通过微机故障录波装置, 能够对故障电气量变化情况进行实时记录, 从而为继电保护动作特性分析提供重要依据。但是, 现如今, 该装置在检测方法、故障分析精度等多个方面都已经很难适应实际保护分析需要。因此, 对故障录波数据的继电保护动作特性进行详细分析具有十分重要的现实意义。

2 继电保护动作特性系统总体结构

故障录波数据的继电保护特性系统是由很多内容所组成的, 包括录波数据格式转换、录波数据、故障辅助分析、故障波形分析、继电保护动作分析等等。其中, 录波数据格式转换的主要作用是对数据信息格式进行转换;故障辅助分析的主要作用是保证在对电参量数据进行分析时, 能够避免受到时间因素限制;通过电网故障分析功能, 还可以实现对于故障问题的自动辨识, 对故障距离进行测试等等;故障波形分析功能的主要作用是对故障波形进行缩放或者打印处理, 从而为用户提供完整的、全面的处理界面;最后, 继电保护动作分析装置中, 主要包括保护变电站的装置配置, 比如母线、变压器、其他线路等等。

3 故障录波数据的继电保护动作特性分析

3.1 基于故障录波的故障波形再现及分析

(1) 采用无级别缩放方式对故障波形图的时间坐标进行处理, 这样能够将更多的故障录波数据显示在故障波形图中, 从而提高故障波形图的准确性。 (2) 在对故障波形图进行处理时, 可以使用游标功能, 通过游标功能, 能够及时找出故障波形图的高峰点和冲突点, 从而提升对于故障波形图的分析水平。 (3) 对于再现故障波形图, 可以对故障录波数据进行适当增加或者删减, 使得故障波数据能够更加紧密的相结合, 提高数据分析水平。 (4) 对于虚拟通道所增加的数据, 可以采用四则运算方法进行计算, 从而为波形操作创造条件。 (5) 在对故障进行分析处理时, 可以充分发挥系统的数据保存和打印能力, 对重要数据存档。

3.2 给予故障录波的继电保护动作行为分析

在故障录波数据动作中, 继电保护动作行为是至关重要的组成部分, 继电保护动作行为能够有效提升电力系统的运行能力。因此, 在对故障录波的继电保护动作行为进行详细分析过程中, 必须加强对于波形参数的分析。具体而言, 首先需要选定电力系统在正常运行状态下的波形作为标准, 然后采用浪涌识别算法进行计算, 并识别出故障波形以及信号;对于故障波形中的干扰信号, 可以采用形态学滤波法进行过滤, 然后再对信息数据进行分析和计算, 最终能够得到电阻数值。由于通过继电保护动作行为, 能够有效优化电力系统中变电设备以及变压器的差动保护特性, 因此, 对于继电保护动作行为, 可以采用电阻数值进行详细的分析。

3.3 基于故障录波的电网故障辅助分析

当发生故障问题或, 会产生故障数据, 继电保护装置可以对这类故障数据进行系统分析, 然后再确定继电保护装置是否需要继续动作。为了能够更加准确的分析电网故障辅助实际情况, 可以应用继电保护算法对故障问题时间间隔进行计算, 然后分析电网故障辅助, 最后确定故障问题类型。

4 故障录波数据的继电保护动作特性实例分析

某电厂110k V变电站采用单回线路接入的方式, 接入220k V变电站, 从而有效实现了与主电网的并列运行。电力系统电力线路所经地区地势条件比较复杂, 因此, 线路故障发生几率比较大, 一旦发生故障问题, 容易造成严重的负荷损失问题。对此, 可以将另一线路T接入110k V变电站, 通过实现双回并列运行的方式, 能够有效降低电力线路故障发生几率。但是, 该并联线路在运行1年左右, 单回线路就出现故障问题, 两条回路相继出现跳闸问题, 因此, 需要对故障录波进行深入分析, 并提出有效的处理对策。

4.1 线路故障分析

4.1.1 故障前系统接线

故障前系统接线如图1所示。

4.1.2 跳闸经过

晚上22时左右, 并网Ⅱ线靠110k V变电站侧的2~3号杆架空地线受到雪压影响, B相导线对架空地线放电, 并网Ⅱ线B2零序Ⅰ段动作跳闸, 与此同时, 并网Ⅰ线A2零序Ⅱ段相继动作跳闸, 并网Ⅱ线B1零序Ⅱ段动作跳闸。

4.2 录波记录与保护动作行为分析并网I线

在220k V变电站装有故障录波装置, 得到故障时B1和510回路的电流记录, 如图2。

4.2.1 故障性质分析

B1和510回路故障时同时出现B相电流增大, 零序电流增大, 反映故障性质为B相接地短路故障。

4.2.2 故障时序分析

B1和510回路故障电流持续时间均为3个阶段:0~80ms, B1回路电流小于510回路, 80~1145ms, B1回路电流略大于510回路, 1145~1548ms, B1回路电流与510回路电流最为接近。

4.2.3 故障电流量化分析

移动光标读取B1和510回路I0各时段有效值, 如表1。

从B1回路I0持续时间和有效值可以看出, 达到了B1零序Ⅱ段整定值:

在时段2, B1回路零序电流为510与A2共同提供:

A2=20.7-17.07× (20.1/19.2) → (第3时段510与B1零序回路电流相等) ;

A2=20.7-17.87→ (将510回路零序电流折算至B1回路, 减少计算误差) 。

持续时间:1145-80=1065s;

从以上计算结果可以看出, 达到了A2零序Ⅱ段整定值:2.83A>2.1A; (大于10%, 能够可靠启动) ;

综上所述, 各侧保护均按保护整定值正确动作, A2误动原因是零序保护Ⅱ段电流整定值过小。

5 结语

综上所述, 在整个电力系统实际运行过程中, 继电保护装置发挥着十分重要的作用, 继电保护装置能否正常发挥作用能够直接决定系统的正常运行。这就要求对故障录波数据系统有充分认识, 并且对继电保护动作特性进行详细分析, 这样才能够有效提升继电保护动作行为分析水平, 保障继电保护装置能够正常运行。

摘要：继电保护的保护原理能够直接决定其实际动作以及保护装置中的技术, 对于继电保护动作特性, 需要结合具体的故障情况进行分析。本文首先介绍了继电保护动作特性系统总体结构, 然后对故障录波数据的继电保护动作特性分析要点进行了分析, 并结合实例对故障录波数据的继电保护动作特性进行了详细探究。

关键词：电力系统,继电保护动作特性,故障录波数据

参考文献

[1]上官帖, 李升健, 崔金灵, 等.一起变压器故障时继电保护动作行为的分析[J].华中电力, 2009, 22 (4) :27~29.

[2]胡卫东, 王凤岭, 柏峰, 等.一起500kV接地故障暂态特征和继电保护动作行为分析[J].电力系统保护与控制, 2010, 38 (2) :83~85.

波传播特性 篇9

地震超前探测技术是一种全空间条件下在作业面或其后方布置观测系统超前预报前方隐伏地质灾害的地球物理技术。

国内外针对矿井巷道地震超前探测技术的研究甚少。2006年, 李庆春、沈鸿雁等提出了反射波法隧道井巷地震超前预报技术 (Reflected-Wave Tunnel Seismic Prediction, RTSP) [1,2];刘盛东等提出了矿井震波超前探测技术 (Mine Seismic Prediction, MSP) [3];2007年煤炭科学研究总院重庆研究院基于地震勘探提出了矿井多波多分量超前探测技术[4]。并且以上研究仍然是隧道超前探理论的延续, 并没有从煤层所特有的特征着手, 进行地震波在煤层中的特性研究。大多数的有限差分法分析是以SH型槽波 (Love wave) 为模型, 其主要原因是SH型槽波的数学模型容易建立, 而在薄煤层中触发的槽波主要以SH型槽波为主。杨真对薄煤层的槽波特征, 尤其是0.9 m厚的薄煤层槽波进行了深入研究和分析, 证明在0.9~2.0 m厚的煤层中形成的槽波主要是SH型槽波, 同时发现:煤层越厚, 煤层槽波速度越慢, 且触发的槽波频率越低[4,5]。因此, 为保障复杂地质条件下矿井安全、高效生产, 对“岩—煤—岩”结构中SH型槽波特性研究, 开展槽波反射波法超前探测研究十分必要。

1 弹性波在煤岩界面处的射线路径

随着煤矿资源整合逐步完成, 发现这些整合的小煤矿均没有正规的采掘工程图纸, 更为严重的是采掘混乱无序, 给整合后矿井的后续生产带来严重的安全隐患。实践证明, 此类事故目前已呈现上升趋势。我国浅部煤矿资源已经趋于枯竭, 而深部煤矿资源的瓦斯含量较高, 煤与瓦斯突出等动力灾害的倾向性增强。

在煤层中激发体波时, 所激发的能量在煤层顶、底板反射界面上经过多次全反射, 而被束缚在煤层及其邻近的岩层中, 不向外部围岩辐射, 且在煤层中相互叠加、相互干涉, 形成一个较强的干涉扰动[6,7,8,9,10], 即槽波 (图1) , 它以煤层为波导沿着煤层向外传播。图1中A区:泄漏区;B和C区:正常区。当入射波的入射角大于临界角时, 波就会产生全反射现象, 当入射波为SH波时, 在煤层中会由于多次反射形成SH型槽波。

质点沿煤层水平方向波动, 形成了洛夫型槽波 (SH型槽波) , 沿垂直方向波动形成了瑞利型槽波。由于洛夫波和瑞利波的概念均由地震波沿地面传播时质点波动方向的差异定义, 其数学模型以均匀介质的半空间体为基础, 为了使该文的逻辑性强推理更加严谨, 在此把通常所说的洛夫型槽波称为SH型槽波, 其S波的自由度平行于该煤层的平面, 以便于建立相应的数学模型与阐述槽波在煤层中的传播形态。本文主要是从理论上分析在这种结构约束下煤层槽波的形态, 实践证明在此结构形态下煤层中的S波在槽波形成过程中扮演着很重要角色[11,12,13,14,15,16,17,18]。

对煤层槽波在典型的“岩—煤—岩”结构进行深入分析, 论述了煤层中SH型槽波有固定的形态, 其频率与煤层厚度的乘积等于一个常量, 而这一稳定的特征对研究利用槽波进行超前探测具有重要的理论和应用价值, 可用于改善当今煤矿在煤层进行超前探测时精度普遍较低的缺陷。

2 SH型槽波的数值模型

为了突出煤层槽波的特点, 而采用简化模型, 且不考虑P波在“岩—煤—岩”结构中的耦合作用, 只考虑由S波耦合形成的SH型槽波。在模型 (图2) 设置中, 将煤层、岩层视为各向同性的介质。文中采用的简化初始模型为, 震源位于煤壁左侧, 煤层厚度1~5 m, 在煤壁右侧35 m处为采空边界, 采空区宽度为5 m, 里面充满水;煤层中横波的速度设定为950 m/s, 煤的密度为1 300 kg/m3, 岩层中S波的速度为2 400 m/s, 岩层的密度为2 700 kg/m3;考虑到采空区中的水对S波的传递无实质影响, 且又不影响整个计算过程, 则设置采空区S波的速度为1.0m/s来代替原来的0.0 m/s。

3 煤层中槽波的波动特征

为了突出SH型槽波在煤层与岩层中的耦合波动特征, 结合不同煤层厚度条件下槽波的频散曲线, 通过波场正演, 列出了不同煤层厚度 (1.0~5.0 m) 的SH型槽波在震源触发20 ms后的波场特征波场快照图 (图3) 。从图3中可以清楚地看出, 煤层中的SH型槽波的波动特征较为稳定, 其波长约是煤层厚度的1.6倍。可以说明煤层中的SH型槽波的波动形态和煤层厚度无关, 这是煤层中SH型槽波的一个非常显著的特征, 为今后利用煤层中的SH型槽波在煤层巷道中探测周边的构造或未知采空区提供了一个较为稳定的特征参数。

表1中详细列出了在煤层厚度1.0~4.0 m的艾里震相频率、数值模拟求得的槽波速度、波长及比值的分布。从表1中可以发现, 无论煤厚怎么样变化, 其槽波波长与煤厚的比值较为一致, 基本上保持在1.6左右。从图4中也可以发现, 不同煤厚槽波的波场快照均具有较为稳定的波动形态。

通过对不同煤层厚度下的艾里震相频率和煤层厚度进行指数曲线拟合 (图5) 分析可以得到;艾里震相频率和煤层厚度间的函数关系, 其方程指数为-0.976, 相关系数为0.989 95。可以得出煤层厚度与艾里震相的频率比值为一常数, 即煤层中传播的SH型槽的波长与煤层厚度的乘积为一定值。因此, 煤层中槽波的波动特征在理论上应与煤层的厚度无关, 在不同煤层中的波动特征较为一致与稳定。

4 震源位置与SH型槽波的波动特征

在煤矿井下利用槽波勘探时, 由于煤层厚度的不均一变化, 且巷道内煤壁周边相应支护设施及材料的影响, 我们只考虑震源在煤壁正中间、距煤层底板1/3处和1/4处时煤层中SH型槽波的波动特征和能量分布情况。图4显示了当震源位于不同位置、反射的煤层槽波在65 ms时的波场快照, 图4的左侧为距震源18.5 m处反射槽波的能量分布曲线。从这些模拟图中可以看出, 反射槽波的波动特征受震源位置的影响不明显, 且SH型槽波的能量通过围岩反射后还是集中在煤层中央。

因此, 在布置检波器和震源时, 为了接收和激发出质量较好的地震信号, 应尽可能布置于煤层中煤壁的中央位置。图4 (c) 显示了震源距煤层底板1/4处时的波场快照, 其主要能量分布与图4 (a) 无显著差异。由此可见, 即便是震源偏离煤层中央, 对SH型槽波的影响响应也不会显著。为此在实际勘探中, 应该尽可能地将槽波的震源布置在煤壁中央, 但是即使不在煤壁正中央其影响也不会显著。

5 反射角与SH型槽波波动特征

研究SH型槽波质点波动特征的核心问题是, 想利用煤层中的SH型槽波探测煤层巷道前方的采空区、断层或瓦斯聚集区等地质构造体, 而煤层中槽波的一个最大的特征则是能将震源的能量束缚于煤层中。

综上分析知, 煤层中SH型槽波的波动特征与煤层的厚度无关, 对于不同厚度的煤层其地震槽波的能量包络特征也较为一致, 即槽波波长与厚度之比约1.6。因此, 没有必要去讨论各种煤层厚度条件下槽波的反射特征。为了简化模型, 这里只考虑2.0 m厚煤层条件下, 震源位于煤层中央, 在30°、45°、60°、90°反射角下和采空边界处, SH型的反射槽波在65 ms处的波动及能量包络特征 (图6) 。

通过对SH型槽波的波动特征的分析研究, 发现SH型槽波的波动特征较为稳定, 其波动过程不随煤层厚度的变化而变化, 表现为煤层厚度与SH型槽波频率的乘积为一个常量, 其SH型槽波波长与煤层厚度的比值约1.6。这一稳定的特征对研究利用槽波进行超前探测具有指导价值, 可以改善当前煤矿在煤层进行超前探测时精度普遍较低的问题。通过波场正演, 发现受震源位置的不同有微小的影响, 而不同角度的反射界面对槽波形态影响较为明显, 尤其是当反射面的倾角小于等于45°时。因此, 与震源位置对SH型槽波的影响相比, 倾角的影响较为显著。基于“岩—煤—岩”的特殊地质结构, 建议在利用槽波进行勘探时, 可以进一步研究槽波的波动和能量的包络特征。以此可以选用或设计合适的数据处理方法, 并结合理论分析, 确定煤层的反射界面, 应用于槽波的超前勘探。

6 结论

(1) 通过对SH型槽波的波动特征的分析, 发现SH型槽波的波动特征较为稳定, 其波场形态不随煤层厚度的变化而变化, 表现为煤层厚度与SH型槽波频率的乘积为一个常量, 其SH型槽波波长与煤层厚度的比值约1.6。这一稳定的特征对研究利用槽波进行超前探测具有指导价值, 可以改善当前煤矿在煤层做超前探测时精度普遍较低的问题。