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篇(1)

海底熱流探測,記錄的是來自地球內(nèi)部的熱能。當(dāng)兩種不同溫度介質(zhì)接觸時,分子的動能會在兩種介質(zhì)之間傳遞,直至達到熱平衡。熱流表示由溫差引起的能量傳遞。沉積物熱流以熱傳導(dǎo)為主,在一維穩(wěn)態(tài)純傳導(dǎo)的條件下,地?zé)崃鱭可以用下式描述[1]:

海底地溫梯度是一個向量,表示地球等溫面法線方向上溫度變化程度及變化方向,因此只要知道深度間距dZ和它們之間的溫差dT即可。

熱導(dǎo)率κ是一個表征沉積物導(dǎo)熱能力快慢的物理量,沉積物的組成類別及水含量不同熱導(dǎo)率κ也不同。熱導(dǎo)率測量的理論基礎(chǔ)是從瞬間熱脈沖由無限長圓拄形金屬探針進入無限大介質(zhì)的傳導(dǎo)理論上發(fā)展起來的(Blackwell等,1954;Hyndman等,1979),該理論認為[2,3]當(dāng)探針溫度、沉積物溫度與環(huán)境溫度達到平衡時,熱脈沖使探針溫度升高,高于環(huán)境溫度,在熱脈沖過后的一定時間內(nèi),地?zé)崽结槂?nèi)的熱敏電阻的溫度T(t)由下式給出:

2海底熱流原位探測技術(shù)

2.1海底溫度梯度原位測量

海底沉積物的溫度梯度測量自20世紀(jì)50年代至今一直沿用兩大方法,即Bullard(布拉德)型探針和Ewing(艾文)型探針。

溫度梯度測量開始于1948年,首先由美學(xué)者Bullard(布拉德)設(shè)計了海底熱流計,如圖1所示。它用來測量海底沉積物的地溫梯度,并利用取樣器將沉積物樣品取回,在實驗室測量它的熱導(dǎo)率。經(jīng)過十多年的完善,Bullard型熱流計也由靈敏度較差的熱電偶改為靈敏度較高的熱敏電阻,同時確立了海底溫度梯度原位測量的基本模式。

Bullard型海底熱流計探針的基本結(jié)構(gòu)尺寸:,長3～6m,外經(jīng)Φ27mm,內(nèi)經(jīng)Φ11.2mm的鋼管。探針的上、下兩端各安裝一個熱敏元件,上部有一密封倉,內(nèi)置記錄系統(tǒng),下部裝一針尖,以便插入海底沉積物時減小阻力,設(shè)備*自重插入沉積物。上世紀(jì)70年代后期,加拿大實用微系統(tǒng)公司(AML)研制的TR-12S型Bullard式探針得到了進一步改進,結(jié)構(gòu)尺寸長3m,直徑Φ16mm,探管內(nèi)有8個YSI-44032熱敏電阻,從測量精度到外觀設(shè)計都有了極大提高。

隨著制造技術(shù)的不斷進步,熱流計的發(fā)展趨勢是探針逐漸變細、變薄、熱敏電阻的數(shù)量也在增加,目的在于探針變細可進一步減少插入沉積物時帶來得擾動,變薄可提高熱敏電阻對沉積物溫度變化的靈敏度,熱敏電阻數(shù)量的增加可以在梯度計算時相互驗證,并確保測量的準(zhǔn)確性。

上世紀(jì)60年代初期,Ewing(艾文)完成了自己設(shè)計的海底溫度梯度測量計[4],即人們通常說的Ewing型熱流計,也稱為拉蒙特型熱流計,是從拉蒙特地質(zhì)觀察所普及開的。它的結(jié)構(gòu)特點,圖2所示。在柱狀取樣器周圍,相隔一定距離不同方位安裝3～8個很細的探針,探針直徑3mm,長20～24mm,避免了Bullard型熱流計在設(shè)備插入沉積物時帶來的攪動和測量時間過長等問題,提高了海上測量的工作效率;但仍沒有解決海底測量熱導(dǎo)率的問題。

以上兩大類熱流計在早期的沉積物溫度梯度測量中,發(fā)揮了積極的作用。隨著社會的進步,設(shè)備制造技術(shù)的發(fā)展,人們不僅對沉積物熱流原位測量中的溫度梯度感興趣,而且更加關(guān)注沉積物熱導(dǎo)率的原位測量問題。

2.2海底沉積物熱導(dǎo)率測量

熱導(dǎo)率與物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、密度、溫度及壓強有關(guān)。海底沉積物熱導(dǎo)率測量技術(shù)的發(fā)展,歷經(jīng)幾十年的探索,由原始的水分法、細針探測法,逐漸發(fā)展到了原位測量法。水分法是依據(jù)Ratcliffe(1960)關(guān)于海洋沉積物熱導(dǎo)率與水分的關(guān)系,通過測定沉積物的水分,不需要特殊的儀器,即可估算熱導(dǎo)率值。細針探測法(VonHerzenandMaxwell,1959)是通過均勻的電阻絲,給圓柱小探針連續(xù)加熱,溫升隨時間增加,逼近一條對數(shù)漸進線,漸進線的斜率正比于探針周圍材料的熱阻率。其研究證明,該方法需從海底取回沉積物樣品在實驗室內(nèi)測量,同時把溫度和壓力修正到沉積物在海底的條件,勢必造成熱導(dǎo)率和溫度梯度不在同一站位測定的問題。所以要尋找一種能在同一站位獲得熱導(dǎo)率和溫度梯度兩種參數(shù)的測量方法,而不必取樣,這正是我們研究的海底原位熱導(dǎo)率測量方法。

2.2.1連續(xù)加熱線源法

連續(xù)加熱線源法,由Sclater等人于1969年用于海底沉積物的熱導(dǎo)率測量[5],它把探針理想化為無限長的完全導(dǎo)熱圓柱,通過恒定電流對其加熱,探針內(nèi)加熱電阻絲的溫度升高快慢程度與沉積物的熱導(dǎo)率有關(guān),沉積物的導(dǎo)熱性能差,溫度升高快;沉積物的導(dǎo)熱性能好,溫度升高慢。沉積物的熱導(dǎo)率k與探針內(nèi)加熱電阻絲表面的溫升關(guān)系,可以通過求解無限長圓柱體的導(dǎo)熱微分方程來得到[6],當(dāng)時間t=0時,探針的溫度為T0;時間t時的溫度T為:

其中T1是探針周圍沉積物的平衡溫度。沿圓柱長度加上一恒定的熱量Q,就可以測定熱導(dǎo)率κ,假設(shè)開始時溫度為零,則有(Jaeger,1956[7)]:

(8)式中T1和T0是可求的,所以熱導(dǎo)率κ就可以用最小二乘法對測量溫度進行擬合。

上世紀(jì)80年代初期,上述方法在美國伍茲霍爾海洋研究所(WHOI)得到了進一步的發(fā)展和應(yīng)用,但其致命弱點是,海底沉積物含水量很大,持續(xù)供熱導(dǎo)致探針溫度不斷升高,很容易導(dǎo)致探針周圍的孔隙水發(fā)生對流,而使根據(jù)熱傳導(dǎo)方程推導(dǎo)的公式帶來很大的誤差;其次海上作業(yè)時間長,船的漂移難以控制,機械擾動嚴重以及持續(xù)供熱需要大量的電能等問題,故這種技術(shù)沒有得到廣泛的應(yīng)用。

2.2.2脈沖加熱法

1979年,Liste(r李斯特)在Bullard型熱流計的基礎(chǔ)上,進行了大膽、徹底的革新,首先將Bullard型熱流計點熱敏元件保留在兩端不動,在中間插入熱敏元件組。點熱敏元件仍然完成地溫梯度的測量,熱敏元件組測量熱脈沖后的平均溫度,用于計算沉積物的熱導(dǎo)率。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進步,Liste(r李斯特)在記錄方式上采用了數(shù)字化格式,使其測量精度得到提升。這樣Liste(r李斯特)在Bullard型熱流計的基礎(chǔ)上利用“熱線源法”的理論,完成了海底沉積物地溫梯度和沉積物熱導(dǎo)率原位測量的技術(shù)革新,即海底沉積物熱導(dǎo)率原位測量技術(shù)[8]。

探針插入海底沉積物,加上熱脈沖后,可以把探針看作是處于沉積物溫度之上的、恒定的初始溫度T0的條件下,假設(shè)沒有接觸電阻(對于海洋沉積物,這假設(shè)大多正確),那么在時間t,探針的溫度Tτ為:

式中:k是沉積物的擴散系數(shù);a是探針的半徑;c是沉積物的比熱;ρ是沉積物的密度;S是探針單位長度的熱容;τ定義為探針的熱時間常數(shù);α是沉積物熱容與探針材料熱容之比的兩倍,J(nX)和Y(nX)分別為是n階貝塞爾函數(shù)的第一項和第二項。

當(dāng)探針的熱時間常數(shù)τ>1時,Bullard函數(shù)為:

脈沖加熱法是在探針內(nèi)不僅裝有一組熱敏元件,同時還包括一根加熱電阻絲,當(dāng)儀器倉控制電路給電阻絲瞬間加熱后,電阻絲會使探針溫度突然升高,然后隨時間緩慢衰減,熱敏元件組記錄溫度隨時間的變化,最終依據(jù)計算出熱導(dǎo)率。

通過對連續(xù)加熱線源法與脈沖加熱法兩種技術(shù)進行比較,脈沖加熱法應(yīng)用較為廣泛。

3海底熱流原位測量技術(shù)需要解決的幾個問題

3.1提高探針自行插入的能力

一般熱流原位測量設(shè)備在海上使用的成本較高,由于波浪、海流及風(fēng)的作用,海洋的工作環(huán)境相當(dāng)復(fù)雜,要求測量設(shè)備必須插得住,同時需要在沉積物中保持10～20min才能達到溫度平衡,此時船舶可漂移400～500m。表1是三個航次探針插入沉積物的實際情況[9,10]。

通過對三個航次的測量結(jié)果分析,地?zé)崽结樀慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計必須在保證剛度的前提下,對探針?biāo)械倪\動特性和插入沉積物瞬間的力學(xué)特性進行反復(fù)計算和演算,用于確定最佳配重和外形設(shè)計的依據(jù),這樣就會減少由于測量設(shè)備帶來的拖倒、拉斷及丟失。

3.2提高海上測量的準(zhǔn)確度

目前對同一調(diào)查站位,采用在冬季和夏季進行重復(fù)測量,根據(jù)觀測資料來確定海水溫度變化對地殼熱流的影響程度,判定水溫變化隨海底地殼深度衰減的情況。研究發(fā)現(xiàn),直到海底之下6～7m二者方趨于一致,這說明6～7m之下,水溫變化的影響已大幅度減弱。而目前地?zé)崽结橀L度一般為3.0～4.5m,這樣增加了海上重復(fù)探測的工作量,為了減少重復(fù),加長地?zé)崽结?使下插深度增大,以盡可能采用下部熱敏元件的記錄來進行資料處理。

3.3常年觀測系統(tǒng)

研究業(yè)已證明海洋底層水溫變化大,大氣溫度的日變化可影響到海底以下5m左右,氣溫的年變化可影響到海底以下50m。而對于水體則影響更深,再加上海流、波浪、潮汐的混合作用,氣溫變化的影響可波及到1500～2000m深的水體。而水溫的變化又直接作用于海底沉積物。通過大量的實測溫度分析可以看出,溫度隨深度呈非線性變化,特別是海底之下0～5m范圍內(nèi),溫度變化更加復(fù)雜,由此可見,地表因素的影響非常大。但如何從地?zé)豳Y料中消除這些淺層影響,而得出真正來自地下深處的熱信息也是一個未解的難題。如果在海上作業(yè)中,首先在預(yù)定站位投放一長期溫度監(jiān)測設(shè)備,自動記錄沉積物和底層海水的溫度變化。可以通過聲通訊設(shè)備定時發(fā)送到岸站,可獲得常年的溫度變化記錄,從而設(shè)計計算程序,消除淺層因素的影響;同時,也為防災(zāi)減災(zāi)提供原始的連續(xù)資料。

4結(jié)束語

本文分析了海底沉積物熱流探測技術(shù)的發(fā)展與理論的建立,鑒于我國目前在該技術(shù)領(lǐng)域的工作開展還比較薄弱,極大的限制了我國海洋熱流探測和應(yīng)用。因此,在充分認識和了解海洋熱流探測技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀的情況下,開發(fā)我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的海洋熱流原位探測技術(shù)刻不容緩。

參考文獻:

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[10]李乃勝.中國東部海域及周邊地殼熱流初探[J].海洋科學(xué),1992,2:48-51.

篇(2)

【關(guān)鍵詞】園區(qū)網(wǎng);網(wǎng)絡(luò)性能;帶寬;時延;性能測量系統(tǒng)

1.系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)框架設(shè)計：

該系統(tǒng)主要包括用戶界面管理模塊，業(yè)務(wù)處理模塊，數(shù)據(jù)包的發(fā)送模塊，數(shù)據(jù)包的捕獲模塊，協(xié)議解析模塊，存儲模塊等六大模塊。其系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)圖

下面對各組成模塊做如下簡要說明：

（1）用戶界面管理模塊

該模塊的主要功能是能讓用戶手動輸入內(nèi)容并將查詢的內(nèi)容呈現(xiàn)給用戶。

（2）業(yè)務(wù)處理模塊

該模塊的主要功能是以業(yè)務(wù)邊界為限制，進行業(yè)務(wù)類的封裝。

（3）數(shù)據(jù)包的發(fā)送模塊

該模塊的主要功能是利用用戶界面管理模塊對各種協(xié)議的數(shù)據(jù)包進行封裝，還可以進行網(wǎng)絡(luò)性能探測數(shù)據(jù)包的封裝，構(gòu)造完成后進行數(shù)據(jù)包的發(fā)送。

（4）數(shù)據(jù)包的捕獲模塊

該模塊的主要功能是捕獲到所有經(jīng)過網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)包，還可以根據(jù)過濾條件捕獲特定的網(wǎng)絡(luò)探測數(shù)據(jù)包。

（5）協(xié)議解析模塊。該模塊的主要功能是對捕獲的數(shù)據(jù)包進行解析，對特定的探測數(shù)據(jù)包進行數(shù)據(jù)的分析和統(tǒng)計并且計算網(wǎng)絡(luò)的帶寬和延遲。

（6）存儲模塊

該模塊的主要功能是存儲接收端接收到的網(wǎng)絡(luò)探測數(shù)據(jù)包并且對接收端計算的網(wǎng)絡(luò)帶寬和延遲也進行存儲，以便用戶對數(shù)據(jù)庫中的網(wǎng)絡(luò)帶寬的變化情況進行實時的跟蹤和了解。

2.系統(tǒng)功能介紹

對網(wǎng)絡(luò)協(xié)議發(fā)生器而言，該系統(tǒng)主要的操作對象是用戶，它們的操作主要包括協(xié)議構(gòu)造管理，數(shù)據(jù)包發(fā)送管理，數(shù)據(jù)包捕獲管理，數(shù)據(jù)包分析管理和存儲模塊這五大功能模塊。

2.1 協(xié)議構(gòu)造管理模塊

本軟件系統(tǒng)要求用戶可以構(gòu)造不同協(xié)議的數(shù)據(jù)包，還可以構(gòu)造能夠探測網(wǎng)絡(luò)性能的網(wǎng)絡(luò)探測數(shù)據(jù)包，用戶可以設(shè)置要發(fā)送的數(shù)據(jù)包各層協(xié)議首部的內(nèi)容。

2.2 數(shù)據(jù)包發(fā)送模塊

數(shù)據(jù)包發(fā)送模塊包括兩個部分，一部分是用戶可以任意構(gòu)造不同協(xié)議的數(shù)據(jù)包。另一部分是用戶必須嚴格按照網(wǎng)絡(luò)探測數(shù)據(jù)包的格式構(gòu)造數(shù)據(jù)包。

2.3 數(shù)據(jù)包捕獲模塊

數(shù)據(jù)包捕獲模塊也包括兩個部分，一部分是用戶可以捕獲所有經(jīng)過本網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)包。另一部分是用戶可以篩選出滿足過濾條件的網(wǎng)絡(luò)探測數(shù)據(jù)包。

2.4 數(shù)據(jù)包分析模塊

數(shù)據(jù)包分析模塊也包括兩部分功能：一部分是可以對經(jīng)過網(wǎng)卡的所有數(shù)據(jù)包進行分析，按照TCP/IP協(xié)議棧的原理，對捕獲的數(shù)據(jù)包進行解析，從數(shù)據(jù)鏈路層開始。首先分析數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議，如以太網(wǎng)協(xié)議等。其次在根據(jù)以太網(wǎng)的分析結(jié)果在分析網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議，如IP協(xié)議。分析了網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議以后，就可以對應(yīng)用層上的協(xié)議如TCP，UDP進行分析了。最后分析應(yīng)用層的協(xié)議。

2.5 存儲模塊

存儲模塊的功能也包括如下兩個部分：一部分是用來存儲主機在某個時刻的流量信息（包括總的流量，上傳流量，下載流量）。另一部分用來存儲捕獲的網(wǎng)絡(luò)探測數(shù)據(jù)包的相關(guān)信息（包括：源IP地址，目的IP地址，數(shù)據(jù)包的類型，大小，發(fā)送的時間戳和接收的時間戳，計算的某段時間的網(wǎng)絡(luò)的帶寬和延遲等信息），形成圖表的形式以方便用戶查看某一時刻網(wǎng)絡(luò)的性能和主機的流量信息。

3.系統(tǒng)流程圖設(shè)計

數(shù)據(jù)包發(fā)送和捕獲技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議發(fā)生器的關(guān)鍵技術(shù)，如果在一個繁忙的網(wǎng)絡(luò)上進行數(shù)據(jù)包的發(fā)送和截獲，而不設(shè)置過濾器，那得到的數(shù)據(jù)包會非常多，導(dǎo)致我們的應(yīng)用程序響應(yīng)失敗，因此對于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議發(fā)生器進行必要的性能優(yōu)化，考慮到用多線程來進行數(shù)據(jù)包的發(fā)送和數(shù)據(jù)包的捕獲操作，于是在程序中使用了兩個線程：一個線程是構(gòu)造數(shù)據(jù)包和數(shù)據(jù)包的發(fā)送線程。

另一個線程是過濾數(shù)據(jù)包和數(shù)據(jù)包的捕獲線程。考慮到能高速的發(fā)送數(shù)據(jù)包，我們應(yīng)該將數(shù)據(jù)包發(fā)送線程的優(yōu)先級設(shè)置為高優(yōu)先級。下面通過流程圖來介紹我們的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議發(fā)生器：

圖2 多線程系統(tǒng)流程圖

4.網(wǎng)絡(luò)性能測量系統(tǒng)的應(yīng)用

我們利用這個網(wǎng)絡(luò)性能測量系統(tǒng)對現(xiàn)有的性能測量方法進行了實驗與數(shù)據(jù)分析，實驗的內(nèi)容由以下幾小節(jié)進行簡要的說明

4.1 VPS逐跳帶寬測量方法的實現(xiàn)

4.1.1 實驗平臺

圖3 網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)

搭建如圖所示的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，計算機2號是背景流的發(fā)送端，計算機4號是背景流量的接收端，計算機1號是網(wǎng)絡(luò)探測數(shù)據(jù)包的發(fā)送端，計算機3號是網(wǎng)絡(luò)探測數(shù)據(jù)包的接收端。每段鏈路的帶寬如圖所示都為10Mb。

4.1.2 背景流下的精度分析

本實驗采用的是局域網(wǎng)流量產(chǎn)生器，通過設(shè)置產(chǎn)生數(shù)據(jù)包的大小和傳輸?shù)乃俾蕘砜刂坡窂降谋尘傲髁康拇笮。覀冏屗谋尘傲髁糠謩e為0Mb，1Mb，3Mb，5Mb，7Mb，9Mb。即背景流占鏈路帶寬容量的0%，10%，30%，50%，70%，90%。

VPS算法：

針對每次測量實驗中獲得的可用帶寬值的大小，分別計算出在各速率的背景流下的可用帶寬的大小（見表1）。

4.2 基于探測報文間隔模型的可用帶寬測量方法的實現(xiàn)

4.2.1 實驗平臺

圖4 網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)

搭建如圖4所示的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，計算機2號是背景流的發(fā)送端，計算機4號是背景流量的接收端，計算機1號是網(wǎng)絡(luò)探測數(shù)據(jù)包的發(fā)送端，計算機3號是網(wǎng)絡(luò)探測數(shù)據(jù)包的接收端。計算機4號和計算機3號與路由器之間的帶寬為10Mb，既是緊鏈路又是瓶頸鏈路即窄鏈路，因為此算法在測量之前必須保證緊鏈路和窄鏈路是同一條路徑。背景流量的控制與VPS算法的是一致的。

4.2.2 Spruce算法

針對每次測量實驗中獲得的可用帶寬值的大小，分別計算出在各速率的背景流下的可用帶寬的大小（見表2）。

4.3 基于自擁塞模型的可用帶寬測量方法的實現(xiàn)

4.3.1 實驗平臺

圖5

圖6

背景流量的控制與VPS算法的是一致的。

4.3.2 PathLoad算法

針對每次測量實驗中獲得的可用帶寬值的大小，分別計算出在各速率的背景流下的可用帶寬的大小見表3。其中可用帶寬范圍的中間值即為測量的帶寬。通過上述的測量結(jié)果，我們經(jīng)過統(tǒng)計分析出這3種帶寬測量算法的誤差比如圖6所示。

5.結(jié)論

隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的不斷普及和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，新的協(xié)議層出不窮，為了讓學(xué)生更好的了解各種協(xié)議的組成部分并且深入理解TCP/IP協(xié)議棧，本文除了深入研究網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包構(gòu)造技術(shù)，數(shù)據(jù)包捕獲技術(shù)以及各類網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析方法以外，根據(jù)需求還設(shè)計出了一個網(wǎng)絡(luò)性能測量系統(tǒng)，該網(wǎng)絡(luò)性能測量系統(tǒng)的創(chuàng)新之處在于：

（1）研究了以太網(wǎng)幀的幀格式以及基于 TCP/IP 協(xié)議族的數(shù)據(jù)報文格式，為深入理解協(xié)議分析的原理以及過程奠定堅實的理論基礎(chǔ)。

（2）該軟件界面簡潔，方便用戶操作，并且可以根據(jù)需要手動添加網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，達到了很好的擴展性。

（3）可以通過發(fā)送探測數(shù)據(jù)包，實時了解網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)，對于發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障，提高網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量提供了很好的幫助。

（4）基于多線程的網(wǎng)絡(luò)性能測量系統(tǒng)，可以模擬多個會話，從而可以提高系統(tǒng)的性能，提高程序的運行效率，更好的為用戶服務(wù)。

（5）利用這個網(wǎng)絡(luò)性能測量軟件，我們對現(xiàn)有的算法進行實際測量，通過對數(shù)據(jù)進行比較分析，找出測量誤差最小的算法，為下一步改進該算法奠定基礎(chǔ)。

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[11] The Probe Gap Model can Underestimate the Available BandWidth of

Multihop Paths.

[12]PathLoad：a Measurement tool for end-to-end available bandwidth

篇(3)

【關(guān)鍵詞】開關(guān)柜；特征氣體；診斷

高壓開關(guān)柜在電力系統(tǒng)中擔(dān)負著關(guān)合及斷開電力線路、保護系統(tǒng)安全的雙重功能，隨著電力系統(tǒng)向著高電壓、大機組、大容量的迅速發(fā)展，電網(wǎng)日益擴大以及變電站無人值班管理模式和綜合自動化的普及推廣，高壓開關(guān)柜的安全運行越來越重要。高壓開關(guān)柜內(nèi)閘刀觸頭、電力電纜進出線的接頭接觸不良時，接觸電阻增大，在負載電流流過時會產(chǎn)生發(fā)熱現(xiàn)象，過熱會引起金屬材料的機械強度下降，絕緣材料老化并可能導(dǎo)致?lián)舸纬墒鹿省Ｔ诟邏洪_關(guān)柜中，固體絕緣中的空穴、不同特性的絕緣層之間，以及金屬（或半導(dǎo)電）電極的尖銳邊緣處，由于氣體的擊穿場強比固體介質(zhì)低得多，氣體中的電場又比固體介質(zhì)中高，往往在氣隙的部位產(chǎn)生局部放電。這些局部放電會造成電介質(zhì)絕緣強度逐步下降，最終導(dǎo)致絕緣的損壞。此外，高壓開關(guān)柜中還存在SF6氣體的泄漏，同樣會造成設(shè)備性能的下降。因此，測量和監(jiān)視高壓開關(guān)柜內(nèi)的運行狀態(tài)，是避免重大事故發(fā)生及控制故障惡化的有力手段，對于保證高壓開關(guān)柜的正常運行，提高電力系統(tǒng)的運行可靠性和自動化程度具有非常重要的意義。

目前已有的各個測試系統(tǒng)存在各種各樣的缺陷，并且各種方法只能實現(xiàn)對某一種故障的監(jiān)測，還無法實現(xiàn)對高壓開關(guān)柜的運行狀態(tài)準(zhǔn)確監(jiān)測。針對于上述的情況，針對于上述的情況，對高壓開關(guān)柜在運行過程中各故障狀態(tài)下的氣體成分進行了分析，發(fā)現(xiàn)各種故障狀態(tài)下，高壓開關(guān)內(nèi)部會產(chǎn)生不同的特征氣體。由此可見，采用變壓器油色譜測試的原理，通過對不同特征氣體的分析，可以實現(xiàn)對高壓開關(guān)柜運行狀態(tài)的監(jiān)測。基于上述的原理，本論文介紹了基于故障氣體原理開發(fā)了便攜式開關(guān)柜故障探測裝置，該系統(tǒng)通過提取開關(guān)柜運行過程中所形成的氣體，采用氣敏傳感器對各種氣體成分進行分析，從而對開關(guān)柜的運行狀態(tài)做出可靠判斷，確保高壓開關(guān)柜的安全運行。

一、開關(guān)柜內(nèi)部故障的特征氣體分析

對于采用SF6斷路器的小車式開關(guān)柜，最容易發(fā)生的異常是接頭發(fā)熱、SF6氣體泄漏和局部放電。下文將分別研究每種異常狀況的特征氣體特點。

1.接頭發(fā)熱

接頭發(fā)熱是一次設(shè)備的常見故障，對于常用的小車式開關(guān)設(shè)備，由于其斷路器小車經(jīng)常被移進移出，斷路器的觸指和觸頭很容易受到撞擊等外力作用而變形，導(dǎo)致接觸不良而發(fā)熱，另外其電纜接頭也是發(fā)熱故障的高發(fā)部位，由于開關(guān)柜內(nèi)部發(fā)熱幾乎不能早期發(fā)覺，接頭發(fā)熱故障對于開關(guān)柜的安全運行事關(guān)重大。接頭發(fā)熱產(chǎn)生的特征氣體比較復(fù)雜，各種氣體的組分和濃度隨發(fā)熱溫度和接頭材料的不同而不同，主要特征氣體有以下幾種：

a.烷烴和硫化氫——主要是接頭電力脂、脂、示溫蠟片中雜質(zhì)受熱分解產(chǎn)生，由于斷路器觸頭無一例外地涂有脂，如果接頭發(fā)熱，凡士林融化導(dǎo)致內(nèi)部少量碳原子數(shù)量較少的烷烴和硫化物等雜質(zhì)氣化而分布在柜內(nèi)的空氣中，由于各種氣體傳感器對于烷烴等可燃氣體靈敏度極高，因此很容易檢出。

b.單質(zhì)銅和氧化銅顆粒——如果溫度過高，接頭的銅會逐步氧化發(fā)黑形成氧化銅，極少量的氧化銅和單質(zhì)銅會升華進入空氣，并產(chǎn)生微量煙霧。

c.絕緣材料分解氣體——發(fā)熱接頭附近的絕緣材料（如環(huán)氧樹脂）受熱也會產(chǎn)生一定特殊氣體，另外接頭部位的灰塵受熱也會產(chǎn)生特殊氣體，主要有氫溴酸、胺類、腈類、酚類、烷烴、醛類、氮氧化物，多環(huán)芳烴、雜環(huán)族化合物、羥基化合物等。

2.局部放電

局部放電也是一次設(shè)備的常見故障，空氣中的放電現(xiàn)象會產(chǎn)生氮氧化合物、臭氧和負離子，因此對于空氣中的局部放電，如沿面放電等，可采用探測上述氣體的傳感器進行探測，對于固體介質(zhì)內(nèi)部的局部放電則沒有作用。

3.SF6泄漏

絕大部分的小車式開關(guān)柜均為裝設(shè)斷路器SF6壓力表或密度繼電器，如發(fā)生SF6泄漏，只有等到壓力低于報警或閉鎖值時，才能通過處罰壓力接點的方式用光子牌、指示燈間接顯示出來，如果壓力接點失靈，SF6氣體即使漏完運行人員也無法知道，如果此時操作斷路器可能導(dǎo)致設(shè)備爆炸的嚴重后果，因此采用另一種手段探測SF6泄漏也很有必要。由于現(xiàn)有的SF6氣體傳感器能檢測到0.1ppm以下濃度的SF6氣體，因此開關(guān)柜內(nèi)部的SF6泄漏應(yīng)該能很容易地檢出。

二、氣體傳感器設(shè)計

1.傳感器的選擇

通過對不同傳感器的性能比較，分析了各種傳感器在壽命、靈敏度、成本、加熱功耗和反應(yīng)速度方面的優(yōu)缺點，本論文提出了采用電化學(xué)可燃氣體傳感器+離子型煙霧傳感器+TGS型空氣質(zhì)量傳感器”檢測接頭發(fā)熱、大氣型臭氧傳感器檢測局部放電、環(huán)境監(jiān)測型SF6傳感器檢測SF6的方案。

接頭發(fā)熱采用電化學(xué)可燃氣體傳感器，該傳感器靈敏度很高，用其可滿意地檢出微量的硫化氫或其他可燃氣體；游離碳、游離狀氧化銅和單質(zhì)銅用氣體傳感器較難檢出，為了提高檢測性能，又加上了離子型煙霧傳感器，這樣如果柜內(nèi)有極少量的煙霧顆粒，也能及時檢出，通過聯(lián)合使用2種不同原理的氣體傳感器，就能較可靠地探測出開關(guān)柜內(nèi)部發(fā)熱異常。局部放電和SF6泄漏的檢測分別采用O3/S-5型大氣監(jiān)測用臭氧傳感器和SM-SF6型SF6氣體傳感器，該兩種傳感器的檢出靈敏度都在0.1ppm以下，足以探測開關(guān)柜內(nèi)部的SF6氣體泄漏和表面局部放電現(xiàn)象。

2.氣體傳感器的典型應(yīng)用電路

氣體傳感器是一種將特征氣體濃度量轉(zhuǎn)化為電量的傳感器，大部分氣體傳感器都采用電阻率變化的方式輸出信號，當(dāng)環(huán)境中某種特征氣體含量較低時，傳感器電阻較大，當(dāng)該氣體濃度增大后，傳感器電阻減小，大部分氣體傳感器的電阻在一定范圍內(nèi)都能與氣體濃度成比例變化，具有較高的線性度。

典型的采用加熱方式工作的氣體傳感器電路如圖1所示，傳感器的1、2端口為加熱端口，3、4端口為輸出端口，R2為加熱端口的限流電阻，用以將加熱電流調(diào)整到傳感器所規(guī)定的電流值，R1為輸出端負載電阻，當(dāng)傳感器啟動后，需要加熱一段時間，加熱完畢后即能工作，此時3、4端口的電阻值會隨著外界氣體濃度的變化而變化，從而使R1上的電流和輸出端的電壓變化，起到監(jiān)測氣體濃度的作用。

三、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

通過上述的研究，本論文對整個測試系統(tǒng)進行了設(shè)計，其整個原理如圖2所示。

從上述監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖可以看出，整個系統(tǒng)由CPU控制系統(tǒng)、按鍵、液晶顯示屏、通信總線、A/D數(shù)據(jù)采集單元、局部放電探測單元、SF6泄漏探測單元和觸頭過熱探測單元所構(gòu)成。整個系統(tǒng)的工作過程為：首先采用抽氣的方式，將開關(guān)柜內(nèi)的運行氣體送入到各測量單元中，利用局部放電探測單元、SF6泄漏探測單元和觸頭過熱探測單元中的氣敏傳感器對各種故障的特征氣體進行測量，實現(xiàn)非電量向電量的轉(zhuǎn)換，接著將各測試信號傳到A/D數(shù)據(jù)采集單元，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，最后將數(shù)字信號送入CPU控制單元中，對采集的數(shù)據(jù)進行歸類、統(tǒng)計分析，將測試結(jié)果和分析結(jié)果顯示在液晶屏中，其顯示的內(nèi)容可通過按鍵進行更改。此外，整個系統(tǒng)還可以通過通信總線，將測試結(jié)果上傳至監(jiān)控中心。

四、測試電路設(shè)計

針對于上述電路的框架，本論文對其的測量電路進行了設(shè)計，其原理如圖3所示。

從圖3中可以看出，整個測試電路由模擬開關(guān)、AD采樣電路和MCU組成，其工作原理：首先將測量信號（如熱信號、局部放電信號等）接入模擬開關(guān)，然后利用MCU控制模擬開關(guān)，實現(xiàn)對其分時控制，將模擬信號輸入AD采集單元中，接著MCU控制AD采集單元實現(xiàn)對其模擬量的數(shù)字轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)對被測量的測量。

五、系統(tǒng)軟件設(shè)計

根據(jù)上述的測量電路，對其控制軟件進行了設(shè)計，其程序的流程框圖如圖4所示。從圖中可以看出，整個程序的流程為：首先對系統(tǒng)進行初始化，如接口的電平、寄存器初值的設(shè)定，中斷的關(guān)閉等，然后控制模擬開關(guān)，使模擬信號進入AD的輸入端，接著對其進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)對模擬量的分時采樣，然后對所測量的數(shù)據(jù)進行分析，對高壓開關(guān)柜的運行狀態(tài)作出判斷。

六、樣機的效果測試

鑒于要尋找內(nèi)部存在異常的運行開關(guān)柜比較困難，因此設(shè)計了一些模擬實驗，來驗證該樣機的實際效果，試驗結(jié)果如表1所示，圖4為測量程序流程圖。

七、結(jié)論

本文說明了空氣絕緣開關(guān)柜內(nèi)部異常早期探測的必要性，提出一種通過檢測開關(guān)柜內(nèi)空氣質(zhì)量和特征氣體組分的方式，來探測空氣絕緣開關(guān)柜內(nèi)部異常狀態(tài)的方法。通過理論分析和實驗證明了其具有較高的可行性和實用性，對于接頭發(fā)熱、表面放電和SF6泄漏異常具有較高的檢出率，能夠?qū)崿F(xiàn)對高壓開關(guān)柜的監(jiān)測。

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篇(4)

關(guān)鍵詞：火宅，漏電報警器

 

一、電氣火災(zāi)的原因和危害性

我國的電氣火災(zāi)大部分都是因漏電和短路而引發(fā)的，在低壓配電系統(tǒng)中，電氣線路的漏電和短路是導(dǎo)致電氣火災(zāi)發(fā)生的根源和重要原因之一，并對國家經(jīng)濟和人民生命財產(chǎn)構(gòu)成了很大的威脅，應(yīng)引起大家高度的警惕和重視。

當(dāng)電氣線路和電氣設(shè)備的絕緣受到損傷而導(dǎo)致接地故障，主要是指相線對地或與地有聯(lián)系的導(dǎo)電體之間的短路，包括相線與大地、PE線、PEN線、配電和用電設(shè)備的金屬外殼、敷線鋼管、橋架線槽、建筑物金屬構(gòu)件、上下水和采暖、通風(fēng)等管道以及金屬屋面、水面等之間的短路。科技論文，火宅。當(dāng)發(fā)生接地短路時在接地故障持續(xù)的時間內(nèi)，與它有關(guān)聯(lián)的電氣設(shè)備和管道的外露可導(dǎo)電部分對地和裝置外的可導(dǎo)電部分間存在故障電壓。此電壓可使人身遭受電擊，也可因?qū)Φ氐碾娀』蚧鸹ㄒ鸹馂?zāi)或爆炸，造成嚴重的經(jīng)濟和生命財產(chǎn)損失。

電氣短路主要包括金屬性短路和接地電弧性短路兩種：金屬性短路是由導(dǎo)體間直接接觸，如相與相之間、相與N線之間短路，其短路電流大，短路點往往被高溫熔焊，金屬線芯產(chǎn)生高溫以至熾熱，絕緣被劇烈氧化而自燃，火災(zāi)危險甚大，但金屬性短路產(chǎn)生的大短路電流能使斷路器瞬時動作切斷電源，火災(zāi)往往得以避免；接地電弧性短路是因短路電流受阻抗影響，電弧長時間延續(xù)，而電弧引起的局部溫度可高達2000℃以上，足以引燃附近可燃物質(zhì)引起火災(zāi)，但由于接地故障引起的短路電流較小，不足以使一般斷路器動作跳閘切斷電源，可見接地電弧性短路引起的火災(zāi)危險遠遠大于金屬性短路。科技論文，火宅。電氣短路以單相接地故障居多，電氣火災(zāi)的危險則以接地電弧性短路為最嚴重。另外不論是TN系統(tǒng)還是TT系統(tǒng)，接地故障回路的阻抗都大于帶電導(dǎo)體短路回路的阻抗，這也是形成接地電弧性短路的一個重要原因。

通過分析電氣火災(zāi)的原因，在低壓電氣線路上加裝防火漏電報警就是一種行之有效的防范措施。通過防火漏電報警系統(tǒng)，能夠準(zhǔn)確地監(jiān)控電氣線路的故障和異常狀態(tài)，提早預(yù)警發(fā)現(xiàn)電氣火災(zāi)的隱患，及時報警提醒人員去消除這些隱患，避免火災(zāi)給國家經(jīng)濟和人民生命財產(chǎn)造成巨大損失，把電氣引發(fā)火災(zāi)消滅在萌芽狀態(tài)。

二、防火漏電報警的內(nèi)容組成及功能特點

防火漏電報警以帶激勵脫扣器的塑殼式斷路器為主開關(guān)，另外配備各種采集、記憶、通訊等元器件，集漏電、短路、過載、過壓、欠壓、防雷、防誤合閘、故障類型識別、強制斷電等各種保護功能于一體，并具有來電顯示、聲光報警和本機自檢功能。防火漏電報警主要作為剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器使用，并通過防火漏電報警系統(tǒng)。對電氣線路的故障和異常狀態(tài)進行實時監(jiān)控，使被動防火變?yōu)橹鲃臃阑穑瑢崿F(xiàn)集中監(jiān)控和管理的目標(biāo)。其主動性功能特點如下：

1）系統(tǒng)啟動后首先對電氣線路進行全面運行檢測，以便及時發(fā)現(xiàn)和消除電氣火災(zāi)隱患。當(dāng)不存在電氣火災(zāi)隱患時才允許開關(guān)合閘接通，若存在電氣故障時提前預(yù)警并可以斷開回路，未排除電氣故障前拒絕合閘接通，確保低壓配電系統(tǒng)安全可靠運行。

2）在低壓配電系統(tǒng)中，對電氣線路的運行狀況實行全天候在線自動安全監(jiān)控，自動跟蹤診斷電氣故障，分析和識別故障類型，并發(fā)出聲光和語音報警，通知電氣維護人員及時排除故障，把電氣火災(zāi)隱患消滅在萌芽狀態(tài)。真正做到“智能監(jiān)控，防患于未然”。科技論文，火宅。

3）防火漏電報警采用了微電腦(PIC單片機)自動控制技術(shù)，取代了傳統(tǒng)被動式機械熱效應(yīng)控制技術(shù)，全面實現(xiàn)升級換代，分斷速度更快，實測數(shù)據(jù)只有0.04秒，比傳統(tǒng)開關(guān)動作速度縮短了數(shù)倍，分斷速度越快，所產(chǎn)生的電氣火花就越小，一旦發(fā)生故障能快速切斷，增強了安全可靠性。

4）系統(tǒng)具備“黑匣子”記憶功能。通過一臺電腦在5km范圍之內(nèi)，可對多臺防火漏電報警實現(xiàn)遠程監(jiān)控。隨時可關(guān)斷或接通用戶供電線路，隨時可查詢用戶供電線路安全用電情況，隨時調(diào)閱每臺防火漏電報警當(dāng)前或歷史運行情況，一旦發(fā)生漏電、過載、短路等故障時能準(zhǔn)確在電腦界面上顯示出發(fā)生故障的供電線路具置和發(fā)生故障的時間。使故障發(fā)生的原因一目了然，便于維護和管理。

5）系統(tǒng)采用智能化網(wǎng)絡(luò)管理。采用RS485／RS422四線制全雙工通訊模式，傳輸距離在5km以內(nèi)。科技論文，火宅。同時可與煙感、溫感或可燃氣體探測器及火災(zāi)自動報警系統(tǒng)中心實行聯(lián)動控制，把配電與消防系統(tǒng)有機結(jié)合起來，實現(xiàn)雙重報警和控制功能，大大提高了對漏電火災(zāi)監(jiān)控的可靠性和保護性，從根本上解決了電氣火災(zāi)誤報和漏報現(xiàn)象，全面主動防御電氣火災(zāi)事故的發(fā)生。科技論文，火宅。

6）系統(tǒng)實行多功能全面保護，除傳統(tǒng)的漏電、過載、短路保護外，又增加了防止過壓、欠壓、雷電感應(yīng)和誤操作等防護措施，以避免對電氣設(shè)備的損壞，造成不必要的經(jīng)濟損失。

三、防火漏電報警系統(tǒng)的實際應(yīng)用

防火漏電報警系統(tǒng)由防火漏電報警、集線器、中繼器、轉(zhuǎn)換器、臺式監(jiān)控主機或電腦等設(shè)備組成。系統(tǒng)以防火漏電報警作為剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器使用，集各種保護功能為―體，擔(dān)負起各種電氣故障的實時檢測、采集和發(fā)送任務(wù)，并具有來電顯示、聲光報警和本機自檢功能，對過電流、剩余動作電流、動作與延時時間等各種參數(shù)值進行現(xiàn)場或?qū)崪y后設(shè)定。采用先進的動態(tài)閾值檢測和自動判斷技術(shù)、高靈敏度剩余電流探測、新型故障數(shù)學(xué)模擬算法和現(xiàn)場總線技術(shù)，為智能遠程監(jiān)控的實施起到了重要的作用。

系統(tǒng)對電氣線路的運行狀況實行全天候在線自動安全監(jiān)控，隨時檢查各用戶安全用電情況，可接通或分斷用戶電源，并具備“黑匣子”記憶功能。準(zhǔn)確報出故障線路地址，監(jiān)視故障點的變化，滿足了《新高規(guī)》中，“儲存各種故障和操作試驗信號，信息存儲時間不應(yīng)少于12個月；切斷漏電線路上的電源，并顯示其狀態(tài)；顯示系統(tǒng)電源狀態(tài)”等要求。

系統(tǒng)可實現(xiàn)獨立監(jiān)控，監(jiān)控主機單獨設(shè)置在值班室或消防控制室內(nèi)。也可采用通訊接口與火災(zāi)自動報警系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)運行，實現(xiàn)雙重報警和控制功能，監(jiān)控主機可與消防系統(tǒng)設(shè)備共用，設(shè)置在消防控制室內(nèi)，達到集中監(jiān)控和管理的目的。

四、總結(jié)

在低壓電氣線路上安裝防火漏電報警這是有效可行的方法。通過防火漏電報警系統(tǒng)，能夠準(zhǔn)確地監(jiān)控電氣線路的故障和異常狀態(tài)，并報出故障線路地址。科技論文，火宅。監(jiān)視故障點的變化，隨時儲存和記錄故障信息情況，提早發(fā)現(xiàn)電氣火災(zāi)的隱患，及時報警提醒人員去消除這些隱患，避免電氣火災(zāi)發(fā)生，把電氣火災(zāi)的消滅在萌芽狀態(tài)。

篇(5)

此項新研究的思想靈感來自于近期“隱形斗蓬”的技術(shù)，所謂的“隱形斗蓬”就是讓可見光發(fā)生彎曲，從而讓目標(biāo)產(chǎn)生隱形效果。隱形的原理就是，光線發(fā)生彎曲繞過目標(biāo)物體而不是直接照射到目標(biāo)物體上，這樣光線就不會被散射并反射到觀測者的視野范圍之內(nèi)，物體表面上看似乎消失了。

美國康奈爾大學(xué)科學(xué)家采用了相似的方法產(chǎn)生一個時間漏洞，盡管只是很短一瞬間的事，但時間停滯的效果持續(xù)約為每秒的40萬億分之一。康奈爾大學(xué)物理學(xué)家阿歷克斯-加耶塔是該項研究的首席作者。加耶塔介紹說，“想象一下，你能夠?qū)⒐饩€轉(zhuǎn)向，讓時間變慢，然后再加速，這樣你就可以在光束中產(chǎn)生一個缺口。在這種情況下，發(fā)生于那一瞬間的事件將不會散射光線，看起來就好像那件事從未發(fā)生過。”

加耶塔舉例說，“在博物館中，有時會利用激光束掃描來保護無價的藝術(shù)珍品。探測器的激光束在不斷來回掃描，突然激光束被擋住或被保護區(qū)沒有激光，比如你走過激光束照射的地方，此時警報就會響起。但是，如果某種設(shè)備能夠讓一部分激光束加速，一部分激光束減速，這樣就會出現(xiàn)瞬間無激光束的情況。此時你再走過相同的位置，這樣探測器就永遠發(fā)現(xiàn)不了發(fā)生過

何事。”

讓時間靜止

加耶塔等人的研究成果近期發(fā)表于《自然》雜志之上。在論文中，研究人員介紹了時間停滯的實驗過程。探測器照射出一束激光束，然后激光束穿過一種名為“時間透鏡”的設(shè)備。和傳統(tǒng)的透鏡能夠在空間上將光線發(fā)生彎曲一樣，時間透鏡能夠使得光線出現(xiàn)暫時的分隔（非空間上的）。加耶塔介紹說，“在時間域中，這是一種能夠真正控制光束屬性的方法。”

論文的聯(lián)合作者、康奈爾大學(xué)應(yīng)用與工程物理學(xué)院科學(xué)家莫蒂-弗雷德曼據(jù)此設(shè)計了一種特殊的實現(xiàn)方法，“這種方法通過改變激光束的頻率與波長，從而使其以不同的速率傳播，這樣就產(chǎn)生一種（時間）間隙。”然后，時間漏洞的另一側(cè)還有第二束脈沖激光，這束脈沖激光的作用就是從相反的方向改變激光束的屬性，從而讓激光束恢復(fù)到原有的屬性。在實驗中，發(fā)生于時間漏洞之中的事件，都可以逃避探測器的探測。

美國羅徹斯特大學(xué)光學(xué)研究所科學(xué)家史志民（Zhimin Shi）介紹說，“這是首例真正產(chǎn)生時間間隙的實驗，也是首例實現(xiàn)物體在空間和時間上同時隱形的實驗。”史志民并沒有參與到該項

研究。

時間隱形

盡管這項研究仍處于最初期階段，但是這種對時間的操作將有著很廣泛的應(yīng)用前景。史志民表示，“我認為，可能人們還沒有對這種技術(shù)究竟有多大用途考慮太多。也許人們首先想到的是讓某事物隱形不被探測到，或者故意讓某事件處于‘斗蓬’

之中。”

不過，時間透鏡技術(shù)還有可能讓人悄無聲息地向不間斷的數(shù)據(jù)流中插入特定信息，這一行為可以做到天衣無縫，難以發(fā)現(xiàn)。弗雷德曼解釋說，“我認為，你可以將某些數(shù)據(jù)隱藏于即將進入光纖中的數(shù)據(jù)流中。利用時間透鏡，你可以隨心所欲地操縱數(shù)據(jù)，事后還可以還原。”

篇(6)

【論文摘要】:黃河河道整治工程的穩(wěn)定,關(guān)鍵在于根石基礎(chǔ)的穩(wěn)定。險工、控導(dǎo)根石斷面的不足,是造成工程出險的主要原因,正確掌握根石坡度情況,無疑為防洪搶險決策提供重要的參考價值。目前,黃河上一直沿用人工錐探的方法來進行根石探測。筆者根據(jù)近幾年的實踐經(jīng)驗,對人工錐探險工、控導(dǎo)根石的有效方法談幾點粗淺的認識。

1存在的問題

1.1探測的外邊界問題。通常我們在探測時,險工從根石臺、控導(dǎo)工程從口石開始向外探測,這可以稱作內(nèi)邊界;向外探測至無根石為止,可以稱作外邊界。探測時,隨著水平距的增大,根石深度越來越深,人工錐探的難度也增大,當(dāng)深度到達15米以上時,需要接3桿以上(每桿5米長),在遇到特殊地質(zhì)(如淤泥、硬土層等),就無法繼續(xù)探測。再者,當(dāng)水平距很大時,就算能探測到根石,也不好判斷是該壩的根石還是上游走失的根石。因此,進行根石探測時首先應(yīng)確定一個合適的外邊界,這樣不僅可以提高工作效率,降低探測強度,而且能夠提高探測質(zhì)量和精度,縮短探測時間,節(jié)省人員,節(jié)約資金。

1.2探測精度較低。現(xiàn)在的根石探測方法和原理決定了它的精度,探測時是否探測到根石、根石的來源及根石有多厚等均無法準(zhǔn)確知道,而只能在米格紙圖上劃出一條坡度線粗略顯示。

在實際操作中,當(dāng)探測主壩靠溜時,探測船難以按要求部位準(zhǔn)確固定,或近或遠,或前或后的情況時有發(fā)生,所探點不一定在同一條垂直線上,從而影響了探測精度和準(zhǔn)確數(shù)字,尤其是水流很急的部位,人工錐探將無法進行。另外,船上探測也經(jīng)常受到限制,在大風(fēng)天氣時也影響探測精度。

1.3探測資料整理問題。每壩探測完之后都要進行資料整理和分析。現(xiàn)行的根石探測資料整理計算、繪圖主要有兩種,一種是沿用根石軟件探測管理系統(tǒng)。此軟件處理缺石量沿用險工根石臺、控導(dǎo)從口石開始計算的方法,難免出現(xiàn)誤差,計算根石的平均坡度時也存有誤差。在一種是人工計算、繪圖。把每垛壩岸現(xiàn)場實測的各項數(shù)據(jù)整理好后,再用人工按實測數(shù)據(jù)、比例,劃出一條坡度線顯示出來,然后對照圖進行計算、分析每段壩是否缺石或不缺石。這樣一來,單憑在圖上分析、觀察、計算根石量缺與否,是有相當(dāng)大誤差的。有時也可能參照歷年探測資料進行對比,是否有無變化,敷衍了事,根本起不到真實的探測效果,失去了根石探測的重大意義。

1.4探測的安全問題。通過近幾年來根石探測的經(jīng)驗來看,根石探測壩垛一般都是常年靠水的工程壩岸,水中探測難度較大,特別是水流速度較大,錐桿高度又在10—12米左右時,探測錐桿難以保持垂直,影響探測精度,且由于探測人員站在船邊向下錐探,船在水流的推動下,使船左右擺動,難以固定,加之工作面窄小,安全系是小,容易造成人員落入水中,發(fā)生事故。

2措施與建議

2.1對根石進行探測時,要確定探測邊界。探測邊界應(yīng)控制在22米為宜。按1:1.5坡度計算,根石坡度達到15米時水平距為22米,因為測船長加上內(nèi)邊界到水邊的平距就是22米左右。

2.2要加強根石探測方法的研究,加大投資力度,以高科技含量的探測技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的錐桿探測。本人的初步想法是:開發(fā)研制一套鋼架式多用根石探測器。即:由測桿改為測繩探測;由傳統(tǒng)的船上探測改為在根石上和船上都能探測;由以前的皮尺丈量平距為行走滑車丈量;水深測量由以前的測桿丈量變?yōu)殡娮语@示數(shù)據(jù)。同時建立模擬試驗場地,選擇合適的壩岸對根石進行解剖,摸清根石界面及其分布形態(tài)。

2.3對于暫時無法探測的斷面,原則不予探測,在資料處理好后可以參照相臨斷面的情況,一旦具備探測條件時,擇機探測。

篇(7)

消防工程專業(yè)電氣防火課程群建設(shè)的必要性

電氣火災(zāi)高發(fā)的嚴峻形勢，使得電氣防火的教學(xué)工作任重道遠隨著經(jīng)濟的發(fā)展，生產(chǎn)和生活用電量大幅度增加。據(jù)《國際能源展望2006》判斷，“十一五”期間，中國用電量年均增長約8．0%。至2015年，將達到4．5萬億千瓦時。按此發(fā)展計算，至2020年，將達到5．6萬億千瓦時。在用電量快速增長的同時，電氣火災(zāi)近年來也頻繁發(fā)生［1］。據(jù)消防部門統(tǒng)計，20世紀(jì)90年代以來，電氣火災(zāi)在全國總火災(zāi)數(shù)中所占的比例一直居高不下。1997年～2007年的十年間，我國共發(fā)生重特大電氣火災(zāi)1324起，直接經(jīng)濟損失156526．2萬元，造成1936人死亡、1116人受傷，年均占有比例為31．56%、44．3%、28．3%、28．6%，表明重特大惡性火災(zāi)多數(shù)為電氣火災(zāi)［2，3］。由于電氣火災(zāi)的形勢嚴峻，為了預(yù)防電氣火災(zāi)頻發(fā)，有必要在消防工程專業(yè)開設(shè)電氣防火類課程，在該類課程中，講授電氣火災(zāi)形成機理、從電源供配電、電氣設(shè)備與線路選擇、應(yīng)急照明與疏散、防爆電氣以及防雷防靜電等設(shè)計源頭加強電氣防火措施。

火災(zāi)監(jiān)控技術(shù)是火災(zāi)處置的最佳手段之一，其核心內(nèi)容必然納入消防工程專業(yè)教學(xué)范圍火災(zāi)監(jiān)控實際上是火災(zāi)探測報警和消防設(shè)備聯(lián)動控制的總稱，它是依據(jù)主動防火對策，以被監(jiān)測的各類建筑物、油庫等為警戒對象，通過自動化手段實現(xiàn)早期火災(zāi)探測、火災(zāi)報警和消防設(shè)備聯(lián)動控制。所以，火災(zāi)監(jiān)控主要包括了火災(zāi)探測、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)、自動滅火控制系統(tǒng)等。火災(zāi)監(jiān)控技術(shù)的先進性和可靠性一直是消防行業(yè)探討的熱門課題。作為火災(zāi)處置的最佳手段之一，有關(guān)火災(zāi)監(jiān)控技術(shù)的核心內(nèi)容必然納入消防工程專業(yè)教學(xué)范圍。而火災(zāi)監(jiān)控技術(shù)是基于弱電技術(shù)，在建筑設(shè)計中，歸屬于電氣設(shè)置范圍，因此，火災(zāi)監(jiān)控技術(shù)的內(nèi)容被納入電氣防火課程群。

開設(shè)電氣防火類課程已成為全國消防工程專業(yè)的共識由于電氣火災(zāi)高發(fā)的形勢及火災(zāi)監(jiān)控技術(shù)的重要性，大部分地方高校消防工程專業(yè)均開設(shè)了電氣防火類課程［4］－［6］。7所地方高校均開設(shè)了電氣防火類課程。只是不同學(xué)校有不同側(cè)重，如中南大學(xué)和中國礦業(yè)大學(xué)側(cè)重于火災(zāi)監(jiān)控技術(shù)，西南林學(xué)院注重電氣防火技術(shù)，而沈陽航空工業(yè)學(xué)院、華北水利水電學(xué)院、南京工業(yè)大學(xué)對電氣防火和火災(zāi)監(jiān)控均開設(shè)了相關(guān)課程。這從一定程度上反映了電氣防火類課程的重要性。

消防工程專業(yè)電氣防火課程群體系設(shè)置及相互關(guān)系

與地方大學(xué)人才培養(yǎng)目標(biāo)有所不同，武警學(xué)院消防工程專業(yè)畢業(yè)學(xué)員從事的是消防監(jiān)督管理業(yè)務(wù)。電氣消防審核和電氣防火監(jiān)督檢查是消防監(jiān)督業(yè)務(wù)的重點和難點。因此，構(gòu)建以《電氣防火及火災(zāi)監(jiān)控》課程為核心的電氣防火課程群體系在2010版人才培養(yǎng)方案中得到了充分的重視。電氣防火課程群體系如圖1所示。在圖1所列的課程中，《電氣防火及火災(zāi)監(jiān)控》、《消防電氣控制技術(shù)》為必修課程，其他課程為選修課程。從圖1可以看出《電氣防火及火災(zāi)監(jiān)控》課程的核心地位，并且該門課程由多門課程支撐，保證了課程間的相互聯(lián)系和融合，緊密銜接和漸次深化。《電氣防火及火災(zāi)監(jiān)控》作為河北省精品課程，其課程體系相對成熟，課程內(nèi)容完整，課程實踐豐富。各門課程圍繞該門課程來建設(shè)這是由它的主要內(nèi)容決定的。該門課程的主要內(nèi)容包括兩部分，一部分是電氣防火部分，在這部分內(nèi)容中包括電氣火災(zāi)原因分析、消防供配電系統(tǒng)、變配電所防火、電氣設(shè)備及線路防火、防爆電氣、防雷及防靜電等。圍繞其核心內(nèi)容，必然需要《建筑供配電技術(shù)基礎(chǔ)》作為第一部分的知識補充。同時，對于電氣火災(zāi)高發(fā)的現(xiàn)狀，可以運用先進的電氣防火檢測技術(shù)加以預(yù)防，因此，及時補充《建筑電氣防火檢測技術(shù)》選修課作為新技術(shù)的介紹。第二部分是火災(zāi)監(jiān)控部分，在部分內(nèi)容中包括火災(zāi)探測與信息處理概述、火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)組成、火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的工程設(shè)計等。這部分火災(zāi)監(jiān)控技術(shù)知識相對完整，但是，對于不斷發(fā)展的、新的火災(zāi)探測與信息處理技術(shù)可以由選修課《火災(zāi)探測與信息處理》來完成補充。而對于消防設(shè)施的聯(lián)動控制需要加強專業(yè)基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)，因此，開設(shè)了《消防電氣控制技術(shù)》必修課程講授技術(shù)的實現(xiàn)，而在《電氣防火及火災(zāi)監(jiān)控》課程中的聯(lián)動控制部分只講授聯(lián)動控制要求。同時，作為消防工程專業(yè)的學(xué)員，有必要加強對建筑消防設(shè)施的監(jiān)管，因此，開設(shè)了《建筑消防設(shè)施維護與管理》選修課作為有益的必要補充。

電氣防火課程群改革的具體內(nèi)容

近年來，電氣防火課程群一直在不斷改革。從課程內(nèi)容、實踐環(huán)節(jié)、教學(xué)方式及手段、考核改革等方面作了大量工作。改革始終圍繞武警學(xué)院人才培養(yǎng)方案進行，按照公安部黨委構(gòu)建“大教育”、“大培訓(xùn)”格局的總要求，遵循高等教育基本規(guī)律，突出公安現(xiàn)役教育特色，以改革人才模式為切入點，以優(yōu)化課程體系、深化教學(xué)內(nèi)容改革為重點，著力培養(yǎng)學(xué)員的實踐能力和創(chuàng)新精神，積極構(gòu)建課程教學(xué)、實驗教學(xué)、實戰(zhàn)訓(xùn)練、日常練兵有機結(jié)合的教、學(xué)、練、戰(zhàn)一體化教學(xué)訓(xùn)練體系，更好地滿足公安消防部隊對人才培養(yǎng)的新要求、新期待。因此，電氣防火課程群的改革目標(biāo)是培養(yǎng)基礎(chǔ)理論扎實，專業(yè)知識深厚，實踐能力強，富有創(chuàng)新精神，能在公安消防部隊從事消防監(jiān)督檢查、建設(shè)工程消防設(shè)計審核和竣工驗收等方面工作的應(yīng)用型高級專門人才。圍繞這一改革目標(biāo)，電氣防火課程群的改革核心是改革教學(xué)內(nèi)容、完善實踐教學(xué)體系、更新教學(xué)方式及手段、改革考核方式等。

貼近消防實際，追蹤消防科技前沿，改革教學(xué)內(nèi)容隨著經(jīng)濟和科技的發(fā)展，新材料、新工藝不斷出現(xiàn)，不斷有新的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范出臺或更新。教學(xué)內(nèi)容必須要緊跟消防形勢加以調(diào)整。因此，在核心課程《電氣防火及火災(zāi)監(jiān)控》課程中，對電氣絕緣材料等級，依據(jù)最新的規(guī)范《電氣絕緣耐熱等級》進行了重新劃分;按2008版《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》，對消防設(shè)備供配電、供配電系統(tǒng)防火等進行了教學(xué)內(nèi)容更新;按防爆電氣設(shè)備的系列標(biāo)準(zhǔn)GB3836－2010，及時更新了防爆電氣設(shè)備的選擇;依據(jù)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》和《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》，及時增加了電氣火災(zāi)監(jiān)控技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容，并且結(jié)合工程實例講解火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的工程應(yīng)用。在選修課程《建筑消防設(shè)施維護與管理》、《建筑電氣防火檢測技術(shù)》和《火災(zāi)探測與信息處理》課程中，更是強調(diào)了與消防科技前沿的結(jié)合，根據(jù)最新發(fā)展科技及時更新講義，始終帶給學(xué)員最新的消防前沿知識。課程建設(shè)小組2009年完成的學(xué)院教學(xué)改革項目“《電氣防火及火災(zāi)監(jiān)控》課程教學(xué)內(nèi)容改革與實踐”獲得了專家組的好評。#p#分頁標(biāo)題#e#

突出能力，強化實踐，完善實踐教學(xué)體系在保證學(xué)員專業(yè)素質(zhì)的同時，更加突出能力培養(yǎng)，強化實踐教學(xué)，按照武警學(xué)院教、學(xué)、練、戰(zhàn)一體化思想，將實驗、實訓(xùn)、實習(xí)、模擬演練和綜合演練貫穿于教學(xué)活動的全過程。因此，核心課程《電氣防火及火災(zāi)監(jiān)控》課程中，開設(shè)了電氣火災(zāi)模擬實驗，電氣火災(zāi)隱患檢測實驗、火災(zāi)監(jiān)控實訓(xùn)等模塊，突出考核學(xué)員的動手能力和創(chuàng)新能力，由課程組設(shè)計完成的“電氣火災(zāi)隱患模擬實驗臺開發(fā)與應(yīng)用研究”獲學(xué)院教學(xué)成果三等獎。在《消防電氣防控制技術(shù)》課程中，提出了理論與實踐一體化的教學(xué)模式，搭建了實訓(xùn)平臺，強調(diào)了學(xué)員動手實踐能力和解決實際問題的能力。因此，電氣防火課程群從基礎(chǔ)到專業(yè)，均有相關(guān)的實驗和實訓(xùn)平臺，強化學(xué)員理論與實踐的結(jié)合。此外，在畢業(yè)前的綜合演練中，電氣防火消防監(jiān)督檢查和電氣防火審核貫穿于整個專業(yè)綜合演練的全過程，將所學(xué)的理論知識運用于消防實踐環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了教、練、用的完美統(tǒng)一。

側(cè)重創(chuàng)新，“教”“導(dǎo)”結(jié)合，促進能力提高課堂教學(xué)應(yīng)以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維能力、動手能力等綜合能力為出發(fā)點。開展教學(xué)方法改革，實現(xiàn)教學(xué)方法的“四個轉(zhuǎn)變”［7］。即課堂教學(xué)從傳統(tǒng)灌輸向探索性教學(xué)轉(zhuǎn)變，實驗教學(xué)從驗證性實驗向綜合性、設(shè)計性實驗轉(zhuǎn)變，考試從知識考核向能力考核轉(zhuǎn)變，畢業(yè)設(shè)計從模擬訓(xùn)練向工程實踐轉(zhuǎn)變。

探索性教學(xué)的實現(xiàn)。教學(xué)方法的改革方向應(yīng)把傳統(tǒng)的重演繹按部就班的教學(xué)方法與側(cè)重歸納、分析、滲透、綜合有機結(jié)合。如在《電氣防火及火災(zāi)監(jiān)控》專業(yè)課程中的應(yīng)用“研討型”教學(xué)。講課重心從“授”轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;導(dǎo)”，包括引導(dǎo)、指導(dǎo)、誘導(dǎo)、教導(dǎo)等，使學(xué)生由傳統(tǒng)教學(xué)所形成的被動的思維方式向積極主動的思維方式轉(zhuǎn)變。首先緊扣課程重點內(nèi)容，精心設(shè)計每一個教學(xué)單元的研討主題。主題的設(shè)計還要能夠充分調(diào)動學(xué)生的能動性，培養(yǎng)其知識的應(yīng)用能力。提前布置研討主題，給學(xué)生留出查找資料的時間。在課堂上對學(xué)生進行分組，設(shè)計問題引導(dǎo)學(xué)生進行分析和討論，教師只提供分析的思路，學(xué)生自主完成對問題的分析和解答。最后，教師對于整個過程進行講評和總結(jié)，糾正研討過程中的問題。因此，在消防供配電系統(tǒng)設(shè)計、火災(zāi)探測器設(shè)計和火災(zāi)自動報警系統(tǒng)聯(lián)動設(shè)計這幾個研討式教學(xué)環(huán)節(jié)中，針對教學(xué)內(nèi)容所對應(yīng)的消防部隊業(yè)務(wù)，設(shè)置教案和教學(xué)方法，增加互動式教學(xué)，利用開發(fā)的輔助教學(xué)軟件，調(diào)用相關(guān)CAD圖紙，模擬場景，讓學(xué)員參與審核。此外，在變配電所防火和爆炸危險環(huán)境電氣設(shè)備選擇這兩個研討式教學(xué)環(huán)節(jié)中，將研討式教學(xué)與教學(xué)參觀相結(jié)合，選擇變配電所、加油加氣站等場所作為實踐教學(xué)地點，讓學(xué)生結(jié)合實際單位做設(shè)計、做審核、做檢查。

綜合性、設(shè)計性實驗的實現(xiàn)。在《電氣防火及火災(zāi)監(jiān)控》實驗與實訓(xùn)環(huán)節(jié)，設(shè)置了電氣火災(zāi)模擬、電氣火災(zāi)隱患檢測和火災(zāi)監(jiān)控實訓(xùn)。學(xué)員不僅能進行驗證性實驗，更能設(shè)計綜合性、設(shè)計性實驗。如有的同學(xué)對不同型號的插座進行過載實驗，得出與電氣線路過載實驗不一樣的結(jié)論;有的同學(xué)在對電氣線路過載進行測溫實驗的基礎(chǔ)上，對發(fā)煙量進行了測定，得出不同過載倍數(shù)的電流發(fā)煙量不同規(guī)律;還有的同學(xué)對人體靜電在不同情況下的帶電量進行測量，得出相應(yīng)的規(guī)律;特別是有同學(xué)利用紅外成像儀對電氣線路進行實地火災(zāi)隱患檢測，發(fā)表了學(xué)術(shù)論文。在《消防電氣控制技術(shù)》課程，設(shè)置了綜合實訓(xùn)平臺，教師只講授基礎(chǔ)理論部分，在“教”的同時，更加注重“導(dǎo)”，引導(dǎo)學(xué)員在實驗室完成對于消防設(shè)施的聯(lián)動控制，這樣既加深了學(xué)員對專業(yè)理論知識的理解，又強化了實踐能力的培養(yǎng)。并且，通過實訓(xùn)，變換不同的接線方式，得出不同的控制關(guān)系。

能力考核的實現(xiàn)。高等教學(xué)要按照知識、能力、素質(zhì)全面發(fā)展的人才培養(yǎng)總體要求，更新課程考核理念，改革課程考核方式。因此，《電氣防火及火災(zāi)監(jiān)控》課程考核改革作為專門的教學(xué)改革項目進行了立項研究，在全院作為首批示范考核改革課程。在該門課程的考核環(huán)節(jié)設(shè)置了實驗實訓(xùn)考核、研討式教學(xué)環(huán)節(jié)考核、課程設(shè)計考核、平時表現(xiàn)考核及課終考核。在《消防電氣控制技術(shù)》課程考核中，設(shè)置了實訓(xùn)考核，強調(diào)創(chuàng)新性實驗和綜合性實驗環(huán)節(jié)。通過過程考核與課終考核、理論考核與實踐實訓(xùn)考核的有機結(jié)合，促進知識考核向能力考核的轉(zhuǎn)變。

工程實踐的畢業(yè)設(shè)計。近三年，消防工程專業(yè)的畢業(yè)論文和設(shè)計進行了大改革。強調(diào)學(xué)員的選題必須符合人才培養(yǎng)方案、符合消防部隊的需求，滿足第一任職需要。再加之電氣防火課程群的設(shè)置深化了課程內(nèi)容，為學(xué)員進行工程實踐的畢業(yè)設(shè)計奠定了較好的理論基礎(chǔ)。學(xué)員的畢業(yè)設(shè)計緊密圍繞工程實踐這一主題進行畢業(yè)論文的撰寫，如撰寫建筑消防供配電系統(tǒng)設(shè)計、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計等論文，本科畢業(yè)論文的水平均有所提高。

“教”“學(xué)”相長，建立豐富的教學(xué)資源平臺教師的“教”和“學(xué)”都離不開豐富的信息量。豐富的教學(xué)資源能促進教師的視野開闊，同時又能引導(dǎo)學(xué)員進行自主學(xué)習(xí)。為了提升教學(xué)質(zhì)量，進一步深化教學(xué)改革成果。課程組建立了“《電氣防火及火災(zāi)監(jiān)控》輔助教學(xué)系統(tǒng)”、搭建了網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)平臺，在這些網(wǎng)絡(luò)資源中，建立了基本資料庫(包括法律、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)等)、案例庫、論文資源庫、練習(xí)題庫、課件、網(wǎng)上作業(yè)及答疑等。學(xué)員通過網(wǎng)絡(luò)資源實現(xiàn)自主學(xué)習(xí)，并且能建立與教師溝通的渠道。教師不斷更新教學(xué)平臺，在豐富自己知識的同時，更豐富了學(xué)員，實現(xiàn)了“教”“學(xué)”相長，相得益彰。由于教學(xué)效果突出，2008年，“《電氣防火及火災(zāi)監(jiān)控》輔助教學(xué)系統(tǒng)開發(fā)”獲公安部教學(xué)成果三等獎。