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1、仪器科学新技术讲座,林 君 lin_jun Tel:8502473 2004年12月,智能仪器的基本结构,NI公司推出的虚拟测试系统,LCR,SCOPE,WEB,DAQ,虚拟测试系统,吉林大学,DDS,LabScene,基于USB总线示波器,USB示波器板卡应用电子测量,虚拟示波器替代传统示波器作为电子测量仪器,虚拟仪器技术在工程中的应用,钢丝探伤虚拟仪器系统,检测钢丝的质量,未来仪器的一种模式,traget,sensor,Analog signal,processing,A/D conversion,CPU,Digital signal,processing,user interface,D
2、isplay,Storage,Port,Calibration,Feedback,Control,Actuator,Processor,/Algorithm,智能测控系统原理框图,2004 Changchun China,地球探测技术及仪器 导论,林 君 ,回答下列问题,为什么要进行地下探测？ 怎么样进行地下探测？ 我们已经取得的地下探测成果如何？ 本门课的主要内容及参考文献,矿产资源紧缺 据45种主要金属和非金属矿产的可利用矿区可采储量对2010年、2020年经济建设的保证程度分析结果显示：2010年可以保证需求的有23种，而到2020年可以保证需求的只有6种。例如：2000年，国内铁矿石只
3、能满足钢消费需求的55%。预计到2010年和2020年，国内铁矿石只能满足钢产量需求的38%和29%。2000年国内铜产量只能满足精炼铜消费量的38%。预计到2010年和2020年，国内铜产量只能满足需求的20%和25%。2000年国内铝产量只能满足消费需求的66%。预计到2010年和2020年，国内铝产量只能满足需求的36%和29%。预计到2020年，钨、锡、锑、萤石、重晶石等可利用储量只能满足消费需求的45%、29%、26%、12%、20%。我国金矿目前保有资源/储量2923吨，其中可采量2217吨。按国内消费量240吨/年计算，我国金矿目前保有可采量仅能维持9年的需求。,油气资源紧缺 据
4、统计，从1990年到2000年10年间，我国石油产量增长缓慢，产量从1.37亿吨增长到约1.62亿吨，年均增长率仅为1.38%，而同期消费量则从1.18亿吨增长到2.32亿吨，年均增长率达7.1%。自1993年中国成为石油净进口国以来，进口量连年增长，2000年进口量超过7000万吨，7年间进口平均增加63%。2000年，国内石油生产对消费的供应能力降为70%。2003年，我国石油进口量达到9112万吨。2001年，我国石油剩余可采储量仅24.51亿吨，静态可采年限为15年，2005年、2010年、2020年的国内供给保障度分别约68%、57%和45%。地处东北，占国内石油产量约1/3的中国最
5、大石油基地大庆油田资源面临枯竭，今后7年计划年均削减产量约7%，到2010年和2020年，原油产量将由5000万吨降到3000万吨、2000万吨。,水资源短缺 我国是世界上13个贫水国家之一，人均水资源占有量只有世界人均占有量的四分之一。在全国670多座大中型城市中，有400多座城市不同程度地缺水，其中110多座城市严重缺水。据水利部预测，到2010年后，我国将进入严重缺水期，到2030年，我国缺水将达400500亿立方米。,环境污染严重 据最新统计，每年世界死亡人数中有40%死于环境污染所造成的疾病，人类癌症的90%以上是由环境因素引起的。现在全世界每天有25万人诞生，但同时有近百个物种与地
6、球永别。由于缺少安全的饮用水，世界上有23亿人患有各种疾病。由于缺少饮水安全保障，世界上每天6000人因此死亡，其中大部分是儿童。我国东北地区存在着许多近于枯竭的矿山，有些企业已经转产或倒闭，采矿迹地带来了许多生态和环境问题，如地面变形、塌陷、植被破坏、土地和水体污染等。这些问题已经严重影响了当地经济的发展和居民的身体健康。,地质灾害频繁 我国是全球地质灾害最严重的少数国家之一，除现代火山之外，其它地质灾害都十分严重。据不完全统计，我国存在的地质灾害隐患有40余万处，其中特大型地质灾害隐患8千多处。仅1949年1990年间，全国共发生突发性地质灾害6万余次，除造成100多万人死伤外，还对房屋、
7、铁路、公路、航道、水库等设施和资源、环境造成严重危害。同一时期，全国发生了850次以上重大崩塌、滑坡、泥石流灾害，死亡9000多人；其中泥石流致死6000多人，毁坏房屋20多万间，每年直接经济损失20多亿元。,地球探测技术及仪器发展历程,探测地球的内部构造、组成与成份,卫星探测,人造地球卫星,These Aqua images show CERES measurements over the United States from June 22, 2002. Clear ocean regions, shown in dark blue on the left image, reflect t
8、he least amount of sunlight back to space. Clear land areas, shown in lighter blue, reflect more solar energy. Clouds and snow-covered surfaces, shown in white and green, reflect the greatest amounts of sunlight back to space. Clear warm regions, shown in yellow over much of the western United State
9、s on the right image, emit the most heat. High, cold clouds, shown in blue and white, significantly reduce the amount of heat lost to space.,航空探测,航空探测示意,如 何 了 解 地 球 内 部 ？,用地震方法了解地球深部,FZF3-1型海洋 智能信息浮标系统,美研制超级深海考察船 可探测全球99%海底(图),SBF2-1型近海遥测波浪仪,JSWS-型石油物探震源孔山地钻机,主要用于石油物探震源孔施工，特别适合山地、丘陵和水田地区使用。采用模块设计，成熟
10、配件，轻便搬迁，环保操作，方便维护的设计思路。获国家专利1项，处于国内领先水平。,用于大陆科学钻探, 射流式冲击器用于我国大陆科学深钻预先导孔试验，取得良好效果； KSC127型射流式液动锤用于大陆科学钻探先导孔（后转为主孔）施工，解决了岩心卡堵、钻效低、回次进尺短等技术难题，体现出我国钻探技术的水平和优势； 主孔绳索取芯式液动锤已研制成功，等待试验应用。,SL-3000型数控测井系统,NR SP GG CS GR,研究方向（1）与创新成果,弱信号检测技术与仪器 地震勘探仪器与技术 时间域电磁法仪器与技术 频率域电磁法仪器与技术,天然地震,人工 锤击,炸药,可控震源,地震勘探中的几种激励源,P
11、HVS系列轻便高频可控震源： 研制成功国内第一台PHVS-500轻便高频可控震源：国际先进水平，获国家专利一项。,PHVS-1000型电磁驱动可控震源 2001年申请发明专利一项 出力是国外同类产品的两倍， 整体性能达到国际领先水平，目前正在推广中。,鞍山涵洞可控震源地震探测成像,863信息获取与处理主题前沿探索类课题,工区地貌,金属矿地震勘探技术,CDP281,CDP185,ZK005,ZK003,0.1s,0.2s,河北迁安县首钢大石河矿区夯击震源激发地震实验剖面图,河北迁安县首钢大石河矿区可控震源地震实验深度剖面图(比例尺 水平 1:3000 垂直 1:3000),为解决金属矿地震 难题
12、而研制的束控 爆炸机,大线,通讯线,子站,激励源,激励源,地震仪,主控站,两种地震数据采集方式示意,模拟传输,数字传输,分布式遥测地震仪：,自行研制的分布式地震仪样机,中科院地质与地球物理所研制仪器（大）和吉林大学研制仪器（小）现场对比图 所在位置：97-59-71E 34-34-27N 海拔4301m 青海省玛多县野牛沟附近,美国的REF TEK125,青海省玛多县野牛沟 埋仪器前工作照片 所在位置：97-59-71E 34-34-27N 海拔4301m,研究方向（1）与成果,为解决浅层探查问题，浅层高分辨全程瞬变电磁系统研究2001年得到国家自然科学基金科学仪器专项基金资助。为解决危机矿山
13、的强干扰环境下的探测问题，强场源瞬变电磁系统研究得到国家十五重点科技攻关的支持。 在教育部跨世纪人才基金资助甚早期时间域电磁法研究中取得重要成果：跟踪国际前沿，研究甚早期时间域电磁法在工程与环境领域的探测监测技术与仪器,时间域电磁法仪器：,基于浮点放大的 瞬变电磁法接收机,TEM发射机,土屋铜矿0线TEM电阻率断面图,正镶白旗引水工程应用,发现地震勘探所定井位打在含水的薄层上，结果有待于进一步验证,册子岛-老虎山-金塘岛,舟山大陆连岛工程,测线,舟山大陆连岛工程,对一个50欧姆米的半空间， 不同电磁方法的最佳探测范围： 地质雷达（GPR）：1000米,上述方法有探测盲区（Gap），这个盲区又是
14、地下人文活动最频繁的区域。,如何解决 2 - 20 米范围的问题？,探测盲区（Gap）,GPR,TEM/FEM,地表,VETEM系统的实施实例（来自Wright，et al，2000）,VETEM 的优缺点 优点：速度快，可进行大面积扫描。 缺点：庞大笨重；代价昂贵；对地形要求高。,I（发射电流）,T （时间）,I0,T0,常规仪器记录时间范围,T1,T2,TV,T1,TV=5微妙,D,地面,VETEM的探测范围,VETEM,模 糊 区,ATTEM,解决问题： 1 近地表模糊区的探测 2 祢补VETEM和常规电磁法仪器的空白区 3 降低发射机下降沿设计难度,ATTEM系统设计思路 国家自然科学
15、基金科学仪器专项基金项目,ATTEM,（五）性能测试与野外结果,国家十五科技攻关专题:强场源TEM完善与升级 重点解决危机矿山的深部找矿问题 (与中南大学合作),资源探测技术及仪器,安徽铜陵强场源应用研究,如何压制矿山强电磁干扰，是急需解决危机矿山潜力资源探测的难题。本项研究对振兴东北老工业基地有重要意义。,安徽铜陵强场源应用研究,研究方向（1）与成果,完成国土资源跨世纪人才基金资助项目高频电磁法探测技术研究：跟踪国际前沿，研究高频电磁法在工程与环境领域的探测监测技术与仪器，已取得突破性进展。 利用多年研制核旋磁力仪的经验积累，开展了核磁共振找水仪的预研究。 为突破解决电阻率探测需要打电极的不
16、便，开展了不接触电极探测系统的研究。,频率域电磁法仪器：,波数 k,传统传导类频率域电磁法,探地雷达等微波段勘探方法,高频电磁法,金属管,水泥管,塑料管,地面,只考虑传导电流时的异常,两种电流都考虑时的异常,能分辨介电常数异常，探测灵敏度高， 可分辨导电性和介电性目标体。,K=10,K=20,只能分辨导电性异常，探测灵敏度低， 只能分辨导电性目标体。,高频电磁法,低频电磁法,打电极测量,不接触 电极测量,利用天然场和人工场的优点 进行“混场源”电磁成像探测,“混场源”电磁法探测地下水,核磁共振找水原理,PMR信号时序图,NUMISplus,利用NUMISPLUS的工作成果举例,内蒙古牧区缺水草场地下水探测结果，经钻孔验证结果与实际相符。,贫水地层探测结果,富水地层探测结果,切
