超声检测技术论文范文

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前言：由于灌注桩可做成大直径桩，以提高单桩承载力，又可以根据桩身内力状态分段配筋。而且施工时对周围建筑物影响较小，施工噪声也较小，因而使用较广。但灌注桩在工地条件下，现场灌注成桩，施工工艺较为复杂，影响灌注质量的因素较多，极易形成各种缺陷而影响桩身的完整性。据统计，现场灌注桩施工中桩身混凝土出现缺陷的概率约为15%—20%。而对这些缺陷的无损检测技术中，超声检测应用较为广泛，在此作简要分析。

1．混凝土灌注桩常见缺陷

按混凝土的灌注方式而言，灌注桩可分为水下灌注和干孔灌注两类。

1.1 水下灌注桩的常见缺陷

桩身混凝土中的缺陷与施工方法密切相关，不同施工方法出现缺陷的类型以及不同类型的缺陷出现的几率都不一样。水下灌注施工时，可能出现的缺陷有以下几种。

1）断桩(包括全断面夹泥或夹砂)

这类缺陷多半因为导管提升时不慎冒口，新注入的混凝土压在封口砂浆及泥浆上，以及因机械故障而停止灌注过久，提升导管时把已初凝的混凝土拉松，或继续施工时对表面未加清理等原因所致。断桩部位往往不是一个薄层，而是具有相当厚度的一个缺陷段，检测时不难发现。断桩严重影响桩的承载能力，检测时不应漏检或误判。断桩对承载力的影响程度与其出现的位置有关，应按桩的受力状态分析，但断桩均应采取适当措施修理或加固。

2）局部截面夹泥或颈缩

这类缺陷一般是由于混凝土导管插入深度不适当，导致混凝土从导管流出往上顶托时，形成湍流或翻腾，使孔壁剥落或坍塌，形成局部断面夹泥或周边环状夹泥。局部截面夹泥或颈缩将影响桩的承载面积，同时由于钢筋外露而影响耐久性，对这类缺陷检测时应仅可能检出其面积大小，以便核算桩的承载能力。

3）分散性泥团及“蜂窝”状缺陷

其成因与孔壁因混凝土骚动而剥落有关外，还与混凝土离析及导管中被压人的气体无法完全排出有关。这类缺陷将影响混凝土的强度，若分散性泥团或气孔数量不多，影响面积不大，则对混凝土强度的影响有限，可不予处理。

4）集中性气孔

当导管埋人厚度较深，混凝土流动性不足时，间息倒人导管的混凝土会将导管中气体压人混凝土中而无法排出，有时会形成较大的集中性气孔，将影响断面受力面积。

5）桩底沉渣

在灌注前应彻底清孔，若清孔不净，则导致桩底沉渣。对端承桩而言，桩底沉渣过厚会导致桩受力时沉降位移，因此，应进行桩底压浆处理。科技论文。

6）桩头混凝土低强区

在混凝土灌注过程中，封口混凝土或砂浆与水接触，在顶托过程中会混入泥水，因而强度较低，灌注完成后应将其铲除，若未彻底铲除，则形成桩顶低强区。在桥梁桩中，桩顶低强区非但影响承载力，而且当河床变化时很容易被水流冲刷和腐蚀。由于桩顶一般均已露出地面，可用多种方法对混凝土强度进行检测，所以其检测值也可作为全桩混凝土强度超声推算值的校验值。

1.2干孔灌注桩的常见缺陷

干孔灌注时可能出现的常见缺陷有以下几种：

1）混凝土层状离析或断桩

在地下水位较高的地区，常因地下水涌人孔中来不及抽干，浇人的混凝土被水冲刷或浸包，形成层状离析，严重时砂石成层状堆积，水泥浆上浮，形成断桩。科技论文。

2）局部夹泥或“蜂窝”状缺陷

干孔灌注时常因孔壁护筒渗漏，涌人泥水而形成局部夹泥，或灌注时未予捣实，形成“蜂窝”状缺陷。

3）局部严重离析

由于混凝土注入高度超过施工规定，往往形成石子滚到边缘的离析现象，此时，石子集中区易形成“蜂窝”，而砂浆集中区因声速下降而被误判。

4）桩底沉渣

操作工未清孔即浇人混凝土，形成桩底沉渣。

2．灌注桩缺陷无损检测方法

灌注桩的综合质量体现在以下三方面，即承载力、桩的完整性、桩的耐久性，其中承载力因桩体较大用无损方法难以准确测量，而当地下无明显腐蚀性介质而且桩身完整时也未见有因耐久性破坏的报导。所以，完整性是混凝土灌注桩质量的主要指标。科技论文。所谓灌注桩的完整性是指桩身混凝土质量均匀，无全断面断裂及影响断面承载面积或导致钢筋外露的明显缺陷。

混凝土灌注桩的完整性的无损检测方法，目前主要是超声检测法。超声检测法是在桩内预埋若干根平行于桩的纵轴的声测管道，将超声探头通过声测管直接伸人桩身混凝土内部进行逐点、逐段探测，即逐点发射和接收超声脉冲，通过接收信号的声时、波幅、波形等参数，逐点判断混凝土的质量，并分析缺陷向位置、性质和大小。其基本原理是根据超声脉冲穿越被测混凝土时传播时间、传播速度及能量的变化反映缺陷的存在，并估算混凝土的抗压强度和质量均匀性。但由于桩的混凝土灌注条件与上部结构的成型条件完全不同，尤其是水下灌注时差异更大，混凝土的配合比、灌注后的离析程度、声测管的平行度等许多因素，都会严重影响对缺陷的判断和对强度及均匀性的推算，因此，灌注桩的超声检测必须有一套适合其特点的方法和判据，而不能完全延用上部结构检测的现有方法。其基本技术依据是《基桩低应变动力检测规程》(JGJ/T93—95)、《超声法检测混凝土缺陷技术规程》(CECS 21:2000)以及大量研究资料。超声检测法因必须在设计或施工前即列入计划，增加了工程量，但由于它比较直观，可靠，在一些重大工程及大直径灌注桩中得到广泛应用。

3．检测前的准备工作

进行灌注桩完整性超声检测前，除需认真检查检测单位和检测人员的资质、仪器设备的技术状态和预埋声测管外，还应做好下列各项准备：

(一)了解工程概况，认真阅读和分析下列资料：岩土工程勘察资料、基桩设计计算资料及图纸、基桩位置平面图及编号、基桩施工原始记录、混凝土灌注龄期。

(二)确定被检桩的基本原则

当某工程桩量较多，无法逐一检测时，可按一定原则和比例进行抽测，抽测应有代表性，以便确切反映成批桩的质量，受检桩的确定应考虑下列因素：

1）．选择设计方认为重要的桩；

2）．选择施工质量有怀疑的桩；

3）．选择岩土特性复杂，施工难度较大的桩；

4）．选择代表不同施工工艺条件和不同施工单位或班组的桩；

5）．在同类桩随机选取的基础上，宜使被检桩位置均匀分布。

(三)被检桩的抽样数量的基本规定

1）．对于一柱一桩的建筑物或构筑物，全部桩均应进行检测；

2）．非一柱一桩的建筑物或构筑物，应根据上述原则进行抽测，抽取的数量不得少于桩的总数的20％，且不得少于10根。

3）．当抽测不合格的桩数超过抽测数的30%时，应加倍重新抽测。

4）．若加倍抽样复测后仍有抽测数的30%不合格，则该批桩应全数检测。

由于超声检测法需预埋声测管，因此，检测单位应尽早介入，事先提出检测要求，并与设计和施工单位协商确定受检桩数量和桩号。有预埋管的桩数应超过抽样数，以备复检之需，一般有预埋管的桩数可达桩总数的40%左右，某些重要工程则应100％埋管。当需要加倍复测，而又没有足够的埋管桩时，则可用其他检测桩的完整性的方法补足应检桩数量。

4.结语：

保证混凝土灌注桩的综合质量，有助于提高整个建筑工程的质量，但由于灌注桩内部缺陷复杂，有时候用一种方法难以准确检测并给予判定，因此需要相关工程检测技术人员在实际工程中不断摸索总结，同时联合使用多种检测方法，慎重判断。

参考文献

[1]卢杉.无损检测技术及其进展[J].焦作大学学报，2004，1，73～74

[2]焦登文.混凝土无损检测技术应用及发展趋势[J].商品混凝土，2009，2，58～60

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经济高速发展的需求带动道路桥梁的进入了大规模建设期，但是，交通运输业的高速发展与相关基础设施建设相对落后之间的矛盾越来越突出，有相当一部分处于超期服役的状态，人为损坏、老化以及承载力下降等现象十分突出，严重制约与威胁着交通事业的发展与人民群众的生命财产安全。采用高效的检测技术能够让技术人员准确了解道路桥梁的各项性能参数，有利于及时采用相关措施。下文综述了道路桥梁检测的几种技术。

1 超声检测技术

上个世纪50年代，加拿大人切斯曼(Cheesman)与莱斯利(Leslied)以及英国人琼斯(Jons)与加特弗尔德(Gatfield)第一次利用超声脉冲检测技术来进行混凝土的检测，他们共同开创了混凝土超声检测的先河，随后超声检测技术在工程领域得到了广泛地应用。

超声法检测道路桥梁缺陷的基本原理是利用带波形显示功能的超声波检测仪和频率为20-25kHz的声波换能器，测量与分析超声脉冲在道路桥梁中的传播速度(声速)、首波幅度(波幅)、接受信号主频率(主频)等声参数，并根据这些参数及其相对变化，来判定道路桥梁中的缺陷情况。

科学技术的发展使得超声检测仪器从最初笨重的电子管单示波显示型转变为现在的半导体集成化、数字化甚至智能化的轻便仪器。同时，测量参数也更加多元化，从当初的单一声速参数检测发展为现在的声速、波幅以及频率等多参数检测；其检测效果也有了质的飞跃，从最早的定性检测发展为现在的定量检测。

在进行道路桥梁检测时，超声波能够穿透混凝土结构并在其中传播较远的距离，并且使用安全，操作简便。使用超声仪器最为常用的方法就是穿透测法，但是利用该方法进行检测时要求两个相对测试面。因此，这限制了超声检测的应用范围，例如，超声检测技术不适用于隧道中的衬砌、喷射混凝土等结构或者在墙体、路面、跑道、护坡、护坦以及底板等方面。同时需要注意的是，因为是声波穿透检测，其缺陷信号的有效捕捉始终是制约其发展的瓶颈问题。因此，在对于道路桥梁进行检测的过程中，我们通常采用比较多测点测试数据的方式，利用统计概率对数据进行处理，并对缺陷情况进行评估，所以，超声检测技术的直观性非常差，而且为了获得更高的策略精度，通常需要增加多个测点。

2 地质雷达检测技术

地质雷达(又称探地雷达，Ground Penetrating Radar，简称GPR)检测技术是一种高精度、连续无损、经济快速、图像直观的高科技检测技术。它是通过地质雷达向物体内部发射高频电磁波并接收相应的反射波来判断物体内部异常情况。作为目前精度较高的一种物理探测技术，地质雷达检测技术已广泛应用于工程地质、岩土工程、地基工程、道路桥梁、文物考古、混凝土结构探伤等领域。

地质雷达仪器的构成部分主要包括：控制单元、控制中心（通常是笔记本电脑）、发射天线以及接收天线。探地雷达的工作流程为：①检测人员利用笔记本电脑能够对控制单元发出各种指令；②控制单元在接收到指令之后，可以同时向发射天线与接收天线发出触发信号；③在发射天线触发之后，它能够向地面发射高频脉冲电磁波（通常其频率在几十至几千兆赫之间）；④电磁波在向下传播的过程中会遇到不同电性的目标和界面等，或者当被探位置局域介质不均匀体的时候，部分电磁波便可以被反射回地面，并由接收天线进行接收，接收到的信号会以数据的形式被输送到控制单元，并最终传回到笔记本电脑，以图像的方式显示出来。⑤通过对图像进行处理与分析，就可以了解地下介质的具体分布情况，检测目的便也达到了。

3 声发射法检测技术

声发射法的具体原理是，由于材料内部微观构造不均匀或者存在性质不同的缺陷，局部的应力集中会致使应力分布的不稳定；材料的塑性变形、产生裂缝、裂缝扩展、失稳断裂等一系列过程能够有效完成不稳定高能状态向稳定的低能状态的转化；在整个应力松弛释放的过程中，所释放的部分应变能将会以应力波的形式想四周发射，我们称之为声发射。

以道路桥梁中的混凝土结构为例，它在荷载作用下会产生变形。当这种变形超过设计要求，混凝土结构便会出现裂缝，并通过弹性波的形式释放出应变能（例声能、热能或者光能等）。在对其进行测试的时候，我们可以将声发射感应器放置在待检测部位，通过确定不同位置收到声音的时间差，我们可以明确发生源（即裂缝部位）的具置。通过此种措施，我们可以比较详细、准确地了解道路桥梁的内部变化。同时，分析与研究发声位置之后，裂缝的大小、种类、开裂速度、最大荷变应力都可以得到比较详细地认识。

但是其最大的缺点是进行检测非常容易受各种噪声的影响，进而导致检测精度的幅度下降；然而，该检测方式是利用道路桥梁自身的内部缺陷，因而可以实现连续的动态检测。总体来说，声发射检测技术已经应用较少。

4 冲击回波法检测技术

我国南京水利科学研究院在20世纪80年代末研制成功IES冲击反射系统，并在大型模拟试验板及工程实测实践中取得了成功，使冲击回波法在我国进入实用阶段。冲击回波法的测试原理是仪器通过机械冲击器向物体表面发送短周期应力脉冲波，其中压缩波(P波)在物体内传播过程中，当遇到内部缺陷(如裂缝宽度＞0.03mm)时，波便不能穿透而产生反射，遇到表面边界时也会发生反射，一旦波速确定，且选择正确的冲击器，就可通过单面测试准确地测得裂缝等缺陷的位置和深度，当构件不存在缺陷时则可测得其厚度。

冲击回波法通常为单面反射测试，因此它的测试比较方便和快速，测试结果也比较直观。此方法可以实现“测一点判断一点”，因此曾经广泛地应用于测定道路桥梁的沥青混凝土或者混凝土结构的内部缺陷，但是这种方法由于是单点检测，其检测结果往往不全面，因此实际应用也比较少。

5 红外热像检测技术

红外热像检测技术是指运用红外热像仪探测物体各部分辐射出的红外线能量，根据物体表面的温度场分布状况所形成的热像图，直观地显示材料、结构物及其结合上存在的不连续缺陷的检测技术。它是非接触的无损检测技术，即在技术上可作上下、左右对被测物非接触的连续扫测，因此也称红外扫描测试技术。

红外热像检测技术具有以下优点：①在理论上，其探测器焦距为20cm至无穷远，所以特别适合具有非接触和广视域等特点的大面积无损检测；②该探测器只对红外线响应，因此只要道路桥梁高于绝对零度（显然会高于绝对零度），红外线热像监测技术便可以工作，白天和晚上均可；③当前红外热像仪的温度分辨率已经高达0.1℃，因此检测精度有技术保证；④红外热像仪的可测温度范围在-50℃-2000℃之间，具有非常广阔的探测空间；⑤摄像速度在1帧每秒至30帧每秒之间，静态的常规检测和动态的跟踪探测都适用，检测模式的选择更加灵活。

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对于大多数人来说，尤其是女性，超声检测这个名词并不陌生。自这项技术问世以来，它以最小的伤害度，帮助我们直观得了解到我们人体内部的构造及其变化活动，临床医学检测中应用广泛。正由于它无不良反应，所以更加适用于孕期妇女和婴幼儿的疾病监测和排查。在妇幼保健方面，__市妇幼保健医院一直深受广大患者的青睐和信任。每天科室还尚未开门，从四面八方慕名而来的患者就已经排起长队，翘首企盼。像这样的长队，持续时间不是几分钟、几小时，而是每天从早到晚。她的工作量是庞大的，她所面对的检测群体是特殊的，而在这日复一日辛苦的耕耘中，耐心、爱心和责任心却一直与她相伴。我们说凡事难再坚持，她对生命的关爱，正成就了她的坚持，浇灌了祖国多少希望田野上的花朵。

除了那份难得的坚持，她高超的检测技术和那临危不乱的镇定更为难能可贵。在面对情势复杂的疑难杂症，她总能细心发现并分析，化解困难。面对病危的患者，她总能镇定自若并及时快速的得出正确诊断结论。面对要马上手术的病人，她总是能发现潜在危险，提供是否手术准确信息，为手术的成功打下坚实的基础。而这些高贵品质的背后，是她不懈努力的锤炼和诊断技巧不断精进，通过不断地学习交流、临床实践，她对诊断早早孕、早期宫外孕、子宫畸形及子宫、附件实性占位，具有丰富的超声诊断经验；在开展超声介入治疗中，如卵巢囊肿穿刺、宫腔镜监护、聚焦刀介入治疗子宫肌瘤、人工流产超声监护有着一定诊断经验；对小儿幽门肥厚、肠套叠、肠系膜淋巴结病变、阑尾炎、先天性斜颈等，经过二十多年的临床实践，形成独特操作方法，积累了丰富超声诊断资料，形成我院超声专业特长。

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a.缺乏科学合理的设计，工程规划不明确。b.桥梁的施工质量较差且没有达到工程设计的要求。c.道路桥梁在实际运营了一段时间后，出现较严重的病害，很大程度上限制了桥梁的承载能。d.工程在建设时期，桥梁的施工质量以及实际运营情况都比较好，但经过一段时间后，仍不能满足承载需求。e.许多特大桥梁的检测工作仍不到位，而这种桥梁还需要较高的检测技术。

2 道路桥梁检测的准备工作

检测即是要根据桥梁的实际情况对其进行评估，因此，在检测前需要全面细致的了解被检测桥梁的各种情况，根据工作要求事先准备好各类试验和检测器具，并做好相关的安排计划。此外，更重要的内容就是收集资料，收集的资料不仅包括设计资料，还包括施工资料以及相关的养护、维修、加固资料。

3 关于道路桥梁检测的几种方法

3.1 外观检查

对道路桥梁进行外观检查可以分析桥梁病害发生的原因，首先要根据桥型确定检查的要点。桥梁的检查要点主要有：跨中的裂缝和挠度、端部的斜裂缝、构建的质量外观以及主梁连接部位的状况等等。拱桥的检查要点有：墩的位移以及拱圈拱顶裂缝等等。桥梁从总体上可分为上部结构、下部结构、附属结构。在梁式桥中，上部结构主要是指主梁；下部结构包括桩、基础与承台、桥台、桥墩等；附属结构包括栏杆、伸缩缝、桥面铺装等。它们每个部位都有自己的受力特征，病害也存在着一些共性，如发现不是常规病害，还应当对其仔细的研究以找出病因。

3.2 内部缺陷检查

混凝土构件中常见的缺陷有裂缝、蜂窝、空洞、剥落、钢筋侵蚀和环境侵蚀等。有些缺陷仅靠外观检查难以发现，还需要借助其他的方法进行检测。目前，常用的无损检测法主要有雷达检测技术和声波检测法。超声波脉冲速度法可检测焊缝、钢材以及混凝土中存在的空洞、裂缝、夹渣、火灾损伤等。

3.3 材料特性检查

现今新工艺的不断发展和桥梁的多样化，致使越来越多的材料运用到桥梁结构中，然而最基本、最广泛使用的是钢筋与混凝土。导致钢筋锈蚀有诸多因素，如混凝土的渗水性、含水量、密实度、碳化深度、保护不足以及缺损等等；反过来，钢筋锈蚀又可促使混凝土进一步破损。这些可通过简单的外观检查或敲击检查即可检测出钢筋锈蚀程度。本文由(建筑论文)整理提供，转载请注明出处！随着时间的推移，混凝土的强度会随之产生一些变化，一些大的桥梁通常以同期的试块来确定强度。而其他一些没有试块的桥梁多采用回弹法、贯入法、超声波法、取芯试验法、断裂法等去检测。其中，回弹法和超声波法以及综合法为非破损检测法，应用非常广泛。

3.4 结构性能状况检测与评价

当桥梁无法获得详细资料时，需要借助动力或静力试验进行检测，从而正确的反应出桥梁结构受力性能状况。常用的结构性能检测方法主要有静力试验和动力试验。传统的无损检测技术，如自然电位测、超声检测、声发射、红外检测、磁试验及振动试验分析等得到了较大的发展，可对桥梁的外观以及部分结构性能进行检测，虽然可以做出较为合理的分析判断，但还是无法全面的反映出桥梁的整体健康状况，对桥梁结构的安全度，剩余寿命等方面也无法做出系统的评估。这时，需要采用比较现实的损伤检测法——局部细化检测和综合整体损伤定位。

4 国内外路桥检测技术的发展

许多国内外学者在路桥试验检测方面取得了一些进展，如强迫振动试验，它可以分析路桥结构模态参数对结构局部变化的影响；用环境振动法对路桥进行自动检测的可能性研究；在车重、车速、路面及支承对路桥模态参数的影响方面也有了研究成果。此外，还开发了各种基于频率、振动曲率、振型、应变振型等改变量的定位技术和损伤检测方法。

目前，国外已积累了比较先进的道路桥梁检测技术，主要有：a.桥面板测系统。这个检测系统包括地面渗透雷达系统和双带远结外热成像系统。b.桥梁测试与健康检测系统。这个系统包括全桥检测的无线电发送，运用分式全球定位系统对桥梁变形进行测量，运用传感器对桥梁的超载系数进行检测等。c.疲劳裂纹检测系统。该系统包括测量桥梁裂纹磁分析仪系统、热成像仪系统、便携式声发射系统以及电磁声发射传感器等。d.锈蚀探测与评估技术。包括埋入式锈蚀微传感器、磁漏探测技术以及以磁为基础的测量系统等。

5 道路桥梁检测技术的发展趋势与展望

道路桥梁检测技术发展至今已经历了三个阶段。第一阶段是以领域专家的感官及专业经验为基础的经验式检测技术，这种方法只能对检测信息作简单的数据处理。第二阶段是以建模处理和信号处理为基础的，运用动态检测技术和传感器技术的现代检测技术，此种方法在工程中得到了广泛的运用。而第三发展阶段则是智能检测技术手段，它是以知识处理为核心，信号处理、数据处理和知识处理相融合的方法，智能化已成为路桥试验检测的主流。根据目前取得的成果，未来大型路桥的检测技术的发展方向主要体现在以下几个方面：a.现代网络技术与实时的检测系统相结合，实现信息网络共享。b.为了更方便、快捷、准确地采集数据，开发以无线通信技术为手段的数据采集系统以及能适用于风荷载、交通荷载、定点测试荷载的传感器最优布设技术。c.建立自动损伤识别系统，将数据处理、测量系统、识别系统一起组装到路桥检测系统中，能够自动识别检测与反馈，达到控制的目的。d.从设计、施工到运营阶段建立完整可靠的数据库，积累大量的知识和经验，并最终建立专家系统。

6 结语

道路桥梁的检测是一项十分复杂且重要的工作，它要求相关工作人员具备非常丰富的实际现场经验，更需要科学的检测技术和系统的理论基础，同时吸收国外先进的路桥检测技术，才能做好道路桥梁的检测工作，从而保证工程的质量。

参考文献

[1]谢中尧.论公路桥梁的检测及技术应用[J].建材与装饰，2008（4）.

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实践证明，由于具有不破坏混凝土结构构件，操作简单、费用低，不受结构物尺寸和形状限制，可对重要结构部位长期监测等诸多优点，混凝土无损检测技术已经得到越来越广泛的应用，也必将有更大的发展。

1 进一步扩大混凝土质量无损检测内容及使用范围

混凝土检测技术是多学科多领域紧密结合的产物，从20世纪30年代人们就开始研究混凝土无损检测方法。材料学和应用物理学的发展，为无损检测技术提供了理论基础；电子技术与计算机科学的迅速发展，又为无损检测技术提供了现代化的测试手段。

随着人们对建设工程质量的关注，国家颁布了《建设工程质量管理条例》，明确了建设单位，勘察、设计单位，施工单位和监理单位的责任和义务，并提出了主体结构工程、地基基础工程在设计文件规定的合理使用年限内长期保修和对事故责任人终生追究法律责任。住建部也全面贯彻有关标准的强制性条文，进一步完善了建设工程的标准体系和明确了质量管理的技术依据。这些措施的落实，使无损检测技术在建设工程质量管理中的作用和责任日益明显。这是因为工程质量是由一系列工程技术指标来体现的，这些指标的量化值又是通过检测来获取的，如果检测结果不准确则必将对工程质量造成误判。目前施工质量控制和验收还仅仅建立在前期材料试件检测和外观检测的基础上，但结构物的原位质量才是实际的工程质量，而原位质量只能通过无损检测的手段来获取，

另外，随着无损检测技术的迅速发展和日臻成熟，它不但已成为工程事故的检测和分析手段之一，而且正在成为工程质量控制和构筑物使用过程中可靠性监控的一种工具。可以说，在整个施工、验收及使用过程中都有其用武之地。在以往的研究中主要集中在强度检测和缺陷探测两方面，为了满足新的需要还应进一步开拓新的检测内容，例如，混凝土耐久性的预测、已建结构物损伤程度的检测、早期强度检测，高性能混凝土强度及脆性的检测等等。只有不断拓展无损检测的检测内容和使用范围，才能有效保证建筑产品混凝土质量及强度，确保建设工程质量安全。

2 积极拓展混凝土无损检测新途径

无损检测技术经过几十年的发展，已经在混凝土检测方面得到较为一定程度的应用。但是，随着检测内容和使用范围的不断扩大，必将产生出无损检测的新技术、新途径。目前，已有技术主要集中在测强和测缺两方面。

在混凝土强度检测方面：如何提高强度检测的精度仍然是主要的研究方向。

应该看到，在过去的20年中，测强技术进展不大。究其原因，除了混凝土强度的影响因素太多、太复杂之外，还因为过去的研究工作主要集中在超声和回弹等方法上，思路不够开阔。从理论上来说，超声、回弹测强主要是建立在混凝土应力应变与强度的相关关系上的，而与混凝土强度相关的因素很多，在实践中应该扩大探索的范围，以便综合更多参数，确保检测精度。半破损方法的检测结果比较直观可靠，许多工程都采用无损方法作为普遍测量的手段，而用半破损方法作为校核手段，两者的结合无疑可提高检测精度和检测效率，但如何合理结合是需进一步研究的关键问题。

此外，无损测强方法所推定的混凝土强度，与按混凝土立方体强度标准值所计算的强度等级之间的统计关系需要进一步明确，以便使无损检测的评定结果与试件评定结果具有等效性。

在缺陷检测方面：超声测缺技术近年来进展较快。

在测试结果处理技术方面，可以说正在进入一个新的飞跃，即由数理统计方法进入信息处理技术的新阶段。数据处理与信息处理的含义有所不同，前者主要是对大量测试数据分析处理，归纳有关规律，它主要运用数理统计的基本理论；而信息处理则是指信号的变换、分离、滤波、频谱分析、成像、存储、记录等方面的技术。例如CT成像技术、频谱分析技术、神经网络技术等近年都已越来越多地被无损检测研究者运用，在所发表的研究论文中占有相当大的比例，并已运用于工程检测，使检测结果的直观性和可靠性大为提高。此外，一些新的物理方法将会更多用于缺陷探测，例如，雷达技术、红外遥测技术、冲击回波技术等。

在检测仪器方面：我国的非金属超声检测仪已达到国外同类产品的先进水平，有些仪器甚至已处于领先地位，但其他方法的仪器则相对落后，随着其他检测方法的研究和应用，仪器也必将随之发展。

技术规程的编制也是大力推进无损检测技术的重要保障因素。因为它一方面是对该项技术研究成果的总结和提高，另一方面又是对该项技术的促进。目前我国虽然制订了无损检测的部分技术规程，但尚未形成体系，今后应将无损检测规程纳入混凝土及钢筋混凝土检测体系中统一规划逐项落实。

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1 高职物理教学现状分析

（1）生源质量不高。由于社会大众普遍对职业教育的认可度不高，再加上高职的录取分数线在逐年降低，高职招收的学生入学成绩较低，而该院无损检测专业又可文理兼招，因此大部分学生入学前成绩不理想，高中物理和数学知识很薄弱，学生在学习物理课程中存在学习动机不明确，学习兴趣不浓等问题，这给物理课的教学带来了很大的困难。

（2）物理教学内容多、课时少，与专业课教学的衔接不够。该校无损检测专业开设了一年的物理课，物理学作为一门基础课程，按照高等职业教育对基础知识的要求是“必需、够用”，教学内容的“必需、够用”是由专业教学计划的整体知识结构和能力结构来确定的，实际教学中任课教师一般为基础部的物理教师，由于他们对于不同专业对物理知识的要求缺乏了解，从而导致任课教师对“必需、够用”的度把握不准，往往根据课时数和经验来取舍教学内容。现有的高职物理课程体系和教学内容比较陈旧，基础物理的内容比例较大，近现代物理的比例较小，且太注重知识体系的完整性，和其它相关学科的联系及后续专业课程不能有效衔接，不能适应不断变化的专业教学的要求和人才培养的需求。

（3）教材与专业课程不配套。由于该校高等职业教育起步较晚，物理课程一般都沿用理工类专科教材，缺乏与之配套的能反映高职特色和专业要求的教材。

2 物理在无损检测专业学习中的重要意义

无损检测是一门综合性的应用技术科学，该技术以不损害被测对象的使用性能为前提，对各种工程材料、零部件和结构件进行有效地检验和测试，借以评价它们的完整性、连续性、安全可靠性及某些物理性能。无损检测技术所使用的各种无损检测方法的原理几乎涉及到现代物理学各个分支，目前应用最广泛的常规无损检测方法主要是渗透检测、磁粉检测、涡流检测、射线检测、超声波检测。例如渗透检测的基本原理是利用渗透液的湿润作用和毛细现象，使渗透液进入工件表面开口的缺陷，随后被吸收和显像。磁粉检测是利用导磁金属在磁场中被磁化，并通过显示介质来检测缺陷特性的一种方法，铁磁材料的工件若有缺陷就会磁化后产生漏磁，采用磁粉或霍尔元件可以检测出漏磁场的存在，从而判断缺陷位置、大小、形状和性质。涡流检测是建立在电磁感应理论基础上，利用交变磁场作用在不同材料上会产生不同振幅和相位的涡流来检测导电材料的物理性能、缺陷、结构情况的差异。射线检测是利用X射线、γ射线和中子射线易于穿透物体，穿透物体过程中受到吸收和散射而衰减的性质，在感光材料上获得与材料内部结构和缺陷相对应的黑度不同的图像，从而检测出物体内部缺陷的种类、大小、分布状况。超声检测是工业检测中应用最广泛的一种方法，超声波被用于无损检测，如脉冲反射法，其原理是利用高频电脉冲激励压电晶片，发出超声波，通过偶合剂进入工件，在工件中传播如果遇到缺陷发生反射，反射波再由压电晶片转化成电脉冲，放大后由仪器显示出来，根据反射波可以确定缺陷的大小和位置。

近年来随着物理学发展，许多无损检测新方法和新技术也获得了迅速的发展和应用，如声发射、激光全息、微波、红外线等。

由此可见学好物理是学好无损检测专业课的基础，同时学习过程中还能不断培养学生的思维品质，让学生的逻辑性、认知性有较大的提高，这对于学生的积极影响，是要远超课程本身的内容。

3 无损检测专业物理教学的改革探讨

（1）提高认识，建立科学的课程教学体系。由于物理课的教学质量好坏会直接影响后续专业课的教学质量，因此教研室应对《物理学》教学有一个全面的规划、整体设想，在物理课程教学方面真正形成一个多层次（高职三年制文理科、高职五年制构成），多模式（理论教学与实验教学相结合，分级教学与大面积教学相结合，多媒体教学与黑板教学相结合）立体化的物理课程教学体系。

（2）正确定位高职物理课程教学思想。在高职教学中开设物理学，其目的不但要让学生掌握物理学的基础理论、基本规律及一些实际应用，而且还要培养学生的思维能力、用物理学知识解释自然现象、分析问题、解决问题的能力，培养学生的观察能力和实验动手能力，通过物理实验训练培养学生实事求是的科学态度，使学生获得可持续发展的能力。

（3）教学内容的改革。针对物理学时少、内容多、学生高等数学知识不足、基础知识参差不齐等问题，决定在物理教学上实施以模块为主的教学改革。在教学中淡化理论、注重实践，不再保全物理内容的系统性，而强调其应用。该课程欲设计力学、热学、电磁学、光学和原子物理5个模块，分两学期完成。第一学期开设力学和热学等知识；第二学期开设电磁学、几何光学和物理光学、原子物理学等知识。力学包括运动学、动力学、振动和波动等内容，对应无损检测专业的超声检测；热学包括分子的动理论基础、液体的表面张力和毛细现象等知识，物理光学包括光的波粒二象性、光度学等知识，对应无损检测专业的渗透检测；电磁学包括静电场、稳恒磁场、电磁感应等内容，对应无损检测专业的磁粉检测和涡流检测；原子与原子核物理学包括原子和原子核结构理论、射线产生的机理、种类和性质等知识，对应无损检测专业的射线检测。

（4）积极探索教材建设。针对高职学生理论基础较差这一特点，教研室应选择或编写出适合高职检测专业要求的物理教材。具体是要注重教材知识的合理性、基础性，对基本概念、基本理论、基本方法论述要深入浅出，清楚明白；内容编排要由易到难、循序渐进，注重知识的连贯性和衔接性；同时还要根据检测专业的特点，注重物理教材的专业性和实用性；并且还要紧跟科学技术的发展，注重教材的先进性、实践性，增加实验内容的叙述。

（5）优化教学手段、完善教学方法。教学方法采用项目导向方法为主，多种教学方法灵活运用和体验性学习的方法；教学手段采用高水平的多媒体教学影片、电子教案与多媒体课件、互联网的使用、实践教学等。

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【关键词】电站锅炉；安装；监督检验技术

【Keywords】 power plant boiler； installation； supervision and inspection technology

【中图分类号】TK229 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）03-0049-02

1 引言

发电厂的锅炉作为电厂的主体设备，其特性、参数、结构等相较于散装工业锅炉差别巨大，所以安装或者监督检验工作有着较大的特殊性。采用普通的安装或者监督检验不但将很难达到电厂锅炉安装的具体要求。论文主要从电子锅炉安装的角度考虑问题，在契合其检验技术要求的前提下，寻找一套能适应电站锅炉安装和检查的技术性措施，然后在实践检测的前提下形成实效性较好的技术资料。

2 电站锅炉安装以及监督的必要性

当前我国很多电站的锅炉逐步向着大容量和高参数的趋势发展，这就要求锅炉的结构更为复杂。原有已经在运行的锅炉，随着运行时间的延长，部分问题也能逐渐凸显出来。故此针对性地对锅炉进行安装和检验就显得尤为重要，能保有锅炉安装和运行调试的可靠性，从而让锅炉能安全运行。

3 电站锅炉的安装方法及监督检测技术探究

3.1 安装时监督和检验方法

3.1.1 现场检验安装

安装工作开展初期，要求锅炉内的所有验收部件都应符合安装要求。整个安装过程中，要根据《锅炉安装监督检验规则》规定，重点关注安装中的监督与检验环节。定期抽查锅炉内的安装记录，抽查的重点集中在锅筒膨胀指示器质量上，原因是这部分的安装能更好地保障锅炉汽水循环，提升锅炉蒸汽质量[1]。

3.1.2 水压测试

水压测试主要是电站锅炉所有部件都焊接完成以后进行的。开展的水压试验需要符合锅炉的设计要点，更要有着完整和系统化的审批签字。水压测试的时候，应选用洁净的水，不同的材料或者部件，测试用水均要保持恒温。比如，合金钢受到原件的影，测试的时候应选用的水温要高于钢种脆性转变的温度。水压实验时，要求监督试验压力、保压的时间、升降压速度都符合规定，整个过程中工作重点集中在部件表面承压和焊接缝处的检查。检查的主要内容集中在是否出现渗漏、形变和声音异常的情况，然后检查压力消失后锅炉是否存有残余变形。

3.1.3 验收受压零部件

验收受压零部件环节主要是验收现场零部件。锅炉的部件受到拆分运输的影响，多少会受到部分挤压。所以，检验的时候锅炉部件的外观检查也不能被忽略，细致检查外观是否遭到过破坏，法兰等外购件需要详细的质量报告，然后，适当地抽查其中的合金部分，借助于光谱分析的方式了解合金部件是否符合设计要求。验收受压不见得适合，先要重点检查锅炉汽包。该检测内容包含的检查项目分为如下几项：抽离部分无损检测焊缝，检查焊接的缝隙并对母材的外观部位做细致的检查。检查中如果发现部分零部件制造商发货时没有对其进行焊接，或者焊接处分开，如若发现，就要马上通过热处理的方式做加固焊接，从而让焊接质量达到预期标准。

3.2 电站锅炉安装技术措施

3.2.1 焊接工艺及关键点技术

其关键点技术如下：第一，焊接的时候要结合实际工作情况控制好焊接质量，不同的焊接工序要进行不同的控制，对于关键性的工序部分，就要在控制点上做严格监控；第二，施工现场，要有着严格的防雪、防风和防雨措施，若受到异常天气变化影响，焊接表面出现结冰或者潮湿的情况，就立即禁止焊接；第三，确定焊接边缘、坡口处的文件，然后质量检验人员根据焊接情况进行核对，无误后签字确认；第四，焊接的坡口处或者附近的区域，在焊接之前要根据规定清理表面，完成清理以后再进行焊接，避免焊接时情况不当，重新受到污染；第五，控制焊接质量的前提，是要严格安装图样、工艺文件或者标准进行焊接，让焊接检验人员进行细致的检查，以期在确保无误的情况下在此进行焊接；第六，焊接时点固焊是焊接工作的重点，其实也可以被看成是薄弱的环节，焊接的时候为避免气孔、焊接不彻底以及裂纹等焊接缺陷的出现，可选用固焊的方式进行焊接。

3.2.2 预防飞灰磨损

锅炉安全性受到威胁的一项重要因素是飞灰磨损。预防该类磨损，主要是防止严重的磨损表面，这能避免局部的飞灰受到烟气速度加剧出现较为严重的磨损情况。另外，要根据材料中含灰的多少判断烟气流速。防磨措施分为如下几点内容：第一，选择适度的烟气和流速；第二，降低飞灰的浓度；第三，为避免受热带来的飞灰或者烟气的流速加剧，就要适度应用均流原件，清除烟气走廊；第四，放大管子直径，这是合理应用防磨的关键，使用顺列的方式布置管子；第五，选择合适的管架支撑，能让蛇形的受热管道每个节点都均匀受热，并让各个节点间距一致。

3.2.3 电站锅炉监督检验技术

①金相分析技术

金相分析是检验电站锅炉的常用手段之一，主要是使用定量分相学原理，配合计算机使用高精度或者高速度的处理技术来完成电站的锅炉检验，以提升电站锅炉检验的精准程度，这将对锅炉检验有着积极影响。

使用金相分析法需注意以下几方面的内容：第一，结合电站锅炉的实际构造状况，选择合适的取样点；第二，由于所选的样本在大小和形状上面有着很大的不同，所以，检验前期可以使用镶嵌或者夹持的处理方式，要求取样的表面平整，若有需要可适度的磨损样本；第三，取样中可以细致的对划痕表面做细致打磨和抛光，从而保证取样的表面光滑度好；第四，使用显微镜进行观察的时候，要求对取样的表面做适度的金相腐蚀处理。

②无损检验技术

电站锅炉检验中使用无损检验技术十分必要，检验的时候可以适度的使用声、点、磁这类物理性质来完成锅炉检验。相较于其他的检验技术，无损检验的主要优势是能全面控制锅炉的使用全过程，通常无损检验技术主要是运用射线检验、超声检验和磁粉检验这三类检验方式。

第一，射线检测。射线检测主要是检验射线使用时对不同的材料或者结构产生的不同衰减，借用不同的方式完成有关射线的捕捉，经由研究做细致的分析，实现检测。第二，超声检测。超声监控主要是不同的材料交界处受到传播影响，所承受的反射波或者折射波受到材料结构的影响出现不同的变化，这样就能根据变化进行检测。使用的时候，多运用发射探头给电站锅炉发出超声波，锅炉的炉壁或者其他部件会将超声反射回来，两种超声的对比能加快声波的速度和强度，从而确定电站锅炉的检测状况，经由数据的整理和分析，得出结果。

4 结语

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表面等离子体激元（SPP）具有近场增强、局域受限、短波长等比较独特的特性。在SPPs的表面局域特性方面，SPPs在垂直于金属表面电场方向的强度呈指数衰减，利用表面局域特性构造表面结构可以降低光学控制的维度，形成二维微纳光学应用。在SPPs的近场增强特性上，金属的介电常数、金属薄膜厚度、表面粗糙程度等决定了场增强的程度。尤其是人们在研究光与纳米材料相互作用时，研究金属微纳结构中局域表面等离子体的共振是一种重要方法，引起了人们的广泛关注。这些特性已在光学、化学传感和检测领域均获得了广泛应用。

1 表面等离子体激元的研究历程

1902年，Wood在实验中用连续光谱的偏振光照射金属光栅时观测到反常的衍射现象并公开进行了描述。1941年Fano根据表面电磁波在金属和空气界面上的激发对由入射波照射到金属光栅上引起的异常反射现象进行了解释。1957 年，Ritchie发现电子穿过金属薄片时存在“能量降低的”等离子体模式，第一次提出了 “金属等离子体”的概念，这种“金属等离子体”可用于描述金属内部电子密度纵向波动。从此，表面等离子体激元成为了一门表面科学，在相关领域得到越来越多的关注。随后，Powell 等人用实验证实了Ritchie 的理论，而Stem等人也研究了“表面等离子共振”的条件。1968年，Kretschmann和 Otto各自利用衰减全反射（ATR）的方法证实存在光激发表面等离子共振现象。1982 年，Nylander 和 Liedberg 在气体检测和生物传感领域中应用了SPR 原理。此后，SPR 传感技术迅速发展，基于表面等离子体激元的 SPR 传感结构设计元器件也不断呈现，各种SPP器件在化学-生物传感等领域得到了广泛应用。

1944 年Bethe曾研究了完美导体薄膜中圆孔（半径为 r）的光透射行为，得出亚波长小孔 的归一化透射效率应该很小。但是1998年，Ebbesen在实验上发现金属膜上的周期性小孔结构归一化的透射率大于1，即出现了远场透过增强效应，这被称为“Ebbesen 效应”。Ebbesen 指出，当金属膜上具备亚波长二维周期孔结构时，可以实现可见光与红外光的不正常透射，这种奇异现象（Ebbesen 效应）当时用衍射理论无法解释清楚，引起了众多研究者的关注，从此关于金属微纳结构的表面等离子体效应成为等离子体研究领域中的一个重要组成部分。在Ebbesen的论文中指出，在某一特定波长处的透射光能量是入射到圆孔上的光的能量的2倍，这种异常透过现象与入射光与二维圆孔阵列的表面等离子体激元的相互耦合存在着一定的关系。

目前普遍的观点认为，二维圆孔阵列的入射光透过增强现象是由表面等离子共振所导致的，光照射到金属薄膜的表面，激发金属表面SPP，一面的SPP沿着孔径隧穿到另一表面的 SPP 中耦合，最后经过金属-介质界面发生散射，形成远场增强透过现象。

单个孔径的透射增强效率非常有限。如果在孔径周围引入类似牛眼结构、金属狭缝-沟槽结构等周期性的沟槽结构，通过这些周期性的沟槽结构将入射光波有效耦合到SPP中，则光透射增强现象就十分显著。相对于金属孔径结构，金属颗粒结构表现出了局域的表面等离子体共振特性。当金属颗粒结构发生共振时，该结构可以有效地将入射光波集中到金属表面非常小的区域，实现较大局域场增强，同时增大了结构的散射截面，从而将局域场信息散射到远场。这是实现表面增强拉曼散射的一种有效途径。

2000年，Pendry提出银膜微结构可以实现亚波长成像。2002年，Lezec等提出了牛眼光栅结构，这种结构可以出现光束聚焦现象，并引发了新的关于这种现象机理及应用的研究。2008年，中科院半导体研究所的花磊等人研究了中红外下半导体掺杂调制成的表面等离子体透射增强效应，理论上研究了n型重掺GaAs薄膜上具备亚波长周期性沟槽结构时的红外波段的异常透射现象，这种红外波段的异常增强效应对红外波段的滤波器、发射器和探测器都具有巨大的应用价值。

2 SPP效应的应用现状

2.1 SPP效应当前在相关领域所取得的进展

1997年，有人研究了金属表面形貌缺陷对SPP散射作用的影响，提出纳米尺度的直线或曲线形状表面实现对SPP的反射和聚焦。2005年，日本东京大学某研究小组实验演示了这种情景，采用350nm直径的凸起作为纳米点缺陷，还有人采用直径为200nm的小孔作为纳米点缺陷，均实现了亚波长聚焦。他们在实验中将这些纳米点缺陷排成曲率半径为5tan的圆弧，得到了直径比激发光波长还小的聚焦光斑，即“亚波长聚焦”。

在亚波长结构中，由于SPP会引起电场强度的增强而产生非线性现象，利用这种非线性现象可以制作出纳米量级的光学开关，发展近场非线性光学。这种光学开关的原理是基于表面等离子体效应的一种新型光开关。当外部条件改变时，影响开关结构中SPP的激发或传输特性，以达到开关的作用。目前报道的SPP光开关类型主要有电光开关、热光开关及全光开关等。这些光开关可实现衍射极限尺度内的光控制功能，并能实现光子器件在纳米尺度上的集成。

在陈俊学的博士论文中提出了各种复杂结构中的模式耦合、非线性光学特性及SPP在一些基本结构中的色散关系，明确了在一维和二维周期性结构阵列中，波导模式在 SPP 辅助增强透射过程中所起的作用；研究了三阶非线性光学效应对于 SPP 激发和耦合的影响，并设计了基于共振元件的开关结构，通过改变入射光的偏振有效地实现了开关状态的调控。

还有，通过锥形波导方法可实现SPP聚焦。激发的SPP沿着锥形波导传播的过程中，由于锥形波导边界呈梯度变化，反射光与传播的SPP在再次传播的过程中形成干涉，电磁场越来越集中，最后在波导尖端形成的场增强十分显著。可见，这种锥形波导结构是可以实现电磁波的聚焦的，它能将电磁能量聚焦到更小范围，真正实现超衍射极限的纳米聚焦。

另外，在新型气体传感器应用方面，在传统 SAW 气体传感器基础之上，结合激光超声检测技术，用激光在覆有吸附性薄膜的金属表面激发出声表面波，利用反射式光束偏转法在薄膜处探测金属表面的声表面波情况，从而检测被测气体的浓度。这是一种新型气体监测方法。这种新型气体传感器采用了光学的方法来探测声脉冲，属于非接触式检测传感器。

2.2 SPP效应的应用局限

目前虽然SPR 技术已经成功的应用到生物的各个领域，但是从第一个 SPR 传感器诞生到现在仅20 多年，还是一种正处于发展初期的新技术，其方法还有很多不完善之处。基于SPP效应的表面等离子体共振技术还有待扩大其应用范围，最好还要简化操作，提高SPR 方法检测的灵敏度，这就是人们进行SPP效应研究的目的之一。

例如在实际应用中，将纳米粒子技术用于生物体系，极大的提高了SPR传感器的灵敏度。一般用金纳米粒子提高灵敏度有两种方法，将金纳米颗粒吸附在SPR传感器表面，改变SPR信号特征，从而提高灵敏度。另一种是将金纳米粒子与抗原耦合在一起，从而提高SPR 传感器的灵敏度。其他还有夹心法、脂质体、乳胶粒子增强法等也可以提高 SPR技术灵敏度。

3 SPP效应的应用前景

随着纳米材料及其制备科学的成熟，纳米器件的发展即将推动纳米电子和光电子器件等集成电路的发展。基于一维纳米材料的气体传感器也将在气体检测领域大有作为。例如目前采用金属氧化物半导体制作电子鼻传感器，而研发出基于纳米材料的新型气体传感器，必然会促使电子鼻传感器技术的发展。

光子晶体的研究也是光子学的一个热点问题，这类器件主要是由一些半导体材料或者绝缘材料制成，该波长级器件可以控制光与物质的作用。金属也可以用来制作光子带隙结构，其表面上的周期性结构可改变SPP性质：当周期性结构可以控制在SPW波长的一半时，SPP的散射将会产生SPP禁带，这种禁带的产生与金属的周期型结构有关，可以用来发展新型传感设备。

参考文献：

[1]花磊，宋国锋，郭宝山等，中红外下半导体掺杂调制的表面等离子体透射增强效应[J].物理学报，2008，57（11）.

[2]陈俊学.金属微纳结构中模式耦合特性及其调控机理研究[G].中国科学技术大学，博士学位论文，2011.