時間：2022-09-29 02:46:10
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[論文摘要]介紹當前壓力容器制造和使用過程中所采用的無損檢測技術，包括射線、超聲、磁粉、滲透等常規技術和聲發射、磁記憶等新技術，并論述他們的工作原理、優缺點和應用范圍。
一、引言
隨著現代工業的發展，對產品質量和結構安全性，使用可靠性提出越來越高的要求，由于無損檢測技術具有不破壞試件，檢測靈敏度高等優點，所以其應用日益廣泛。目前對壓力容器的檢測方法有多種，本文主要介紹無損檢測的常用技術如射線、超聲、磁粉和滲透及新技術如聲發射、磁記憶等。
二、無損檢測方法
現代無損檢測的定義是：在不損壞試件的前提下，以物理或化學方法為手段，借助先進的技術和設備器材，對試件的內部及表面的結構，性質，狀態進行檢查和測試的方法。
（一）射線檢測
射線檢測技術一般用于檢測焊縫和鑄件中存在的氣孔、密集氣孔、夾渣和未融合、未焊透等缺陷。另外，對于人體不能進入的壓力容器以及不能采用超聲檢測的多層包扎壓力容器和球形壓力容器多采用Ir或Se等同位素進行γ射線照相。但射線檢測不適用于鍛件、管材、棒材的檢測。
射線檢測方法可獲得缺陷的直觀圖像，對長度、寬度尺寸的定量也比較準確，檢測結果有直觀紀錄，可以長期保存。但該方法對體積型缺陷（氣孔、夾渣）檢出率高，對體積型缺陷（如裂紋未熔合類），如果照相角度不適當，容易漏檢。另外該方法不適宜較厚的工件，且檢測成本高、速度慢，同時對人體有害，需做特殊防護。
（二）超聲波檢測
超聲檢測（UltrasonicTesting，UT）是利用超聲波在介質中傳播時產生衰減，遇到界面產生反射的性質來檢測缺陷的無損檢測方法。
超聲檢測既可用于檢測焊縫內部埋藏缺陷和焊縫內表面裂紋，還用于壓力容器鍛件和高壓螺栓可能出現裂紋的檢測。
該方法具有靈敏度高、指向性好、穿透力強、檢測速度快成本低等優點，且超聲波探傷儀體積小、重量輕，便于攜帶和操作，對人體沒有危害。但該方法無法檢測表面和近表面的延伸方向平行于表面的缺陷，此外，該方法對缺陷的定性、定量表征不準確。
（三）磁粉檢測
磁粉檢測（MagneticTesting，MT）是基于缺陷處漏磁場與磁粉相互作用而顯示鐵磁性材料表面和近表面缺陷的無損檢測方法。
在以鐵磁性材料為主的壓力容器原材料驗收、制造安裝過程質量控制與產品質量驗收以及使用中的定期檢驗與缺陷維修監測等及格階段，磁粉檢測技術用于檢測鐵磁性材料表面及近表面裂紋、折疊、夾層、夾渣等方面均得到廣泛的應用。
磁粉檢測的優點在于檢測成本低、速度快，檢測靈敏度高。缺點在于只適用于鐵磁性材料，工件的形狀和尺寸有時對探傷有影響。
（四）滲透檢測
滲透檢測（PenetrantTest，PT）是基于毛細管現象揭示非多孔性固體材料表面開口缺陷，其方法是將液體滲透液滲入工件表面開口缺陷中，用去除劑清除多余滲透液后，用顯像劑表示出缺陷。
滲透檢測可有效用于除疏松多孔性材料外的任何種類的材料，如鋼鐵材料、有色金屬材料、陶瓷材料和塑料等材料的表面開口缺陷。隨著滲透檢測方法在壓力容器檢測中的廣泛應用，必須合理選擇滲透劑及檢測工藝、標準試塊及受檢壓力容器實際缺陷試塊，使用可行的滲透檢測方法標準等來提高滲透檢測的可靠性。
該方法操作簡單成本低，缺陷顯示直觀，檢測靈敏度高，可檢測的材料和缺陷范圍廣，對形狀復雜的部件一次操作就可大致做到全面檢測。但只能檢測出材料的表面開口缺陷且不適用于多孔性材料的檢驗，對工件和環境有污染。滲透檢測方法在檢測表面微細裂紋時往往比射線檢測靈敏度高，還可用于磁粉檢測無法應用到的部位。
（五）聲發射檢測
聲發射（AcousticEmission,AE）是指材料或結構受外力或內力作用產生變形或斷裂，以彈性波形式釋放出應變能的現象。而彈性波可以反映出材料的一些性質。聲發射檢測就是通過探測受力時材料內部發出的應力波判斷容器內部結構損傷程度的一種新的無損檢測方法。
壓力容器在高溫高壓下由于材料疲勞、腐蝕等產生裂紋。在裂紋形成、擴展直至開裂過程中會發射出能量大小不同的聲發射信號，根據聲發射信號的大小可判斷是否有裂紋產生、及裂紋的擴展程度。
聲發射與X射線、超聲波等常規檢測方法的主要區別在于它是一種動態無損檢測方法。聲發射信號是在外部條件作用下產生的，對缺陷的變化極為敏感，可以檢測到微米數量級的顯微裂紋產生、擴展的有關信息，檢測靈敏度很高。此外，因為絕大多數材料都具有聲發射特征，所以聲發射檢測不受材料限制，可以長期連續地監視缺陷的安全性和超限報警。
（六）磁記憶檢測
磁記憶(Metalmagneticmemory,MMM)檢測方法就是通過測量構件磁化狀態來推斷其應力集中區的一種無損檢測方法，其本質為漏磁檢測方法。
壓力容器在運行過程中受介質、壓力和溫度等因素的影響，易在應力集中較嚴重的部位產生應力腐蝕開裂、疲勞開裂和誘發裂紋，在高溫設備上還容易產生蠕變損傷。磁記憶檢測方法用于發現壓力容器存在的高應力集中部位，它采用磁記憶檢測儀對壓力容器焊縫進行快速掃查，從而發現焊縫上存在的應力峰值部位，然后對這些部位進行表面磁粉檢測、內部超聲檢測、硬度測試或金相組織分析，以發現可能存在的表面裂紋、內部裂紋或材料微觀損傷。
磁記憶檢測方法不要求對被檢測對象表面做專門的準備，不要求專門的磁化裝置，具有較高的靈敏度。金屬磁記憶方法能夠區分出彈性變形區和塑性變形區，能夠確定金屬層滑動面位置和產生疲勞裂紋的區域，能顯示出裂紋在金屬組織中的走向，確定裂紋是否繼續發展。是繼聲發射后第二次利用結構自身發射信息進行檢測的方法，除早期發現已發展的缺陷外，還能提供被檢測對象實際應力---變形狀況的信息，并找出應力集中區形成的原因。但此方法目前不能單獨作為缺陷定性的無損檢測方法，在實際應用中，必須輔助以其他的無損檢測方法。
三、展望
作為一種綜合性應用技術，無損檢測技術經歷了從無損探傷(NDI)，到無損檢測(NDT)，再到無損評價(NDE)，并且向自動無損評價(ANDE)和定量無損評價(QNDE)發展。相信在不員的將來，新生的納米材料、微機電器件等行業的無損檢測技術將會得到迅速發展。
參考文獻：
[1]魏鋒，壽比南等.壓力容器檢驗及無損檢測：化學工業出版社，2003.
[2]王自明.無損檢測綜合知識：機械工業出版社，2005.
[3]沈功田，張萬嶺等.壓力容器無損檢測技術綜述：無損檢測，2004.
[4]林俊明，林春景等.基于磁記憶效應的一種無損檢測新技術：無損檢測，2000.
【關鍵詞】道路橋梁；橋梁檢測技術；綜述
經濟高速發展的需求帶動道路橋梁的進入了大規模建設期，但是，交通運輸業的高速發展與相關基礎設施建設相對落后之間的矛盾越來越突出，有相當一部分處于超期服役的狀態，人為損壞、老化以及承載力下降等現象十分突出，嚴重制約與威脅著交通事業的發展與人民群眾的生命財產安全。采用高效的檢測技術能夠讓技術人員準確了解道路橋梁的各項性能參數，有利于及時采用相關措施。下文綜述了道路橋梁檢測的幾種技術。
1 超聲檢測技術
上個世紀50年代，加拿大人切斯曼(Cheesman)與萊斯利(Leslied)以及英國人瓊斯(Jons)與加特弗爾德(Gatfield)第一次利用超聲脈沖檢測技術來進行混凝土的檢測，他們共同開創了混凝土超聲檢測的先河，隨后超聲檢測技術在工程領域得到了廣泛地應用。
超聲法檢測道路橋梁缺陷的基本原理是利用帶波形顯示功能的超聲波檢測儀和頻率為20-25kHz的聲波換能器，測量與分析超聲脈沖在道路橋梁中的傳播速度(聲速)、首波幅度(波幅)、接受信號主頻率(主頻)等聲參數，并根據這些參數及其相對變化，來判定道路橋梁中的缺陷情況。
科學技術的發展使得超聲檢測儀器從最初笨重的電子管單示波顯示型轉變為現在的半導體集成化、數字化甚至智能化的輕便儀器。同時，測量參數也更加多元化，從當初的單一聲速參數檢測發展為現在的聲速、波幅以及頻率等多參數檢測；其檢測效果也有了質的飛躍，從最早的定性檢測發展為現在的定量檢測。
在進行道路橋梁檢測時，超聲波能夠穿透混凝土結構并在其中傳播較遠的距離，并且使用安全，操作簡便。使用超聲儀器最為常用的方法就是穿透測法，但是利用該方法進行檢測時要求兩個相對測試面。因此，這限制了超聲檢測的應用范圍，例如，超聲檢測技術不適用于隧道中的襯砌、噴射混凝土等結構或者在墻體、路面、跑道、護坡、護坦以及底板等方面。同時需要注意的是，因為是聲波穿透檢測，其缺陷信號的有效捕捉始終是制約其發展的瓶頸問題。因此，在對于道路橋梁進行檢測的過程中，我們通常采用比較多測點測試數據的方式，利用統計概率對數據進行處理，并對缺陷情況進行評估，所以，超聲檢測技術的直觀性非常差，而且為了獲得更高的策略精度，通常需要增加多個測點。
2 地質雷達檢測技術
地質雷達(又稱探地雷達，Ground Penetrating Radar，簡稱GPR)檢測技術是一種高精度、連續無損、經濟快速、圖像直觀的高科技檢測技術。它是通過地質雷達向物體內部發射高頻電磁波并接收相應的反射波來判斷物體內部異常情況。作為目前精度較高的一種物理探測技術，地質雷達檢測技術已廣泛應用于工程地質、巖土工程、地基工程、道路橋梁、文物考古、混凝土結構探傷等領域。
地質雷達儀器的構成部分主要包括：控制單元、控制中心（通常是筆記本電腦）、發射天線以及接收天線。探地雷達的工作流程為：①檢測人員利用筆記本電腦能夠對控制單元發出各種指令；②控制單元在接收到指令之后，可以同時向發射天線與接收天線發出觸發信號；③在發射天線觸發之后，它能夠向地面發射高頻脈沖電磁波（通常其頻率在幾十至幾千兆赫之間）；④電磁波在向下傳播的過程中會遇到不同電性的目標和界面等，或者當被探位置局域介質不均勻體的時候，部分電磁波便可以被反射回地面，并由接收天線進行接收，接收到的信號會以數據的形式被輸送到控制單元，并最終傳回到筆記本電腦，以圖像的方式顯示出來。⑤通過對圖像進行處理與分析，就可以了解地下介質的具體分布情況，檢測目的便也達到了。
3 聲發射法檢測技術
聲發射法的具體原理是，由于材料內部微觀構造不均勻或者存在性質不同的缺陷，局部的應力集中會致使應力分布的不穩定；材料的塑性變形、產生裂縫、裂縫擴展、失穩斷裂等一系列過程能夠有效完成不穩定高能狀態向穩定的低能狀態的轉化；在整個應力松弛釋放的過程中，所釋放的部分應變能將會以應力波的形式想四周發射，我們稱之為聲發射。
以道路橋梁中的混凝土結構為例，它在荷載作用下會產生變形。當這種變形超過設計要求，混凝土結構便會出現裂縫，并通過彈性波的形式釋放出應變能（例聲能、熱能或者光能等）。在對其進行測試的時候，我們可以將聲發射感應器放置在待檢測部位，通過確定不同位置收到聲音的時間差，我們可以明確發生源（即裂縫部位）的具置。通過此種措施，我們可以比較詳細、準確地了解道路橋梁的內部變化。同時，分析與研究發聲位置之后，裂縫的大小、種類、開裂速度、最大荷變應力都可以得到比較詳細地認識。
但是其最大的缺點是進行檢測非常容易受各種噪聲的影響，進而導致檢測精度的幅度下降；然而，該檢測方式是利用道路橋梁自身的內部缺陷，因而可以實現連續的動態檢測。總體來說，聲發射檢測技術已經應用較少。
4 沖擊回波法檢測技術
我國南京水利科學研究院在20世紀80年代末研制成功IES沖擊反射系統，并在大型模擬試驗板及工程實測實踐中取得了成功，使沖擊回波法在我國進入實用階段。沖擊回波法的測試原理是儀器通過機械沖擊器向物體表面發送短周期應力脈沖波，其中壓縮波(P波)在物體內傳播過程中，當遇到內部缺陷(如裂縫寬度＞0.03mm)時，波便不能穿透而產生反射，遇到表面邊界時也會發生反射，一旦波速確定，且選擇正確的沖擊器，就可通過單面測試準確地測得裂縫等缺陷的位置和深度，當構件不存在缺陷時則可測得其厚度。
沖擊回波法通常為單面反射測試，因此它的測試比較方便和快速，測試結果也比較直觀。此方法可以實現“測一點判斷一點”，因此曾經廣泛地應用于測定道路橋梁的瀝青混凝土或者混凝土結構的內部缺陷，但是這種方法由于是單點檢測，其檢測結果往往不全面，因此實際應用也比較少。
5 紅外熱像檢測技術
紅外熱像檢測技術是指運用紅外熱像儀探測物體各部分輻射出的紅外線能量，根據物體表面的溫度場分布狀況所形成的熱像圖，直觀地顯示材料、結構物及其結合上存在的不連續缺陷的檢測技術。它是非接觸的無損檢測技術，即在技術上可作上下、左右對被測物非接觸的連續掃測，因此也稱紅外掃描測試技術。
紅外熱像檢測技術具有以下優點：①在理論上，其探測器焦距為20cm至無窮遠，所以特別適合具有非接觸和廣視域等特點的大面積無損檢測；②該探測器只對紅外線響應，因此只要道路橋梁高于絕對零度（顯然會高于絕對零度），紅外線熱像監測技術便可以工作，白天和晚上均可；③當前紅外熱像儀的溫度分辨率已經高達0.1℃，因此檢測精度有技術保證；④紅外熱像儀的可測溫度范圍在-50℃-2000℃之間，具有非常廣闊的探測空間；⑤攝像速度在1幀每秒至30幀每秒之間，靜態的常規檢測和動態的跟蹤探測都適用，檢測模式的選擇更加靈活。
參考文獻：
【關鍵詞】聲波透射法；基樁；完整性檢測
1 引言
在現行的檢測技術中，無損檢測被越來越多的人接受，成為了一種新的檢測方式，特別是在各種大型工程、地下工程中得到廣泛應用。在橋梁基樁樁身完整性檢測中，聲波透射法充分發揮了其準確性高，可定量分析出樁身缺陷的大小和確切部位的優點，具有較高的實用價值。
2 聲波透射法測試原理及方法
內部的結構特性與外部環境條件等很多因素會制約混凝土的物理力學性質，混凝土的應力應變關系反應于它的聲波傳播特性。根據彈塑性介質中的波動理論，其應力波波速為：
其中E為介質的動態彈性模量；ρ為密度；μ為泊松比。混凝土的彈性模量和介質的強度之間存在一定的相關性。超聲檢測的理論依據是混凝土介質的物理力學指標（強度、密度、動彈模等）與超聲波的各種傳播參數（波幅、聲時值、衰減系數和聲速等）之間的相關關系。當混凝土介質的構成材料以及均勻度、施工條件等所有內、外因素大多數一致時，超聲波在其中的傳播參數也會是一致的；超聲波在傳播中遇到存在缺陷的混凝土介質時，超聲波會產生異變，聲時、聲速、聲幅、頻譜等各項參數都會產生變化，檢測樁基完整性可通過高精密聲波發射-接收儀器及傳感器來記錄與描述。
3 聲波透射法測試方法
3.1 主要儀器設備
超聲檢測儀器設備主要采用：中國科學院武漢巖土研究所RSM-SY5智能聲波檢測儀1臺及CH-1型聲波跨孔測試換能器3只。
3.2 檢測方法
首先向所有被檢測的混凝土灌注樁預埋聲測管內注滿清水，用鋼卷尺準確測量出樁頂各個聲測管之間的凈距離。緩緩將聲波跨孔測試換能器分別置于預埋管中的兩個聲測孔的底部，讓其高度保持一致，記錄好深度，每隔25cm布置一個測點，基樁聲波透射法現場檢測示意圖參見圖1。為保證檢測的準確性，確保各測點發射與接收換能器累計相對高差不大于2cm，并且隨時校正其高度，如果發現測試結果異常，則必須對數據不合理部位重新檢測。缺陷的位置和范圍通過對測、斜測、交叉測及扇形掃測等各種測試方法確定。以每兩聲測管為一個測試剖面，對同一基樁所有剖面分別進行檢測。
圖1 樁基聲波透射法現場檢測示意圖
3.3 數據處理及判定
可以用以下三種情況來判定樁身混凝土異常的臨界值：
（1） 聲速判據
在混凝土中超聲波的傳播速度（波速）Vp依據實測聲時值tp、測距L計算得出：
其中：
t0為聲時值初讀數，t/為聲時值修正值。
式中D為測管外徑，d為測管內徑，d/為換能器外徑，Vt為檢測管壁厚度方向聲速，Vw為水的聲速。
μp（μt）、σv（σt）分別為波速平均值和波速標準差。
如果實測混凝土聲速值低于聲速臨界值，則應將其作為可疑缺陷區。
（2） 波幅判據
用波幅平均值減6dB作為波幅臨界值，當實測波幅低于波幅臨界值時，應將其作為可疑缺陷區。
式中 AD―波幅臨界值（dB）；
Am―波幅平均值（dB）；
Ai―第i個測點相對波幅值（dB）；
n―測點數。
（3） PSD判據
采用斜率法作為輔助異常判據，當PSD值在某測點附近變化明顯時，應將其作為可疑缺陷區。
式中：tci---第i個測點的聲時；
tci-1---第i-1個測點的聲時；
Zi---第i個測點的深度；
Zi-1---第i-1個測點的深度；
如果發現混凝土聲速和波幅值出現異常并判為可疑缺陷區，必須用水平加密、等差同步或扇形掃測等方法進行更細致的測量，結合波形分析確定樁身混凝土缺陷的位置及其嚴重程度。
4 結語
隨著現代鐵路、公路的繁榮發展，很多重點工程都要求對樁基進行超聲波無損檢測。聲波透射法優點眾多，具有很廣闊的市場前景。本文淺析聲波透射法的基本原理和檢測方法，旨在給該領域提供簡單參考，還有很多缺陷和不足，有待進一步去完善。
參考文獻
[1] 中華人民共和國行業標準.建筑基樁檢測技術規范（JGJ 106 C 2003），北京：中國建筑科學研究院，2003
[2] 羅騏先.樁基工程檢測手冊，北京：人民交通出版社，2003
【關鍵詞】超聲檢測；高職教育；教學研究
超聲波檢測是應用最廣泛的無損檢測方法之一。超聲波檢測是利用進入被檢材料的超聲波對材料表面或內部缺陷進行檢測。利用超聲波進行材料厚度的測量也是常規超聲波檢測的一個重要方面。此外，作為超聲波檢測技術的特殊應用，超聲波還可用于材料內部組織和特性的表征以及應力的測量。它的意義的一般指超聲波與工件作用，就反射、透射和衍射的波進行研究，對工件進行宏觀缺陷檢測、幾何特性測量、組織結構和力學性能變化的檢測和表征，并進而對其特定應用進行評價的技術。從上世紀30年明以來，由于超聲檢測具有安全高效，體積小，便攜等特點，越來越被廣泛應用于，工業，醫療等各行各業。
在高職學校開設超聲檢測的課程對于培養應用型操作人員有很大的優勢，對于超聲檢測這種操作技能要求較高的行業，工作人員的培養應以實踐操作為主，高職教育正好能滿足這一要求。因此制定一個合理的課程規劃來達到理想的目的是非常必要的。下面就超聲檢測這門課程在高職院校的開展進行討論。
1、課程建設的指導思想和總體目標
在日常教學的制定中要遵循高職教育教學的規律與特點，始終堅持以“學生為主體，教師為主導”的原則，堅持以工學結合的方式開展教學，注重素質教育，注重技能教育，重視學生創新能力的培養和個性發展。讓學生能學會處理各種特殊的工藝要求。通過課程建設，對傳統的教學內容和方法進行改革，把超聲檢測新技術、新工藝、新標準恰當地引入課堂教學，使課程做到知識性與應用性的統一，使課程結構體系和教學內容得到進一步的優化。利用現代教育技術平臺改革相應的教學方法和手段。
課程建設的目標是落實課程建設的措施，更加明確課程目標即培養能夠進行超聲檢測操作的人員，遴選課程內容對理論性太強的部分加以弱化，優化課程結構，專注與實踐教學，讓學生多通過現場操作來學習了解這一行業。改進教學方法、豐富教學手段，加強教師隊伍的建設，加強課程研究，開展技術推廣、咨詢和服務，建立課程資源庫，改善實訓條件，規范課程考核評價方式，進一步提高課程效果，加強課程管理，以保證群體教學水平穩步提高，使課程建設處于良性發展。
2、課程目標
根據學校辦學定位和學生實際，明確本課程職業崗位指向和職業能力要求；高職學校的生源包括高中生，中職生，及以3+2方式培養的學生。明確了學生的實際情況就能明確課程知識目標、技能目標、態度目標，更加重視本課程在職業能力培養中所處的重要地位、作用和價值；主要目標應在加強學生學習能力、應用能力、協作能力和創新能力的培養。建設措施：（1）開展專業教育，讓學生明確職業崗位指向和職業能力要求，讓學生清楚地認識到專業課程在職業能力培養中所處的地位、作用和價值，激發學生學習興趣。（2）課程知識模塊應該有：超聲檢測物理基礎、檢測器材與設備、檢測方法、檢測工藝、超聲檢測應用、檢測標準、課程設計、技能訓練部分；技能目標是培養學生動手操作的能力，為行業培養初、中級無損檢測技能型人才。學生學完本課程后，要求學生掌握超聲檢測相關理論知識，能獨立完成超聲檢測工作。能與他人團結協作，具有一定的創新能力。畢業前取得鍋爐壓力容器無損檢測人員UTⅠ、UTⅡ級資格證書（中專Ⅰ級、高職Ⅱ級）。畢業生經過一段時間的工作實踐，向中、高級人員過渡。（3）教師在教案中交代每個知識模塊學生應達到的知識目標、技能目標、態度目標，并在授課過程中明確告訴學生；教師應注重學生學習能力、應用能力、協作能力和創新能力的培養。
3、課程內容和課程結構
圍繞為行業培養初、中級無損檢測技能型人才的要求，遴選教學內容，適時吸納新知識、新技術、新工藝、新標準，培養了學生良好的職業道德、嚴謹認真的工作作風、實事求是的科學態度，強化學生安全意識；形成模塊化課程結構；實踐性教學內容達到50%以上。建設措施：（1）按照無損檢測人員資格證考試規則和企業、行業對無損檢測人員的要求，安排教學內容。（2）要求教師加強學習，不斷更新知識，適時吸納新知識、新技術、新工藝、新標準，定期到企業作市場調研和掛職鍛煉。（3）按照職業崗位和職業能力培養的要求，整合教學內容，構建以職業崗位作業流程為導向的教學模塊，按崗位作業流程分小模塊進行教學，形成模塊化課程結構。（4）不拘束于某一個具體工件，而以多種規格、多種材質的工件作為研究對象，增加學生實訓機會和實訓內容，安排學生進企業實習，使實踐性教學內容達到50%以上。（5）聯系本地相關企業，利用企業的設備和技術人員對學生進行實踐學習。讓學生了解企業實際的工作生產情況，可能遇到的各種問題。（6）在與企業聯系過程中，可以把優秀的學生推薦給企業，以此來與企業互利互惠，形成良好的合作關系。
4、課程教學方法與手段
課程教學方法堅持“教、學、做合一”的原則，采用現場教學、項目教學、討論式教學、探究式教學等教學方法；高度重視實訓、實習等實踐性教學環節，以真實或仿真的任務為實習實訓項目，將實習實訓與項目結合起來，強調學生將所學知識和技能在實踐中應用，積極引導學生自主學習；充分運用現代教育技術進行教學，充分利用網頁資源，將課程教材、教師教案、教學大綱、檢測標準、習題、實驗實習指導、參考文獻目錄、授課錄像、網絡課件、在線測試等相關資料在網上公布，實現優質教學資源共享，方便學生在網絡中自主學習。（1）制定教學過程規范，包括授課計劃規范、理論備課規范、課堂教學規范、作業輔導規范、考試考核規范、教書育人規范，把提高群體教學質量落實到教學過程的每一個環節中。落實備課規范，提高課程授課計劃質量。教師備課必須要鉆研大綱，研究教材，掌握教學目的、要求和重點，研究和掌握教學方法。授課計劃要體現教學目的、教學方法、教學思想。（2）建立優秀教案檔案，促進群體教案水平提高。每學期每位教師提交一份優秀教案，課程組通過評定、交流后存檔，逐步提高整體教案水平。（3）抓住課堂教學這個中心環節，爭取最佳教學效果。課堂講授必須執行課堂授課規范，做到內容熟練、概念準確、重點突出、結構合理、條例清楚、語言精煉、板書工整且布局合理，要充分調動學生積極性，啟發學生思維，培養學生能力，要注意理論聯系實際，加強教學的科學性和思想性。（4）建立學校老師與企業技術人員的技術交流來提高教學內容的質量，引入最新的理念，讓學生一切從實踐出發，真正做到精通。（5）以多種規格、多種材質的工件作為研究對象，以真實或仿真的任務為實習實訓項目，將實習實訓與項目結合起來，增加學生實訓機會和實訓內容。安排學生進企業實習，使實踐性教學內容達到50%以上。強調學生在實踐中應用中消化所學知識和技能，積極引導學生自主學習。（6）建立一體化專業教室，充分運用現代教育技術進行現場教學；引入相關的檢測儀，配備完善的各種標準試塊和對比試塊，使教學內容豐滿具體。
5、課程資源建設
課程資源建設要求擁有學校教師與現場專家一起開發的校本教材、實驗實訓指導書、教師教學指導書和學生學習指導書等，建成集紙質與電子、靜態與動態的圖書和網絡資源于一體的立體化教學資源庫。教學資源庫包括課程標準、教學內容、實驗實習實訓、教學指導和學生學習效果評價方案等要素；校內實驗實訓室的設施設備技術含量高，有能完全滿足課程教學需要的實驗實訓設施設備；建立真實或仿真的職業環境，有便于學生自主學習的實驗實訓室管理制度，管理規范；建立校外實踐教學基地，與相關企業建立合作機制，校外實踐基地成為課堂教學的有效延伸。
6、課程考核及措施
課程考核要求建立體現職業能力為核心的課程考核標準，建立分模塊的課程考核評價方式，每個課程模塊既考核學生所學的知識，也考核學生掌握的技能及學習態度，采用形成性評價與終結性評價相結合的考核方式。筆試、口試、操作、論文相結合，開卷、閉卷相結合，第一課堂考核與第二課堂考核相結合，校內老師評價與企業、社會評價相結合，學生自評、互評相結合的評價方式，各種評價有明確的比例分配。
具體的建設措施：（1）每學期至少要進行一次期中和期末考試。考試要嚴格要求，同一教學計劃的班級，期末考試要統一命題，統一評分，統一閱卷。考試方式為：閉卷，記分方法為：平時成績占30%（10%的作業，10%的課堂表現，10%的課堂測驗），期中考試占20%，期末考試占50%，其中10%的課堂表現分數由老師評價、學生自評、互評三項各占1/3產生，加重平時學習權重，注重對學生學習過程的檢查和對知識的掌握程度的考核；第一課堂考核成績占70%，第二課堂考核成績占30%；同時期末考試除理論考試外還有實踐操作考試，根據無損檢測人員資格證考試的要求，理論和實踐考試都必須達到70分才認定及格。（2）建立超聲檢測試題庫，條件成熟可以實行教考分離。（3）參加校級以上技能競賽取得名次的給予加分。
7、課程效果
建設目標：學生學完本門課程后能掌握85%以上的知識點，完全掌握核心知識點；100%掌握課程中包涵的技能，在真實或仿真的環境中能完成檢測工作；能理解本門課程在專業中的地位、作用和價值；學習目的明確，學習興趣明顯提高；理解本門課程所要求的職業素質，具有團隊精神、協作精神，能夠與人合作完成工作項目；學生在教師的指導下，能進行探究式、創新性學習。 建設措施：建立科學合理的教育教學質量評價體系，為學生提供優質教育服務；加強學生思想道德和職業道德教育；加強學風建設，努力提高教育教學質量；建立科學的學生學習評價體系。
8、結論
隨著我國初會的不斷進步，工業水平，制造能力的穩步提高，特別是我們國家制造行業在國際地位的不斷提升，對制造業人才的需求與日俱增，尤其是工作一線的初、中級的優秀操作人才更是供不應求，超聲檢測技術在制造的生產中有著不可替代的作用，超聲檢測人員的市場需求不斷增加，對人才的要求也在不斷變化，于此相比，中、高職學校培養的的專業畢業生卻非常少，現從事無損檢測的人員大都是從其它崗位等轉崗而來，因此，他們沒有學習系統的無損檢測課程，加之專業的特點和學生知識結構的原因，在校學生對本專業課程知識和內容非常的貧乏和陌生。傳統的教學是“講授+板書”方式，學生大都對課程不感興趣，即使現在引進多媒體教學方式，學生也只能抽象的思考學，對實踐中的情況一無所知。也就達不到理想的教學效果。最終的后果是，大部分的學生畢業進入崗位后連最常見的工作設備、零件不認識，最基本的工作步驟不會操作，達不到企業最起碼的工作要求，因此，培養出適合企業需要的一線的優秀的無損檢測專業操作人才就是當前這個專業的重點，通過課程規劃的制定和實施，能夠培養出合格的，生產企業要求的一線技術人員。
參考文獻：
[1]劉福順，湯明. 無損檢測基礎. 北京航空航天大學出版社 2002.
[2]應崇福.超聲學. 北京科學出版社，1990.
混凝土無損檢測（NDT：Nondestruetive Testing）是指在不破壞混凝土內部結構和使用性能的情況下，利用聲、光、熱、電、磁和射線等方法，直接在構件或結構上測定混凝土某些適當的物理量，并通過這些物理量推定混凝土強度、均勻性、連續性、耐久性和存在的缺陷等的檢測方法。
實踐證明，由于具有不破壞混凝土結構構件，操作簡單、費用低，不受結構物尺寸和形狀限制，可對重要結構部位長期監測等諸多優點，混凝土無損檢測技術已經得到越來越廣泛的應用，也必將有更大的發展。
1 進一步擴大混凝土質量無損檢測內容及使用范圍
混凝土檢測技術是多學科多領域緊密結合的產物，從20世紀30年代人們就開始研究混凝土無損檢測方法。材料學和應用物理學的發展，為無損檢測技術提供了理論基礎；電子技術與計算機科學的迅速發展，又為無損檢測技術提供了現代化的測試手段。
隨著人們對建設工程質量的關注，國家頒布了《建設工程質量管理條例》，明確了建設單位，勘察、設計單位，施工單位和監理單位的責任和義務，并提出了主體結構工程、地基基礎工程在設計文件規定的合理使用年限內長期保修和對事故責任人終生追究法律責任。住建部也全面貫徹有關標準的強制性條文，進一步完善了建設工程的標準體系和明確了質量管理的技術依據。這些措施的落實，使無損檢測技術在建設工程質量管理中的作用和責任日益明顯。這是因為工程質量是由一系列工程技術指標來體現的，這些指標的量化值又是通過檢測來獲取的，如果檢測結果不準確則必將對工程質量造成誤判。目前施工質量控制和驗收還僅僅建立在前期材料試件檢測和外觀檢測的基礎上，但結構物的原位質量才是實際的工程質量，而原位質量只能通過無損檢測的手段來獲取，
另外，隨著無損檢測技術的迅速發展和日臻成熟，它不但已成為工程事故的檢測和分析手段之一，而且正在成為工程質量控制和構筑物使用過程中可靠性監控的一種工具。可以說，在整個施工、驗收及使用過程中都有其用武之地。在以往的研究中主要集中在強度檢測和缺陷探測兩方面，為了滿足新的需要還應進一步開拓新的檢測內容，例如，混凝土耐久性的預測、已建結構物損傷程度的檢測、早期強度檢測，高性能混凝土強度及脆性的檢測等等。只有不斷拓展無損檢測的檢測內容和使用范圍，才能有效保證建筑產品混凝土質量及強度，確保建設工程質量安全。
2 積極拓展混凝土無損檢測新途徑
無損檢測技術經過幾十年的發展，已經在混凝土檢測方面得到較為一定程度的應用。但是，隨著檢測內容和使用范圍的不斷擴大，必將產生出無損檢測的新技術、新途徑。目前，已有技術主要集中在測強和測缺兩方面。
在混凝土強度檢測方面：如何提高強度檢測的精度仍然是主要的研究方向。
應該看到，在過去的20年中，測強技術進展不大。究其原因，除了混凝土強度的影響因素太多、太復雜之外，還因為過去的研究工作主要集中在超聲和回彈等方法上，思路不夠開闊。從理論上來說，超聲、回彈測強主要是建立在混凝土應力應變與強度的相關關系上的，而與混凝土強度相關的因素很多，在實踐中應該擴大探索的范圍，以便綜合更多參數，確保檢測精度。半破損方法的檢測結果比較直觀可靠，許多工程都采用無損方法作為普遍測量的手段，而用半破損方法作為校核手段，兩者的結合無疑可提高檢測精度和檢測效率，但如何合理結合是需進一步研究的關鍵問題。
此外，無損測強方法所推定的混凝土強度，與按混凝土立方體強度標準值所計算的強度等級之間的統計關系需要進一步明確，以便使無損檢測的評定結果與試件評定結果具有等效性。
在缺陷檢測方面：超聲測缺技術近年來進展較快。
在測試結果處理技術方面，可以說正在進入一個新的飛躍，即由數理統計方法進入信息處理技術的新階段。數據處理與信息處理的含義有所不同，前者主要是對大量測試數據分析處理，歸納有關規律，它主要運用數理統計的基本理論；而信息處理則是指信號的變換、分離、濾波、頻譜分析、成像、存儲、記錄等方面的技術。例如CT成像技術、頻譜分析技術、神經網絡技術等近年都已越來越多地被無損檢測研究者運用，在所發表的研究論文中占有相當大的比例，并已運用于工程檢測，使檢測結果的直觀性和可靠性大為提高。此外，一些新的物理方法將會更多用于缺陷探測，例如，雷達技術、紅外遙測技術、沖擊回波技術等。
在檢測儀器方面：我國的非金屬超聲檢測儀已達到國外同類產品的先進水平，有些儀器甚至已處于領先地位，但其他方法的儀器則相對落后，隨著其他檢測方法的研究和應用，儀器也必將隨之發展。
技術規程的編制也是大力推進無損檢測技術的重要保障因素。因為它一方面是對該項技術研究成果的總結和提高，另一方面又是對該項技術的促進。目前我國雖然制訂了無損檢測的部分技術規程，但尚未形成體系，今后應將無損檢測規程納入混凝土及鋼筋混凝土檢測體系中統一規劃逐項落實。
3 大力加強無損檢測技術隊伍建設
論文關鍵詞：鉭鈮鈹加工材,超聲波探傷,著色滲透探傷,超聲波測厚,滲漏試驗
1.前言
鉭鈮鈹及其合金材料現已被廣泛應用在航空、航天、醫療、石油、化工等行業。隨著應用領域的不斷擴大，對產品的檢測要求越來越高，要穩固占領市場，就要有質量穩定的產品，同時要為用戶提供各種無損檢測報告。國內外用戶已明確提出對訂購的鉭、鈮、鈹加工材進行無損檢測。其中超聲波探傷是無損檢測的一種重要方法，其次還有著色滲透探傷法，超聲波測厚法，耐壓水壓檢測法等。無損檢測是始終與材料質量、安全聯系在一起的一門極其重要的應用技術，對其質量控制和安全使用起著舉足輕重的作用。我分廠鉭鈮鈹及其合金管、棒、板材品種多、規格雜，采用各種無損檢測方法可以檢測材料內部或外部的缺陷，為提高信譽度、穩定生產工藝、控制中間轉料、出廠產品質量提供依據。
2各種無損檢測方法原理及應用
2.1超聲波探傷原理及應用
探傷儀按缺陷顯示方式分類分為：A型、B型、C型、三種顯示，我廠采用的均為A型，A型顯示是一種波形顯示，探傷儀熒光屏的橫坐標代表聲波的傳播時間（或距離），縱坐標代表反射波的幅度。由反射波的位置可以確定缺陷位置，由反射波的幅度可以估算缺陷大小。原理如圖1：
超聲波檢測儀工作原理：同步電路產生周期性的同步脈沖信號。一方面它觸發發射電路（或經觸發延遲在時間上做適當延遲后觸發發射電路）產生一個持續時間極端的電脈沖加到探頭內的壓電換能器上，激勵品片產生脈沖超聲波。另一方面，同步脈沖經過掃描延遲，在時間上適當延遲后控制掃描發生器產生線性較好的鋸齒波，經過軸放大器放大后加到示波管Y軸偏轉板上，使光點從左到右隨時間做線性地移動。超聲波透過偶合劑射入試件。在試件內部傳播的超聲波遇到界面或缺陷時即產生反射，這種超聲回波已停止激振的原探頭接收，轉變成電脈沖輸入高頻放大器。經檢波電路再由祝頻放大器進一步放大后加到示波管的Y軸偏轉板上，這是光點不僅在水平線上按時間作線性移動而且還要受Y軸偏轉板上電壓的影響做垂直運動，從而在掃描線上就出現波形。根據反射回波在掃描線上的位置可確定試件中界面或缺陷與換能器間的距離，熒光屏上顯示的波高一般與換能器接收到的超聲波聲壓成正比，故可據以評定反射回波的聲壓大小。
1－時基電路2－掃描延遲3－掃描發生器4－X軸放大5－接收電路6－高頻放大及衰減器7－檢測電路8－視頻放大器9－同步電路10－發射電路11－示波管12－示波管熒光屏13－換能器14－試件
圖1超聲波檢測儀工作原理圖
在我們廠超聲波探傷法應用幾乎涉及了鉭、鈮、鈹及其合金的管、棒、板材，貫穿了整個工藝流程，超聲波探傷可以檢測出料中的氣孔、夾渣、裂紋及組織的不連續。我們廠從原料鑄錠的領取到成品發貨均需要超聲波檢測。鉭鈮鑄錠在電弧熔煉過程中會產生封頂縮尾缺陷，如果鋸切不干凈，那么在以后壓力加工中將越裂越大，導致整節鑄錠的報廢，超聲波可發現封頂縮尾缺陷，可以及時切除。鉭、鈮及其合金棒材在加工過程中，由于前期很多是鍛造的，會出現裂，用超聲波探傷可以檢測出來，并且可以分析裂的產生原因及狀態，根據實際情況，判斷物料是切除還是改做它用。鉭、鈮及其合金管材也是我們的主要產品，它們主要應用于化工防腐行業，對超聲波探傷這方面要求也比較嚴格，我們用超聲波自動水浸探傷可以大批量的對管材進行內壁和外壁的掃查，可以迅速檢測出內壁和外壁的凹坑、夾渣、溝槽、裂紋等等缺陷，并自動剔除。海藍公司是我們鈹銅的最大客戶，曾經因為產品的內部缺陷而退貨，現在我們在超聲波檢驗鈹銅管棒的技術已經比較成熟，海藍、7103廠、西安煤院等客戶對我們的超聲波技術也比較認可。
2.2著色滲透探傷法原理及應用
著色滲透探傷法是在測試材料表面使用一種液態染料，涂上該有色液體染料后，并使其在體表保留至預設時限，然后再涂上顯影劑，在正常光照下觀察即能辨認的有色液體。可廣泛應用于檢測大部分的非吸收性物料的表面開口缺陷，無需額外設備，便于現場使用。
著色滲透探傷法的優點是靈敏度較高，檢測成本低，使用設備與材料簡單，操作輕便簡易，顯示結果直觀并可進一步作直觀驗證，其結果也容易判斷和解釋，檢測效率較高。缺點是受試件表面狀態影響很大并只能適用于檢查表面開口型缺陷，如果缺陷中填塞有較多雜質時，不容易檢出。
目前我們的鉭、鈮、鈹及其合金的φ14.4以下的小規格拉制棒材在修料中是工人用肉眼判斷表面是否有缺陷，這種目視檢測法效率很低并且失誤率很高，如果料表面的缺陷沒有被發現，沒有及時修理干凈，那么遺留到后序的繼續加工中，缺陷將越來越多，越來越大，如果投入到拉絲工序中，拉出的絲將會斷掉，這不僅是人力物力的浪費，成材率也很難上去。目前我們滲透檢測應用于鉭鈮鈹φ14.4以下的拉制棒材，檢驗各種裂紋、麻坑、粘料等開口型缺陷，這就大大減少了工人的勞動強度，并且可以很快很準確的檢測出缺陷，及時修理，效率很高。
2.3超聲波測厚原理
測量超聲波在工件上下底面之間往返一次傳播的時間來求得工件的厚度。
數字超聲測厚儀內部有計算電路，可以計算出來時間，再換算成工件厚度顯示出來。如圖2
圖2超聲波測厚原理示意圖
我們的壁厚儀范圍在0.102mm~254.00mm之間,精度達±0.025mm。目前我們應用它來檢測各種規格材質的管材壁厚，如在調軋過程中，需要時時監控管材的壁厚，原來是調一段，切下來有尺子量，這樣效率低浪費材料準確度還差，用超聲波測厚效率很高而且可以整根測量。管材和板材的中間部位或是很厚的材料，壁厚尺根本量不到，用壁厚儀就很輕松的量到任何一個需要控制的點。
2.4滲漏試驗的原理及應用
滲漏試驗是專門檢驗液體或氣體從承壓容器中漏出或從外面滲入真空容器中的無損檢測技術。滲漏試驗分為不用示蹤氣體的壓力系統和利用示蹤氣體檢測器的壓力系統。我們所選的是不用示蹤氣體的壓力系統的氣密性試驗。
下面介紹我們所用的三種壓力系統檢測法：水壓測試、氣壓檢測和氦質譜檢漏法。
2.4.1水壓測試的原理及應用
如圖，盛放在密閉容器內的液體，其外加壓強p0發生變化時，只要液體仍保持其原來的靜止狀態不變，液體中任一點的壓強均將發生同樣大小的變化。即帕斯卡定律（在密閉容器內，施加于靜止液體上的壓強將以等值同時傳到各點p=p0+ρgh），利用水為工作介質靜壓力傳遞進行工作如圖3。該方法主要是檢驗料的強度。
圖3帕斯卡定律P1/S1=P2/S2
我們所檢測直徑φ4－φ60、長度≤6米鉭、鈮及其合金管，鈹青銅管材，水壓額定試驗壓力2.0Mpa,工作試驗壓力10Mpa。我們用泵把壓力加到8Mpa-10Mpa時，保持10S，當發現管材表面有滲水或管材破裂扭曲時，說明它的強度達不到標準，將判該管材不合格。
2.4.2氣壓檢測原理及應用
氣壓檢測是來自空壓機產生的高壓氣源，經控制系統測控后，經高壓軟管輸送給試樣，當漏孔的兩側存在壓差時，氣體就通過漏孔從高壓側向低壓側流動，如果在低壓側施加適當液體后，漏孔處將會吹起一個個氣泡，從而可以發現漏孔的存在。類似于自行車補車胎。
我們所檢測直徑φ4－φ60、長度≤6米鉭、鈮及其合金管，鈹青銅管材的氣壓額定試驗壓力1Mpa,工作試驗壓力0.7Mpa。該方法主要是檢驗料的氣密性，它簡單可靠、使用方便、能定出漏孔的位置，成本低。
需要強調的是：水壓試驗千萬不能用氣壓試驗代替！！！水壓試驗為強度試驗，氣壓試驗為密封試驗。一般氣體容器先強度試驗而后氣密試驗。若反之，一旦容器強度失誤，它的爆炸威力“一個壓力”在一平方厘米的面積上的壓力是1公斤。也是現在說的一個大氣壓。
2.4.3氦質譜檢漏法原理及應用
該方法是通過質譜室是用來檢測氦的分壓強。當質譜室內的總壓強(真空度)低于10Mpa時，電離室中由鎢絲制成的燈絲啟動，加熱后產生高速電子轟擊離子源中的氣體分子，使分子電離。大部分的氣體分子都能變成離子，離子在電場中被(加速電壓)加速，從而進入與其垂直的偏轉磁場，不同質量數的離子其偏轉半徑不同。加速電壓使得氦離子可以打到放大器的入口(電子倍增器)，從而檢測出氦離子流的強度，氦離子流與容器內的氦分壓成正比，因此對氦離子的測量可以確定被檢件的漏率。氮質譜檢漏儀是用氦氣為示漏氣體的專門用于檢漏的儀器，它具有性能穩定、靈敏度高的特點。是真空檢漏技術中靈敏度最高，用得最普遍的檢漏儀器。其靈敏可達10～10Pa.m／s。如圖4。由于氦氣的分子直徑很小，本身是惰性氣體，很安全，用它可以檢測出很小的漏點，該方法在我廠常用于φ10---φ60mm鉭、鈮及其合金管材的漏點。
圖4質譜室工作原理圖
3展望
近幾年NDT技術無論是在聲學、電學還是磁學方面都有很大的進步，NDT技術有廣泛的應用，應用NDT可以用較少的勞力和開支對鉭鈮鈹加工材的質量進行動態或靜態，長期或短期的測量和監控，目前我們廠在加工材方面的無損檢測技術起步較晚比較薄弱，主要表現在人員素質還不是很高，數量偏少，設備陳舊落后，資金欠缺，技術不成熟，還未形成規模化系統化檢測流水線。隨著科技的不斷發展，客戶對NDT技術提出了更高更嚴的要求，由于我們的技術達不到，很多客戶因此流失，在產值和聲譽方面受到了很大的損失。因此我要努力向同行學習，多做實驗多看資料，提高我們的技術水平和人員素質，我們的NDT技術現在仍有很多問題極具挑戰性，鼓勵我們要投入更大的熱情和人力物力來促進它的發展。
參考文獻
1 中國機械工程學會無損檢測學會編.超聲波檢測.第2版.北京:機械工業出版社,2000
2 超聲波探傷》編寫組編著.超聲波探傷.北京:電力工業出版社,1980
3 郭成彬等。認識數字超聲探傷儀.無損檢測,2004,26(3):149-154
4 國防科技工業無損檢測人員資格鑒定與認證培訓教材.超聲檢測,機械工業出版社,2008
關鍵詞:曲面工件；超聲自動檢測；碰撞干涉
1碰撞干涉檢測
碰撞干涉檢測問題是確定不同的物體在空間是否占有相同區域的問題。該問題可描述如下:“給定N 個物體s1 ， s2 ，… ， sn ，它們在空間中的位置是由定義在時間域[t 0 ， t 1 ] 上的函數f 1 ，f 2 ，… ， f n 來確定的，判定在這個時間域內相同時刻是否存在任何一對物體占有公共空間”。該問題的描述說明了這樣的意義，物體占有的空間決定于時間，由此又引出靜態干涉和動態干涉檢測的定義。
靜態干涉檢測: 物體在空間中的位置是可移動的，但不隨時間變化，位置的變化是由其它參數定義的，判別是否有任何一對物體占有公共空間。空間布局和裝配干涉檢測等即屬于此類問題。
動態干涉檢測: 動態干涉檢測與時間相關，即碰撞檢測。物體在空間中的位置是隨時間變化的，它可分為二種情況: ( 1) 運動空間中只有一個物體是運動的。例如一個機器人在車間里運動，機器人是運動的，車間里的其它障礙物是靜止的；( 2) 一對物體都必須是運動的，例如車間里兩個運動的機器人。無論是靜態干涉檢測還是動態干涉檢測，目的都是要求避免物體間的碰撞。
2碰撞干涉檢測技術
2.1二維平面碰撞檢測
Tetsuya，Toshiaki和Mario等人提出了一種稱為空間占有的方法，即物體在目標空間移動，當試圖占有相同的球體時來檢測它們的碰撞。這種算法基于這樣一條原理沒有任何物體和其它物體占有同一個球體，也不需要特殊的計算來檢測碰撞。并且，在它們的方法中，每個物體連同它們所占有的球體在三維空間中都被賦予一個名字，因而其它物體知道它們和哪個物體發生碰撞。
chin和wang研究了兩個多邊形的相交和最小距離問題。利用可視邊鏈和凸的頂點相對于其內部點的單調性，提出了判別凸一邊形和一個簡單非凸m-邊形的相交問題的最優算法，并且研究了當兩個多邊形相交時一個多邊形是否被另一個多邊形完全包含的問題，其時間復雜度都為o(m+n)。
汪嘉業利用單調折線研究了在一個多邊形的凸包和另一個多邊形不相交的條件下，確定兩個多邊形是否碰撞，并在碰撞時確定全部碰撞部位的問題，提出了時間復雜度為o(m+n)的最優算法，并且其算法還可推廣到確定包含有圓弧邊的多邊形之間的最初碰撞部位。
李輝利用最大最小坐標的頂點子集的方法研究了一個凸多邊形沿一給定方向移動時是否與另一凸多邊形發生碰撞，并且利用斜支撐線的方法來研究一個凸多邊形相對于另一個凸多邊形的可移動區域問題，提出了時間復雜度為o(log(n+m))和o(m+n)的算法，在常數意義下，它們都是最優的。
2.2三維空間碰撞檢測
三維空間碰撞檢側干涉有兩大類靜態干涉和動態碰撞檢測。動態碰撞檢測就是沿特定軌跡移動的物體的干涉檢測。動態碰撞檢測算法又可分為兩大類①判斷移動的物體之間是否發生碰撞亦即可碰撞問題②檢測到碰撞的存在并采取措施進行規避，也就是碰撞規避問題。根據所用實體表示模型的不同，靜態干涉檢測算法大致可分成兩類。一類算法主要基于B-rep模型，提高算法效率的關鍵是如何減少被測元素的數量。在這方面Ganter利用空間分割技術作出了新的嘗試。另一類算法是以層次模型為基礎的，如八叉樹干涉檢驗算法和層次Sphere檢驗算法等。由于層次模型中相鄰兩層節點的檢測過程之間缺乏直接聯系，即一個層次上的干涉檢驗結果并沒有反映出下一個層次節點的狀態信息，因此無法對檢驗過程進行優化，以減少不必要的運算。
動態碰撞檢測先后利用到兩類技術。第一類技術是基于給定軌跡反復利用靜態干涉檢測被稱為“單步檢測”的方法，即當物體移動過程中將軌跡劃分為很多時間步，在每一個時間步都進行靜態干涉檢測，來判定運動的物體之間是否發生碰撞。Maruyama介紹了多面體之間的靜態干涉檢測的第一種一般方法，提出了一種遞歸空間分割算法和一種一般的面對面相交算法然而，提出了第一種可用的單步檢測系統，。計算幾何領域對許多其它相交測試技術進行了規范化和分類。其中有許多技術是二維相交技術的延伸和擴展。第二類技術是基于產生稱之為“掃描實體”的物體。這些物體代表了物體在給定軌跡上移動過程中所占有的體積空間。如果環境中的物體在它們各自的軌跡上行進時會發生碰撞，那么它們各自的掃描體將會發生靜態干涉。因而，掃描體可用簡單的靜態干涉檢查來對動態碰撞進行測試，這些掃描體的產生是運動學和實體模型的結合。由于實體模型具有多種表示方式，因此，多種形式的掃描體被提出。
雖然掃描體可用于許多有趣的工程問題，但在現在的計算機圖形硬件條件下，單步檢測方法更適合于實時計算機圖形顯示。并且掃描體方法也沒有單步檢測方法所具有的決定碰撞時間的靈活性。而且用掃描體來進行碰撞檢測需要利用一個獨立的步驟來產生掃描實體。和發展了單步檢測方法，提出了一種空間分割技術的方法，這種空間分割技術將包含物體的空間劃分為一個個子空間，將所有的測試限制在兩個物體的重疊局部區域來進行。并且在重登區域內的所有的子空間都按照它們的最小、最大值來排序。然而在空間分割技術中，子空間的個數將影響到檢側結果的正確性和算法的效率。
Hahn采用層次包圍盒技術來加速多面體場景的碰撞檢測。Moore則提出了兩個有效的碰撞檢測算法，其一是用來處理三角剖分過的物體表面。由于任一表面均可表示成一系列三角面片，因而該碰撞檢測算法具有普遍性該算法的缺點是當景物為一復雜的雕塑曲面時，三角剖分可能產生大量的三角片，這會大大影響算法的效率。而另一算法則用來處理多面體環境的碰撞檢測。Moore和Wilhelems根據Cyrus-Beck裁剪算法提出了一種凸多面體碰撞檢測算法，即通過檢測多面體頂點是否相互包含來判定它們是否發生碰撞。對于具有n個凸多面體、每個多面體有m個頂點的問題，此算法的時間復雜度為o(n2m2)；對于凹多面體則分解為多個凸多面體來處理Ganter和Isarankura提出了一種空間分割的方法，即將給定物體所占有的空間劃分成一系列子空間，將碰撞測試限定在兩物體的重疊子空間中進行，并且在重疊子空間里的元素都按最大、最小來排序，從而進一步減少了測試時間。Alonso，Serrano和Flaquer采用定義碰撞影響矩陣及體元的數據結構等一些優化策略來加快碰撞檢測，它們的算法分四步來檢測兩個物體的干涉①檢測碰撞影響矩陣②計算每對容器之間的干涉③計算體元之間的干涉④計算面與面之間的干涉。算法的基本思想是每一步都比它的下一步快，因而，假如在某一步發現兩個物體不會碰撞，就不必進行下面的測試，從而可節省計算時間。
3碰撞干涉在超聲自動檢測中的應用
和數控加工、產品裝配一樣，超聲自動檢測過程中可能存在碰撞干涉，如探頭和工件的碰撞、工件夾具和探頭的碰撞等。在實際檢測過程中如果發生了碰撞，不僅可能造成工件的報廢、探頭和設備的損壞，嚴重時還可能威脅到操作者的人身安全。因此有必要在實際檢測之前對掃描路徑進行校驗，找出發生碰撞干涉的運動點位，重新進行路徑規劃，避免碰撞帶來的損失。
超聲檢測的曲面工件一般具有復雜的外形，碰撞干涉檢測時運算量很大，同時對檢測的精度和效率都有較高的要求。盡管現有碰撞干涉檢測的方法很多，但針對超聲自動檢測過程中碰撞干涉檢測的性能有限，如包圍盒算法計算簡單，容易實現快速碰撞檢測，但該方法的精確性不高；空間分解法將整個虛擬空間劃分成相等體積的小單元格，然后對占據同一單元格或相鄰單元格的幾何對象進行相交測試，精確性高但運算復雜。
參考文獻：
[1]張旭輝，馬宏偉.超聲無損檢測技術的現狀和發展趨勢，機械制造，2002，40（7）：24-26
[2]羅雄彪，陳鐵群.超聲無損檢測的發展趨勢，無損檢測，2005，27（3）：148-152
關鍵詞：表面等離子體激元；SPP效應；應用現狀
表面等離子體激元（SPP）具有近場增強、局域受限、短波長等比較獨特的特性。在SPPs的表面局域特性方面，SPPs在垂直于金屬表面電場方向的強度呈指數衰減，利用表面局域特性構造表面結構可以降低光學控制的維度，形成二維微納光學應用。在SPPs的近場增強特性上，金屬的介電常數、金屬薄膜厚度、表面粗糙程度等決定了場增強的程度。尤其是人們在研究光與納米材料相互作用時，研究金屬微納結構中局域表面等離子體的共振是一種重要方法，引起了人們的廣泛關注。這些特性已在光學、化學傳感和檢測領域均獲得了廣泛應用。
1 表面等離子體激元的研究歷程
1902年，Wood在實驗中用連續光譜的偏振光照射金屬光柵時觀測到反常的衍射現象并公開進行了描述。1941年Fano根據表面電磁波在金屬和空氣界面上的激發對由入射波照射到金屬光柵上引起的異常反射現象進行了解釋。1957 年，Ritchie發現電子穿過金屬薄片時存在“能量降低的”等離子體模式，第一次提出了 “金屬等離子體”的概念，這種“金屬等離子體”可用于描述金屬內部電子密度縱向波動。從此，表面等離子體激元成為了一門表面科學，在相關領域得到越來越多的關注。隨后，Powell 等人用實驗證實了Ritchie 的理論，而Stem等人也研究了“表面等離子共振”的條件。1968年，Kretschmann和 Otto各自利用衰減全反射（ATR）的方法證實存在光激發表面等離子共振現象。1982 年，Nylander 和 Liedberg 在氣體檢測和生物傳感領域中應用了SPR 原理。此后，SPR 傳感技術迅速發展，基于表面等離子體激元的 SPR 傳感結構設計元器件也不斷呈現，各種SPP器件在化學-生物傳感等領域得到了廣泛應用。
1944 年Bethe曾研究了完美導體薄膜中圓孔（半徑為 r）的光透射行為，得出亞波長小孔 的歸一化透射效率應該很小。但是1998年，Ebbesen在實驗上發現金屬膜上的周期性小孔結構歸一化的透射率大于1，即出現了遠場透過增強效應，這被稱為“Ebbesen 效應”。Ebbesen 指出，當金屬膜上具備亞波長二維周期孔結構時，可以實現可見光與紅外光的不正常透射，這種奇異現象（Ebbesen 效應）當時用衍射理論無法解釋清楚，引起了眾多研究者的關注，從此關于金屬微納結構的表面等離子體效應成為等離子體研究領域中的一個重要組成部分。在Ebbesen的論文中指出，在某一特定波長處的透射光能量是入射到圓孔上的光的能量的2倍，這種異常透過現象與入射光與二維圓孔陣列的表面等離子體激元的相互耦合存在著一定的關系。
目前普遍的觀點認為，二維圓孔陣列的入射光透過增強現象是由表面等離子共振所導致的，光照射到金屬薄膜的表面，激發金屬表面SPP，一面的SPP沿著孔徑隧穿到另一表面的 SPP 中耦合，最后經過金屬-介質界面發生散射，形成遠場增強透過現象。
單個孔徑的透射增強效率非常有限。如果在孔徑周圍引入類似牛眼結構、金屬狹縫-溝槽結構等周期性的溝槽結構，通過這些周期性的溝槽結構將入射光波有效耦合到SPP中，則光透射增強現象就十分顯著。相對于金屬孔徑結構，金屬顆粒結構表現出了局域的表面等離子體共振特性。當金屬顆粒結構發生共振時，該結構可以有效地將入射光波集中到金屬表面非常小的區域，實現較大局域場增強，同時增大了結構的散射截面，從而將局域場信息散射到遠場。這是實現表面增強拉曼散射的一種有效途徑。
2000年，Pendry提出銀膜微結構可以實現亞波長成像。2002年，Lezec等提出了牛眼光柵結構，這種結構可以出現光束聚焦現象，并引發了新的關于這種現象機理及應用的研究。2008年，中科院半導體研究所的花磊等人研究了中紅外下半導體摻雜調制成的表面等離子體透射增強效應，理論上研究了n型重摻GaAs薄膜上具備亞波長周期性溝槽結構時的紅外波段的異常透射現象，這種紅外波段的異常增強效應對紅外波段的濾波器、發射器和探測器都具有巨大的應用價值。
2 SPP效應的應用現狀
2.1 SPP效應當前在相關領域所取得的進展
1997年，有人研究了金屬表面形貌缺陷對SPP散射作用的影響，提出納米尺度的直線或曲線形狀表面實現對SPP的反射和聚焦。2005年，日本東京大學某研究小組實驗演示了這種情景，采用350nm直徑的凸起作為納米點缺陷，還有人采用直徑為200nm的小孔作為納米點缺陷，均實現了亞波長聚焦。他們在實驗中將這些納米點缺陷排成曲率半徑為5tan的圓弧，得到了直徑比激發光波長還小的聚焦光斑，即“亞波長聚焦”。
在亞波長結構中，由于SPP會引起電場強度的增強而產生非線性現象，利用這種非線性現象可以制作出納米量級的光學開關，發展近場非線性光學。這種光學開關的原理是基于表面等離子體效應的一種新型光開關。當外部條件改變時，影響開關結構中SPP的激發或傳輸特性，以達到開關的作用。目前報道的SPP光開關類型主要有電光開關、熱光開關及全光開關等。這些光開關可實現衍射極限尺度內的光控制功能，并能實現光子器件在納米尺度上的集成。
在陳俊學的博士論文中提出了各種復雜結構中的模式耦合、非線性光學特性及SPP在一些基本結構中的色散關系，明確了在一維和二維周期性結構陣列中，波導模式在 SPP 輔助增強透射過程中所起的作用；研究了三階非線性光學效應對于 SPP 激發和耦合的影響，并設計了基于共振元件的開關結構，通過改變入射光的偏振有效地實現了開關狀態的調控。
還有，通過錐形波導方法可實現SPP聚焦。激發的SPP沿著錐形波導傳播的過程中，由于錐形波導邊界呈梯度變化，反射光與傳播的SPP在再次傳播的過程中形成干涉，電磁場越來越集中，最后在波導尖端形成的場增強十分顯著。可見，這種錐形波導結構是可以實現電磁波的聚焦的，它能將電磁能量聚焦到更小范圍，真正實現超衍射極限的納米聚焦。
另外，在新型氣體傳感器應用方面，在傳統 SAW 氣體傳感器基礎之上，結合激光超聲檢測技術，用激光在覆有吸附性薄膜的金屬表面激發出聲表面波，利用反射式光束偏轉法在薄膜處探測金屬表面的聲表面波情況，從而檢測被測氣體的濃度。這是一種新型氣體監測方法。這種新型氣體傳感器采用了光學的方法來探測聲脈沖，屬于非接觸式檢測傳感器。
2.2 SPP效應的應用局限
目前雖然SPR 技術已經成功的應用到生物的各個領域，但是從第一個 SPR 傳感器誕生到現在僅20 多年，還是一種正處于發展初期的新技術，其方法還有很多不完善之處。基于SPP效應的表面等離子體共振技術還有待擴大其應用范圍，最好還要簡化操作，提高SPR 方法檢測的靈敏度，這就是人們進行SPP效應研究的目的之一。
例如在實際應用中，將納米粒子技術用于生物體系，極大的提高了SPR傳感器的靈敏度。一般用金納米粒子提高靈敏度有兩種方法，將金納米顆粒吸附在SPR傳感器表面，改變SPR信號特征，從而提高靈敏度。另一種是將金納米粒子與抗原耦合在一起，從而提高SPR 傳感器的靈敏度。其他還有夾心法、脂質體、乳膠粒子增強法等也可以提高 SPR技術靈敏度。
3 SPP效應的應用前景
隨著納米材料及其制備科學的成熟，納米器件的發展即將推動納米電子和光電子器件等集成電路的發展。基于一維納米材料的氣體傳感器也將在氣體檢測領域大有作為。例如目前采用金屬氧化物半導體制作電子鼻傳感器，而研發出基于納米材料的新型氣體傳感器，必然會促使電子鼻傳感器技術的發展。
光子晶體的研究也是光子學的一個熱點問題，這類器件主要是由一些半導體材料或者絕緣材料制成，該波長級器件可以控制光與物質的作用。金屬也可以用來制作光子帶隙結構，其表面上的周期性結構可改變SPP性質：當周期性結構可以控制在SPW波長的一半時，SPP的散射將會產生SPP禁帶，這種禁帶的產生與金屬的周期型結構有關，可以用來發展新型傳感設備。
參考文獻：
[1]花磊，宋國鋒，郭寶山等，中紅外下半導體摻雜調制的表面等離子體透射增強效應[J].物理學報，2008，57（11）.
[2]陳俊學.金屬微納結構中模式耦合特性及其調控機理研究[G].中國科學技術大學，博士學位論文，2011.
[3]侯振雨，谷永慶，徐甲強等.納米CuO 材料的甲醛氣敏性研究[J].鄭州輕工業學院學報：自然科學版，2006，20（02）：42-43.
