導語：如何才能寫好一篇功率譜，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關鍵詞： 直擴/跳頻通信； 功率譜密度； 韋爾奇方法； 載波功率動態不平衡度

中圖分類號： TN914.4?34； TP914.43 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）07?0041?03

直接序列/跳頻（DS/FH）混合擴頻通信作為一種先進的通信體制，集合了直擴和跳頻通信的優點，具有多址接入、低截獲特性和較強的抗干擾能力，因此在現代軍事通信、衛星通信、移動通信、指揮控制通信和情報（3CI）系統中得到了廣泛的應用[1]。

1 直擴/跳頻通信系統的組成

1.1 直擴/跳頻信號的產生

直擴/跳頻信號的發射系統如圖1所示。信源產生的信號，經編碼器后轉化成壓縮了的數字信號，再經過調制器的相應調制，輸出的已調波信號載波頻率達到射頻通帶的要求，通過直擴模塊和跳頻模塊，對其進行了擴頻和跳頻處理，獲得直擴/跳頻信號，然后經過功率放大器后，至天線發射出去。

1.2 直擴/跳頻信號的接收

直擴/跳頻信號的接收系統如圖2所示。在接收端，接收到的信號通過功率放大器處理后，送至混頻器，再與頻率合成器產生的載波信號混頻，這些混合信號通過解直擴模塊和解調器，可以消除組合波頻率成分，恢復出發送的信號。在接收過程中，接收機中的頻率合成器必須受同步指令的控制，這樣可以有效地抑制干擾信號，不會對直擴/跳頻系統產生干擾[2?3]。

直擴/跳頻系統發射機原理圖

直擴/跳頻系統接收機原理圖

2 直擴/跳頻信號功率譜密度估計分析

直擴/跳頻信號是隨機信號，因此無法像確定信號那樣用數學表達式來精確地描述它，而只能用它的各種統計平均量來表征。自相關函數最能完整地表征它的特定統計平均量值，而一個隨機信號的功率譜密度正是自相關函數的傅里葉變換，可以用功率譜密度來表征它的統計平均譜特性。因此，在統計意義下描述一個隨機信號，就需要估計它的功率譜密度[4?5]。

2.1 功率譜密度的估計

對于功率信號，其功率譜密度可定義如下：把[f（t）]在間隔[t>T2]以外的部分截去，得到截短函數：

[sT（t）=s（t），tT20，其他] （1）

只要[T]為有限值，則[sT（t）]的能量[ET]也是有限值。設[ST（ω）]為[sT（t）]的頻譜函數，這樣[sT（t）]的能量[ET]為：

[ET=-∞∞s2T（t）dt=12π-T2T2ST（ω）2dω] （2）

因此平均功率[P]為：

[P=limT∞1T-T2T2s2（t）dt=limT∞1T*12π-∞∞ST（ω）2dω=12π-∞∞limT∞ST（ω）2Tdω] （3）

當[T]增加時，[sT（t）]的能量和[ST（ω）2]也增加。當[T]趨于無窮時，[ST（ω）2T]的極限可能存在，令[limT∞ST（ω）2T=][Ps（ω）]，此極限為功率譜密度。

2.2 功率譜估計方法

功率譜估計分為經典譜估計和現代譜估計兩大類方法。經典功率譜估計又分為直接法和間接法。直接法又稱周期圖法，它是直接由傅里葉變換得到的；間接法又稱自相關法或BT法，它是通過自相關函數間接得到的。

用周期圖法仿真時，直擴/跳頻信號的參數設置為：頻率集[F]=[0.5， 1.0， 1.5， 2.0， 2.5， 3.0，3.5，4.0] MHz，跳頻間隔[Δf=0.5] MHz，擴頻因子[a]=12，采樣頻率[fs=] 90 MHz。在信噪比SNR=10 dB時，取FFT的長度分別為128和1 024，運用周期圖法對直擴/跳頻信號進行仿真分析，周期圖法譜估計中，數據長度[N]越大，譜分辨率越大，但[N]太大會導致方差性能變差，譜線起伏加劇。譜分辨率和譜線起伏成為了一個不可調和的矛盾。這時就需要對直接法進行改進，可采用Welch法進行改進。

改進一，對數據進行分段處理，分段時允許每一段的數據有部分的交疊，這樣段數越多估計結果的方差也就越小。但是，由于重疊的段會使各段之間具有統計相依性，反而會導致方差增大，所以在分段數目與重疊之間選擇上存在一個折衷。

數據長度128周期圖

改進二，每一段的數據窗口可以用海寧窗或海明窗等窗函數代替矩形窗，這樣可以改善由于矩形窗旁瓣較大所產生的譜失真[6]給出了幾種常用的窗函數的主要性能指標參數值（其中頻率變化兩倍的區間稱為一個倍頻程）。

幾種常用窗函數性能指標參數表

[窗類型＼&3 dB帶寬＼&窗函數

主瓣帶寬＼&最大旁瓣

峰值 /dB＼&旁瓣譜峰衰減

速度 /（dB/oct）＼&矩形窗＼&[0.89×2πN]＼&[4πN]＼&-13＼&-6＼&三角窗＼&[1.28×2πN]＼&[8πN]＼&-27＼&-12＼&海寧窗＼&[1.44×2πN]＼&[8πN]＼&-32＼&-18＼&海明窗＼&[1.3×2πN]＼&[8πN]＼&-43＼&-6＼&布萊克曼窗＼&[1.68×2πN]＼&[12πN]＼&-58＼&-18＼&]

主瓣帶寬決定了被截短以后所得序列的頻率分辨率，而旁瓣峰值有可能湮沒信號頻譜分量中較小的成分。選擇窗函數時，希望頻譜的主瓣盡量窄，旁瓣峰值盡量小且衰減盡量快，使頻域的能量盡量集中在主瓣內，減少頻譜“泄露”，并且希望選取其頻譜恒為正的窗函數。比較表1中的5種窗函數可以看到，矩形窗具有最窄的主瓣，但也有最大的旁瓣峰值和最慢的衰減速度。海寧窗的主瓣較寬，同時有較小的旁瓣和較大的衰減速度，是較為理想的窗函數，因此本文選取海寧窗進行仿真。圖5和圖6用韋爾奇法對比矩形窗和海寧窗的效果。

矩形窗效果

海寧窗效果

從仿真圖可以看出，海寧窗對減少“旁瓣效應”，即功率譜泄露，能起到一定的效果，也可以使峰值的寬帶增大。多次實踐表明，取合適的海寧窗和一半段長度的重疊率，可以最有效地降低估計的偏差。

2.3 功率動態不平衡度測試

直擴/跳頻信號帶內載波功率動態不平衡度是指跳頻過程中發射機帶內頻點功率變化最大值占平均功率的百分比。仿真時設定每個跳頻點的信號幅度相等，因此實驗所得的信號功率譜幅度理論上應該是一致的，但是實際情況并非如此。特別說明一下，由于Welch法的功率譜要除以[fs]，因此所得結果為負值。

仿真條件直擴/跳頻信號頻率集[F=][0.5， 1.0， 1.5， 2.0， 2.5， 3.0，3.5，4.0] MHz，跳頻間隔[Δf=0.5 MHz]，擴頻因子[a=12]，采樣頻率[fs=90 MHz]。在信噪比SNR=10 dB的情況下，根據以上兩種方法測試直擴/跳頻信號帶內載波功率動態不平衡度的結果見表2。

可以看出，無論是周期圖法還是Welch法，功率動態不平衡度測試結果均隨著窗長的變長而增大，表明帶內各個跳頻點的功率譜方差變大即一致性變差。在相同的仿真條件下，Welch法比周期圖法測試得到的動態功率不平衡度要小，即各個跳頻點的功率譜更加接近一致，表明Welch法的測試功率譜的性能要明顯優于周期圖法。綜合以上分析，Welch法能夠獲得效果良好的跳頻信號功率譜，并能夠較為準確地測試出跳頻信號帶內載波功率動態不平衡度。

周期圖法和Welch法功率動態不平衡度測試結果對比

[測試方法＼&窗函數

類型＼&窗長＼&平均功率

/dB＼&最大功率

/dB＼&功率不平

衡度 /%＼&周期圖法＼&矩形窗＼&128＼&20.45＼&21.79＼&4.77＼&Welch法＼&海寧窗＼&128＼&-63.92＼&-63.55＼&0.57＼&周期圖法＼&矩形窗＼&512＼&26.54＼&27.81＼&6.55＼&Welch法＼&海寧窗＼&512＼&-62.02＼&-61.27＼&1.22＼&]

3 結 語

本文主要對直擴/跳頻信號的功率譜做了分析，指出了周期圖法的不足，再從改進周期圖法的思路出發，結果表明韋爾奇法能夠獲得性能良好的直擴/跳頻信號功率譜，并能夠較為準確地測試出直擴/跳頻信號帶內載波功率動態不平衡度。

參考文獻

[1] 朱攀.直接序列/跳頻混合擴頻信號檢測與參數估計方法研究[D].成都：電子科技大學，2007.

[2] 葛哲學，陳仲生.Matlab時頻分析技術及其應用[M].北京：人民郵電出版社，2006.

[3] 陸根源，陳孝幀.信號檢測與參數估計[M].北京：科學出版社，2004.

[4] 張明照，何玉彬，劉政波.應用Matlab實現信號分析和處理[M].北京：科學出版社，2006.

[5] 趙宏偉.基于時頻分布的跳頻信號參數檢測方法研究[D].西安：西北工業大學，2006.

[6] 張峰，石現峰，張學智.Welch功率譜估計算法仿真及分析[J].西安工業大學學報，2009，29（4）：353?356.

[7] 于訓峰，馬大瑋，魏琳.改進周期圖法功率譜估計中窗函數仿真分析[J].計算機仿真，2008，25（3）：111?114.

[8] 王曉峰，王炳和.周期圖及其改進方法中譜分析率的Matlab分析[J].武警工程學院學報，2003（6）：75?77.

篇2

關鍵詞 數論變換 功率譜估計

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A

1引言

信號的功率譜密度描述隨機信號的功率譜在時域和頻域隨頻率的分布。利用給定的個樣本數據估計一個平穩隨機信號的功率譜密度叫做譜估計，譜估計方法分為非參數化方法和參數化方法。非參數化方法又叫做經典譜估計，而參數化譜估計又叫做現代譜估計。

2 經典功率譜估計

經典功率譜估計是截取很長的數據中的一段作為樣本，而所截取樣本之外的數據假設為零。根據截取的個樣本數據估計出其功率譜可以利用相關函數估計功率譜、也可以利用周期圖法估計出功率譜。這些方法實質上依賴于FFT，實現較為容易，可以采用快速數論變換使計算量大大降低。但由于利用周期圖法和自相關法得到的功率譜方差性能不好，可以利用快速數論變換算法進行修正改進。

對于離散隨機信號有：

上式中Rx（m）為離散隨機信號的自相關函數，Sx（ejw）為功率譜密度。如果獲取隨機信號的自相關函數，可以通過相關函數的估值求數論變換即為功率譜密度。這樣可由平穩隨機信號的有限個離散值x（0），x（1），……x（N-1）求出相關函數：

然后在（-N，N）內Rx（m）作數論變換，得到功率譜

3 周期圖法

周期圖法是為了得到功率譜估值，先取信號序列的離散傅里葉變換，然后取其幅頻特性的平方并除以序列長度N。由于序列x（n）的離散傅里葉變換具有周期性，因而這種功率譜也具有周期性，常稱為周期圖。周期圖法是把隨機序列x（n）的N觀測數據視為一能量有限的序列，直接計算c的離散傅里葉變換，得x（k）。然后再取其服值的平方，并除以N，作為序列x（n）真實功率譜估計。信號功率譜的一個有偏估值。而且，當信號序列的長度增大到無窮時，估值的方差不趨于零。因此，隨著所取的信號序列長度的不同，所得到的周期圖也不同，這種現象稱為隨機起伏。由于隨機起伏大，使用周期圖不能得到比較穩定的估值。

因此取平穩隨機信號x（n）的有限個觀察值x（0），x（1），……x（N-1），求出數論變換。

設有，n=1，2，3，……，N-1，如果在序列x0，x1，x2，……，xN-1上的一個變換

XK=x（n） nk（modN） （1）

其中k=0，1，2，……，N-1，

具有如下形式的逆變換

x（n）=N-1X（k） -nk（modN）， （2）

n=0，1，2，……，N-1，并且滿足（1）式具有循環卷積特性，則稱（2）為一維數論變換，記為NTT， 其中 ∈Z。

4 經典譜估計的改進

從上面的分析知，周期圖法不滿足一致估計的條件，必須進行改進，采用的措施主要是將周期圖進行平滑，使估計方差減少，從而得到一致譜估計。

相關函數進行譜估計以及修正方法對于周期圖的譜估計，當數據長度N太大時，譜曲線圖像起伏加劇，如果N太小，譜分辨率又不好，因此需要改進。利用數論變換快速算法是將N點的有限長序列x（n）分段求周期取余。將長度為N的數據分為L段，每一段長度為M，對每一段數據進行譜估計，然后對L段求平均得到長度為N的數據功率譜。

5 實驗

6 結論

對于平穩隨機過程來說，功率譜理論上的數值是不可能實現的，只能用有限觀測數據來逼近真實值，估計結果的好壞，與實驗擬合的數學模型及采用的處理方法有關系。

參考文獻

[1] 李儉川，溫激鴻，陳循.快速小波變換算法與信噪分離[M].國防科技大學出版社，2007.

[2] 姚武任.經典譜估計方法的MATLB分析[J].華中理工大學學報，2000（28）.

[3] 曹寧，虞湘濱.基于FFT的快速小波變換算法研究[J].河海大學場中分校學報，2001（3）.

[4] 徐偉業，宋宇飛，宗慧.一種基于離散傅里葉變換的小波變換的快速算法[J].南京工程學院學報（自然科學版），2005（1）.

[5] 關華，宋寧.經典功率譜估計及其仿真[J].現代電子技術，2008（11）.

篇3

這一天終于來了，這天清早，母親把我們從睡夢中一一叫醒，千叮萬囑地告訴我：“孩子們，你們已經大了，該有自己的生活了。去外面闖一闖吧。路途遙遠，艱險重重，一路小心呀！”我們含淚辭別了和藹的母親，駕著風伯伯的臂膀，展開自己的輕柔的翅膀，開始了漫長而危險的旅程。。。。。。

一路上，我們漂泊著，尋覓著，觀望著，因離家哭泣著。。。。。。。在風伯伯伴隨下，我們已經經過許多山川、河流和城鎮，有的伙伴已經愉快地來到城市邊緣，順利地找到了屬于自己的地方，安定下來。有的伙伴，已經習慣了不想遠行，就地定居下來，有的被可怕的大水沖走，不知道什么時間才能靠岸，找到自己的家呀！

我們經過了垃圾回收站，那里的氣味實在是臭氣熏天，讓我們也喘不過氣來，我們在迷茫中，突然有一個飄然大物在我身邊經過，在我驚醒之后，我同行的幾個姐妹應聲掉了下去，我仔細一看，原來是一個塑料袋，眼看著她們進了垃圾箱，我也無能為力，也只能默默為她們祝福祈禱。

我們來到邊緣地區，這里的人們由于知識貧乏，環境意識差，經常焚燒有害物品，刺鼻的氣味很難接受，，在烈火中，我的幾個比較要好的朋友，葬身于火海中了，我們剩下的幾個，非常悲傷，為他們難過，更恨破壞環境的人，為什么要剝奪我們的生存權利，為什么不給我定居的環境呀？

前面是寬闊的草原，風伯伯輕輕地把我的幾個小妹放在了這里，她們的生存環境很好，我也為她們高興，有的被小鳥銜來銜去的，也很開心的，因為寬闊的草原到處都是家呀！

篇4

春天到了，春風溫暖著我，讓我茁壯成長，讓我開始了我的旅途。

我是一株長在路旁的蒲公英，春風吹過我的臉頰，牽著我的手，與我共舞。接著，一位貼身與我的哥哥，飄飄揚揚，離我而去，他向我揮手。

風停止了腳步，一只小毛毛蟲從樹上掉到了我的身旁，她向我投來請求的目光：“姐姐，你可以幫我重新回到樹上嗎？”我微微一笑，點了點頭。我向幾位哥哥說了毛毛蟲的經歷，他們答應了送毛毛蟲回到樹上，于是，他爬上了我的身體，拉著哥哥們，借著風伯伯的幫助，飄到了樹上，她向我說再見，我也一樣向她道別，并祝她早日脫變成功。

我和剩下的10位姐姐唱著歌，欣賞著周邊的美景。一位農民帶著個小孩來到路邊，給白菜地施肥。小孩發現了我，她大大的眼睛盯著我看，我向她問好，可她聽不見，她對我說：“蒲公英，讓我幫你播種吧！”說著，她將我們拔起，用嘴吹著我們，姐姐們一個個悄然離我而去，我淚流滿面，向她們說再見，他們飄著飄著，落到了各個地方，只有一位姐姐在我身旁。姐姐們離開了我，小孩將我扔在地上，離開了，我望著身旁的姐姐，微笑著慢慢閉上眼睛，姐姐呼喚我的名字，毛毛蟲變成蝴蝶，飛來看我，他們，漸漸模糊在我的視線里。

我記得我這一生，記著我這一生的故事。再見，美麗的世界。

篇5

常委會靠前指揮 激發代表履職熱情

代表主題實踐活動貫穿代表一屆履職，區人大常委會認真探索創新工作舉措，不斷激發代表履職熱情，努力發揮常委會作為代表機關、權力機關的作用，充分發揮代表推動發展的主體作用。

在新制訂和修改的有關“代表向選民報告履行代表職務情況”、“保障人大代表執行代表職務”、“閉會期間代表和代表小組開展活動履行職責的規定和辦法”等相關制度中，常委會細化了代表履職規范，強化了對代表的服務保障和監督，為代表履職提供了制度保障。常委會注重讓代表全面了解青浦經濟社會發展情況、政府重點工作情況，組織全體人大代表分組進行知政性視察，視察內容覆蓋了本區醫療衛生設施建設、食品安全監管、農業與農村工作、宗教場所管理、消防安全以及綜合經濟發展和二、三產業發展情況；另外，每季度組織一次代表聽取政府分管領導有關重點工作情況通報，為代表執行職務、發揮作用作好了鋪墊。區人大常委會還重視提高代表督辦書面建議的能力，組織人大代表對今年四屆人大三次會議和閉會期間149件代表書面建議中的重點建議辦理情況進行檢查，對不滿意件的重新辦理工作進行檢查，對書面建議承辦大戶單位進行檢查、對歸類解決采納的書面建議落實情況進行檢查。

此外，區人大常委會還及時指導鎮、街在村、居建立人大代表工作站，為代表接待選民建立平臺，密切代表與選民的聯系；組織代表旁聽法院對新類型案件的審理、調研社區檢察室成立情況，組織代表參與人大常委會對政府專項工作的調研，使代表深入了解“一府兩院”工作情況；另外，還請代表參與進行6項專題調研課題，提升代表履職能力。

區鎮人大上下聯動 代表活動蓬勃開展

全區八個鎮、三個街道區人大代表小組積極開展主題實踐活動，創新代表履職思路，拓展代表履職渠道，既有規定動作，又有自選動作，以“人大月月有活動，代表人人都參與”的方式，層層部署推進，把代表主題實踐活動引向深入。

篇6

我是一棵小小的蒲公英花籽。蒲公英的花就是我們的房子，莖就是我們家的支柱，我們的房子是深黃的，像一個個小小的盤子，等到我們長大的時候就成了白房子了，房子下面有許許多多的萼片，是我們的守衛兵，我在這里很安全，我們姐妹都是白色的，遠遠看去，我們個個很漂亮，人們通常把我們當成小雨傘。我們一般生長在田間和小路邊，我們的家有的大有的小。大的大約有15厘米左右，小的也有4到5厘米的。春天一來，我們在溫暖的陽光下，爭先恐后地吮吸著春天的甘露，茁壯愉快地成長。

我們都在漸漸長大，我們知道：一旦我們長大后，將來我們都要離開媽媽，離開熟悉而溫暖的家，隨著春風飄送，出發到遠方旅行定居，因此我們一定要學會獨立，學會吃苦耐勞，經得起磨難，只有這樣，經歷過風雨，才能見到彩虹！

這一天終于來了，這天清早，母親把我們從睡夢中一一叫醒，千叮萬囑地告訴我：“孩子們，你們已經大了，該有自己的生活了。去外面闖一闖吧。路途遙遠，艱險重重，一路小心呀！”我們含淚辭別了和藹的母親，駕著風伯伯的臂膀，展開自己的輕柔的翅膀，開始了漫長而危險的旅程。

一路上，我們漂泊著，尋覓著，觀望著，因離家哭泣著。在風伯伯伴隨下，我們已經經過許多山川、河流和城鎮，有的伙伴已經愉快地來到城市邊緣，順利地找到了屬于自己的地方，安定下來。有的伙伴，已經習慣了不想遠行，就地定居下來，有的被可怕的大水沖走，不知道什么時間才能靠岸，找到自己的家呀！

篇7

關鍵詞：高層建筑；方形截面；風洞試驗；三分力系數；風荷載功率譜；體型系數

中圖分類號：TU973.2文獻標志碼：A

Abstract： The pressure test was carried out on the rigid model of square section highrise building with round corner rate of 25%， and the characteristics of wind loads were studied. The change rules of threecomponent coefficient and base moment coefficient along with the wind angle were analyzed. The fitting results of mean value of drag coefficient， root square deviation of drag coefficient and lift coefficient were given. The wind load power spectrum under the most unfavorable wind angle was analyzed， and fitted by empirical formula. The shape coefficient was analyzed and compared with the square shape coefficient of code. The results show that the wind load can be significantly reduced when the corners of square building are rounded， and the sharp and narrow single peak phenomenon of the power spectrum curve can be eliminated. The wind load characteristic is changed in essence， and is beneficial for the wind resistant design of the main structure. The negative pressure in the corner area is larger， which is disadvantageous to the wind resistance design of curtain wall.

Key words： highrise building； square section； wind tunnel test； threecomponent coefficient； wind load power spectrum； shape coefficient

0引言

不同截面形狀的高層建筑風壓分布特性、風荷載特性會明顯不同[16]。對于正方形建筑和矩形建筑，適當的局部修正能明顯改變高層建筑的風壓分布特性和風荷載特性。Carassale等[7]的研究表明，圓角處理措施使氣流分離之后更易再附著于模型的2個側面。Tamura等[8]的研究表明，切角和凹角處理能影響方柱的尾流寬度，能明顯降低模型的阻力。此外，圓角處理導致分離剪切層有可能再附于模型的2個側面，影響模型的風壓特性。Melbourne等[9]研究了凹角、切角、圓角這3種不同角部修正方式對方形截面高層建筑橫風向氣動力的影響，認為適當的角部修正率可使橫風向氣動力譜的峰值大幅減小，從而降低臨近渦激共振風速下結構的風致響應。可見，圓角處理措施會影響氣流分離和再附著，導致模型氣動特性、風荷載及風致響應的改變。本文基于剛性模型測壓試驗，分析了圓角率為25%的正方形截面高層建筑風荷載三分力系數和功率譜特性，計算其體型系數，以供抗風設計參考。

1風洞試驗概況

風洞試驗在湖南大學建筑與環境風洞實驗室中進行，試驗模型為ABS板制作的剛性模型，模型尺寸為100 mm×100 mm×600 mm，縮尺比為1∶500，測點布置和風向角定義如圖1所示（圖1中，FD，FT，FL分別為阻力、升力和扭矩），風向角間隔為5°，逆時針為正，由于模型的對稱性，試驗范圍為0°～90°；高層建筑所處的環境一般為C類地貌，本文試驗采用擋板、尖劈和粗糙元調試得到C類風場，試驗風速為10 m?s-1。

圖2為各測點層阻力系數平均值CD和根方差值C′D隨風向角的變化趨勢。從圖2中可以看出，由于模型本身的對稱性，阻力系數的平均值和根方差值均關于45°風向角對稱，且各層變化趨勢一致，均隨風向角先增大后減小。阻力系數的平均值在全風向角下的變化范圍為0.32～1.0，最大值出現在35°風向角（由于模型的對稱性，只討論0°～45°風向角范圍，下同），最小值出現在0°風向角。文獻[10]中正方形截面高層建筑的層阻力系數平均值全風向角下變化范圍大致為0.7～1.3，高于本文結果，可見圓角化處理能降低順風向平均風荷載。阻力系數的根方差值在全風向角下的變化范圍為0.11～0.22，最大值出現在15°風向角，最小值出現在0°風向角。文獻[11]中正方形截面高層建筑的層阻力系數根方差值全風向角下變化范圍大致為0.28～0.36，故圓角化處理能降低順風向脈動風荷載。可見，圓角化處理能同時降低順風向平均荷載和脈動荷載；圓角化處理之后，層阻力系數的平均值和根方差值的最大值分別出現在35°和15°風向角。

圖3為各風向角下層阻力系數平均值和根方差值隨高度z的變化趨勢，其中H為模型高度。從圖3中可以看出：層阻力系數平均值沿高度表現出增大的趨勢，在頂部受三維繞流的影響，出現局部減圖3層阻力系數隨高度的變化小；整體而言，與2α（α為地面粗糙度指數）指數率有一定區別，因為迎風面風壓沿高度與2α指數率接近，但背風面風壓沿高度變化較小。阻力系數平均值的最大值約出現在模型的0.85H處。阻力系數根方差值沿高度變化不大。

圖5為各測點層升力系數根方差值C′L隨風向角的變化趨勢。升力系數根方差值在全風向角下的變化范圍為0.11～0.32，文獻[11]中正方形截面高層建筑層升力系數根方差值在全風向角下的變化范圍為0.12～0.45，故圓角化處理能明顯降低橫風向脈動風荷載。文獻[13]中指出，當高層建筑的高寬比大于4時，其橫風向風振響應為結構設計的控制性因素，由此可知圓角化處理對高層建筑的主體結構抗風設計有利。升力系數根方差值的最大值出現在5°風向角，在來流和模型對稱軸接近時（0°和45°風向角），升力系數根方差值較小，最小值出現在45°風向角。由此可見，圓角化處理有利于高層建筑的抗風設計，層升力系數的最不利風向角為5°。

圖6為層升力系數根方差值C′L隨高度的變化趨勢。升力系數受來流湍流、截面外形、漩渦脫落的共同影響，因而其根方差值沿高度的變化規律與阻力系數沿高度的變化規律明顯不同。0°～20°風向角范圍內（包括最不利風向角5°）層升力系數根方差值沿高度先增大后減小，最大值出現在0.6H～0.7H；30°～45°風向角范圍內層升力系數根方差值沿高度逐漸減小。

通過試算發現，圓角化處理消除了最不利風向角下功率譜曲線譜峰尖而窄的單峰現象，功率譜相對平坦，峰值帶寬較大，但在30°風向角以后功率譜曲線也出現了明顯的譜峰尖而窄的單峰現象；通過前面的三分力系數和基底力矩系數分析可知，在全風向角下其變化并不是很大，如果某風向角下脈動根方差比最不利風向角略小，但當其荷載功率譜的譜峰值對應的頻率與結構本身頻率接近時，則此風向角下的風致響應可能會不利；鑒于此，圖15給出35°風向角下橫風向風荷載功率譜和文獻[12]，[16]，[17]的擬合結果，供工程設計人員根據結構本身動力特性選擇式（15）或式（16），（17）。由圖15可知，功率譜曲線在略大于0.1 Hz處出現峰值，文獻[17]公式在高頻部分很吻合，但在低頻部分偏低，文獻[12]，[16]模型擬合效果較好，文獻[16]對低頻的擬合更吻合，給出文獻[16]公式的參數擬合結果：

由圖15可見，各層擬合結果和基底擬合結果很接近。由擬合結果知，正方形高層建筑角部圓角化處理之后，當角部處于迎風面時，斯托羅哈數為0.118。

4.3扭轉向風荷載功率譜

由基底彎矩力矩分析可知基底扭矩根方差系數相對于基底彎矩根方差系數較小，但考慮到扭轉風致響應會放大建筑角部區域的位移和加速度，本節給出扭轉向風荷載功率譜（圖16）。層扭矩功率譜和基底扭矩功率譜曲線整體隨折算頻率的變化趨勢是一致的，且層扭矩功率譜和基底扭矩功率譜曲線都出現了2個峰值，與寬厚比大于1的矩形建筑類似。鑒于功率譜曲線的特點，選用文獻[16]提出的三分量和公式，先試算以確定部分參數，然后再擬合得到其他參數，由于不同高度扭矩功率譜吻合并不是很好，參數擬合結果變化較大。下面給出基底扭矩功率譜的擬合結果以供參考，即

表1為典型測點層的體型系數。體型系數在正面和側面沿高度變化較大，靠近底部和頂部處變化較明顯，體型系數呈現出上小下大的特點，與文獻[18]，[19]的結論一致；背風面體型系數沿高度先減小再增大，呈拋物線形變化，整體變化不大。迎風面最大局部體型系數為1.1，側風面上風向最大局部體型系數為-2.06，側風面下風向最大局部體型系數為-0.82，背風面最大局部體型系數-0.52，最大值均出現在模型底部H層；《建筑結構荷載規范》[20]中正方形建筑迎風面局部體型系數為1.0，側風面上風向局部體型系數為-1.4，側風面下風向局部體型系數為-1.0，背風面局部體型系數為-0.6。可見，圓角化處理后，迎風面和背風面的局部體型系數變化不大，但側風面上風向局部體型系數均比規范中正方形角部區域局部體系系數大，增大幅度也很大，最多增大1.5倍。由圖17可知，側風面上風向局部體型系數偏大的測點區域面積較大，故圓角化處理對部分幕墻抗風設計是不利的，設計時應注意。

6結語

（1）分析了三分力系數隨風向角的變化，與阻力相比，升力和扭矩對總靜荷載的貢獻比較小，可以忽略。圓角化處理后的三分力系數均比相同工況下的正方形建筑的三分力系數小，可見圓角化處理有利于高層建筑主體結構的抗風設計。基底力矩系數與三分力系數隨風向角的變化規律一致。

（2）分析了三分力系數隨高度的變化，層阻力系數平均值沿高度與2α指數率有一定區別，選用線性模型擬合阻力系數。升力系數平均值和根方差值沿高度的變化規律與阻力系數沿高度的變化規律明顯不同，選用多項式模型擬合升力系數根方差值。

（3）順風向基底彎矩功率譜在低頻段和層阻力功率譜吻合較好，在高頻段低于層阻力功率譜，分別給出了層阻力功率譜和基底彎矩功率譜的數學模型擬合結果；最不利風向角下橫風向基底彎矩功率譜和層升力功率譜吻合較好，鑒于此，采用四參數模型給出了層升力功率譜和基底彎矩功率譜的整體擬合結果；與矩形建筑相比，圓角化處理消除了最不利風向角下功率譜曲線譜峰尖而窄的單峰現象，說明圓角化處理從本質上改變了建筑的橫風向荷載；在30°風向角以后功率譜曲線出現了明顯的譜峰尖而窄的單峰現象，鑒于此，給出了35°風向角下橫風向風荷載功率譜及擬合結果，供工程設計人員根據結構本身動力特性選擇。

（4）圓角處理后，側風面上風向局部體型系數均比規范中正方形角部區域局部體型系數大，增大幅度也很大，最多增大1.5倍，故圓角化處理對部分幕墻抗風設計是不利的，設計時應注意。

參考文獻：

References：

[1]李永貴，李秋勝，戴益民.開洞高層建筑風荷載的試驗研究[J].振動與沖擊，2015，34（11）：6367.

LI Yonggui，LI Qiusheng，DAI Yimin.Tests for Wind Load of Tall Buildings with Openings[J].Journal of Vibration and Shock，2015，34（11）：6367.

[2]李永貴，李秋勝，戴益民.矩形截面高層建筑扭轉向脈動風荷載數學模型[J].工程力學，2015，32（6）：177182.

LI Yonggui，LI Qiusheng，DAI Yimin.Mathematical Models for Torsional Fluctuating Wind Loads on Rectangular Tall Buildings[J].Engineering Mechanics，2015，32（6）：177182.

[3]鄭朝榮，任凱，武岳，等.上部吸氣控制下超高層建筑的平均風荷載特性研究[J].武漢理工大學學報，2015，37（6）：6065.

ZHENG Chaorong，REN Kai，WU Yue，et al.Experimental Research on the Characteristics of Mean Wind Loads of Highrise Buildings Controlled by Uppersurface Suction[J].Journal of Wuhan University of Technology，2015，37（6）：6065.

[4]鄒鑫，汪之松，李正良.穩態沖擊風作用下高層建筑風荷載特性試驗研究[J].湖南大學學報：自然科學版，2016，43（1）：2936.

ZOU Xin，WANG Zhisong，LI Zhengliang.Experimental Study on the Wind Load Characteristics of Highrise Building in Stationary Downbursts[J].Journal of Hunan University：Natural Sciences，2016，43（1）：2936.

[5]趙昕，王立林，鄭毅敏.超高層建筑結構組合調諧風振控制系統[J].同濟大學學報：自然科學版，2016，44（4）：550558.

ZHAO Xin，WANG Lilin，ZHENG bined Tuned Damperbased Windinduced Vibration Control for Super Tall Buildings[J].Journal of Tongji University：Natural Science，2016，44（4）：550558.

[6]鐘振宇，樓文娟.基于風重耦合效應超高層建筑順風向等效靜力風荷載[J].工程力學，2016，33（5）：7481.

ZHONG Zhenyu，LOU Wenjuan.Equivalent Static Wind Load on Extrahigh Buildings Along Wind Based on Windgravity Coupling Effect[J].Engineering Mechanics，2016，33（5）：7481.

[7]CARASSALE L，FREDA A，MARREBRUNENGHI M.Experimental Investigation on the Aerodynamic Behavior of Square Cylinders with Rounded Corners[J].Journal of Fluids and Structures，2014，44：195204.

[8]TAMURA T，MIYAGI T，KITAGISHI T.Numerical Prediction of Unsteady Pressures on a Square Cylinder with Various Corner Shapes[J].Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics，1998，7476：531542.

[9]MELBOURNE W H，CHEUNG J C K.Designing for Serviceable Accelerations in Tall Buildings[C]//World Scientific.Proceeding of the 4th International Conference on Tall Buildings.Singapore：World Scientific，1988：148155.

[10]錢濤.不同長寬比矩形截面高層建筑的風荷載研究[D].杭州：浙江大學，2013.

QIAN Tao.Study of Wind Loads on Highrise Building with Different Length to Width Ratios[D].Hangzhou：Zhejiang University，2013.

[11]全涌.超高層建筑橫風向風荷載及響應研究[D].上海：同濟大學，2002.

QUAN Yong.Acrosswind Loads and Responses on Super Highrise Buildings[D].Shanghai：Tongji University，2002.

[12]李永貴.高層建筑風荷載與風致彎扭耦合響應研究[D].長沙：湖南大學，2012.

LI Yonggui.Wind Loads and Windinduced Lateraltorsional Coupled Response of Tall Buildings[D].Changsha：Hunan University，2012.

[13]梁樞果，夏法寶，鄒良浩，等.矩形高層建筑橫風向風振響應簡化計算[J].建筑結構學報，2004，25（5）：4854.

LIANG Shuguo，XIA Fabao，ZOU Lianghao，et al.Simplified Evaluation of Acrosswind Dynamic Responses of Rectangular Tall Buildings[J].Journal of Building Structures，2004，25（5）：4854.

[14]徐安，謝壯寧，葛建斌，等.CAARC高層建筑標準模型層風荷載譜數學模型研究[J].建筑結構學報，2004，25（4）：118123.

XU An，XIE Zhuangning，GE Jianbin，et al.Mathematical Model Research of Power Spectrum of Wind Loads on CAARC Standard Tall Building Model[J].Journal of Building Structures，2004，25（4）：118123.

[15]金虎.X型超高層建筑三維風荷載與風致響應研究[D].杭州：浙江大學，2008.

JIN Hu.3D Wind Load and Wind Induced Response Analysis of Highrise Buildings with X Shape[D].Hangzhou：Zhejiang University，2008.

[16]唐意.高層建筑彎扭耦合風致振動及靜力等效風荷載研究[D].上海：同濟大學，2006.

TANG Yi.Research on the Windexcited Vibrations and Staticequivalent Wind Loads of Torsionally Coupled Highrise Buildings[D].Shanghai：Tongji University，2006.

[17]梁樞果，劉勝春，張亮亮，等.矩形高層建筑橫風向動力風荷載解析模型[J].空氣動力學學報，2002，20（1）：3239.

LIANG Shuguo，LIU Shengchun，ZHANG Liangliang，et al.Analytical Model of Acrosswind Dynamic Loads on Rectangular Tall Buildings[J].Acta Aerodynamica Sinica，2002，20（1）：3239.

[18]鄭朝榮，張耀春.高層建筑風載體型系數取值的探討[J].哈爾濱工業大學學報，2007，39（2）：191195.

ZHENG Chaorong，ZHANG Yaochun.Discussion of Wind Load Shape Coefficient over Highrise Buildings[J].Journal of Harbin Institute of Technology，2007，39（2）：191195.

[19]李毅.L型截面高層建筑風荷載特性及其優化設計研究[D].長沙：湖南大學，2014.

LI Yi.Research on Wind Load Characteristics and Optimal Design of Lshaped Tall Buildings[D].Changsha：Hunan University，2014.

篇8

關鍵詞：空間濾波測速 濾波效應 功率譜密度函數

中圖分類號：V475 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）10-0078-03

1 引言

20世紀60年代，隨著光學與電子學的快速發展，光學測量在科研和工程領域的重要性逐漸凸顯，特別是非相干光源如激光的發明使很多以前不存在的光學測量技術得到了發展，其中最典型應用即速度的測量。

為了對速度進行測量，人們提出了很多種類的光學測量方法，可將它們分為非相干和相干技術兩種，需要注意的是，這種分類并不意味著它們必然使用了非相干光源或相干光源。相干技術利用了光的振幅和相位信息，如激光多普勒測速法（LDV）[1]，激光斑紋測速法（LSV）[2]等；而非相干技術利用了目標成像的光強信息，兩者的區別一般被認為是“圖像”和“干涉圖樣”的區別[3]。在光學發展的早期，非相干技術包括照相法和攝影法，這些方法在測速時簡單的對目標的運動軌跡進行觀察或攝影，如光電圖像追蹤技術，后期被稱為空間濾波技術（SFV）。在多種非相干和相干技術中，激光多普勒測速法由于其較高的空間分辨率和較高的測量精度而被很多學者進行了廣泛的研究，雖然空間濾波法的測量性能與多普勒法是類似的，但一開始并未得到足夠的重視，近些年來，空間濾波法以其光學和機械結構簡單穩定、光源可選的實用優點而得到了越來越多的重視。本文對空間濾波測速的發展進行了介紹，并從數學角度對空間濾波特性進行了分析。

2 空間濾波測速的發展及原理

2.1 空間濾波測速的發展

空間濾波測速的基本概念來源于于航空相機控制技術和紅外光學跟蹤技術。明確的提出將空間濾波法用于速度測量來自于Ator的研究[4]，他從理論上明確了利用平行狹縫作為空間濾波器進行測速的原理，還從相關性理論的角度對這種方法進行了分析；Gaster[5]則對空間濾波法進行了試驗驗證，他將其應用于液體流速的研究；Naito和Tsutsumi[6]給出了空間濾波法的理論基礎，他們對透射光柵進行了空間域的分析，給出了它的功率譜密度函數和空間透射比，并成功的證明了透射光柵相當于一個空間濾波器，能夠用于進行速度測量；為了增強空間濾波器的選擇性，Kobayashi和Naito[7]討論了窄帶通濾波器的最優性問題；為了改善低空間頻率域內的濾波特性，Tsudagawa[8]等介紹了平行四邊形視場，從而使空間濾波器性能得到了改進；Ushizaka和Asakura[9]研究了一種擁有顯微鏡的光學成像系統空間濾波測速法，并將其應用到在一個直徑為130um～3.3mm的細小玻璃管內用于測量液體流速的分布；Aizu[10]等構建了一種差分式透射光柵測速計，它改善了濾波器濾除多余低頻成分的能力，并證明了其在顯微領域測量流速的有效性；Koyama，Aizu，Borders，Reuter和Kratzer[9]等一些研究人員則將這類空間濾波測速計應用于進行血液流速方面的研究。

在這些研究的基礎上，Kobayashi[7]團隊將空間濾波探測器進行了拓展，提出了具有空間濾波器功能的光電探測器；Itakura等[6]利用一個液晶元件陣列構建了一種新型的空間濾波器，并實現了兩維速度分量的測量；除此之外，其它光學元件也可以用作空間濾波器。Hayashi和Kitagawa[11]利用光纖陣列構建了一種空間濾波器，他們將這種空間濾波器用于進行兩維的速度分量和距離的測量，并確定了速度的方向；棱鏡光柵是能夠作為空間濾波器的光學元件中很有趣的一個例子，據此，科學家們諸如Plesse，Slaaf，Reuter和Talukder等實現了血液流速的測量[9]；Ushizaka[12]研究了透鏡光柵的成像和折射特性，證明了它和棱鏡光柵的原理相似，同樣可以作為空間濾波器。

空間濾波測速的原理已經以多種方式應用于運動目標的測量。與雙電子束LDV類似，Ballik和Chang[13]從理論和實驗方面研究了一種邊緣成像技術，在一個運動物體上進行仿光柵照明，而實際上在其前方并沒有放置光柵，強度被調制后的散射光由一個光電探測器進行接收，通過其信號進行分析即可實現速度測量；Aizu[9]等對空間濾波法進行了改進，使其能夠感測速度的變化程度；Ohno[14]等提出了采用空間濾波探測器來感測兩維隨機運動的方法，如運動物體的平均速度，尺寸以及數量等；基于光學成像的特性，空間濾波法還可以用于測量光學系統的離焦量，成像距離以及成像位移等。

2.2 空間濾波測速的原理

空間濾波測速（SFV）的基本光學系統如圖1所示，在一定的探測區域內，照射光被一個沿x0方向以速度v0移動的運動目標進行散射，通過鏡頭L成像在一個沿運動方向有空間周期透射比的空間濾波器SF上，經過空間濾波器的光被其后方的一個光電探測器PD接收，由PD探測到的總光強由于圖像以速度v運動以及空間濾波器的周期透射比p而產生周期性變化，如圖2所示，于是，PD的輸出中包含一個周期的周期信號，通過測量這個信號的頻率，則目標速度v0可由下式確定[4]：

（1）

其中，M是光學成像系統的放大倍數，則。由圖2可知，輸出信號中包含一個頻率為f0的周期信號，通常為正弦波，通過測量此正弦波的頻率即可由以上公式實現速度的測量。

3 空間濾波效應

空間濾波法的原理可以從數學角度和頻域的功率譜密度函數來描述。上節對空間濾波測速（SFV）的原理進行了直觀的描述，本節對圖像強度分布的空間濾波效應進行了數學分析。

如圖1所示，坐標為的像平面上放置一個空間濾波器，光傳播方向垂直像平面，假設空間濾波器上所成為理想圖像。設，分別為平面上運動圖像的光強分布及空間濾波器的光強透射比，假設所有通過空間濾波器的光都被光電探測器接收。當圖像以速度分量，分別在，方向上移動，則光電探測器的輸出信號可由以下積分公式表示：

（2）

式中，，，和為常數。一般的，我們認為地面目標的光強分布在時間和空間上滿足隨機過程。假設光強分布在，方向上滿足靜態隨機遍歷過程，則輸出信號的相關函數為：

（3）

其中E[…]代表數學期望。對（3）式進行傅立葉變換，去掉常數部分，可得的空間功率譜密度函數為：

（4）

其中，為光強分布函數在空間頻域的空間功率譜密度函數，Hp（μ，ν）為透射比的空間功率譜密度函數，用和表示即：

（5）

（6）

其中，為的傅里葉變換，和分別代表，方向上的空間頻率。

如果圖像光強分布函數不是隨機的，而是周期或非周期（瞬時）的，則其功率譜可表示為：

（7）

其中為函數的傅里葉變換。此時空間功率譜密度函數表示如下：

（8）

其中為輸出信號的傅立葉變換，可得：

（9）

由公式（4）可知，功率譜Gp（μ，ν）由兩個功率譜函數Fp（μ，ν）和Hp（μ，ν）相乘得出，由此可看出輸出信號是由經過空間濾波器調制的輸入圖像給出的，由線性濾波理論可知，Hp（μ，ν）在空間頻域相對輸入Fp（μ，ν）表現為一個線性濾波器。

空間濾波器在待測圖像的運動方向上要求有一定的周期透射比，為方便數學分析，假設圖像只在方向上有速度分量，即，，此時，空間濾波器的透射比只在方向上具有周期性，而在y方向上是相同的。通過對（4）進行積分可得相對空間頻率的功率譜密度函數為：

（10）

式中：，為時域內的頻率。公式（10）中再次表明功率譜對于輸入函數相當于一個濾波函數。由于空間濾波器在方向具有周期透射比，則它的功率譜具有窄帶通濾波特性，其中心頻率在空間頻率處。圖3給出了功率譜和在時的典型分布。由于功率譜為兩個頻譜混疊的結果，因此其分布主要以功率譜為特征。時間功率譜中包含一個在處的頻率尖峰，因此，通過測量其中心頻率，即可得出目標圖像的速度。此種方式通過周期透射的窄帶通空間濾波器實現了速度測量，即本文介紹的“空間濾波測速”。

4 結語

在多種相干和非相干測速方法中，空間濾波法以其光學和機械結構簡單穩定、光源可選的實用優點而得到了越來越多的重視。本文對空間濾波測速的發展進行了介紹，介紹了空間濾波測速的原理，并從數學角度對空間濾波效應進行了分析。空間濾波器的濾波特性及圖像強度的空間分布直接決定了信號質量和測量精度，因此，空間濾波法的數學分析對于空間濾波器的設計、光學系統的配置以及實際應用具有較強的指導意義。

參考文獻

[1]Katsuaki Shirai， Yusuke Yaguchi. Highly spatially resolving laser Doppler velocity measurements of the tip clearance flow inside a hard disk drive model [J]. Experiments in Fluids， 2011， Volume 50， Number 3：573-586

[2]U. Schnell， J. Piot， and R. Dandliker. Detection of movement with laser speckle patterns： statistical properties[J]. J. Opt. Soc. Am. 1998， 15：207-216.

[3]Albrecht， H， E. Laser Doppler and Phase Doppler Measurement Techniques[M]. Experimental Fluid Mechanics， Springer-Verlag， Heidelberg， 2010.

[4]J.T. Ator.Image-Velocity Sensing with Parallel-Slit Reticles[J]，Journal of the Optical Society of America， 1963，Vol53：1416-1422

[5]Gaster， M. A new technique for the measurement of low fluid velocities[J]. J. Fluid Mech. 1964， 20：183.

[6]Y.Itakura， A. Sugimura， S. Tsutsumi. Amplitude-modulated reticle constructed by a liquid crystal cell array[J].Appl. Opt. Vol20，1981：2819-2826

[7]M Naito， M Ishigami， A Kobayashi. Spatial Filter and Its Application to Industrial Measurement[C]. Proc. 5th IMEKO， 1970， JA-129.

[8]Liznah binti Latip，Masaru Tsudagawa.Image velocity measurement by using spatial filter method[J]. IEEE Transactions on instrumentation and measurement technology conference.2002：1411-1414.

[9]Y. Aizu and T. Asakura. Spatial Filtering Velocimetry， Fundamentals and Applications[M]， Springer， 2006.

[10]Y.Aizu. Principles and development of spatial filtering velocimetry[J]， Appl. phys. B43，1987：209～224

[11]Kitagawa， Y.， Hayashi， A. and Minami， S. Particle velocity measurements using an optical fiber array spatial filter[J]. Transactions of the Society of Instrument and Control Engineers，1991， 27：1041-l043.

[12]T Ushizaka， Y. Aizu， T. Asakura. Measurement of Velocity Using a Lengticular Grating[J]. Appl. Phys. 1986， B39， 97-106.

篇9

關鍵詞：鐵路；鋪軌；鋁熱焊

中圖分類號：F530.3 文獻標識碼：A 文章編號：

鋁熱焊技術其實是一種把化學反應產生的熱量作為熱源的一種焊接方法，這里提到的化學反應是指高溫條件下的鋁熱劑中鋁粉和氧化鐵之間的反應，通過這個反應可以將氧化鐵中的鐵還原出來，鋁粉則生成了氧化鋁，在整個反應的過程中會釋放出大量的熱量。反應過程中的鐵因為是在高溫條件下所以生成的是液態的鐵，在進行焊接時釋放出的熱量可以融化等待焊接的鋼軌的表面，同時把液態的金屬鐵當做焊接接頭填充進去，冷卻凝固以后整個鋁熱焊過程就全部完成了。

一 鋁熱焊施工工藝流程

整個鋁熱焊的工藝流程大概可以分為四大部分，它們分別是焊前準備、鋁熱焊焊接、焊后檢測、收尾清理。但是整個詳細的工藝流程可以見圖1

圖1 鋁熱焊施工工藝流程

二 鋁熱焊施工的前期準備

在鐵路軌道的施工過程中因為項目的大小類別不同，每一個項目的施工日期也不相同所以鋁熱焊施工的前期準備也不太一樣，但總體來說主要有三大部分，分別是人員配備、材料準備、機械設備。

1 人員配備

在人員配備上一般情況下分為五組，它們分別是對軌小組、焊接小組、打磨小組、螺栓松緊組、檢查小組，然后根據工程的大小決定每一個小組的人數有多少。

材料準備

鋁熱焊的施工過程一般需要的材料有鋁熱焊劑、砂模、模具架、坩堝、渣盤、封泥箱、秒表、氧氣、乙炔、高溫火柴等等。

機械設備

鋁熱焊施工過程中的需要的機械設備一般情況下有以下幾種，螺栓扭動機、打磨機、鋸軌機、起軌器、整體式對軌器、液壓鋼軌拉伸器（包油泵）、雙向手動液壓推瘤機、超聲波探傷儀、撬杠、直尺等。

三鋁熱焊施工要點

1焊前準備

在進行鋁熱焊之前，一定要檢查各項設施是否已經準備好，主要的檢查項目有五種，分別是機具是不是完好；所選的鋁熱劑與所要焊接的鋼軌是否匹配；還要看一下鋁熱劑是不是干燥的，有沒有受潮；封箱泥里的濕度是不是適宜；焊接時需要的燃料氧氣、乙炔是否準備好。另外在焊接之前還要對一些構件進行控制，例如把焊頭前后15m范圍內鋼軌兩側的扣件擰緊；把焊頭前后5根軌枕的扣件以及墊板去掉；調整焊頭鋼軌和軌枕或者道碴之間的距離，必須在100mm以內。

對正鋼軌

鋼軌的對正包括水平對正和垂直對正，水平對正是通過調節鋼軌水平位置的高度來把水平軌縫間距控制在23~27mm以內，垂直對正則是通過鋼軌的豎向高度把豎向的高差控制在1.6mm以內。

安裝砂模

在焊前準備檢查好而且鋼軌也校正完畢以后就開始進行砂模的安裝了，它一般分為兩步，第一步是安裝兩側的砂模，為了安裝的緊密可以把砂模與鋼軌輕輕的摩擦一下。第二步就是安裝底板，安裝時一定要使有底砂模與軌縫保持垂直而且居中。等到兩步都完成以后就開始把螺栓擰緊，然后用直尺對鋼軌的各種要求進行校正，最后就是在砂模與鋼軌連接處的縫隙中均勻的涂抹上專用的封箱泥。

接頭焊接

接頭焊接的過程一般可以分為五步，它們分別是預熱、澆筑、拆模、除瘤、打磨焊縫。下面進行一一講述。

預熱

預熱就是把砂模和分流塞加熱到一定溫度，一般這個溫度是920℃~1000℃。預熱的過程則是先在預先支好的預熱支架上放上預熱器，然后將整個支架放于砂模的中間定位，調好火焰按下秒表，等時間過去6分鐘時把分流塞放在砂模的邊緣然后繼續加熱，一直到達到溫度為止，最后把預熱器拿走完成整個的預熱過程。

澆筑

澆筑時，先把分流塞放入頂部的入口處，然后在砂模的中央放置一個一次性的坩堝，用高溫火柴點燃然后對焊劑進行燃燒。下一步就是用自熔塞自動的進行澆筑了，等到廢渣停止流動時用秒表計時。

拆模

拆模過程要在澆筑過程完成五分鐘以后才能進行，拆模過程實際上就是一個大的清理工程，在這個過程中要把渣盤、一次性坩堝、砂模夾具、夾板、金屬底板全部拿走，還要把焊頭的頂部、溢出的焊料、鋼軌表面烤干的封箱泥、鋁熱焊反應剩余的鋼渣等等都要去除以及清理干凈。

除瘤

除瘤過程也不是立即就可以進行的，它必須要在拆模完成后的6.5分鐘以后才可以開始。除瘤的機械設備一般是用雙向手動液壓推瘤機，在操作時除瘤機的方向和鋼軌的縱向是相同的，但設備的最低處必須高于鋼軌的表面，除瘤后留茬的高度要比原來的軌道表面高出1~3㎜。另外在除瘤過程中還要把軌道底部冒出的多余的焊料去掉，這樣為以后的打磨工作提供了方便。

打磨

焊縫的打磨一般分為兩種，熱打磨和冷打磨兩種。首先進行的是熱打磨，它的打磨范圍包括軌頂、鋼軌工作面、軌底、兩軌底角，打磨常用的設備是專用鋼軌仿形打磨機。在打磨過程中需要注意的地方有兩點，一點是砂輪的打磨方向必須沿著軌道的長度方向，禁止與軌道的長度方向垂直；一點是在打磨焊料頂部表面時，當與軌面的距離為1㎜左右時把鋼軌頭部兩側與軌面過渡的圓弧處以及鋼軌的內外側打磨的與已經存在的鋼軌處于同一高度。冷打磨有一定的時間規定，必須在澆筑過程完成一個小時以后才能進行冷打磨，它主要是針對焊縫以及鋼軌的表面，目的是讓這些地方更加的平整、整齊。

質量驗收和貼標簽

質量驗收一般包含兩部分：內部檢測和外部檢測。內部的質量檢測是通過超聲波探傷儀對鋼軌焊頭的焊縫內部檢測是否合格；外部檢測常用的工具是精密塞尺和大約1米的直尺，另外對焊頭上有缺陷的地方要進行及時的處理。等到所有的檢測都合格以后需要貼上標簽，并做好焊縫探傷和質量檢測的記錄。

收尾工作

收尾工作就是施工現場的清理工作，先要把各種機械設備放回原存放處或搬往下一個焊接地點，然后還要把整個的施工場地打掃干凈。

四鋁熱焊施工中的注意事項

整個鋁熱焊施工中需要注意的事項主要有三個控制，分別是對施工過程中有關數據的控制、對施工過程中預熱的控制、對施工人員崗前培訓質量的控制。

施工過程中相關數據的控制

在施工過程中需要控制的數據主要有三種，分別是軌縫間距、溫度、時間。具體的數據范圍可參考表2。

表2鋁熱焊施工過程中需要控制的數值表

施工過程中的預熱控制

在施工過程中對預熱的控制是整個鋁熱焊過程中非常重要的一步，因為它能夠直接導致整個鋁熱焊過程的成功與否。預熱的控制實際上就是對溫度和時間的控制，比如鋼軌的過燒以及氧化物的缺陷都是由時間過長或過短引起的。另外溫度過低會影響氧氣和乙炔的揮發性，使燃料不能正常燃燒，進而達不到預定的預熱效果，所以必須要采取以下措施：一是在預熱前先把軌底加熱30~40s；二是在鋁熱反應完成后進行拆模時要保留底板，作用是為了最大程度的保存軌底的溫度；三是在氣溫低時要進行保溫措施，刮風時還要搭帳篷保證預熱的溫度。

施工人員的崗前培訓質量控制

無論從事什么工作都要進行崗前培訓，鋁熱焊施工也不例外，它還是整個施工過程中比較重要的一個步驟。只有對施工人員的培訓質量控制好才能使施工人員的工作過程中對鋁熱焊技術的各個注意要點明確和注意，才能確保焊接的質量。另外還要加強員工的素質培訓，使他們的施工時要文明施工、安全施工，每一個施工人員都必須擁有鋁熱焊特種施工作業的合格證書才能進行工作。

小結：鋁熱焊施工工藝的技術特點決定了它在整個鐵路鋪軌過程中的廣泛應用，鋁熱焊技術在施工前花費的時間很短，而且需要的設備也都比較簡單，在施工過程中移動比較快速，操作過程中也是非常簡便的，這些優點匯聚在一起共同形成了鋁熱焊施工工藝的技術特點。文章主要對鋁熱焊技術的以下幾個方面進行了探討和分析，這幾個方面分別是施工過程中鋼軌的間距、預熱的溫度、加熱的時間等等關鍵要點，最后還對施工人員的培訓質量控制進行了簡單的解析。

參考文獻：

[1]唐曉梅。鋼軌QPCJ鋁熱焊接技術淺析[J].山西建筑，2007,9（27）：150

[2]楊云堂。鋼軌鋁熱焊接應注意的要點[J].城市軌道交通研究，2007，5（5）：56

篇10

引言

特大地震發生后，通常會產生延續幾天甚至幾個星期的全球自由振蕩，只有長周期重力儀、地震儀等才能記錄到這種振蕩。最早對地球自由振蕩作出準確觀測是1960年5月22日智利8.9級地震后，Benioff等(1961)與Ness等(1961)分別用Isabella應變儀和Lacoste-Romberg重力儀實現的，兩個觀測結果非常吻合并與理論值一致，使人們知道了長周期自由振蕩的存在。目前人們認識到的自由振蕩有兩種:第一種是球型振蕩，地球作球型振蕩時，其質點位移既有徑向分量，也有水平分量;第二種是環型振蕩，地球作環型振蕩時，各質點只在以地心為球心的同心球面上振動，位移無徑向分量，地球介質只產生剪切形變，無體積變化，地球的重力場不受擾動，因此重力儀記錄不到這種振蕩。近年來全球大地震頻繁發生:2001年昆侖山口8.1級地震、2004年印尼蘇門答臘9.0級地震、2008年汶川8.0級地震、2011年日本9.0級地震等，這些罕見的大地震為人們研究地球自由振蕩提供了良好的機會。不少研究者利用數字觀測資料研究了一些大地震激發的地球自由振蕩，如萬永革等(2004，2005，2007)利用中國數字地臺網的資料研究了2001年昆侖山口西8.1級地震和2004年印尼蘇門答臘大地震激發的地球自由振蕩;雷湘鄂等(2002，2004，2007)利用超導重力儀來觀測地球球型自由振蕩;于海英等(2006)、邱澤華等(2007)、唐磊等(2007)、任佳等(2009)、徐曉楓等(2010)、楊躍文等(2010)也分別利用鉆孔差應變儀觀測資料、中國鉆孔應變臺網體應變觀測資料、水位前兆資料、中國數字地震臺網資料、云南水管儀觀測資料等研究了蘇門答臘地震、汶川地震所激發的地球自由振蕩，取得了不少成果，讓人們對地球內部結構有了進一步的了解。格爾木地震臺是國家基準臺之一，觀測手段豐富多樣，觀測質量在國家數字臺網中排名前列。北京時間2011年3月11日13時46分日本東海岸發生了9.0級特大地震，地震后不久，作者立即利用格爾木基準臺重力觀測數據，檢測此次地震激發的0S0～0S40基頻振型自由振蕩，并觀測到0S2、0S3振型譜峰分裂現象，觀測效果明顯。

1格爾木重力儀對日本大地震的記錄

格爾木地震臺位于青藏高原腹地，屬于國家基準臺，海拔3118m。臺站觀測環境良好，置放儀器的山洞進深28m，總長30m，洞頂覆蓋大于40m，側向覆蓋大于30m，洞內巖石為花崗巖，巖石比較堅硬完整，主體山脈基本無植被，且方圓3km內沒有大的活動斷裂通過。臺站使用PET型固體潮重力儀，該儀器漂移率小、精度高、測量范圍寬，2008年開始投入使用，目前運行穩定，產出數據質量良好，觀測數值單位為μGal(1μGal=10－8m•s－2)。2011年3月11日日本東海岸附近(38.1°N，142.6°E)發生9.0級特大地震，格爾木基準地震臺重力儀清晰地記錄到這次大地震。圖1為格爾木基準臺重力儀記錄的日本9.0級特大地震的分鐘值曲線，圖中信號清晰，可清楚地看到重力潮汐和地震波。

2數據選取及計算方法

我們選取數據長度為2011年3月11日13時00分至3月18日12時59分，共168小時，功率譜中頻率分辨率為1.67×10－6Hz，適當的頻率分辨率是辨認振型譜峰的前提。通常用功率譜來描述隨機信號的頻域特征，這是一個統計平均的頻譜特征。功率譜的目的是根據有限數據給出信號及隨機過程的頻率成分布的描述，提取淹沒在噪聲中的有用信息。采用改進的平均周期圖法來求取隨機信號的功率譜密度估計，并運用信號重疊分段、加窗函數與FFT算法等提高運算效率與效果。設信號x的自相關函數為Rn，則定義其Fou-rier變換為該信號的功率譜密度估計(萬永革，式中，N為計算所用數據的數目，由于我們計算重力資料地球自由振蕩信息時采用的記錄是分鐘值，故N取10080，x為重力數據，Sk離散值為功率譜密度值。另外，為了消除數據不能無限長而必須加窗對功率譜密度估計造成的影響，根據窗函數的不同特性，筆者采用Hanning窗來抑制功率譜旁瓣，突出主瓣，以獲取較準確的頻譜信息。為了時間截取上的便利，計算的數據包含了地震波傳到儀器之前的54個數據，但其相對于整個數據長度是微不足道的，不會影響分析結果。筆者參考雷湘鄂等(2007)的甄別方法，即每個檢測振型的譜峰值與該振型附近的觀測背景噪聲譜的比值，即該振型的信噪比，若被檢測振型的信噪比大于3就是有效檢測。為了觀察是否存在著能貢獻出類似于自由振蕩信息的非地震因素，我們對地震之前的重力資料進行分析，從而確定檢測到的自由振蕩信息為日本地震所激發的。

3計算結果

3.1震后功率譜密度估計譜采用上述的數據與方法，我們得到的格爾木地震臺重力觀測數據日本大地震后的功率譜密度估計譜，如圖2所示，觀測頻段依次分別為0.28～1.80，1.80～2.90，2.90～3.85和3.85～4.75mHz。計算結果清晰地檢測到了0S0～0S40之間除0S32、0S37振型之外基頻振型自由振蕩系列。為了對觀測到的自由振蕩和PREM模型的理論自由振蕩周期進行對比，圖中用虛線指示PREM模型的理論自由振蕩頻率值。圖2a所示為在0.28～1.80mHz頻段內檢測到的基型振蕩0S0～0S10。由圖可以看出，整個頻段無較大干擾，各個振型附近噪音很小，信噪比均大于3，能將0S0～0S10振型有效檢測出來。雖然0S2和0S3振型相對于其它振型觀測效果不明顯，但是由于其周圍噪聲很微弱，依然能將其檢測出來。由目前的工作可知(萬永革等，2007;雷湘鄂等，2007)，0S2和0S3振型存在著譜線分解的情況。一般情況下，觀測人員觀測到0S2和0S3并不像其它振型那么明顯，這可能有兩個原因:一是因為0S2和0S3振型是低頻率的低階振型，一般地震難以激發，只有大地震發生時才能被觀察到;另一方面可能是由于其能量的分散，譜線的分裂意味著能量的分散，0S2和0S3振型的能量分散于理論頻率值附近的幾個譜峰，不易觀察。圖2b所示為在1.80～2.90mHz頻段內檢測到的0S11～0S20振型，該頻段噪聲較低，信噪比較高，觀測的振型附近無較大干擾，觀測效果清晰，且觀測頻率值與理論值相差甚微。圖2c所示為在2.90～3.85mHz頻段內檢測到的0S21～0S30振型，據圖可知，除0S28振型觀測頻率值與理論數值偏差稍微大外，其余振型檢測效果良好。圖2d所示為在3.85～4.75mHz頻段內檢測到的0S31～0S40振型，該頻段的噪聲較大，其中0S32和0S37振型未形成突出的譜峰，導致觀測效果不明顯，盡管如此，依然較清晰地檢測到了這些振型，不過觀測頻率值與理論值偏差相對于其他頻段較大。將球型振蕩0S0～0S40振型觀測頻率值與PREM模型理論值進行比較(表1)可見，0S2、0S3振型觀測頻率值與理論值偏差較大，分別為－1.62%與0.85%，這并不是觀測的失誤，而可能是0S2、0S3振型譜線分裂所致;而頻率較高的0S32、0S37振型由于未能與周圍的噪音區分出來，沒有很好的觀測效果。同時，可以看出0S0、0S13、0S22、0S26和0S30共5個振型的觀測頻率與理論值偏差近似為0，這是很少觀測到的現象。除去0S2、0S3、0S32、0S37振型，偏差絕對值大于0.20%以上的僅有5個振型:0S5、0S6、0S16、0S33和0S38;而小于0.10%的振型有20個，總體平均偏差為0.10%。在計算總體平均偏差的過程中，0S2、0S3振型存在譜線分裂，0S32、0S37振型未能分辨出，故這4個振型不在計算之列。

3.2震前重力數據功率譜檢測為了檢驗其他因素是否對此次檢測到的自由振蕩信息有影響，我們對地震之前的重力資料進行分析，觀察是否有類似于自由振蕩信息存在。截取2011年3月2日0時0分至3月8日23時59分的重力數據，數據長度與前面一致，按照前文介紹的方法進行計算，這樣將3月9日日本7.2級地震可能產生的影響排除掉。從這段數據的功率譜上可以看出，在檢測的頻率范圍內，并無太大的背景干擾，噪音很小，潮汐因素也并未對所研究的頻段造成太大的影響，因此，我們可以確定檢測到的信號大部分來自日本9.0級大地震引起的自由振蕩信息(圖3)。

3.30S2、0S3振型的譜線分裂由于地球自轉與扁率的影響，地球的某些本征振蕩不是簡并的，而是存在譜線分裂現象。地球自由振蕩的簡正振型表現為一些離散的頻譜峰，頻譜峰的位置可以用來確定球面上的平均地幔結構，而頻譜峰分裂是大尺度的非球狀和非均勻地球的證據(Widmer-Schnidrig，1999)。Dahlen等(1968，1969)利用擾動理論分析了地球自轉及扁率作用導致的地球自由振蕩譜分裂，并把相關分裂參數制成表格形式，從理論上詳細地分析了科里奧利力分裂效應。現在人們對地球自轉和扁率引起自由振蕩譜線分裂的研究已比較成熟，可以將實測振型的譜線分裂與模型理論預測值進行比較。譜線分裂的振型一般都包括兩個或兩個以上的分裂譜峰，頻率最高的譜峰與頻率最低的譜峰之間頻率差為實測譜線分裂寬度W，振型譜線分裂寬度的理論值Wth，定義用譜線分裂率R為實測譜線分裂寬度W與理論譜線分裂寬度Wth之比值(雷湘鄂等，2007)，即R=W/Wth.(3)從圖4中可以看出，0S2、0S3振型各有兩個譜峰，每個譜峰的信噪比都大于3，故能將其分辨出。實測譜線分裂寬度、理論寬度分別為W1=10.60×10－6Hz，W2=10.20×10－6Hz，Wth9.48×10－6Hz，Wth2=13.05×10－6Hz。譜線分裂率分別為R1=0.544，R2=0.782。這個結果要小于雷湘鄂等(2007)用武漢超導重力儀研究蘇門答臘地震時得到數值(其結果分別為1.07，1.13)。方明(1991)指出，利用由地表向地心的數值積分計算自由振蕩0Sn的周期時，發現只有0S2和0S3振型的穿透深度進入內核，其中0S2的穿透深度接近地心，而0S3的穿透深度則剛剛進入內核。可見某些特殊振型的分裂能反映地球內核結構的復雜性，本文結果與雷湘鄂等(2007)的結果不同，可能是地球內核各向異性的表現。0S2、0S3振型存在著譜線分裂的現象，能量被分解，也正說明了0S2、0S3振型難以明顯觀測的原因。