應用測量方法

『壹』 α測量方法

我們知道，三個天然放射性系列中各有一個氣體核素（²²²Rn、²²⁰Rn和²¹⁹Rn），它們是氡的放射性同位素，稱為射氣。以測量射氣及其短壽衰變子體產生的α粒子而建立起來的各種天然核輻射測量方法，總稱為α測量方法。其中射氣測量是一種瞬時測氡方法，其餘方法（包括徑跡測量、釙-210法、α卡法，活性炭法等），都是累積測氡方法。

12.2.1 射氣測量

12.2.1.1 射氣場的形成機制

岩、礦石中的鐳（²²⁶Ra、²²⁴Ra、²²³Ra）經α衰變可不斷生成射氣，其中對α測量最有意義的射氣是氡（²²²Rn）。氡的一部分可以析出到岩（礦）石的孔隙和裂隙中，成為自由氡。這樣就在岩（礦）體周圍形成一個氡濃度增高的地段。按照氣體分子運動的規律，氡從濃度高處向濃度低處擴散，從壓強大處向壓強小處滲流，從溫度高處向溫度低處移動。於是，氡就從岩（礦）體向各個方向遷移，從地下深處向地表遷移。在遷移過程中氡還要按其衰減規律不斷減少。因此，離開岩（礦）體後，氡的濃度不斷降低，這樣便形成了一個以岩（礦）體為中心，濃度由內向外，由深至淺逐漸降低的射氣場。射氣場的形成還受地下水、伴生氣體（氧、二氧化碳、氮）、岩石破碎程度、孔隙度、氣象條件等因素的影響。尤其是地下水的作用，可使鈾、鐳遷移至地表，並不斷衰變成氡。實踐證明，α測量方法的探測深度可達數百米，能提供較多的深部地質信息。

釷射氣（²²⁰Rn）和錒射氣（²¹⁹Rn）也能形成各自的射氣場，但它們的半衰期短，所形成的場僅限於岩（礦）體附近很小的范圍。

12.2.1.2 射氣測量工作方法

根據地質任務和對測區研究程度的不同，可將射氣測量分為概查、普查和詳查三個階段。各階段的比例尺和測網布置與地面γ測量一致，不再贅述。

射氣測量的儀器稱為測氡儀，其工作原理與γ輻射儀類似，如圖12-9所示。先在測點上打深約0.5～1m的取氣孔，再將取氣器埋入孔中，用唧筒將土壤中的氡吸入測氡儀的探測器中，然後經光電倍增管轉換為電脈沖信號進行測量。測量完畢後立即排氣，然後移至下一測點，逐點進行測量。

圖12-9 射氣測量工作過程示意圖

不同地區觀測的射氣濃度有各自的底數，高於底數1.5～3倍的濃度值稱為異常。由於氡（²²²Rn）的半衰期比釷射氣（²²⁰Rn）長得多，錒射氣（²¹⁹Rn）半衰期僅4s左右，其影響可不予考慮。因此，可用以下方法判斷異常的性質：①若在最初5～10min內儀器讀數不減小或讀數反而增加，則認為異常為氡引起；②若1min後讀數減小大約一半，則認為異常為釷射氣引起；③若讀數隨時間增大而減少，但每隔1min減小量不到原讀數的一半，則認為異常為氡、釷射氣共同引起。

射氣測量的重現性較差，但也應當進行一些檢查測量，以了解異常的變化趨勢是否改變，異常位置是否大致可靠等。

12.2.1.3 射氣測量數據的整理及圖示

野外工作中，在測點讀數的是測氡儀的計數率或指針偏轉的格數，應按下式將其換算為射氣濃度ρ（Bq／l）

勘查技術工程學

式中M為儀器的測程系數，用數字顯示式儀器時，M=1；I為儀器讀數（cpm或格）；J_R為儀器標定系數（Bq／（L·cpm）或Bq／（L·格））。

鈾、釷混合異常點的讀數為²²²Rn和²²⁰Rn濃度之和。利用停止抽氣後t₁時刻的讀數n₁和t₂時刻的讀數n₂，可以按下式分別計算²²²Rn和²²⁰Rn的濃度ρ_（Rn）和ρ_（Th）。

勘查技術工程學

式中ρ₁、ρ₂分別為用停止抽氣後t₁、t₂時刻的讀數按（12.2-1）式計算的總濃度；P₁、P₂分別為 t ₁、t ₂ 時刻²²² Rn的增長率分別為 t ₁、t ₂ 時刻²²⁰ Rn的衰減率。

解上述聯立方程組，得到

勘查技術工程學

根據（12.2-3）和（12.2-4）式可計算²²²Rn和²²⁰Rn濃度的比值K，即

勘查技術工程學

式中C=ρ₂／ρ₁。為方便起見，可根據（12.2-5）式做出K-C曲線量板或K-C值換算表。實際工作中，根據讀數算出C值後，就可利用量板或換算表直接得到K值。

利用統計方法還可以確定射氣底數和異常下限。

射氣測量的成果圖件有射氣濃度剖面圖、剖面平面圖、等線值平面圖，以及氡、釷射氣濃度比等值線平面圖等。

12.2.1.4 射氣測量的應用

與γ測量相比，射氣測量具有較大的探測深度，但儀器較笨重，工作效率較低。此外，氣候、地形、土壤層結構，以及某些物質（岩石、粘土、腐殖質等）的吸附作用，都能影響射氣異常，使之復雜化，給異常解釋造成困難。

射氣測量主要用於尋找浮土覆蓋下的鈾、釷礦體，圈定構造帶或破碎帶，劃分岩層接觸界線，勘查淺層裂隙水等。

12.2.2 α徑跡測量

12.2.2.1 α徑跡測量的原理

重帶電粒子（質子、α粒子、重離子、宇宙射線）或核輻射碎片射入固體絕緣材料中時，在它們通過的路徑上會造成輻射損傷，留下微弱的痕跡，其直徑為10 nm，長為10～100 nm左右，稱為潛跡。潛跡只有在電子顯微鏡下才能觀察到。如果把這種受到輻射損傷的材料放入強酸或強鹼溶液中浸泡，則損傷部分就會較快地發生化學反應，並溶解到溶液中。擴大後的潛跡直徑可達20μm左右，它們就是粒子射入物質中形成的徑跡，在光學顯微鏡下可觀測到粒子的徑跡。由此可見，採用某些固體絕緣材料能記錄重帶電粒子，這類材料稱為徑跡探測器。可作為徑跡探測器的材料包括雲母、石英等結晶固體，各種玻璃等非結晶固體，以及硝酸纖維（CN）、醋酸纖維（CA）、聚碳酸酯（PC）、稀丙基二甘醇碳酸酯（ADC）等。

實際工作中，為了測量α粒子形成的徑跡，要將探測器置於探杯內，並埋入地表土壤層中。記錄到的主要是鈾礦體及其原生暈和次生暈中的氡放出的α粒子。這些氡通過擴散、對流、抽吸，以及地下水滲濾等復雜作用趨於地表並進入探杯，就在探測器上留下了氡及其各代子核素發射的α粒子所形成的潛跡。此外，探杯所接觸的土壤層中的鈾，以及釷系和錒鈾系的α輻射體產生的α粒子也可被探測器接收。

記錄α粒子潛跡常用的探測器材料是醋酸纖維和硝酸纖維薄膜，與之適應的蝕刻劑主要是氫氧化鈉和氫氧化鉀溶液。

12.2.2.2 α徑跡測量工作方法、資料及圖示

α徑跡測量的工作程序是：①將探測器置於塑料杯底部，再按一定的網格，倒置在測點處30～40cm深的小坑中，上蓋土封閉（圖11-10）；②約20天後取出杯中的探測器進行蝕刻；③用光學顯微鏡辨認和計算徑跡的密度（單位為j／mm²）。

圖12-10 累積法野外埋片示意圖

當取得測區內大量徑跡數據後，可利用統計方法確定該地區的徑跡底數（正常場），據此劃分正常場、偏高場、高場和異常場。徑跡密度大於底數加均方差者為偏高場；加二倍均方差者為高場；加三倍均方差者為異常場。

α徑跡測量的成果圖件主要有：α徑跡密度剖面圖、剖面平面圖和等值線平面圖等。

12.2.2.3 α徑跡測量的應用及實例

α徑跡測量和射氣測量一樣，記錄的都是氡放出的α粒子，它們的差別僅在於前者採用長時間累積測氡方式，而後者採用瞬時測氡方式。因此，α徑跡測量與射氣測量的應用范圍一致，但其探測深度要大得多。這是因為，長期累積測量方式可使得深達200 m的鈾礦體中所含的氡都擴散到探測器薄膜上，並達到一定的濃度，從而大大提高了靈敏度，均化了外來干擾影響，增加了探測深度，提高了地質效果。

某地印支期花崗岩區的岩體主要由中粗粒斑狀黑雲母花崗岩組成。鈾礦化產於構造蝕變帶內，且與赤鐵礦化、綠泥石化密切相關。該區浮土較厚且覆蓋廣泛，γ測量效果很差。射氣測量和α徑跡測量都有異常顯示，且後者更為明顯（圖12-11）。位於 F₁ 上盤的徑跡密度峰值約200 j/mm² ，寬20 m左右，並與峰值約50×3.7 Bq/L的射氣異常吻合，推測為淺部礦化引起。在F₁ 出露部位附近出現的徑跡異常峰值約100 j/mm² ，寬30 m左右，與另一峰值約20×3.7 Bq/L的較弱射氣異常位置有明顯差距。推測射氣異常只是 F₁ 構造出露部位的反映，而α徑跡異常則是 F₁ 構造出露部位與深部礦化的綜合反映。經鑽孔揭露，在孔深95 m和180 m處分別見到兩層礦體，其中淺部礦體已達到工業品位。

圖12-11 某地地質物探綜合剖面圖

12.2.3 α卡法

α徑跡測量是最先使用的累積測氡方法，其探測深度大的優點是γ測量和射氣測量無法比擬的。但是，它最大的缺點是工作周期較長，干擾因素較多。α卡法是一種更先進的「短期」累積測氡方法。它是將α卡短期埋置後取出，測量卡上吸附的氡的子核素產生的α粒子，從而解決有關地質問題。如果將α卡做成杯狀，利用這種α杯收集氡的子核素，就稱為α杯法。α杯法測氡的靈敏度更高。

12.2.3.1 α卡工作原理

α卡是一種固體材料，固體表面的分子或原子未被其他相似分子或原子包圍時，會存在未飽和價鍵力（稱為范德華力），所以任何固體表面都有從周圍氣體中吸附分子、原子或離子的能力。這樣，將固體卡片（或塑料杯）埋在地下，其表面就會吸附氡的子核素，形成放射性薄層。同時，氡的子核素多是帶正電的，很容易附著在空氣中的塵埃上，形成放射性氣溶膠。α卡自身帶負電，在電場力作用下，正離子會迅速聚集在α卡上，形成放射性薄層。

雖然氡也能被固體物質吸附，但α卡對氡的吸附能力較小。因此，可認為氡不會附著在α卡上。

實際工作中使用的α卡可用鍍鋁聚酯薄膜、銅片、鋁片、橡皮或塑料製成。還有一種α卡由過氯乙烯細纖維製成，在製作過程中使其自身帶有數百伏的靜電（負）電壓，因而稱為靜電α卡。靜電α卡有較高的靈敏度，有利於發現微弱的異常。

12.2.3.2 α卡測量方法

α卡法與α徑跡測量野外工作方法是類似的，埋卡方法見圖12-10。α杯法只需埋置杯子，工作更為簡便。

α卡法探測對象是氡的子核素²¹⁸Po、²¹⁴Po和²¹²Po等α輻射體。²¹⁸Po系²²²Rn直接衰變而來，半衰期為3.05min，經十倍半衰期，即30min左右，²¹⁸Po積累的原子核數達最大。生成的核若得不到補充，再經30min就衰變完畢。²¹⁴Po是²¹⁸Po經多次衰變而來，衰變系列中²¹⁴Pb的半衰期（26.8min）最長，故需10倍²¹⁴Pb的半衰期，即4.5h，系列才能達到平衡。若²¹⁸Po得不到補充，整個系列經4.5h時消失。²¹²Po是²²⁰Rn的子核素²¹²Pb經兩次衰變而成，衰變系列中²¹²Pb半衰期（10.6h）最長，故此系列需4.4d才能達到平衡。因此埋卡時間和測量時間不同，將得到不同的信息。埋0.5h後立即測量，探測的主要是²¹⁸Po；埋卡4～5 h立即測量，得到的是²¹⁸Po、²¹⁴Po和²¹²Po的貢獻。若放置0.5 h後再測量，得到的是²¹⁴Po和²¹²Po的貢獻。放置4 h後再測量，探測的則主要是²¹²Po了。

根據上述分析，設取卡後立即測量取得的計數率為I₁，其中²²²Rn的子核素（²¹⁸Po、²¹⁴Po等）引起的計數率為I_Rn，²²⁰Rn的子核素（²¹²Po等）引起的計數率為I_Th，4 h後第二次α測量獲得的計數率為I₂。則有

勘查技術工程學

由於放射性系列平衡時，子核數量的變化應遵從半衰期最長的子核素衰變的規律，因此（12.2-7）式中的衰變常數λ應是²¹² Pb的衰變常數，λ=0.065/h。由於 t=4 h，≈1，故有I_Th≈I₂。代入（12.2-7）式，還可得到

勘查技術工程學

由（12.1-7）式和（12.1-8）式，有

勘查技術工程學

以上I_Rn+I_Th、I_Th、I_Rn、I_Rn／I_Th四組數據在資料解釋中是有實用價值的。

野外工作中，靜電α卡埋置時間以4～6 h為宜，其他α卡埋置時間可大於12 h。同一地區埋卡時間應相同，取卡後應立即進行α測量。因為²¹⁸Po、²¹⁴Po等半衰期短，不盡快測量，它們會很快衰變掉。

由於α卡要有一定的總計數，因此當α卡上收集到的氡的子核素太少時，應適當延長測量時間，以保證數據的精度要求。找鈾礦時，異常幅度大，α卡的靈敏度可以低些，觀測時間可稍短。解決非鈾礦地質問題時，由於異常幅度小，應採用靈敏度高的方法工作，否則測量α卡的時間將予延長。找鈾礦時，²²⁰Rn（釷射氣）的子核素產生的α射線常視為干擾因素，但在處理非鈾礦地質問題時，²²⁰Rn的子核素和²²²Rn的子核素的α射線同樣有價值，因此²²⁰Rn的子核素的信息不能廢棄。

應當指出，氡的運移受多種因素的影響，規律比較復雜，使得測量結果重現性差。實踐表明，盡管重復觀測中數值會有改變，但異常的形狀、曲線的趨勢都是相似的。有時，重復測量中異常也會消失，說明該測點處氡的濃度變化很大，測點附近可能有構造存在。

條件允許時，在埋置α卡的坑中可同時進行孔中γ測量；還可將坑中的土樣取回進行鐳量測量。多種放射性測量資料的配合，有利於對α卡法異常做出正確的解釋。

根據α卡法測量所得的數據，可以繪制α卡測量剖面圖、剖面平面圖和等值線平面圖等。

12.2.3.3 α卡法的應用

α卡法比射氣測量靈敏度高，探測深度大，又比α徑跡測量生產周期短，因而在尋找鈾、釷礦床及與放射性核素有伴生或共生關系的礦床，勘查地下水、圈定構造破碎帶、劃分岩層接觸界線等方面都有廣泛的應用。

12.2.4 釙-210法

釙-210法是測量岩樣或土樣中放射性核素²¹⁰Po放出的α粒子的一種α測量方法。

12.2.4.1 釙-210法工作原理

在鈾系中，氡（²²²Rn）之後有一個半衰期為22.3a的放射性核素²¹⁰Pb。由於氡在遷移過程中不斷發生衰變，逐漸積累²¹⁰Pb，長時間後就形成了一個與氡基本處於平衡的²¹⁰Pb分散暈，這一²¹⁰Pb暈就代表了該處長時間內氡濃度的平均值。²¹⁰Pb暈的特點是，即使在近地表，²¹⁰Pb在土壤中的濃度也不受氣候變化的影響。氡的數值則受氣候、溫度、季節的影響而變動。因此，測量土樣中²¹⁰Pb的量可以更准確地反映取樣點的氡濃度。

但²¹⁰Pb是一個弱的β輻射體，而其後²¹⁰Bi（半衰期為5d）的子核素²¹⁰Po有較強的α輻射，半衰期長達138.4d，且它是所有放射性核素中最易形成膠體的核素。賦存在土壤中的²¹⁰Po常以膠體狀態沉澱或被吸附在土壤顆粒上或孔隙壁上不易流失，在土壤中形成穩定分布。因此測定²¹⁰Po即可了解土壤中²¹⁰Pb的情況，並間接推測母核素²²²Rn的分布規律。

²¹⁰Po的化學性質與碲類元素相似，部分也與鉍相似。金屬釙及其氧化物易溶於濃鹽酸和濃硝酸中，生成PoCl和Po（NO₃）₄溶液。用電化學方法可以從這些液中將²¹⁰Po置換沉積在某種電極上。根據標准電極電位低的金屬離子能置換標准電極電位高的金屬離子的性質，可選擇置換²¹⁰Po的金屬。²¹⁰Po的標准電極電位為0.66V，與它能發生置換反應的金屬有銅（0.34V）、鉍（0.23V）、銀（0.22V）、鎳（-0.25V）等。例如，銅置換²¹⁰Po的電化學反應為

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能夠置換²¹⁰Po的金屬可作為收集²¹⁰Po的探測器。

由於電化學性質不同，鈾、釷、鉛、鉍等元素都不能像釙那樣被置換沉積在銅片上。釙的其他6個同位素都是短壽的（半衰期＜3min），只有²¹⁰Po是長壽的。因此，這種置換方法一般都能有效地排除其他天然放射性同位素對²¹⁰Po測量的干擾（僅Ra有時會成為干擾）。

12.2.4.2 釙-210測量方法

釙-210測量分為野外和室內兩部分。

野外工作中，首先要根據工作任務、地質和地球物理特徵，選擇地質條件有利，蓋層較厚和露頭不發育地區作為測區，按一定的工作比例尺布置測網。然後逐個測點挖取重約50 g的土壤樣品。取樣時要撥開地表腐殖層，取離地表數十厘米深處的土壤，同一地區取樣深度應一致。

室內工作包括樣品的化學處理和測定探測器的α射線計數率。簡要步驟如下。

1）將土壤乾燥、碾碎，過40目篩，稱取20 g備用。

2）取5 g細粒土樣，連同0.5 g抗壞血酸和預先准備好的帶浮圈的銅片，一起放入100 mL的燒杯內，加入含有2%～3%檸檬酸的2mol／L的HCl溶液20 mL。

3）在水平振動的搖床上振盪3～4 h，從燒杯中取出銅片，用清水洗凈，再用濾紙將銅片吸干，即製成樣片。

4）將樣片放置30min後，即可用α輻射儀進行測量，每個樣片的讀數時間不應少於10min。

5）若樣片放置時間超過數天，則按下式修正讀數

勘查技術工程學

式中：I為修正後的計數率；I₁為實測計數率；λ為²¹⁰Po的衰變常數，λ=5×10^-3／d，t為樣片放置的天數。

6）每天工作前後要檢查儀器本底，還要用α工作源檢查α輻射儀的日常工作穩定性，以確保測量數據可靠。

釙-210法的資料整理與其他核測量方法相同。成果圖件有：釙量剖面圖、剖面平面圖、等值線平面圖、相對等值線平面圖等。

12.2.4.3 釙-210法的應用及實例

釙-210法只在野外取樣，分析工作全在室內進行，設備簡單，工作效率高，探測深度大，不受鈾、釷干擾，異常重現性好。因此，除用於尋找鈾、釷礦床外，還在地下水、地熱及油氣田普查中取得了良好的地質效果。

圖12-12為在某軍干休所測得的²¹⁰Po曲線。該地段出露第四系更新統（Qp）的冰水堆積，曲線的低值異常寬約20 m，長約50 m。經綜合分析認為，它與下部自流井組中的構造破碎帶有關。鑽探發現，含水層位為自流井組馬鞍山段中的砂岩，地下水流量為76t／d。

圖12-12 1號供水井²¹⁰Po測量剖面圖

『貳』 什麼是測量.測量的主要有幾個測量方法

測量這個概念太廣了。僅測繪學就分，大地測量，海洋測繪，工程測量，房產測量，等等。測繪學里還包含了攝影測量，遙感，還有地圖制圖。。。
根據不同的用途和目的，測繪的方法也不一定相同，要求也不一樣。
要量測某量的大小，就需要相應的度量單位，通常測量里用到的有長度，角度，面積。亦也有溫度，重量，時間等等。
測量應用的領域太廣泛，測量方法實在很多，總的來說，測量方法依據相關規范，得出的結果經過統一認識，認可就行。
舉幾個常用測量方法，距離測量，角度測量，視距測量，，，水準測量。

『叄』 γ測量方法

γ測量是利用儀器測量地表岩石或覆蓋層中放射性核素放出的γ射線，並根據射線強度或能量的變化，發現γ異常或γ射線強度（或能量）增高地段，以尋找鈾礦床或解決其他地質問題的一種天然核輻射測量方法。

γ測量可在地面、空中和井中進行，按測量的物理量的不同，可分為γ總量測量和γ能譜測量兩類。γ總量測量簡稱γ測量，是一種積分γ測量，記錄的是鈾、釷、鉀放出的γ射線的總照射量率，但無法區分它們。γ能譜測量是一種微分γ測量，記錄的是特徵能譜段的γ射線照射量率，並進而確定岩石中鈾、釷、鉀的含量，故解決的地質問題更廣泛。

12.1.1 地面γ測量

12.1.1.1 γ射線照射量率的計算

γ輻射儀在地表測得的γ射線照射量率與地質體的形態、規模、放射性核素含量、γ射線譜成分、蓋層特點及測量條件等因素有關。下面僅對一些簡單模型進行討論，以便了解地質體周圍γ射線照射量率分布的基本特徵。

（1）點源的γ射線照射量率

設點狀γ源處於均勻介質中，則介質內部距離點源R（cm）處的γ射線照射量率為

勘查技術工程學

式中m為點源中放射性物質的質量（g）；μ為介質對γ射線的吸收系數（cm^-1）；K為伽馬常數，數值上它等於對γ射線無吸收的情況下，距質量為1 g的點源1 cm處的γ射線的照射量率。鈾、鐳、釷、鉀的K值分別為

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用不同類型儀器測量時，K值稍有變化。

當點源產生的γ射線通過幾種不同介質時，距點源R處的γ射線照射量率為

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式中μ_i為第i種介質對γ射線的吸收系數（cm^-1），R_i為γ射線通過第i種介質的距離（cm）。

（2）圓台狀岩體上的γ射線照射量率

如圖12-1所示，有一高為 l、上底半徑為 R 的圓台狀岩體出露地表，其密度為ρ，放射性核素質量分數為 w，岩石對γ射線的自吸收系數為μ，空氣對γ射線的吸收系數為μ₀，則圓台體內放射性物質質量為 dm 的體積元 dV 在高度為H 的P 點處產生的γ射線照射量率為

圖12-1 圓台狀岩體上γ射線照射量率的計算參數

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取P為球坐標的原點，將dm=wρdV，dV=r²sinφdrdφdθ代入上式，並對整個體積積分，則

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由於r₁-r₀=lsecφ，r₀=Hsecφ，故上式變為

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對（12.1-4）式中的積分，可引入金格函數

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式中t=xsecφ。金格函數是比指數函數e^-x衰減得更快的列表函數（見表12-1）。當x→0時，Φ（x）→1；x→∞時，Φ（x）→0。可以證明

表12-1 金格函數表

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將（12.1-5）式代入（12.1-4）式（x=μ₀H或x=μl+μ₀H），則圓台體在空中任一點P產生的γ射線照射量率為

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式中φ₀為P點對圓台上底半徑的張角，且有

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如果圓台厚度為無限大（l→∞），則（12.1-6）式變為

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地面測量中，儀器探頭緊貼地面移動，可認為H→0，則上式簡化為

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容易證明，觀測點P對圓台所張的立體角為

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於是，（12.1-8）式可寫成

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（12.1-9）式表明，對於放射性核素含量均勻的同一放射岩層，觀測點對岩體所張的立體角不同，會對地面γ測量結果產生很大的影響。如圖12-2所示，在狹縫中測得的γ射線照射量率高於平坦表面的照射量率，而在微地形凸出部分的頂部測到的γ射線照射量率就更低。所以，地面γ測量中應注意微地形對測量結果的影響，一般應記錄平坦表面上的測量數據。

圖12-2 不同立體角對γ測量的影響

（3）半無限岩層上的γ射線照射量率

對於體積半無限大的岩層，l→∞，R→∞，φ₀→π／2。因此（12.1-6）式中cosφ₀→0，Φ（μl+μ₀H）→0，此時離地面H高度上P點的γ射線照射量率為

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可見P點的γ射線照射量率將隨高度的增加按金格函數規律衰減。

地面測量中，在岩層表面任一點，H→0，Φ（μ₀H）→1，此時γ射線照射量率達到極大值

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（4）半無限大岩層上有覆蓋層時的γ射線照射量率

設非放射性覆蓋層厚度為h，覆蓋層對γ射線的吸收系數為μ₁，則用與推導（12.1-10）式類似的方法，可求得覆蓋層表面上任一點的γ射線照射量率

勘查技術工程學

上式表明，無限大岩體覆蓋層上的γ射線照射量率隨覆蓋層厚度增加而按金格函數規律衰減。蓋層物質的密度不同，γ射線照射量率的衰減程度也不相同。蓋層密度越大，吸收的γ射線越多，照射量率衰減得越快。

12.1.1.2 地面γ輻射儀

地面γ測量使用的輻射儀由γ探測器和記錄裝置組成。最常用的γ探測器是閃爍計數器，它由閃爍體（熒光體）和光電倍增管組成，其功能是將光能轉換成電能（圖12-3）。當射線射入閃爍體時，使它的原子受到激發，被激發的原子回到基態時，將放出光子，出現閃爍現象。這些光子打擊在光電倍增管的光陰極上，產生光電效應而使光陰極放出光電子，再經光電倍增管中各倍增電極的作用，使光電子不斷加速和增殖，最後形成電子束，在陽極上輸出一個將初始光訊號放大了10⁵～10⁸倍的電壓脈沖。輻射射線強，單位時間產生的脈沖數目多；輻射粒子的能量大，脈沖的幅度也大。因此，閃爍計數器既可測量射線的強度，又可測量射線的能譜。

圖12-3 閃爍計數器工作原理圖

閃爍體可分為無機閃爍體（NaI、CsI、ZnS等）和有機閃爍體（蒽、聯三苯等）兩大類。常用的NaI（Tl）晶體是在碘化鈉晶體中滲入鉈作激活劑，使晶體發出可見光，並防止光被晶體自身吸收。由於晶體發光時間僅為10^-7s，因而最大計數率可達10⁵ cps。測量γ射線要使用大體積晶體，而測量X射線則使用薄晶體（厚度1～2 mm）。

輻射儀的記錄裝置由一套電子線路組成，閃爍計數器輸出的電壓脈沖經放大、甄別（選擇一定幅度的脈沖）、整形（將不規則脈沖變成矩形脈沖）和計數後，由線路的讀數部分顯示出來。

12.1.1.3 地面γ測量工作方法

地面γ測量一般應布置在地質條件和地球物理、地球化學條件對成礦有利的地段。在地形切割、水系發育、露頭良好、覆蓋層較薄，並有機械暈和鹽暈發育的地區進行γ測量最為有利。

地面γ測量可分為概查、普查和詳查三個階段，各階段的工作比例尺和點線距如表12-2所示。概查在從未做過γ測量或勘查程度較低的地區進行，概查的工作比例尺為1∶1萬～1∶5萬，目的是為下一步工作圈出遠景區；普查一般在概查階段所選的遠景區內進行，其工作比例尺為1∶2.5萬～1∶1萬，其任務是研究工作地區的地質構造特徵，尋找異常點、異常帶，研究它們的分布規律，解釋異常的成因，為詳查圈定遠景地段；詳查在選定的遠景地段或礦區外圍進行，採用1∶5000～1∶1000的工作比例尺，其任務是查清已發現異常的形態、規模、強度、賦存的地質條件、礦化特徵等，以便對異常進行評價，為深部揭露提供依據。

表12-2 γ測量精度及點線距要求

概查和普查都採用路線測量方法，γ測量路線應與地質測量路線一致。觀測採用連續測量方式，以穿越地層和構造走向為主，發現岩性變化、構造帶及破碎帶等地質現象時，可沿走向適當追索。為保證測線兩側范圍不漏掉異常，實測路線可以是曲折的。詳查採用面積測量方法，按選定比例尺預先布置測網，測線應盡量垂直穿過欲探測的地質體。

工作時，γ探測器應放在較平坦的地方測量，以避免微地形影響。測點附近的地質情況應予記錄，遇到有利層位，或岩性、構造和底數有明顯變化時，應適當加密測點。

用γ輻射儀測量時，所記錄的γ射線照射量率是由多種因素引起的，可表示為

勘查技術工程學

其中：是測點附近岩石或土壤中放射性核素產生的γ射線照射量率；是宇宙射線產生的γ射線照射量率；是儀器底數；，為儀器的自然底數。

由於宇宙射線的照射量率隨地區緯度、海拔高度和晝夜時間的變化而變化，儀器底數也受探測器內放射性核素含量、儀器受污染程度、儀器雜訊強度和假脈沖數，以及儀器使用時間長短的影響。因此，輻射儀的自然底數不是一個常數。但是這種變化一般不大，在岩石底數中所佔份額較小，所以可將它視為常數。不同的儀器，其自然底數也可能不等，當多台儀器進行γ測量，尤其是在環境γ本底調查、放射性核素定量測量以及為確定低於背景的γ偏低場而進行的測量中，必須測定各台儀器的自然底數，以便使測量結果能進行統一對比。

測定自然底數的方法有鉛屏法、水中法、水面法等多種，其中水中法最為簡便。選擇水深大於1.5 m，水面直徑大於2 m，無放射性污染的水域，將γ輻射儀用塑料布密封好，置於水下50 cm處，此時取得的讀數即為自然底數。

岩石中正常含量的放射性核素產生的儀器讀數叫做岩石底數或背景值。各種岩石有不同的底數，可按統計法求取，作為正常場值。野外工作中，凡γ射線照射量率高於圍岩底數三倍以上，受一定岩性或構造控制，性質為鈾或鈾釷混合者，該處稱為異常點。若γ射線照射量率偏高（高於圍岩底數加三倍均方差），但未達到異常照射量率標准，而地質控礦因素明顯，且有一定規模者，亦稱為異常點。應當指出，上述標准不宜用來解決非鈾地質問題。例如，找尋蓄水構造時，異常只比底數高 10%～80%。因此，解決非鈾地質問題時，高於底數者即是異常點。異常分布受同一岩層或構造控制，其長度連續在20 m以上者，稱為異常帶。對有意義的異常點應進行輕型山地工程揭露。在做好地質、物探編錄和取樣分析的基礎上，可提出進一步工作的意見。

在測區內鐳、鈾平衡遭到破壞，平衡顯著偏鈾時，由於鈾的γ射線照射量率很小，宜採用β+γ測量，即用記錄β射線的儀器測量β射線和γ射線的總照射量率。當需要查明浮土覆蓋地區鈾礦遠景時，可採用孔中γ測量。

為了評價地面γ測量的質量，應布置檢查路線。檢查路線應布置在地質有利地段或工作質量有疑問的地段。檢查工作量應不少於測區工作量的10%。工作質量高的標準是：未遺漏有意義的異常，檢查測量曲線與原測量曲線形態無明顯差異。

影響測量精度的主要因素是核衰變的統計漲落。由（11.2-16）式可知，提高精度的途徑是要有足夠的脈沖計數。實際工作中可採用延長測量時間，增加測量次數等方法解決。

為了保證工作質量，每天出工前後都必須用工作標准源對儀器的性能進行檢查。當在某一固定點帶標准源和不帶標准源的讀數差在統計漲落允許范圍時，可認為儀器工作正常；否則應對儀器重新標定。同時，工作期間還應定期檢查儀器的穩定性、准確性及多台儀器對比的一致性。

12.1.1.4 地面γ測量數據的整理及圖示

（1）地面γ測量數據的整理

地面γ測量數據的整理包括將讀數（計數率）換算成γ射線照射量率、確定岩石底數、計算岩石γ射線照射量率統計漲落的均方差等。

為了求得岩石底數，首先要根據實測γ射線照射量率繪制頻數直方圖（或概率分布曲線）。如果岩石γ射線照射量率服從算術正態分布，則岩石照射量率（算術）平均值為

勘查技術工程學

均方差為

勘查技術工程學

式中 n 為統計分組的組數；為第i 組的頻數；為第i 組的組中值。

如果岩石γ照射量率服從對數正態分布，則岩石照射量率幾何平均值和均方差為

勘查技術工程學

取作為岩石底數，+3σ作為異常的下限（非鈾地質工作除外）。

岩石底數和異常下限也可在累積頻率展直圖或累積頻率分布曲線上直接讀取。

（2）地面 測量成果的圖示

地面γ測量的成果圖件主要有：γ照射量率剖面圖、γ照射量率剖面平面圖、γ照射量率等值線平面圖和相對γ照射量率等值線平面圖等。

γ照射量率等值線圖按±3σ、±2σ、±σ勾繪。不同岩石有不同的底數，且不同岩石γ射線照射量率的變化幅度（即均方差）也是不同的，這些都會影響γ照射量率等值線圖的精度。為此，可以在每種岩性范圍內按各自的+σ、+2σ、+3σ將γ場劃分為偏高場、高場和異常場三級，然後分別把各種岩性γ射線照射量率等級相同的點連接起來（不論它們的岩性是否相同），這樣便構成了一幅相對γ照射量率等值線平面圖（圖 12-4）。這種圖避免了岩石背景值不同造成的干擾，較全面地反應了各種不同岩性的γ場特點，能清楚地反映γ暈圈與礦化、構造的關系，有利於研究礦化規律及推測成礦有利地段。

圖12-4 某地區相對γ照射量率等值線平面圖

12.1.1.5 地面γ測量的資料解釋及實例

地面γ測量的資料解釋是定性的，因為γ測量的探測深度淺，1～2 m。一般只能圈出地表放射性核素增高的地段，難以發現埋藏較深的礦體。此外，γ射線照射量率的大小並非總是反映鈾的富集程度。因為鈾系中主要γ輻射體都是屬於鐳組的核素，所以產生γ異常的源主要是鐳而不是鈾。

放射性核素在自然界中廣泛分布，γ測量中發現異常並不難，但評價異常就不容易了。當礦床出露地表或處於氧化帶中，而附近又有斷裂跡象時，鈾容易受風化淋濾作用而被酸溶解帶走。其結果是鐳的數量增大，平衡偏向鐳，從而出現γ射線照射量率很高而鈾並不富的現象。若被運走的鈾在適當的環境下被還原而沉積下來，或在還原環境下鐳被帶走而鈾又被溶解得很少，就會發生平衡偏向鈾的情況。這時γ射線照射量率不高，但鈾卻很富。因此，必須特別注意用鈾鐳平衡系數確定測區內鈾、鐳是否處於長期平衡狀態，而不能僅僅依靠γ射線照射量率的大小來評價異常。同時，還應綜合應用異常點（帶）的地質、地球化學和其他地球物理（包括射氣測量、β+γ測量等）資料進行分析，才能對異常做出正確的判斷。

圖12-5 某地區地質、相對γ照射量率綜合平面圖

地面γ測量具有儀器輕便、方法簡單、工作靈活、成本低、效率高等特點。除用於直接尋找鈾、釷礦床和確定成礦遠景區外，還用於地質填圖，尋找與放射性核素共生的其他礦產，探測地下水以及解決其他地質問題。

圖12-5是地面γ測量尋找鈾礦床的實例。該地區曾發現燕山運動早期花崗岩體，其主要岩性為中細粒花崗岩。區內浮土覆蓋面積較大，岩漿活動頻繁，構造復雜，呈東西向分布。γ測量圈定了兩個異常和兩個偏高場，都有一定的規模，經地表揭露後它們依然存在。對偏高地帶又做了射氣測量、鈾量測量和伴生元素找礦等工作，結果均有顯示。經勘查揭露，在1、2號異常及3號偏高地帶發現鈾礦，4號偏高地帶見到了鈾礦化。

12.1.2 地面γ能譜測量

如前所述，鈾系和釷系都有幾個主要的γ輻射體。因此，在鈾、釷混合地區，用地面γ測量方法不易判定異常的性質，這時採用地面γ能譜測量往往能取得良好的地質效果。

12.1.2.1 地面γ能譜儀和儀器譜

地面γ能譜儀的閃爍計數器可將γ射線的能量轉換成電脈沖輸出，輸出脈沖的幅度與γ射線的能量成正比，因此能譜測量實際上是對脈沖幅度進行分析。完成這個功能的電路稱為脈沖幅度分析器。其原理見圖12-6（b），它由上、下甄別器和反符合電路組成。甄別器是一種只允許幅度高於某一數值（稱之甄別閾值）的脈沖通過的裝置。上甄別器的閾電壓較高，只有較大幅度的脈沖（如9號脈沖）才能通過。下甄別器的閾電壓較低，除了所有能通過上甄別器的脈沖（如9號脈沖）可以通過外，幅度介於上、下甄別器之間的脈沖（如3、5、8號脈沖）也能通過。兩甄別器輸出的信號均送到反符合電路。反符合電路的特點是，當上、下甄別器有相同的信號同時輸出時，使這些信號在反符合電路相互抵消。因此，反符合電路輸出的只是介於上、下甄別閾電壓之間的脈沖（3、5、8號脈沖），然後進行計數和記錄。

上、下甄別閾電壓的差值稱為道寬。道寬固定以後，通過調節下甄別閾電壓（上甄別閾電壓相應地變化），可把幅度不等的脈沖逐段分選出來，這種脈沖幅度分析方法稱為微分測量。所測得的譜線稱為微分譜。

如果脈沖幅度分析器只用一個下甄別器，則所有幅度超過下甄別器閾電壓的脈沖（圖12-6（a）中3、5、8、9號脈沖）都被記錄，這種脈沖幅度分析方法稱為積分測量。所測得的譜線稱為積分譜。

實際工作中，γ能譜儀測得的γ能譜不是線譜，而是因各種因素復雜化了的儀器譜（圖12-7），它是γ射線通過物質（岩石、土壤、能譜儀探測元件等）產生光電效應、康普頓散射和電子對效應等，使能譜發生了很大變化後形成的，是一種連續譜。與線譜相比，U、Th、K的上述特徵峰峰位不夠突出，但仍能分辨。

圖12-6 脈沖幅度分析器原理

圖12-7 NaI（Tl）測得的微分儀器譜和U、Th、K道的選擇

12.1.2.2 U、Th、K含量的計算

γ能譜儀用一個積分道（＞50 keV）記錄某一能量閾以上的總γ射線計數率，還用三個微分道分別測量γ射線三個能譜段產生的計數率。其中鉀道道寬0.2 MeV，所鑒別的γ譜段中心可選在⁴⁰K特徵峰1.46 MeV處；鈾道道寬0.2 MeV，譜段中心可選在鈾系²¹⁴Bi特徵峰1.76 MeV處；釷道道寬0.4 MeV，譜段中心可選在釷系²⁰⁸Tl特徵峰2.62 MeV處。三個譜段都選在高能區，可以減少散射γ射線的影響。三個譜段又相互獨立，且每一譜段中，目標核素譜線佔主要成分，有利於提高計算方程解的穩定性（圖12-7）。

設鉀、鈾、釷道的計數率（已減去底數）分別為I₁、I₂、I₃（單位為cpm），則它們與U、Th、K的質量分數w（U）、w（Th）、w（K）（單位分別為10^-6、10^-6、%）的關系為

勘查技術工程學

式中系數a_i、b_i、c_i（i=1，2，3）稱為換算系數，分別表示單位含量的鈾、釷、鉀在不同測量道的計數率（單位分別為cpm／10^-6、cpm／10^-6和cpm／%），需在鈾、釷、鉀標准模型上實測確定。

解上述方程組，可求得鈾、釷、鉀的質量分數

勘查技術工程學

式中

勘查技術工程學

12.1.2.3 地面γ能譜測量的工作方法及成果圖件

地面γ能譜測量與地面γ測量的工作方法類似，但地面γ能譜測量需要按照預先布置的測網定點、定時讀數，讀數的時間一般為1min。微機化γ能譜儀實現了現場自動數據採集、數據初步整理及現場繪制剖面平面圖。

在室內，可將野外採集的數據直接輸入計算機，在屏幕上快速形成各種圖件，並進行人機交互解釋。

地面γ能譜測量的成果圖件有：鈾、釷、鉀含量剖面圖、剖面平面圖和等值線平面圖，有時還要繪制釷鈾比［w（Th）／w（U）、釷鉀比w（Th）／w（K）、鈾鉀比w（U）／w（K）］剖面圖或等值線平面圖。

12.1.2.4 地面γ能譜測量的應用

地面γ能譜測量可以直接尋找鈾、釷礦床，也可尋找與放射性核素共生的金屬及非金屬礦床，利用鈾、釷、鉀含量及其比值的分布資料，還可推測岩漿岩和沉積岩的生成條件及演化過程，探測成礦特點和礦床成因等。

圖12-8是應用γ能譜測量尋找含金構造帶的實例。在含金礦脈附近，γ總量曲線和K含量曲線出現低值，U、Th含量曲線出現高值，而w（U）／w（Th）、w（U）／w（K）、w（Th）／w（K）值形成明顯的異常。綜合這幾條曲線，可確定含金礦脈的位置。根據礦脈兩側K含量曲線兩處出現高值的位置，可大致估計鉀化帶的寬度。

圖12-8 山東某地地面γ能譜測量曲線

『肆』 測量表面粗糙度還有哪些方法其應用范圍如何

粗糙度是指工作已加工表面不光滑的程度。在切削加工過程中由進給而造成的切削痕跡是以波峰波谷形式出現,而峰谷高度很小,一般多為零點幾微米,因此表面粗糙度屬於零件表面的微觀形狀誤差.其測量方法:

(1) 直接量法:利用光學、電動儀器對零件表面直接量取有關參數，確定粗糙度等級。

直接測量又分為接觸測量和非接觸測量。

（2）比較測量法：將被測表面與標准粗糙度樣板作比較，評定粗糙度等級。粗糙度樣板（又稱粗糙度標准塊），是以不同的加工方法（車、刨、平銑、立銑、磨等）製成的一組金屬塊。

（3）印模法：此種方法多用於不能用儀器直接測量的或內表面，可用塑性材料作成塊狀的印模，貼合在被測表面上，待取下後貼合面上即復制出被測表面的輪廓狀況，然後對此印模進行測量，確定其粗糙度等級。

（4）綜合測量法：它是利用被測表面的某種特徵來間接評定表面粗糙度的級別，而不能測峰谷不平高度的具體數值。（陳民）

『伍』 常用的測量硬度的方法有幾種應用范圍是什麼

方法：塑料洛氏、邵氏、金屬洛氏、金屬布氏、金屬維氏、顯微維氏等。

具體操作：1、塑料洛氏：在規定的加荷時間內，在受試材料上面的鋼球上施加一個恆定的初 負荷，隨後施加主負荷，然後在恢復到相同的初負荷。 測量結果是由鋼球壓入材料的總深度，減去卸去主負荷後規定時間內的彈性恢復以及初負荷引起的壓入深度。洛氏硬度標尺每一分度表示壓頭垂直移動0.002mm，具體公式：HR=130-e/0.002 HR— 洛氏硬度值 e－主負荷卸除後的壓入深度

2、邵氏：使用邵氏A型硬度機測試，測試時需注意按照標准，測試環境須在標准狀態下(23±2℃，50±5% R.H) 進行，且測試前試片須在標准狀態下放置40小時以上。測試時，將試片置於硬度試驗機平台上。調整使壓針頭與試樣表面的距離至25.4±2.5mm，然後，施加合適力度（不沖擊被測物）使壓針頭壓在試樣上。待完全壓下，與測試物接觸1秒內，立即讀取刻度值到整數字並記錄其結果。

3、金屬洛氏：測試原理將壓頭（金剛石圓錐、鋼球或硬質合金球）分兩個步驟壓入試樣表面，經規定保持時間後，卸除主試驗力，測量在初試驗力下的殘余壓痕深度h，根據h值及常數N和S計算洛氏硬度。洛氏硬度應選擇在較小的溫度變化范圍內進行，因為溫度變化可能會對試驗結果有影響。所以試驗一般規定在10～35℃的室溫進行。試樣應平穩地放置在剛性支承物上，並使壓頭軸線與試樣表面垂直。避免試樣產生位移。使壓頭與試樣表面接觸，在無沖擊和振動的情況下施加試驗力，初試驗力保持不應超過3秒。將測在不小於1s且不大於8s的時間內，從初試驗力增加到總試驗力，並保持4s±2s，然後卸除主試驗力，保持初試驗力，經過短暫穩定後，進行讀數。為了讀書准確，在試驗過程中，硬度計應避免受到任何沖擊和震動。

4、金屬布氏：測試原理對一定直徑的硬質合金球施加試驗力壓入試樣表面，經規定保持時間後，卸除試驗力，測量試樣表面壓痕的直徑。布氏硬度與試驗力除以壓痕表面積的商成正比。壓痕被看作是具有一定半徑的球形，其半徑是壓頭槌直徑的二分之一。

5、金屬維氏：測試原理將頂部兩相對面具有規定角度的正四棱錐體金剛石壓頭用試驗力壓入試樣表面，保持規定時間後，卸除試驗力，測量試樣表面壓痕對角線長。維氏硬度值是試驗力除以壓痕表面積所得的商，壓痕被視為具有正方形基面並與壓頭角度相同的理想形狀。

6、顯微維氏：試驗一般在10～35℃的室溫進行。對溫度要求嚴格的試驗，試驗溫度應為23℃±5℃。根據試樣厚度和硬度選擇試驗力。使壓頭與試樣表面垂直接觸，垂直於試驗面施加試驗力，加力過程中不應有沖擊和震動，直至將試驗力施加至規定值。保持試驗力的時間為10～15秒。對特殊材料，試驗力保持時間可以延長，但誤差應在±2秒。

『陸』 測量的方法

1.根據測量條件分為
（1）等精度測量：用相同儀表與測量方法對同一被測量進行多次重復測量
（2）不等精度測量：用不同精度的儀表或不同的測量方法, 或在環境條件相差很大時對同一被測量進行多次重復測量
2.根據被測量變化的快慢分為
（1）靜態測量
（2）動態測量
1.直接測量法：不必測量與被測量有函數關系的其他量，而能直接得到被測量值的測量方法。
2.間接測量法：通過測量與被測量有函數關系的其他量來得到被測量值的測量方法。
3.定義測量法：根據量的定義來確定該量的測量方法。
4.靜態測量方法：確定可以認為不隨時間變化的量值的測量方法。
5.動態測量方法：確定隨時間變化量值的瞬間量值的測定方法。
6.直接比較測量法：將被測量直接與已知其值的同種量相比較的測量方法。
7.微差測量法：將被測量與只有微小差別的已知同等量相比較，通過測量這兩個量值間的差值來確定被測量值的測量方法。 （1）正態分布
隨機誤差具有以下特徵:
① 絕對值相等的正誤差與負誤差出現的次數大致相等——對稱性；
② 在一定測量條件下的有限測量值中，其隨機誤差的絕對值不會超過一定的界限——有界性；
③ 絕對值小的誤差出現的次數比絕對值大的誤差出現的次數多——單峰性；
④對同一量值進行多次測量，其誤差的算術平均值隨著測量次數n的增加趨向於零——抵償性。（凡是具有抵償性的誤差原則上可以按隨機誤差來處理）；
這種誤差的特徵符合正態分布
（2）隨機誤差的數字特徵：如圖所示：
（3）用測量的均值代替真值；
（4）有限次測量中，算術平均值不可能等於真值；
（5）正態分布隨機誤差的概率計算
當k=±1時, Pa=0.6827, 即測量結果中隨機誤差出現在-σ～+σ范圍內的概率為68.27%, 而|v|>σ的概率為31.73%。出現在-3σ～+3σ范圍內的概率是99.73%, 因此可以認為絕對值大於3σ的誤差是不可能出現的, 通常把這個誤差稱為極限誤差。 例題：見圖所示：

（6）不等精度直接測量的權與誤差
1.在不等精度測量時, 對同一被測量進行m組測量, 得到m組測量列（進行多次測量的一組數據稱為一測量列）的測量結果及其誤差, 它們不能同等看待。精度高的測量列具有較高的可靠性, 將這種可靠性的大小稱為「權」。
2.「權」可理解為各組測量結果相對的可信賴程度。 測量次數多, 測量方法完善, 測量儀表精度高, 測量的環境條件好, 測量人員的水平高, 則測量結果可靠, 其權也大。權是相比較而存在的。 權用符號p表示, 有兩種計算方法: ?
① 用各組測量列的測量次數n的比值表示, 並取測量次數較小的測量列的權為1,則有
p1∶p2∶…∶pm=n1∶n2∶…∶nm
② 用各組測量列的誤差平方的倒數的比值表示, 並取誤差較大的測量列的權為1, 則有
p1∶p2∶…∶pm=（1/σ1）^2:（1/σ2）^2:（1/σ3）^2:……（1/σm）^2 （1）系統誤差產生的原因
①感測器、儀表不準確（刻度不準、放大關系不準確）②測量方法不完善（如儀表內阻未考慮）③安裝不當④環境不合⑤操作不當；
（2）系統誤差的判別
①實驗對比法，例如一台測量儀表本身存在固定的系統誤差，即使進行多次測量也不能發現，只有用更高一級精度的測量儀表測量時，才能發現這台測量儀表的系統誤差；
②殘余誤差觀察法（繪出先後次序排列的殘差）；
③准則檢驗法
馬利科夫判據是將殘余誤差前後各半分兩組, 若「Σvi前」與「Σvi後」之差明顯不為零, 則可能含有線性系統誤差。
阿貝檢驗法則檢查殘余誤差是否偏離正態分布, 若偏離, 則可能存在變化的系統誤差。將測量值的殘余誤差按測量順序排列，且設A=v12+v22+…+vn2, B=(v1-v2)2+(v2-v3)2?+…+(vn-1-vn)2+(vn-v1)2。
若|B/2A-1|>1/n^1/2,則可能含有變化的系統誤差。
(3)系統誤差的消除
在測量結果中進行修正 已知系統誤差, 變值系統誤差, 未知系統誤差
消除系統誤差的根源根源
在測量系統中採用補償措施
實時反饋修正 剔除壞值的幾條原則：
(1)3σ准則（萊以達准則）：如果一組測量數據中某個測量值的殘余誤差的絕對值|vi|>3σ時, 則該測量值為可疑值（壞值）, 應剔除。
(2)肖維勒准則：假設多次重復測量所得n個測量值中, 某個測量值的殘余誤差|vi|>Zcσ,則剔除此數據。實用中Zc<3, 所以在一定程度上彌補了3σ准則的不足。
(3)格拉布斯准則：某個測量值的殘余誤差的絕對值|vi|>Gσ, 則判斷此值中含有粗大誤差, 應予剔除。 G值與重復測量次數n和置信概率Pa有關。
解題步驟：如圖所示： （1）誤差的合成：如圖所示：
絕對誤差的合成（例題）：
用手動平衡電橋測量電阻RX。已知R1=100Ω, R2=1000Ω, RN=100Ω,各橋臂電阻的恆值系統誤差分別為ΔR1=0.1Ω, ΔR2=0.5Ω, ΔRN=0.1Ω。求消除恆值系統誤差後的RX.
（2）最小二乘法的應用：
推導過程，如圖冊所示：
最小二乘法應用例子：如圖冊所示:
5.用經驗公式擬合實驗數據——回歸分析
用經驗公式擬合實驗數據，工程上把這種方法稱為回歸分析。回歸分析就是應用數理統計的方法，對實驗數據進行分析和處理，從而得出反映變數間相互關系的經驗公式，也稱回歸方程。

『柒』 激光測量方法的應用

激光的高亮度、高相乾性和高準直性，提高了測量的精度（已達納米量級），提高了測量的層次，促進了測量智能化的進程。

5.8.3.1 地殼應變的激光干涉調製法測量

採用高靈敏度的測量手段監測地殼應變，對地震、滑坡等自然災害的早期預報具有重要意義。若採用激光干涉並結合圖像調制和相位檢測技術，可使地殼應變的測量靈敏度，較之傳統石英伸縮儀高出若干個數量級。

由構造和非構造營力引起的各種重大自然災害，一般說來具有地殼應變反常前兆。採用高靈敏度的測量儀器，精確監測地殼應變情況，是捕捉自然災害前兆進行早期預報的重要手段。目前國內外已觀測到的地震時較高頻率的斷層活動所引起的應變階，大約只有10^-8～10^-9量級，而震前所引起的應變階則更小。作為震前監測與預報，則要求儀器具有更高的靈敏度。由國家地震局與比利時皇家天文台合作研製的石英伸縮儀，是我國20世紀90年代採用的儀器中最好的，其最高靈敏度也只有10^-9～10^-10量級。因此，長期以來，國內外學者一直致力於更新地殼應變測量方法的研究。

採用激光干涉的方法測量微小位移，被廣泛應用於許多領域。尤其是在引力波探測方面，目前已能探測到10 ^-14 cm的微小位移。如將這一技術應用到地殼應變測量，可使現有的靈敏度提高若干個數量級，它不僅能為地球物理理論提供精確的實驗數據，更重要的是可直接用於對地震和水庫大壩滑坡的早期監測預報。

5.8.3.2 利用原子干涉儀測量重力加速度

20世紀90年代，美籍華裔物理學家、1997年諾貝爾物理學獎獲得者、美國斯坦福大學朱棣文教授領導的小組，根據原子干涉原理，解析度達到Δg/g=10^-10，成功地測定了地球的重力加速度，可以測出0.1×10^-8m/s²的重力加速度變化情況。根據原子干涉原理，測定重力加速度的裝置，用激光減速和冷卻的原子束製作的干涉儀來測定加速度將是合適的。高精度重力儀可在一個固定台站或幾個固定台站上觀測幅度很小的非潮汐重力隨時間的變化情況，或者在特殊的地區或幾個剖面上每隔一定時間進行觀測，其結果可能反映與地殼運動、地球深部物質的運動有關的現象。將來，原子重力儀也許有可能取代超導重力儀，在勘查地球物理和環境地球物理方面發揮作用。例如，圈定油田范圍和油田開發的監測，以及地面沉降的監測等。

5.8.3.3 激光水下成像技術

激光水下成像是利用激光和成像設備，進行水下目標成像的技術。該技術基於藍綠激光處於水中的傳輸「窗口」，通過激光器發射脈沖激光或連續激光，測量由水下目標反射回來的反射源信息，達到對目標的位置、形狀和特性的了解。

理論上，激光水下成像的距離可達上百米，目前在海水中的垂直成像（或水平、傾斜）的實際有效距離可以達到30 m。

激光水下成像技術除應用於軍事的目的外，在水下環境監測、水下走私監視、海底地貌與地質調查、水下工程檢修與安裝、石油勘探鑽井定位、海洋生物研究等領域都具有重要的實用價值。

激光是一種光源亮度高、方向性好、單色性強的相干光源，可以大大提高水下能見度。但是，激光在水中傳播時，後向散射效應隨著距離的增大而增強。若超過某一距離，由於散射光的積累效應，散射光殘留於接受器件的光陰極，有用的信號被散射光所淹沒，將影響識別目標。因此，有效地克服後向散射是激光水下成像技術必須解決的關鍵問題。

（1）距離選通技術的原理

距離選通技術是利用激光高能量、高方向性和窄脈沖寬度的特點。

其工作原理是：激光器發射很強的光脈沖，通過透鏡射向觀測區，到達目標後被反射回來進入光學接收系統。當激光脈沖處於往返途中的時間內，水下激光探測系統的接收器選通門或光閘關閉；當反射光到達接收機一瞬間，選通門開啟，使目標反射信號進入圖像增強器被放大，並由顯示系統顯示圖像，因而從時間上把後向散射分開去除。

距離選通技術可消除大部分後向散射光的影響，在觀察遠距離水下目標時，可以通過增加激光功率和改進激光信號接收器的靈敏度，達到提高目標的解析度和圖像質量。而且，可在不同的時間進行曝光或用多個CCD同時攝像，獲取水下不同深度的圖像信息。距離選通技術要求激光器具有窄的脈沖寬度，以便更好地將脈沖信號同後向散射分開；選通開關的選通寬度應盡可能接近激光脈寬，以保證僅使目標反射光全部進入接收器，從而提高信噪比。

（2）視場掃描技術

視場掃描技術是充分利用激光的高方向性特點，把激光器與接收機設置在2個間距一定距離的地方，使照明光束掃描線與接收機視線在被觀察區域相交成一定角度。用激光器發射連續的極窄的激光束掃描目標，目標反射光連續返回並在顯像管上顯示目標圖像，這樣使後向散射光盡可能少地進入接收機中，即從空間上將目標反射光與整個視場的後向散射光分離開來。

視場掃描技術的關鍵是實現掃描光束與接收視線的同步。實際系統中大多使用的是機械同步方式。該同步掃描機構的特點是：把2個反射鏡剛性地安裝在同一馬達轉軸的兩端，一端反射鏡用於激光束掃描，另一端反射鏡將掃描景物的反射光折轉到接收器中。由於2個反射鏡由同一馬達轉軸驅動，所以能保持兩者同步。這種機械同步掃描機構緊湊，只要裝調准確，同步精度就高。

（3）激光水下成像系統

激光水下成像系統由計算機控制台、激光發射器、延遲發生器（或同步裝置）、圖像感測器、視頻記錄儀或顯示器及其控制板卡組成。其中核心部分是光發射器和光接收器。光接收部分一般採用CCD（或ICCD）進行成像。當用距離選通技術進行成像時，光發射系統多採用倍頻Nd：YAG激光器發射脈沖激光；當用同步掃描技術進行成像時，發射系統多採用氬離子激光器發射連續激光。

激光水下成像系統的接收機要求具有高的空間解析度和量子效率，雜訊低，孔徑大，有足夠的增益動態范圍；激光器應滿足激光工作波長與海水的透射「窗口」相匹配的基本要求。

下面分別介紹幾種典型的激光水下成像系統及其應用能力。

加拿大LUCIE激光水下成像系統

該系統是加拿大瓦爾卡捷國防研究院研製的。它使用二極體泵浦的Nd：YAG激光器，經KDP晶體倍頻（倍頻效率60%）後輸出波長為0.532μm；脈沖重復率2 kHz，脈沖寬度8 ns，平均輸出功率80 mW；水中光束發散度60 mrad。光接收採用二級微通道板增強的級聯式CCD攝像機，增益范圍在500～1×10⁶之間可變，CCD的閾值靈敏度1×10^-7lx，有效像素為個數488×380，每個像素尺寸為12μm×18μm。工作時，激光器、攝像機、計算機和控制電子裝置分別裝在3個充滿氮氣的直徑為30 cm、長60 cm的圓筒內。採用選通方式工作，可在深度為200 m的海下工作，通過視頻電纜（視頻寬度為7 MHz）把圖像傳到艦船上。

美國SM2000激光水下成像系統

該系統是美國西屋電氣公司研製的。光源是氬離子氣體激光器，輸出0.4880μm和0.5145μm的連續激光，功率為1.5 W。SM2000系統的激光器、掃描器和接收機裝在同一耐壓圓筒內，尺寸長1.75 m，直徑0.279 m；顯示和控制台在船上。採用同步掃描方式工作，角掃描范圍15°～17°可變，攝像的前進速度為0.5～6節。該系統進行了多次的海下試驗，其最大的工作深度為1 524 m，試驗時攝取了多幅海底飛機殘骸的照片。

華中科技大學水下激光成像系統

水下激光成像系統（昌彥君博士的），在船池進行了距離選通方式的激光水下成像實驗。

系統使用的光源是閃光燈泵浦的Nd：YAG脈沖激光器，波長為1.064 μm，經倍頻後為0.532 μm，處於水的透射「窗口」，經Q開關產生短脈沖；輸出波長為532 nm、脈寬5～10 ns、峰值功率2 MW的脈沖激光；重復頻率為100 Hz；激光模式為偏振、低階模。接收機為ANDOR公司的像增強型的CCD（ICCD），其有效像素為578×385，每個像素為22μm²，A／D轉換頻率最大為1 MHz；像增強陰極直徑18 mm，可對180 nm～850 nm波長進行工作，有10種增益強度選擇，最大為3800 ns；最小門控時間為3.8 ns；在選通與非選通兩種方式下都可工作。多功能輸入輸出盒用來輔助控制卡輸出需要的控制信號，對各儀器之間的信號傳輸做出相應的轉換。延遲發生器用來保持脈沖激光器與圖像信號接收器（ICCD）之間的同步，以達到選通的目的。

『捌』 應用現有儀器測量頻率有哪幾種方法

測量方法有四種
(1)諧振法
(2)外差法
(3)示波法
(4)電子計數器法

『玖』 什麼是測量 按測量方法分有哪幾種

測量就是獲取反映地球形狀、地球重力場、地球上自然和社會要素的位置、形狀、空間關系、區域空間結構的數據。分類：
1.大地測量學：
是研究地球的形狀、大小和重力場，測定地面點幾何位置和地球整體與局部運動的理論和技術的學科。現代大地測量學可分為實用大地測量學、橢球面大地測量學、物理大地測量學和衛星大地測量學。
2.攝影測量學：
是研究利用攝影或遙感的手段獲取目標物的影像數據，從中提取幾何的或物理的信息，並用圖形、圖像和數字形式表達測繪成果的學科。攝影測量學包括航空攝影、航天攝影、航空航天攝影測量、地面攝影測量等。
3.地圖制圖學（地圖學）：
是研究模擬地圖和數字地圖的基礎理論、地圖設計、地圖編制和復制的技術方法及其應用的學科。
4.工程測量學：
是研究在工程建設和自然資源開發各個階段進行測量工作的理論和技術的學科。主要研究在工程建設各個階段所進行的與地形及工程有關的信息的採集和處理、工程的施工放樣及設備安裝、變形監測分析和預報等的理論、技術與方法，以及研究對與測量和工程有關的信息進行管理和使用。工程測量包括工程建設勘測設計、施工和管理各個階段所進行的各種測量工作。
5.海洋測繪學：
是研究以海洋水體和海底為對象所進行的測量和海圖編制理論和方法的學科，主要包括海道測量、海洋大地測量、海底地形測量、海洋專題測量以及航海圖、海底地形圖、各種海洋專題圖和海洋圖集等圖的編制。