基于探空火箭的朗缪尔探针方案设计

为研究中国低纬电离层垂直高度的精细结构,研发了一种以探空火箭为平台朗缪尔探针,用于就位测量电离层空间等离子体的特性参数及其扰动情况.本文分析了朗缪尔探针的任务需求和目标,并在朗缪尔探针基本测量原理的基础上,对朗缪尔探针基本测量方案进行了论证分析和设计,包括传感器形状、大小和表面镀层的选取设计,双探针的设计,扫描电压和工作模式的设计,及电子学测量电路的设计.本朗缪尔探针采用两路完全相同的球形探针,两路探针同步工作,各自独立完成测量.朗缪尔探针研制完成后,分别进行了信号模拟源测试和等离子体源测试:信号模拟源测试结果显示两路探针电子学工作状态良好,对微弱电流信号的响应具有很高的线性度;在等离子体模拟装置内对电子探针整机测试的初步结果表明该载荷可以正确测量等离子体的特性参数,能够满足科学探测的需求.     

岩石的粘弹性谐振Q模型

实验表明,在应变小于10^-6范围内,砂岩对地震波的吸收主要由孔隙流体的局部运动引起,而且Q值随频率的变化出现谐振现象。据此,作者认为,地壳上部地震波能量的耗损可以表示为以下两种成分的线性组合:1.由滑动摩擦、热弹性驰豫、位错运动等引起的能量消散,它们主要与岩石的固相成分有关,可近似地用恒Q模型描述;2.由孔隙流体运动引起的能量消散,可以用谐振公式描述。根据这一认识,利用描述因果关系的Kramers-Krnig关系式可推导出表示地壳上部岩石粘弹性（复弹性模量,相速度频散和衰减函数）的公式,它们综合地描述了由各种机制引起的波的频散和吸收,并在谐振Q值等于参考常数Q值时退化为目前常用的Futterman模型。作为这种谐振Q模型的应用,介绍了它用于Q值测量结果外推和频散一吸收研究以及粘弹性介质中反射地震道合成的结果。     

中国大陆区域6级以上地震舒曼谐振异常特征分析

基于云南地区永胜台观测的地磁南北和东西分量,详细介绍了舒曼谐振参数的提取方法以及应用于震例的分析方法。采用4个洛仑兹函数叠加形式的最小二乘拟合得到谐振频率、幅度和半宽,并得到各谐振参数的小时均值。在此基础上,利用各谐振参数前15天滑动中值作为背景值,采用四分位阈值分析地震期间出现的正负异常现象。通过对2010年舒曼谐振仪器架设以来中国大陆8次6级以上地震舒曼谐振的正负异常的分析,初步得到了舒曼谐振的异常特征。地震期间谐振幅度增强是最常见的特征,并偶尔伴随谐振频率和半宽的变化。谐振幅度增强现象并不只局限于高阶谐振。地震期间发现多个谐振参数在同一天出现异常变化。本文得到的舒曼谐振异常特征与报导过的多次震例研究结果一致。本文采用的方法可作为分析地震舒曼谐振异常的一种有效方法。     

微机系统在谐振法测量岩石Q值中的应用

将计算机和瞬态波形存贮器引入谐振法测Q系统，由自动数据采集和处理计算代替了以前的手工采样工作。不仅提高了功效和测量精度，而且避免了许多麻烦和限制，为今后大量测量岩石Q值和波速提供了便捷手段。     

电离层加热实验中超强电子密度增强特征

2011年11月利用欧洲非相干散射雷达协会(EISCAT)的大功率加热设备和诊断设施开展了挪威高纬度地区电离层加热实验. 在此次加热实验中, UHF雷达探测到了十分明显的电子密度增强现象, 反射高度附近电子密度最大增幅可达269.3%, 而在远离谐振区的300~500 km及以上高度的增幅也可达30%~50%. 通过对加热前后离子线谱和数据残差的对比分析, 表明300~500 km的电子密度增强是真实可信的, 在如此大的空间范围出现增幅如此大的电子密度增强特征实属罕见. 另外通过对等离子体线谱的分析, 得到了等离子体线双谐振峰结构, 本文利用电子的速度分布函数和等离子体线谱之间的关系, 对加热实验中观测到的等离子体线谱进行了仿真, 提出了超热电子是引起本次电子密度增强的可能机制. 并利用仿真中所使用的超热电子速度参数对超热电子的电离能力、横向和纵向自由程进行了计算, 最终验证了所提出的物理机制的合理性.     

频率、温度对砂岩的横波速度和Qs值的影响

在实验室正常的温度、压力、湿度条件下，用谐振方法测量了６个砂岩标本的横渡速度ＶＳ和品质因子Ｑ_ｓ值．结果表明，在１５９４-４７６１ＨＺ的频率范围内，Ｑ_ｓ值几乎不受频率的影响．对另外一个包壳的砂岩标本进行了温度实验，从２７℃加热到１２０℃，再降到３８℃，谐振频率变化范围在３９０６-３９３０ＨＳ之间，发现Ｖ_ｓ值随温度升高略有减少．而Ｑ_ｓ值明显的减少，尤其在１００℃以后，下降的幅度更大．     

EISCAT雷达观测到的极区电离层等离子体反常对流

综合分析EISCAT雷达与卫星当地测量数据,并利用磁层磁场模式对磁力线进行追踪,研究了发生在极光椭圆朝极盖边界附近电离层中,一例反常的背离太阳流动的强等离子体对流事件,及相关的太阳风-磁层-电离层耦合过程.结果表明,磁暴期间IMFBz指向南时观测到这一反常高速对流,及其相应的等离子体性态特征,很可能是向阳侧磁层顶磁重联过程在电离层中的印记.     

2011年3月7~8日永胜站震前舒曼谐振异常数值模拟分析

2011年3月10日中国云南盈江发生5.8级地震, 3月11日日本本州岛东海岸附近海域发生9.0级地震。 2011年3月7日、 8日云南永胜地磁台站观测到了舒曼谐振前4阶振幅异常增大。 本文建立了基于三维时域有限差分方法的舒曼谐振模型, 利用该模型对盈江地震对永胜站观测到的舒曼谐振影响进行了数值分析。 通过对实验和模拟结果进行分析, 认为此次云南永胜观测到的舒曼谐振异常不仅与日本地震相关也可能与云南盈江地震相关。     

大气等离子体避雷

论述了在被保护物关键部位表面上覆盖一层大气等离子体气层可使被保护物不受雷击的原理,其原理就是把被保护物表面因雷电造成的感应电荷通过大气等离子体气层及时散发到空气中,从而使同极性电荷不可能积聚太密,因此就产生不了强电场,造成不了击穿空气的条件.文中还推导出了这一避雷技术应具有的技术指标为气层的带电粒子密度应不低于109cm-3,层厚不小于2cm.     

日本MW9.0地震前的舒曼谐振异常分析

2011年3月11日日本本州岛东海岸附近海域发生了M_W9.0地震. 基于中国云南的舒曼谐振(SR)观测站的磁场观测数据, 分析了与该次地震有关的SR疑似异常现象. 分析表明, 震前3—4天低阶谐振开始出现比较明显的幅度增强现象, 以2011年3月8日(北京时间)这一天的现象最明显, 南北向在7:00—10:00和12:00—15:00异常比较明显, 而东西向只在12:00—15:00异常相对比较强. 根据对2011年3月1—11日及对应每天前后各15天共41天的数据的联合分析, 3月8日部分时间段的低阶谐振磁场差明显高于一倍甚至两倍标准差; 相比而言, 正常的一天内各阶磁场差要明显低于一倍标准差. 最后, 根据一些日本地震学者提出的SR异常机理, 进一步分析了在云南观测站能观测到日本地震异常的可能性. 结果表明, 在永胜观测站可以观测到日本地震引起的一阶到三阶SR异常, 与发现的异常主要集中在低阶的现象比较吻合.      

中国电磁监测试验卫星朗缪尔探针数据反演方法研究

朗缪尔探针是目前国际上广泛应用的一种空间等离子体环境就位探测技术.中国电磁监测试验卫星上搭载的朗缪尔探针,是我国首次将探针技术应用于星载平台.本文基于电磁监测试验卫星朗缪尔探针的观测原理及Irving Langmuir等提出的近似理论公式,针对朗缪尔探针的仪器特点,提出了等离子环境下朗缪尔探针观测数据的简化反演方法,并依据朗缪尔探针鉴定件的等离子体罐试验数据对该方法进行了比较验证.结果表明,该数据反演方法的效果较好,可以作为电磁监测试验卫星朗缪尔探针观测数据反演的基本方法,并为后续数据处理提供技术基础.      

A new telluric KCl probe using Filloux's AgAgCl electrode

The measurement of the telluric field's long-time variations requires stable instruments in the period range above 1 day. Obviously, most problems arise from drifting voltages between the telluric probes. Good results have been achieved using a three chamber Hempfling KCl probe together with Filloux's AgAgCl electrode. However, a one chamber probe of 0.6 m length and 0.06 m diameter filled with saturated KCl solution may be sufficient for some applications and additionally allows permanent control of the electrolyte's salt concentration. In a field test the telluric field at a single site was simultaneously observed using one and three chamber probes separated by 25 and 55 m resp. For periods shorter than 1 hour the noise level of the electrodes was found to be less than 1 (mV)²/Hz whereas in the period range between 1 hour and 1 day it increases to 100 (mV)²/Hz. Consequently, surveys investigating long periods of the telluric field can be carried out using small electrode separations of a few tens of meters. Furthermore, the stability of this probe negates the need to interrupt the time series for servicing of the probe. However, the one chamber probe is somewhat inferior to the three chamber probe with regard to temperature dependence at long periods.     

Daybreak厚源α-计数仪的标定及测量影响因素的初步研究

年剂量测量是释光和电子自旋共振测年的关键之一。厚源α-计数仪(简称TSAC)是年剂量测量中的常用仪器。通过不同标准源的标定对比实验,对美国Daybreak公司582,583型低本底厚源α-计数仪的高压值(HV)和积分甄别器阈值(DISC)进行了标定。同时,对测量过程中的诸多影响因素如被测样品的氡逃逸、粒度、含水量、颜色以及ZnS闪烁屏的密度、测量时间等开展了初步的实验研究,并根据实验结果提出了针对本型号仪器在实际测量时的改进措施,以提高厚源α-计数仪的测量精度     

Influence of the ionosphere, modified by powerful oblique radiowaves, on HF radio wave propagation

Variations of HF probe radio wave parameters caused by the influence on the ionosphere of oblique powerful HF radiowaves are analysed. The analysis is made on the data obtained from the original experiments carried out on single-hop paths in the middle and subauroral latitudes. Powerful and probe waves with some difference in frequency were chosen near MUF and were transmitted in the same direction. The polar diagrams of both transmitting systems overlapped in both the horizontal and vertical planes. The results obtained indicate that the ionospheric plasma parameters can be varied by powerful oblique HF radiowaves under certain geophysical conditions.     

基于双通道参考技术的磁共振地下水探测电磁噪声分布规律研究

磁共振地下水探测(MRS)技术能直接测量水中氢质子的拉莫尔进动,可表征地下水含水量和介质孔隙度等信息,因而获得了广泛应用.然而,MRS信号微弱,实际探测中电磁噪声强度大,若噪声未被有效去除,会导致后续水文参数解释不准确,采用“8”字形线圈或运用带参考线圈的噪声抵消等方法可抑制噪声干扰,但这些方法消噪效果的好坏取决于电磁噪声的空间分布.另外,在强噪声或多噪声源环境下应用MRS方法,选择恰当的探测位置对提高探测效率以及增加探测结果的有效性具有重要意义.因此,本文使用双通道噪声采集装置在实验前记录环境中的电磁噪声,通过双通道参考技术推导同一时刻不同测点的噪声强度,再得到测区电磁噪声分布结果,该噪声分布情况对MRS方法探测方式的选取具有指导性的作用.同时,可根据噪声分布情况为探测线圈选择最佳测点以避开噪声强度大的区域,进而提高采集信号的信噪比.最后,通过采集室外环境下的电磁噪声,验证本文提出的基于双通道参考技术的电磁噪声分布规律研究方法的有效性,为可靠高效地开展磁共振地下水探测提供了新的技术手段.     

双探针型海底热流计的结构优化

本文在现有海底热流探针制作技术条件下,首先建立了脉冲式双探针海底测量单元的有限元数值模型,模拟获得多组参数下的温度-时间数据,作为“实测”数据,再用脉冲加热有限长线热源(PFLS)模型求解待测介质热导率及其相对误差上限(RE_λ-UL),并以RE_λ-UL最小为原则,对双探针热流计的结构进行优化.结果表明:(1)在不同探针脉冲强度(q)、温度测量误差(ΔT_m)和探针长度(L)组合下,都存在最佳探针间距(Best_r),使得RE_λ-UL降到最低;(2)随着q增大或ΔT_m减小,Best_r逐渐增大;(3)当q、ΔT_m及探针半径(a)都给定时,Best_r与探针长度(L)呈线性正相关;(4)当a=1.0 mm,且q、ΔT_m分别取为628.0~1100.0 J·m^-1、0.5~1.0 mK,若L在20.0~42.0 mm之间时,则Best_r在18.0~30.0 mm之间,此时介质热导率相对误差上限可控制在5.5%以内,同时测量温度可在6 min内达到最大值,即脉冲加热开始后,温度测量只需约7 min,便可满足介质热导率的求解,这比目前常用的Lister型热流计所需海底测量时间缩短8 min左右.     

伽玛能谱探管设计

N761四道γ能谱测井探管是用于测量总计数率及铀、钍、钾放射性元素含量的测井仪器,配接在核工业北京地质研究院开发的HD-4002测井系统中,本探管采用双CPU结构,提高了系统的集成度,主CPU进行测量和自动稳谱,辅CPU对来自主CPU的测量数据进行并/串转换和码形变换,经铠装电缆传输到地面系统中,通过采用改进的自动稳谱技术,探管能够在较宽的环境温度范围(0℃～50℃)内自稳,各参数的记数偏差在8%以下,测井探管工作稳定,本探管经野外试验考核达到设计标准.     

Measurements of free radicals in the atmosphere by matrix isolation and electron paramagnetic resonance

With some special adaptations the technique of matrix isolation followed by detection through electron paramagnetic resonance (EPR) can also be used for the measurement of atmospheric radical concentrations. A light weight cryogenic sampling device has been constructed. It uses condensation of atmospheric CO₂ or H₂O at 77 K for matrix formation and trapping of the radicals. The sampler has been flown on a balloon for stratospheric sampling. First data on stratospheric, HO₂ and NO₂ at 32 km altitude have been obtained on a flight on 8 August 1976 and will be reported.     

磁化等离子体非相干散射理论谱中的共振线研究

本文对磁化等离子体非相干散射理论谱下的共振线进行了研究,简要介绍了等离子体线和回旋线的色散关系,并通过理论分析给出了二次回旋谐频处等离子体线分裂现象的色散关系.结合三亚非相干散射雷达（Sanya Incoherent Scatter Radar,SYISR）实际参数,对回旋线以及低频振荡、高频共振进行了分析讨论.分析后认为：SYISR拥有观测夜间200 km以下和400 km以上回旋线的可能性;在白天仅存在观测到H⁺振荡谱线的可能性;若观测数据足够良好,将可以观测到二次以及三次回旋谐频处的等离子体线分裂现象.     

Ionospheric variations observed by the DEMETER satellite in the mid-latitude region during strong earthquakes

The French micro-satellite DEMETER (Detection of Electromagnetic Emissions Transmitted from Earthquake Regions) was launched on June 29, 2004. The orbit of DEMETER is polar, circular with an altitude of 710 km. The main scientific objective of this mission is to study the ionospheric perturbations, which may be linked to seismic activity. To achieve this, the payload of DEMETER allows the measurement of some important plasma parameters (ion composition, electron density, temperature and energetic particles). This paper presents examples of electron and ion density irregularities simultaneously observed for three earthquakes that occurred in the mid-latitude region. The DEMETER in situ measurements show the presence of electron and ion density irregularities near the epicenter of these earthquakes. These perturbations were recorded by the ISL (Langmuir Probe) and IAP (thermal plasma analyzer) experiments onboard DEMETER. The repetitiveness of the perturbations close to the epicenters is shown for these three events.