蝙蝠的超声波如何分辨食物和障碍物?

蝙蝠的超声波如何分辨食物和障碍物?,第1张

蝙蝠是唯一一类演化出真正有飞翔能力的哺乳动物,有900多种。它们中的多数还具有敏锐的听觉定向(或回声定位)系统。大多数蝙蝠以昆虫为食。因为蝙蝠捕食大量昆虫,故在昆虫繁殖的平衡中起重要作用,甚至可能有助于控制害虫。某些蝙蝠亦食果实、花粉、花蜜;热带美洲的吸血蝙蝠以哺乳动物及大型鸟类的血液为食。这些蝙蝠有时会传播狂犬病。蝙蝠呈世界性分布。在热带地区,蝙蝠的数量极为丰富,它们会在人们的房屋和公共建筑物内集成大群。蝙蝠的体型大小差异极大。最大的吸血狐蝠翼展达15米,而基蒂氏猪鼻蝙蝠的翼展仅有15厘米。蝙蝠的颜色、皮毛质地及脸相也千差万别。蝙蝠的翼是进化过程中由前肢演化而来。除拇指外,前肢各指极度伸长,有一片飞膜从前臂、上臂向下与体侧相连直至下肢的踝部。拇指末端有爪。多数蝙蝠于两腿之间亦有一片两层的膜,由深色裸露的皮肤构成。蝙蝠的吻部似啮齿类或狐狸。外耳向前突出,通常非常大,且活动灵活。许多蝙蝠也有鼻叶,由皮肤和结缔组织构成,围绕着鼻孔或在鼻孔上方拍动。据认为鼻叶影响发声及回声定位。蝙蝠的脖子短;胸及肩部宽大,胸肌发达;而髋及腿部细长。除翼膜外,蝙蝠全身有毛,背部呈浓淡不同的灰色、棕、褐色或黑色,而腹侧色调较浅。栖息于空旷地带的蝙蝠,皮毛上常有斑点或杂色斑块,颜色也各不相同。蝙蝠的取食习性各异,或为掠食性,或有助于传粉和散布果实,从而影响自然秩序。吸血蝙蝠对人类就是一个严重的问题。食虫蝙蝠的粪便一直在农业上用作肥料。整个蝙蝠群的性周期是同步的,因此大部分交配活动发生于数周之内。妊娠期从6、7周到5、6月。许多种类的雌体妊娠后迁到一个特别的哺育栖息地点。蝙蝠通常每窝产1至4仔。幼仔初生时无毛或少毛,常在一段时间内不能视不能听。幼仔由亲体照顾5周至5个月,按不同种类决定。几乎所有蝙蝠均于白天憩息,夜出觅食。这种习性便于它们侵袭入睡的猎物,而自己不受其他动物或高温阳光的伤害。蝙蝠通常喜欢栖息于孤立的地方,如山洞、缝隙、地洞或建筑物内,也有栖于树上、岩石上的。它们总是倒挂着休息。它们一般聚成群体,从几十只到几十万只。具有回声定位能力的蝙蝠,能产生短促而频率高的声脉冲,这些声波遇到附近物体便反射回来。蝙蝠听到反射回来的回声,能够确定猎物及障碍物的位置和大小。这种本领要求高度灵敏的耳和发声中枢与听觉中枢的紧密结合。蝙蝠个体之间也可能用声脉冲的方式交流。有少部分蝙蝠依靠嗅觉和视觉找寻食物。
人们常用“飞禽走兽”一词来形容鸟类和兽类,但这种说法有时却并不一定正确,因为有一些鸟类并不会飞,如鸵鸟、鸸鹋、几维和企鹅等;同样也有一些兽类并不会走,如生活在海洋中的鲸类等,而蝙蝠类不但不会像一般陆栖兽类那样在地上行走,却能像鸟类一样在空中飞翔。
蝙蝠类是唯一真正能够飞翔的兽类,它们虽然没有鸟类那样的羽毛和翅膀,飞行本领也比鸟类差得多,但其前肢十分发达,上臂、前臂、掌骨、指骨都特别长,并由它们支撑起一层薄而多毛的,从指骨末端至肱骨、体侧、后肢及尾巴之间的柔软而坚韧的皮膜,形成蝙蝠独特的飞行器官—翼手。中国古代也有关于蝙蝠的记载说他们也生活在钟乳洞里,名叫仙鼠,那里的蝙蝠因为能够喝到洞里的水得到长生,千年之后他们的身体颜色也有了巨大的变化,从原来的黑暗的颜色变成了通身雪白,我想这就是他们为什么被称为仙鼠的原因吧
蝙蝠的胸肌十分发达,胸骨具有龙骨突起,锁骨也很发达,这些均与其特殊的运动方式有关。它非常善于飞行,但起飞时需要依靠滑翔,一旦跌落地面后就难以再飞起来。飞行时把后腿向后伸,起着平衡的作用。
蝙蝠一般都有冬眠的习性,冬眠时新陈代谢的能力降低,呼吸和心跳每分钟仅有几次,血流减慢,体温降低到与环境温度相一致,但冬眠不深,在冬眠期有时还会排泄和进食,惊醒后能立即恢复正常。它们的繁殖力不高,而且有“延迟受精”的现象,即冬眠前交配时并不发生受精,精子在雌兽生殖道里过冬,至翌年春天醒眠之后,经交配的雌兽才开始排卵和受精,然后怀孕、产仔。
蝙蝠是哺乳类中古老而十分特化的一支,因前肢特化为翼而得名,分布于除南北两极和某些海洋岛屿之外的全球各地,以热带、亚热带的种类和数量最多。它们由于奇貌不扬和夜行的习性,总是使人感到可怕,外文中名字的原意就是轻佻的老鼠的意思,不过在我国,由于“蝠”字与“福”字同音,所以在民间尚能得到人们的喜爱,将它的形象画在年画上。
蝙蝠类动物全世界共有900多种,我国约有81种,是哺乳类中仅次于啮齿目的第二大类群。它们可以大体上分成大蝙蝠和小蝙蝠两大类,大蝙蝠类分布于东半球热带和亚热带地区,体形较大,身体结构也较原始,包括狐蝠科1科。小蝙蝠类分布于东、西半球的热带、温带地区,体型较小,身体结构更为特化,包括菊头蝠科、蹄蝠科、叶口蝠科、吸血蝠科、蝙蝠科等十余科。
蝙蝠的食性
蝙蝠类动物的食性相当广泛,有些种类喜爱花蜜、果实,有的喜欢吃鱼、青蛙、昆虫,吸食动物血液,甚至吃其他蝙蝠。一般来说,大蝙蝠类一般以果实或花蜜为食,而大多数小蝙蝠类则以捕食昆虫为主。
以昆虫为食的蝙蝠在不同程度上都有回声定位系统,因此有“活雷达”之称。借助这一系统,它们能在完全黑暗的环境中飞行和捕捉食物,在大量干扰下运用回声定位,发出超声波信号而不影响正常的呼吸。它们头部的口鼻部上长着被称作“鼻状叶”的结构,在周围还有很复杂的特殊皮肤皱褶,这是一种奇特的超声波装置,具有发射超声波的功能,能连续不断地发出高频率超声波。如果碰到障碍物或飞舞的昆虫时,这些超声波就能反射回来,然后由它们超凡的大耳廓所接收,使反馈的讯息在它们微细的大脑中进行分析。这种超声波探测灵敏度和分辩力极高,使它们根据回声不仅能判别方向,为自身飞行路线定位,还能辨别不同的昆虫或障碍物,进行有效的回避或追捕。蝙蝠就是靠着准确的回声定位和无比柔软的皮膜,在空中盘旋自如,甚至还能运用灵巧的曲线飞行,不断变化发出超声波的方向,以防止昆虫干扰它的信息系统,乘机逃脱的企图。
同其他动物一样,许多蝙蝠也在自然界越来越少,趋于灭绝。用于消灭昆虫的毒剂和木材保护药剂等把它们在冬眠的时候药死,许多错误的观念也使人类大批地捕杀它们。一些种类栖居的空心树木被伐掉了,废墟被拆除或者被重修得严丝无缝,使其无法生存。蝙蝠在维护自然界的生态平衡中起着很重要的作用,各种食虫类蝙蝠能消灭大量蚊子、夜蛾、金龟子、尼姑虫等害虫,一夜可捕食3000只以上,对人类有益。蝙蝠所聚集的粪便还是很好的肥料,对农业生产有用。经过加工的蝙蝠粪被称为“夜明砂”,是中药的一种。蝙蝠还是研究动物定向、定位及休眠的重要对象,对它们辐射技术的秘密还没有完全搞清楚,人类仅仅只是知道了蝙蝠能够做些什么了,但仍然不知道它们是怎样做的,所以拯救那些濒临灭绝的种类势在必行。
借助仿生原理,人类根据蝙蝠的回声定位系统制造出了雷达。
小知识:
1 蝙蝠种类繁多,全世界约有900种。蝙蝠的种类数目在哺乳动物中居第二位,仅次于啮齿类动物。
2 猪鼻小蝙蝠翼距只有14厘米,身体如小狗般大的狐蝠翼距宽达2米。
3 有些蝙蝠的飞行速度可达50千米每小时以上。
4 蝙蝠能在1秒钟内捕捉和分辨250组回音。(注:音波往返一次算一组。)
5 从秋天开始,蝙蝠就在下腹部聚积了一层脂肪,至冬眠前体重变为夏天时的15倍以上。
6 有的蝙蝠会钓鱼,墨西哥兔唇蝠一个晚上能捕获30多条小鱼。
7 一只20克重的食虫性蝙蝠一年能吃掉18--36千克昆虫。
8 一窝由100只蝙蝠组成的蝙蝠群仿生学
仿生学(bionics)在具有生命之意的希腊语bion上,加上有工程技术涵义的ics而组成的词。大约从1960年才开始使用。生物具有的功能迄今比任何人工制造的机械都优越得多,仿生学就是要在工程上实现并有效地应用生物功能的一门学科。例如关于信息接受(感觉功能)、信息传递(神经功能)、自动控制系统等,这种生物体的结构与功能在机械设计方面给了很大启发。可举出的仿生学例子,如将海豚的体形或皮肤结构(游泳时能使身体表面不产生紊流)应用到潜艇设计原理上。仿生学也被认为是与控制论有密切关系的一门学科,而控制论主要是将生命现象和机械原理加以比较,进行研究和解释的一门学科。
苍蝇,是细菌的传播者,谁都讨厌它。可是苍蝇的楫翅(又叫平衡棒)是“天然导航仪”,人们模仿它制成了“振动陀螺仪”。这种仪器目前已经应用在火箭和高速飞机上,实现了自动驾驶。苍蝇的眼睛是一种“复眼”,由30O0多只小眼组成,人们模仿它制成了“蝇眼透镜”。“蝇眼透镜”是用几百或者几千块小透镜整齐排列组合而成的,用它作镜头可以制成“蝇眼照相机”,一次就能照出千百张相同的相片。这种照相机已经用于印刷制版和大量复制电子计算机的微小电路,大大提高了工效和质量。“蝇眼透镜”是一种新型光学元件,它的用途很多。
自然界形形色色的生物,都有着怎样的奇异本领?它们的种种本领,给了人类哪些启发?模仿这些本领,人类又可以造出什么样的机器?这里要介绍的一门新兴科学——仿生学。
仿生学是指模仿生物建造技术装置的科学,它是在本世纪中期才出现的一门新的边缘科学。仿生学研究生物体的结构、功能和工作原理,并将这些原理移植于工程技术之中,发明性能优越的仪器、装置和机器,创造新技术。从仿生学的诞生、发展,到现在短短几十年的时间内,它的研究成果已经非常可观。仿生学的问世开辟了独特的技术发展道路,也就是向生物界索取蓝图的道路,它大大开阔了人们的眼界,显示了极强的生命力。
蝙蝠的药用价值
它可用作一种中药,用于久咳,疟疾,淋病,目翳等。它的粪便也是一种中药,叫夜明砂,用于目疾。
《抱朴子》说:“千岁蝙蝠,色如白雪,集则倒悬,脑重故也。此物得而阴干末服之,令人寿万岁”,《吴氏本草》也说蝙蝠“立夏后阴干,治目冥,令人夜视有光”,《水经》更说蝙蝠“得而服之使人神仙”。
在河南省西峡县双龙镇罐沟村黄家沟的山坡上发现了一个溶洞。洞内有具有药用价值的百年蝙蝠粪——“夜明砂”。洞深600多米,宽处15米,窄处40厘米。洞内三五成群的蝙蝠悬挂在石壁上,它们排下的粪便已堆积近两米多厚,颜色像深褐色的泥土。据介绍,蝙蝠粪具有清热明目去火之功能,其年久堆积药用价值更高。据有关专家测算,这些被医学上称之为“夜明砂”的蝙蝠粪,至少有百年以上的时间,重量约有80多吨,时间之久、数量之多实属全国罕见。
蝙蝠利用声纳并非与生俱来
日前,美国研究人员发现,蝙蝠利用声纳定位、捕食以及航行的能力并非与生俱来。该研究小组是通过分析目前发现的最古老的蝙蝠化石(距今约5200万年)而得出此结论的。他们对其骨骼化石做出分析,发现这种蝙蝠拥有高度发达的双翼,却没有找到任何显示其拥有声波发声能力的迹象。研究人员称,对于蝙蝠的研究还会继续,但这个发现至少目前解决了科学界长期存在的一个争论,蝙蝠是先会利用声纳还是先会飞行?答案很明显,是先会飞。
斯帕拉捷的蝙蝠实验
1793年夏季的一个夜晚,意大利科学家斯帕拉捷走出家门,放飞了关在笼子里做实验用的几只蝙蝠。只见蝙蝠们抖动着带有薄膜的肢翼,轻盈地飞向夜空,并发出自由自在的“吱吱”叫声斯帕拉捷见状,感到百思不得其解,因为在放飞蝙蝠之前,他已用小针刺瞎了蝙蝠的双眼,“瞎了眼的蝙蝠怎么能如此敏捷地飞翔呢?”他下决心一定要解开这个谜。
在进行这项实验之前,斯帕拉捷一直认为:蝙蝠之所以能在夜空中自由自在地飞翔,能在非常黑暗的条件下灵巧地躲过各种障碍物去捕捉飞虫,一定是由于长了一双非常敏锐的眼睛。他之所以要刺瞎蝙蝠的双眼,正是想证明这一点。事实却完全出乎他的意料之外。
意外的情况更激发了他的好奇心。“不用眼睛,那蝙蝠又是依靠什么来辨别障碍物,捕捉食物的呢?”于是,他又把蝙蝠的鼻子堵住,放了出去,结果,蝙蝠还是照样飞得轻松自如。“奥秘会不会在翅膀上呢?”斯帕拉捷这次在蝙蝠的翅膀上涂了一层油漆。然而,这也丝毫没有影响到它们的飞行。
最后,斯帕拉捷又把蝙蝠的耳朵塞住这一次,飞上天的蝙蝠东碰西撞的,很快就跌了下来。斯帕拉捷这才弄清楚,原来,蝙蝠是靠听觉来确定方向,捕捉目标的。
斯帕拉捷的新发现引起了人们的震动。从此,许多科学家进一步研究了这个课题。最后,人们终于弄清楚:蝙蝠是利用“超声波”在夜间导航的。它的喉头发出一种超过人的耳朵所能听到的高频声波,这种声波沿着直线传播,一碰到物体就迅速返回来,它们用耳朵接收了这种返回来的超声波,使它门能作出准确的判断,引导它们飞行。
“超声波”的科学原理,现已广泛地运用到航海探测、导航和医学中去了。
会飞的“活雷达”
蝙蝠善于在空中飞行,能作圆形转弯、急刹车和快速变换飞行速度等多种“特技飞行”。白犬,隐藏在岩穴、
树洞或屋檐的空隙里;黄昏和夜间,飞翔空中,捕食蚊、蝇、蛾等昆虫。蝙蝠捕食大量的害虫,对人有益,理应得
到保护。
到了夏季,雌蝙蝠生出一只发育相当完全的幼体。初生的幼体长满了绒毛,用爪牢固地挂在母体的胸部吸乳,
在母体飞行的时候也不会掉下来。
蝙蝠有用于飞翔的两翼,翼的结构和鸟翼不相同,是由联系在前肢、后肢和尾之间的皮膜构成的。前肢的第二、
三、四、五指特别长,适于支持皮膜;第一指很小,长在皮膜外,指端有钩爪。后肢短小,足伸出皮膜外,有五趾,
趾端有钩爪。休息时,常用足爪把身体倒挂在洞穴里或屋檐下。在树上或地上爬行时,依靠第一指和足抓住粗糙物
体前进。蝙蝠的骨很轻,胸骨上也有与鸟的龙骨突相似的突起,上面长着牵动两翼活动的肌肉。
蝙蝠的口很宽阔,口内有细小而尖锐的牙齿,适于捕食飞虫。它的视力很弱,但是听觉和触觉却很灵敏。一些
实验证明,蝙蝠主要靠听觉来发现昆虫。蝙蝠在飞行的时候,喉内能够产生超声波,超声波通过口腔发射出来。当
超声波遇到昆虫或障碍物而反射回来时,蝙蝠能够用耳朵接受,并能判断探测目标是昆虫还是障碍物,以及距离它
有多远。人们通常把蝙蝠的这种探测目标的方式,叫做“回声定位”。蝙蝠在寻食、定向和飞行时发出的信号是由
类似语言音素的超声波音素组成。蝙蝠必须在收到回声并分析出这种回声的振幅、频率、信号间隔等的声音特征后,
才能决定下一步采取什么行动。
靠回声测距和定位的蝙蝠只发出一个简单的声音信号,这种信号通常是由一个或二个音素按一定规律反复地出
现而组成。当蝙蝠在飞行时,发出的信号被物体d回,形成了根据物体性质不同而有不同声音特征的回声。然后蝙
蝠在分析回声的频率、音调和声音间隔等声音特征后,决定物体的性质和位置。
蝙蝠大脑的不同部分能截获回声信号的不同成分。蝙蝠大脑中某些神经元对回声频率敏感,而另一些则对二个
连续声音之间的时间间隔敏感。大脑各部分的共同协作使蝙蝠作出对反射物体性状的判断。蝙蝠用回声定位来捕捉
昆虫的灵活性和准确性,是非常惊人的。有人统计,蝙蝠在几秒钟内就能捕捉到一只昆虫,一分钟可以捕捉十几只
昆虫。同时,蝙蝠还有惊人的抗干扰能力,能从杂乱无章的充满噪声的回声中检测出某一特殊的声音,然后很快地
分析和辨别这种声音,以区别反射音波的物体是昆虫还是石块,或者更精确地决定是可食昆虫,还是不可食昆虫。
当2万只蝙蝠生活在同一个洞穴里时,也不会因为空间的超声波太多而互相干扰。蝙蝠回声定位的精确性和抗
干扰能力,对于人们研究提高雷达的灵敏度和抗干扰能力,有重要的参考价值。

蝙蝠和雷达的相同之处是什么?
都是利用的超声波回声定位。
(1)雷达是一种神奇的电学器具,它由电磁波往返时间,测得阻波物的离。“雷达的发明,不能专归于某一位科学家,乃是许多无线电学工程师努力研究,加以调准而成。
(2)蝙蝠能够避免碰撞,是藉一种天然雷达,不过是声波代替电磁波,在原理方面完全相仿。从蝙蝠口中发出一种频率极高的声波,超过人类听觉范围以外,在蝙蝠飞行时,将它所发的高频率声波记录出来。这种声波碰到墙上,必然折回,它的耳膜就能分辨障碍物的距离远近,而向适宜方向飞去。蝙蝠传输声波也像雷达一样,都是相距极短的时间而且极有规则,并且每只蝙蝠,有其固有的频率,这样蝙蝠可分清自己的声音,不至发生扰乱。因这缘故,蝙蝠飞行之时,常是张口,假如你将它口紧闭,它便失去指挥作用,假如堵上它的耳朵,便要撞到墙上,无法飞行。这个有趣的实验,道破了它的秘密。 会飞的“活雷达” 蝙蝠善于在空中飞行,能作圆形转弯、急刹车和快速变换飞行速度等多种“特技飞行”。白天,隐藏在岩穴、 树洞或屋檐的空隙里;黄昏和夜间,飞翔空中,捕食蚊、蝇、蛾等昆虫。蝙蝠捕食大量的害虫,对人有益,理应得 到保护。 到了夏季,雌蝙蝠生出一只发育相当完全的幼体。
(3)实验证明,蝙蝠主要靠听觉来发现昆虫。蝙蝠在飞行的时候,喉内能够产生超声波,超声波通过口腔发射出来。当 超声波遇到昆虫或障碍物而反射回来时,蝙蝠能够用耳朵接受,并能判断探测目标是昆虫还是障碍物,以及距离它有多远。人们通常把蝙蝠的这种探测目标的方式,叫做“回声定位”。蝙蝠在寻食、定向和飞行时发出的信号是由 类似语言音素的超声波音素组成。蝙蝠必须在收到回声并分析出这种回声的振幅、频率、信号间隔等的声音特征后, 才能决定下一步采取什么行动。 靠回声测距和定位的蝙蝠只发出一个简单的声音信号,这种信号通常是由一个或二个音素按一定规律反复地出 现而组成。当蝙蝠在飞行时,发出的信号被物体d回,形成了根据物体性质不同而有不同声音特征的回声。然后蝙 蝠在分析回声的频率、音调和声音间隔等声音特征后,决定物体的性质和位置。 蝙蝠大脑的不同部分能截获回声信号的不同成分。蝙蝠大脑中某些神经元对回声频率敏感,而另一些则对二个 连续声音之间的时间间隔敏感。大脑各部分的共同协作使蝙蝠作出对反射物体性状的判断。蝙蝠用回声定位来捕捉 昆虫的灵活性和准确性,是非常惊人的。有人统计,蝙蝠在几秒钟内就能捕捉到一只昆虫,一分钟可以捕捉十几只 昆虫。
(4)蝙蝠还有惊人的抗干扰能力,能从杂乱无章的充满噪声的回声中检测出某一特殊的声音,然后很快地 分析和辨别这种声音,以区别反射音波的物体是昆虫还是石块,或者更精确地决定是可食昆虫,还是不可食昆虫。 当2万只蝙蝠生活在同一个洞穴里时,也不会因为空间的超声波太多而互相干扰。蝙蝠回声定位的精确性和抗 干扰能力,对于人们研究提高雷达的灵敏度和抗干扰能力,有重要的参考价值。

人们从动物身上得到的启示发明了什么,做了哪些实验

通过鸟飞行,发明飞机
通过蝙蝠,发明超声波
通过蝴蝶,发明迷彩服
通过青蛙,发明电子蛙眼
通过电鱼,发明伏特电池

人们从动物的伪装色身上得到的启示发明了什么

防雷达扫描装置

人们从动物得到的启示发明了什么

这叫仿生学,例如:利用苍蝇的楫翅(平衡棒),制成的振动陀螺仪;利用蝙蝠发出超声波发明了雷达;理由蜻蜓发明了直升飞机等等。

人们从鸡蛋身上得到的启示,发明了什么

从内部萌发(打破蛋壳),就是一个生命(小鸡);从外部打破蛋壳,就是一盘菜。
启示,人需要自我努力,自我萌发;否则,在别人催促下(打工),就是别人的菜

人从动物身上得到的启示的发明

大乌龟背小乌龟:转动炮塔的坦克。
鸟在天空飞翔:制造了各种飞行器。
蜜蜂造巢窝:各种正六边形的蜂巢结构板材。
每只蜻蜓的翅膀末端,都有一块比周围略重一些的厚斑点,这就是防止翅膀颤抖的关键。飞机设计师研究苍蝇、蚊子、蜜蜂等的飞行方法,造出了许多具有各种优良性能的新式飞机。
鲸:外形是一种极为理想的“流线体”,而“流线体”在水中受到的阻力是最小的。后来工程师模仿(fǎng)鲸的形体,改进了船体的设计,大大提高了轮船舴的速度。
蛋壳:能够把受到的压力均匀(yún)地分散到蛋壳的各个部分。建筑师根据这种“薄壳结构”的特点,设计出许多既轻便又省料的建筑物。
袋鼠:会跳跃的越野汽车,
贝壳:外壳坚固的坦克……
鱼儿在水中游荡:学会了游泳,发明潜艇。
连体鲨鱼装:第一代鲨鱼装模仿了鲨鱼的皮肤,在泳衣上设计了一些粗糙的齿状突起,以有效地引导水流,并收紧身体,避免皮肤和肌肉的颤动。第二代鲨鱼装又增加了一些新的亮点,加入了一种叫做“d性皮肤”的材料,可使人在水中受到的阻力减少4%。此外,还增加了两个附件,附在前臂上由钛硅树脂做成的缓冲器能使运动员游起来更加轻松;附在胸前和肩后的振动控制系统能帮助引导水流。
让盲者见到光明:在植入了微小的仿生视网膜之后,3位失明患者不仅看到了明灭或者移动的光点,甚至还成功地用眼睛区别出杯子和盘子。
人工合成蛛丝:蛛丝含有一种纤维蛋白,这种蛋白质和存在于毛发和羊角中的角质蛋白相似。这种蛋白分泌出来后开始变得坚韧。通过精细的平衡水的含量,蜘蛛和蚕可以防止纤维蛋白过快固化。
运动方向识别的神经元功能模拟装置
自动报靶机
平板型复眼透镜
侧抑制微光电视
蜻蜓-飞机;
顺风耳-电话;
青蛙—快速扫描系统
苍蝇-气味探测器
螳螂—镰刀
苍蝇与宇宙飞船
苍蝇嗅觉器:小型气体分析仪。
从萤火虫到人工冷光 。由于这种光没有电源,不会产生磁场,因而可以在生物光源的照明下,做清除磁性水雷等工作。
电鱼与伏特电池。经过对电鱼的解剖研究,发现在电鱼体内有一种奇特的发电器官。意大利物理学家伏特,以电鱼发电器官为模型,设计出世界上最早的伏打电池。
水母耳朵:水母耳风暴预测仪,相当精确地模拟了水母感受次声波的器官。

从动物身上得到的启示、发明有什么?

根据蝴蝶发明了迷彩服,根据水母发明了风暴探测仪,根据蜻蜓发明了各种优良的飞机

从动植物身上得到的启示的作文 比如:人们从鸟儿身上得到启示,发明了飞机

看了动物世界这本书,我从书中了解到啄木鸟、食蚁兽的生活特性和特异能,从它们身上我突然想到一个问题,同时也得到一个启发:
在农村果园里,我们常常发现害虫钻进树干、成熟的果子里,为了保护果林,农民们只得不断地大量喷农药,这样的结果呢?不但成本高,而且人们在食用时,超标的农药让人们望而生畏,如果灭虫不及时,人们也只得把那些“无药可救”的果树心痛地砍掉。在现代化的农村里,也不可能有那么多的啄木鸟来帮果树们看病。
大自然给人们有许多的启示,飞机是根据蜻蜓发明的、流状形的轮船是仿照海底的鲸发明的,那么我在想:我们何不仿照啄木鸟的嘴和食蚁兽的舌头来制造一种轻便的灭虫机呢?在这种灭虫机里,我们可以装一块电脑芯片,这样,它就可以准确无误探测到病树,然后,我们可以按一下手柄上的一个红键,从那里面就会d出一个类似啄木鸟的嘴一样的又尖又带勾的钢管,它可以准确无误地在有害虫的树上打一个极小的洞,然后用带勾的钢管嘴将它勾出。要是白蚁呢?大家不要慌,我们可以先将钢管嘴收进去,然后,再按绿色的健,一条仿食蚁兽的舌头就会从里面d来,那富有粘性的长舌,一“钻”进洞里,那白蚁便会轻而易举地全部被消灭。
从啄木鸟和食蚁兽觅食中,我们得到了一个启发,从而也从中得到了一个创新

人们从动物身上得到的启示有哪些制造了什么

人类模仿(蝙蝠的定位回声法确定猎物位置)制造了(雷达),模仿(青蛙的后肢形状)制造了(潜水员用的蹼)
`
还有很多哦,希望你可以采纳我的答案~谢谢!

人类从动物身上得到的启示发明了什么并说工作原里

A系的6630M玩英雄联盟应该没有多大的问题,你可以试一试关闭一些特效,另外,看看其他硬件配置上有么有短板?比如系统平台是Win7的话,条子是不是4GB以上?CPU是不是老一代的赛扬?等等因素,显卡玩游戏的一个关键因素,但不是唯一的原因?

不可能吧,是不是有什么限制的,改一下设置,看看说明书,或者去4S看一下最好到4S店里检查下电子限速?还是你直接一档直接60爆表了··1、超越离合器的问题,2、要么就是皮带的问题。需要检查这两个地方。1去4S店检查一下,安全第一

下面就为大家介绍下其工作的主要环节和步骤,超声波清洗机如何工作的原理及知识。超声波是频率高于20000赫兹的声波,它方向性好,穿透能力强,易于获得较集中的声能,在水中传播距离远,可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。超声波因其频率下限大约等于人的听觉上限而得名。超声波清洗机原理主要是通过换能器,将功率超声频源的声能转换成机械振动,通过清洗槽壁将超声波辐射到槽子中的清洗液。由于受到超声波的辐射,使槽内液体中的微气泡能够在声波的作用下从而保持振动。 当声压或者声强受到压力到达一定程度时候,气泡就会迅速膨胀,然后又突然闭合。在这段过程中,气泡闭合的瞬间产生冲击波,使气泡周围产生1012-1013pa的压力及局调温,这种超声波空化所产生的巨大压力能破坏不溶性污物而使他们分化于溶液中,蒸汽型空化对污垢的直接反复冲击。
一方面破坏污物与清洗件表面的吸附,另一方面能引起污物层的疲劳破坏而被驳离,气体型气泡的振动对固体表面进行擦洗,污层一旦有缝可钻,气泡立即“钻入”振动使污层脱落,由于空化作用,两种液体在界面迅速分散而乳化,当固体粒子被油污裹着而粘附在清洗件表面时,油被乳化、固体粒子自行脱落,超声在清洗液中传播时会产生正负交变的声压,形成射流,冲击清洗件,同时由于非线性效应会产生声流和微声流,而超声空化在固体和液体界面会产生高速的微射流,所有这些作用,能够破坏污物,除去或削弱边界污层,增加搅拌、扩散作用,加速可溶性污物的溶解,强化化学清洗剂的清洗作用。由此可见,凡是液体能浸到且声场存在的地方都有清洗作用,其特点适用于表面形状非常复杂的零件的清洗。尤其是采用这一技术后,可减少化学溶剂的用量,从而大大降低环境污染。
第二超声波在液体中传播,使液体与清洗槽在超声波频率下一起振动,液体与清洗槽振动时有自己固有频率,这种振动频率是声波频率,所以人们就听到嗡嗡声。
另外,在超声波清洗过程中,肉眼能看见的泡并不是真空核群泡,而是空气气泡,它对空化作用产生抑制作用降低清洗效率。只有液体中的空气气泡被完全拖走,空化作用的真空核群泡才能达到最佳效果。

超声波探伤原理:
超声波探伤是利用超声波在物质中的传播、反射和衰减等物理特性来发现缺陷的一种探伤方法。与射线探伤相比,超声波探伤具有灵敏度高、探测速度快、成本低、 *** 作方便、探测厚度大对人体和环境无害,特别对裂纹、未熔合等危险性缺陷探伤灵敏度高等优点。但也存在 *** 作者的水平和经验有关缺点。在探伤中,常与射线探伤配合使用,提高探伤结果的可靠性。超声波检测主要用于探测试件的内部缺陷。
表面波是超声波的一种,由于表面波的能量集中于表面下2个波长之内, 检查表面裂纹灵敏度极高,因此得到了广泛应用。我们这次学的也是以表面 波探伤为主:
当介质表面受到交变应力作用时,产生沿介质表面传播的波称为表面波。表面波是具有纵波和横波双重性质的波,可看做振动平行表面的纵波和振动垂直表面的横波合成。 表面波探伤方法:
将磨好的轧辊表面污迹、油、切削液等痕迹擦拭干净;然后涂上润滑油, 作用为润滑和隔离空气。
轧辊表面粗糙度不能高于08Ra,探头在移动 过程中应稍作摆动避免倾斜裂纹的漏检。为保证灵敏度应匀速移动,探头移 动速度小于等150m/s。较大的划伤会引起缺陷波。

桩径小于06—1m时,沿直径布置两根。

布置超声波探测管的埋置数量及其在桩的横截面卜的布局应考虑检测的控制面积,桩径小于06—1m时,沿直径布置两根;桩径为1—25m时,布置3根,呈等边三角形;桩径大于25m时,布置4根,呈正方形。

用于预应力结构中的后张法预留孔道,用做超声波探测管时。可直接绑扎在钢筋骨架土,接头处可用大一号波纹套接。由于波纹管很轻,因而 *** 作十分方便,但安装时需注意保持其轴线的平直。

扩展资料:

桩基超声波检测管的相关要求规定:

1、利用管材的变形,将连接处夹成两头大,中间小,使连接处一次性卡死,避免了活接头松动的可能性。

2、声测管自进入工地现场后起,在装卸、搬运、安装过程中,要避免使声测管管体扭曲、挤压变形。

3、声测管要存放在有遮雨设施的场地,避免管体生锈。进场安装的声测管,首先要对管体进行检验,扭曲变形的声测管不允许进入安装程序。

参考资料来源:百度百科-超声波探测管

随着高层建筑、大型工程的蓬勃兴起,在地基工程中,桩基础被广泛地使用。桩基具有防震、抗震、承载力高、沉降量小且均匀等特点。由于桩基是建筑物的持力基础,桩基的质量对建筑物的稳定性影响很大,在混凝土灌注施工过程中,常常会造成部分桩出现断裂、缩颈、扩颈、混凝土离析和蜂窝等现象,如不及时发现和处理将是建筑物的长期隐患。

传统检测桩基完整是采用钻探取心法测定桩基承载力,采用静载荷压桩试验。这些方法虽直观,但均存在设备笨重、成本高、工期长、检测数量少、随机性大等缺陷。而且,1%的验桩率远远不能评价全部桩基质量。

动态无损检测法具有省时、省力、经济、简便、无损、可靠等优点。

一、桩的动测技术的发展与应用近况

1桩的动测技术在国外的发展和应用

近十年来,国外在桩动测技术方面有两件事值得我们关注:一是对国外广泛应用的波动方程法测桩的承载力进行了考核;二是国外出现了另一种新的动测桩承载力的方法,叫做静动法,并且很快得到了认可和应用。

1992年在荷兰海牙召开的第四届国际应力波理论在桩基中应用的会议期间,对国外广泛应用测桩承载力的波动方程法进行了考试,共有国际上有名的10家单位参加。试桩长为115m,截面为025 m×025 m,参加测试单位绝大多数都采用CAPWAP的程序和PDA仪器,但是测试结果很不理想,除了一家的结果(图2-4-1曲线B)与静载试验结果(图2-4-1曲线A)较接近外,其他结果均与静载试验结果相差甚远,其中最低破坏荷载为90kN,最高为510kN,而静载试验的破坏荷载为340kN。

由此可见,即使采用相同的仪器、相同的程序、相同的方法,由于测试人员的素质和经验不同,也会得到不同的承载力结果,这是值得我们引以为戒的。

为了搞清CAPWAP法和PDA仪器的实际应用效果,美国联邦高速公路管理局(FHWA)委托麻省理工学院的佩柯斯基(SGPaikowsky)教授进行调查,后者搜集了206根桩的动静对比试验,结果如图2-4-2所示。该图的横坐标为贯入1英寸所需的锤击数;纵坐标表示静荷载试验结果与用CAPWAP实测结果之比值。由图示结果来看,多数情况下CAPWAP所提供的桩承载力比静载的结果要小,但也有偏大的情况。在分析桩打入性能和桩承载力时,国外采用的软件有多种,但较为广泛应用的除CAPWAP程序外,还有WEAP程序和TNOWAVE程序等,但其存在的问题大致与CAPWAP程序相同。

图2-4-1 测桩承载力对比结果图

图2-4-2 动静对比试验结果图

2桩的动测技术在国内的发展和应用

桩的动测技术在我国的推广和应用,经历了一段不平凡而且颇有特色的道路。1989年第一次在北京召开的“全国桩基动测学术交流会”,开始将桩的动测技术推广应用于工程实践。1995年10月正式颁布了我国行业标准《基桩低应变动力检测规程》(JGJ/T93-95),使我国小应变动测法进入了实用推广阶段,我国的“基桩高应变动力检测规程”(JGJ106-97)也于1997年正式颁布。总之,动力测桩的技术在我国的工程建设中已经得到愈来愈广泛的应用。

由于动测技术的发展,许多有关桩动测的学术争议也随之消失。例如,用小应变激振方法能否测定桩的完整性的问题,随着大量的工程实践已经得到了解决。目前,全国几乎所有动测桩单位均采用小应变激振方法来检验桩的完整性。至于用小应变激振方法来检测桩的承载力问题,虽然有些人尚不能接受,但全国已有90多家单位通过了国家建筑工程质量监督检验中心组织的考试,获得了建设部颁发的资质证书,允许在桩基工程中应用。尽管有些单位在掌握和应用这些新技术方面还不尽人意,但至少说明了这些技术所具有的优越性和强大的生命力。

此外,我国许多学者和研究人员近年来在桩的动测方面也进行了大量研究开发工作,有些单位还研制了新的仪器和设备,已经在桩基工程中得到应用的几种动测方法,现在也在进一步改进中。

尽管我国在动测桩的应用和研究开发方面取得了很大的成绩,并且在某些方面结合我国国情还有所创新,但也要看到我们在实践中还存在着许多问题,它们是:①有些方法实施效果不尽人意,需要改进;②某些测试仪器质量不高,不能满足测试要求;③有的测试单位因经济利益驱动,接受了某种动测方法本应限制使用的测试任务;④测试人员缺乏应有的经验或素质不高,造成测试结果不佳或误判。总之,我们应清醒地看到,桩的动测新技术还将不断地发展,各种动测方法必须以传统的静载试验作为依托,而不是相互排斥。

二、桩基的类型

目前,我国采用的桩基主要有沉管灌注桩、钻孔灌注桩、钻扩灌注桩、冲孔灌注桩、挖孔灌注桩、爆扩灌注桩、钢筋混凝土预制桩、钢桩、旋喷桩、振动碎石桩、振动挤密砂桩等类型。

桩基按受力分类可分为摩擦桩、端承桩、扩底墩型桩。摩擦桩以桩周土的摩擦力为主,桩尖支承力为辅。端承桩的桩底坐落在坚硬的基岩上,它以桩底基岩的反向支承力为主,以桩周摩擦力为辅。扩底墩型桩要求扩大桩底部的接触面积提高支承力。

三、桩基无损检测方法

以应力波理论为基础的检测桩基质量的瞬态动测法和稳态振动法使用得最广泛。

1瞬态动测法(锤击法)

嵌入土中的桩基,相当于一个在阻尼介质中上端自由与下端d性连接的d性杆,如图2-4-3。在桩基顶端应用锤击的办法施加一脉冲激振力f(t),桩将产生纵向振动而产生应力波。波沿桩身传播至桩底部分能量反射回桩顶。若激振力足够大,桩和桩周围一定范围内的土将作为一个体系产生自由振动。通过仪器接收这些波,可对桩基质量作出判断,并推算出单桩承载力。

图2-4-3 一维d性杆模型

(1)反射波法

a基本原理及波形特征

反射波法的现场测试工作如图2-4-4所示。利用小手锤在桩头施加一冲击力f(t)被激发应力波在桩身内传播,当遇到波阻抗界面时,将产生反射波,如图2-4-5所示。

其反射系数为

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式中:A1、A2为桩身截面积;ρ1、ρ2为介质密度;v1、v2为波速;R表示反射波与入射波的振幅比。这里是以广义的波阻抗Aρv替代波阻抗ρv,它取决于波阻抗的差异和截面积的变化,反射波旅行时与平均速度及波阻抗界面的深度l有关。然后利用拾震器接收初始信号,桩身缺陷和桩底产生的反射波信号,通过仪器进行处理和分析,结合地质资料对桩的完整性和混凝土的质量作出评价。

b桩基完整性的分析与判别

完整桩 完整桩一般指桩身混凝土胶结良好,均匀连续,抗压强度达到设计要求的桩,它只存在一个桩底波阻抗界面,由图2-4-6可以看出,A1ρ1v1>A2ρ2v2,所以R<0,根据入射波和反射波速度量的相位关系为同向,体现在U(t)曲线上信号为同向叠加,如图2-4-7所示其波形特征为一衰减振动曲线,衰减快,桩底反射波明显,分辨率高。由图分析可得一次反射波旅行时为t,桩长为l,则平均速度为

图2-4-4 小扰动应变力波反射法示意图

图2-4-5 应变波的反射与透射

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t可以从时程曲线上读得,若知vc或l中任一个,便可求解。若二者均未知时,常利用统计的方法或其他实验的方法假定vc或根据施工记录来假定l,以求得近似解。

缺陷桩 当桩间存在缺陷,如断裂、夹层、空洞、缩颈或扩颈时,缺陷部位的应力波传播速度v、密度ρ或截面积A与桩身完好部位都有所不同,即存在波阻抗差异。当应力波遇到波阻抗差异界面时,将会产生反射。若根据这一反射时间计算整桩的波速,则其结果将大于完整桩时的波速。如图2-4-8 示,桩身在l1处断开,Z2相当于充气或充泥的波阻抗,反射系数,R<0,曲线中主要反映了l1处多次反射波,而桩底反射不清。图2-4-9 表示在l1处桩产生扩颈,应力波在l1处反射系数R>0,入射波和反射波为反向叠加,从时程曲线不难确定扩颈和桩底位置。

图2-4-6 桩身完好

图2-4-7 完好桩实测波形

图2-4-8

图2-4-9

根据桩d性波速度评价桩的质量 众所周知,桩基的波速与桩身混凝土的密实程度有关。致密的桩身,其波的传播速度则大,松散的桩身,其波速则小。

对动测桩身质量分类评价,是根据不同工程和不同类型的桩基检测和静荷载资料对比,可从两个方向分类评价——桩身完整性和混凝土质量:①桩身完整性包括完好桩、微缩扩颈、严重缩颈、大面积离析、断桩等可以根据动测波型特征判断;②混凝土质量则可以根据动测桩的波速进行评价。对灌注桩采用下表2-4-1所列波速进行分类判别。

表2-4-1

(2)桩基承载力推算原理

摩擦桩承载力的计算原理

摩擦桩指桩置于松软地层。当用重锤竖向敲击桩周土或桩头而被激起振动后,将在垂向作自由振动,并通过桩侧摩擦力及桩尖作用力带动桩周部分土体参予振动,形成复杂的桩—土振动体系,其装置见图2-4-10所示。桩及桩侧参振的土体,可视作单质点振动体系,根据质量—d簧—阻尼模式振动理论,可推导出桩基的刚度计算式。再根据刚度与承载力之间的直接相关关系,可计算出桩基的承载力。

图2-4-10 频率法检测装置示意图

图2-4-11 桩—土体系示意图

计算单桩抗压刚度 在桩—土体系振动的曲线上求出振动周期 Tz,计算出自振频率fz,如图2-4-11所示。根据单自由度的质量—d簧体系,其质量和刚度同频率关系:ω,单桩抗压刚度为

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式中:λ是动力修正系数,可取λ=2365;g是重力加速度为981(m/s2)。

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式中:(梨形土体扩散半径);A———桩的横截面积(m2);L0———桩的全长(m);L———桩的入土深度(m);r1———桩的砼容重(kN/m3);r2及φ———分别为桩的下段范围内,土的容重(kN/m3)及内摩擦角。

计算单桩临界荷载 临界荷载指与按静荷载试验测定的P—S曲线上与拐点对应的荷载。根据动静对比关系,可得临界荷载:

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式中μ为静载与动测之间的比例系数。它是选取不同地质条件下各种类型的桩基,进行动静对比试验,通过数理统计分析求得的回归系数。

计算单桩允许承载力(Pa)对粗长桩,特别是当桩尖以下土质远较桩侧土强时,则

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对中小桩,特别是当桩尖以下土质较桩侧土弱时,则

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式中k为安全系数,一般取20。

2稳态振动法(机械阻抗法)

(1)方法原理

将桩视为一维d性体,当其受纵向稳态振动时,给定不同的边界条件,既可求得桩的动力反映,该反映包含了材料的有关信息。研究桩的动力反映曲线可判定桩的质量和桩基的承载力。

(2)测试系统

桩的稳态激振测试系统如图2-4-13所示。超低频信号发生器输出频率5Hz~1500Hz的自动扫描正弦信号给功率放大器,由它推动桩顶中心的电磁激振器向桩施加幅值不变的动态激振力(即:激振力在激振频率变化时,保持恒定,使桩产生稳态振动)。在桩顶和激振器之间有力传感器,它可知激振力的大小,桩顶拾振器接收桩的振动信号,经测振放大器与IBMPC/XT机相连,可进行计算并打印出成果图件。

图2-4-12 桩基的导纳反应曲线

(3)测量信息的利用及判别桩质量的依据如果使用一定能量在桩顶进行激振,其激振力为F(ω),则桩身内产生应力波,并沿桩身向下传播,在任何一个密度不均匀的界面上则有一部分能量反射回到桩顶,这时在桩顶用拾震器可直接测量到桩基系统的速度反应U(ω),则速度导纳为:

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它决定于桩基系统的质量,阻尼系数和桩基的抗压刚度。以频率f为横坐标,以速度导纳绝对值为纵坐标的导纳反应曲线,如图2 4 12 所示。桩—土体系不同,导纳反应曲线也有差别,速度导纳曲线是判别桩基质量的重要依据。

a桩身砼的波速vc

由波动理论可知:

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式中:Δf是导纳曲线上两谐振峰之间的频率差;L为桩长。

应用时根据已知桩长L和测得的Δf计算vc,正常砼的波速vc=3300~4500m/s,若vc小于此范围,说明砼的质量较差。另外,也可利用Δf和正常vc值反算桩长Lm,质量好的桩L=Lm,若Lm<L则反映了在深度处有质量问题。

图2-4-13 稳态激振测试系统

b特征导纳

所谓特征导纳是指导纳频谱曲线上振幅的几何平均值,还可以求出特征导纳,利用实测的特征导纳与理论计算的特征导纳作比较,可判别桩基的质量。如果实测值接近理论计算值说明桩基的质量及完整性较好。

理论计算的特征导纳公式为

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式中:ρc是桩基质量密度;Ac为桩的截面积。

实测特征导纳表示为

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式中:ρmax和Qmin是速度导纳的最大值与最小值,由图2-4-13中读出。

若Nm≈N为正常桩,若Nm>N,说明ρc或vc变小(存在局部混凝土松散)或Ac变小(局部有缩颈)。若Nm随频率增高而变小,表示桩径上大下小,也为缩颈桩。若Nm<N,一般为扩颈桩。

c动抗压刚度

当桩在低频(低于桩的固有频率)激振时,位移较小,桩的振动可视为刚体运动或平动,此时导纳曲线接近于直线,其斜率的倒数为桩的动抗压刚度,即

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式中|U/F|和fm为导纳曲线的低频直线段上任一点M的导纳值和频率。

动抗压刚度的意义及用处可归纳为:KD反映桩周土对桩柱的d簧支承刚度,KD值的大小与桩的承载力有一定联系;KD值与静刚度KS建立统计关系,可以评价单桩承载力,并可估计在工作荷载下桩的d性位移。

在实际工作中,通常不易获得理想的曲线,在测得的谐振峰中常掺杂一些假峰,为区别真假峰,尚须测定随频率变化的速度导纳相位变化曲线,即导纳谱相频曲线。相频曲线上的零相位点所对应的导纳谱幅频曲线上的波峰,即为有效的谐振峰。

(4)不同类型模型桩的导纳谱曲线特征

a完整桩

幅频曲线的低频段与理论导纳谱曲线相近似,利用相频曲线的零相位点可准确地找出谐振峰,谐振幅间隔均匀、整齐,平均频差为1450Hz,按公式vc=2×L×Δf,算得波速4350m/s,属完整正常波速。如图2-4-14所示。

b全断桩

图2-4-14 完整模型桩导纳谱曲线

图2-4-15是全断裂模型的导纳谱曲线,特点是反映全断面的谐振峰明显,在相频曲线上有对应的零相位点,这是因为应力波在桩身遇到全断面时,绝大部分能量被反射到桩顶,桩底反射效应不明显。根据所得频差可计算断裂位置。测得Δf=2075Hz,算得桩身断裂深度I=86~96m,也与实际断裂位置90m吻合。

图2-4-15 断裂模型桩导纳谱曲线

(5)桩基完整性分析与判别

1)通过相频曲线上的零相位点,在幅频曲线上确定谐振峰之间的频差Δf。对于完整桩,幅频曲线上的各峰分布大致均匀、整齐,用Δf计算的桩身内应力波传播的速度v′c接近于正常混凝土的波速vc。如果计算的桩身波速v′c小于正常值的下限,表明桩身混凝土质量较差。如果v′c大于正常值的上限,说明桩身中有明显的异常存在,如果桩身出现断裂,缩颈或扩颈,应力波在这些异常处的反射效应,使测得频差增大。如果谐振峰很多,且有类似调制波的波形,即所谓大峰之间夹小峰时,通常,小峰之间的频差反映桩底效应,由式v′c=2L×Δf计算的值接近正常值,大峰之间的频差则反映桩身异常处的反射效应。

2)异常的位置。按公式L=×Δf计算,此时vc可选用已判明为完整桩的计算值,或取多根完整桩的平均值,取属于异常效应的频差。

总之,判别桩基质量的好坏要综合利用导纳谱的特征,桩基内波的传播速度,谐振峰之间的频差,桩基的动抗压刚度和特征导纳值等因素进行分析,有可能对桩的砼质量、断桩、缩颈或扩颈位置及大小作出判断,可以计算桩的承载力。

3超声波检测法

(1)原理与适用条件

混凝土亦名砼,国内外有关砼声学特征的研究成果为工程界利用超声波检测灌注桩的质量展示了良好的前景。首先是利用砼的声参数在桩中的分布,推断异常的位置和几何形态等。另外,在一定的条件下,还可以建立砼的纵波速度vP与其单轴抗压强度Pz之间的关系曲线。但是,砼的不同龄期、不同水灰比、钢筋配比、骨料的品种、粒径等因素都能对声速产生不同程度的影响。有时,砼的强度一样,由于骨料的品种不同、用量不同、粒径不同造成纵波速度也不同。特别是不同工区之间原料和工艺上的差异,很难给出统一的vP—Pz关系曲线。比较稳妥的办法是与静载荷压桩试验结合起来进行,通过对少数桩基的声波探测和力学试验,求得vP—Pz关系曲线,以此来作为该工区声波法测砼的依据。这里主要介绍利用实测桩中声参数的分布来解析异常位置和几何形态的方法。

(2)设备与检测方法

设备包括发射探头、接收探头和声波测量仪。对探头的要求是:发射功率较大,接收灵敏度较高,指向角合适,有较宽的频带,谐振频率为20~50kHz。其中,发射探头的机械品质因数要高,以便获得较高的发射效率和较高的信噪比;接收探头的机械品质因素则希望低一些,这样在换能过程中不致引起波形严重畸变,并且有较宽的接收频带。使用便携式计算机可直接进行记录、计算和判断异常,检测方法如下。

1)在灌注混凝土之前,随钢筋笼下二至四根镀锌铁导管(砼桩直径小于800mm时,下二根;大于800mm时,下三根或四根)。分别固定在钢筋骨架上,位置如图2-4-16所示,上图为俯视图。要求桩体内的两根铁导管必须平行,距离误差小于5%。导管的底部封死,接头处内壁保持光滑,上部用木塞封住,防止导管内掉入杂物。

2)检测时,通常是使用岩石声波参数测定仪,按单发双收的工作方式测砼桩的声参数,即在一根导管内下一个发射探头,在另一根导管内下一对接收探头,管中注满水作耦合介质。整个检测的方框图如图2-4-17所示。全面粗测是将待测桩先按较稀的点距H,例如50~80cm,整体测一遍。主要使用参数为声速和首波振幅,检测过程中应注意等振幅读声波走时t,等增益读首波振幅。在异常附近细测时,点距可减小到10~15cm。

(3)数据处理与解释方法

a异常的判断标准

制定异常的判断标准是声波检测法的重要一环,通常有两种做法。一是根据实测资料(包括砼小样的资料)制定判断异常的标准;二是根据概率统计原理制定判断异常的标准。后一种做法比较科学,但在工程实践中发现,如不剔除或少剔除可疑数据都会漏掉异常点。刘渝等人提出的一种做法是在处理数据时,先统计数据的频率分布,然后参考已有的声波资料,剔除不合理的数据,人为地使参加统计的数据为正态分布,并依据概率统计的原理制定划分异常界限的临界值,低于此值的数据即为“异常”,可判断该处内部有缺陷。

图2-4-16 砼桩检测示意图

图2-4-17 砼桩检测方框图

为防止两根预埋管之间的距离变化引起假异常,引入距离判据,其表达式为

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图2-4-18为判断异常的电算程序框图。框图中的N为测点数,P为某点声速出现的概率,若N·P<1,则说明这个测点的声速(通常为低速)在正常情况下不应出现,其声波传播路径上可能有缺陷。参数Ka由单点声速vpi、所有测点声速平均值以及速度均方差σ等参数求出,也可由概率P查正态分布概率表求出。

b缺陷的详查方法

在检测现场,用计算机处理数据,划分出异常带(或点)之后,可在包括异常带的一定深度内加密点距细测,使用方法主要有交会法和视速度——代数重构法。

交会法是将置于测量导管中的发射和接收换能器以较小的点距,如10~20cm,按“水平同步”方式及“斜同步”方式依次对异常带测量。处理资料时,将每条射线的声速平均值(射线行程除以首波到时)或者波振幅比标注在声波射线图上,如图2-4-19所示,用来评价缺陷的性质和存在的大致范围。

由该图可以看出,在标高为-52m附近,有一低速异常,因为穿过这一区间的三条射线速度(367,34,383)均较低,该处纵波速度vP,应取三条射线速度的算术平均值36(km/s)。这种作图交会法简单直观,但却有一定的局限性,因为这些射线在桩内并不都是近似直线传播的,有时也会由于绕射、折射干扰而造成较大的解释误差。

关于视速度———代数重构法,其实就是层析成像技术中的透射层析方法,最早源于医学中的 X射线层析成像技术。这里给出两个图示计算结果。图2-4-20 的①是为使用代数重构法而将声波透视空间离散化,图中分成十八个网格,虚线表示声波射线的路径;②测定对象是一根直径为400 mm,长5 m且在32 m深度上充填有炉灰渣的砼桩,图中所示为对28 m至38 m一段用视速度———代数重构法细测的解释成果。由图中的等值线很容易看出炉灰渣的含量及分布情况;③是另一砼桩的视速度———代数重构法细测的解释结果。在-24 m处有一水平层状异常,应推断为断柱(已知是炉灰渣)。

图2-4-18 电算程序框图

图2-4-19 声波射线图

图2-4-20 透射层析方法示意图

c基桩质量的总体评价

评价混凝土灌注桩质量和力学性质的参数有:纵波平均速度v-P、动d性模量Ed、准抗压强度Pm以及声速vpi的离散系数和出现频率等。表2-4-2 为刘渝等根据工程实践,参考技术文献及规范要求,提出的混凝土质量等级的声参量指标,可供参考。

使用岩石声波参数测定仪器在现场只能取得纵波速度、首波幅值和声波信号波形。

计算动d性模量还需要横波速度和密度等参数,这两个参数可通过对砼小样的测试取得。准抗压强度Pm可以用下述两种方法来求取,一是根据纵波速度在vP-Pz曲线上找对应的Pz值作为Pm;二是通过公式(2415)计算:

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式中:K为调整系统,根据基桩有无缺陷,缺陷的性质及大小、数据的观测质量等因素确定;vPr为砼小样的纵波速度;Pr为砼小样的单轴抗压强度。

利用声波检测法的粗测、细测和砼小样的测试参数,参考表2-4-3的标准,可对混凝土基桩质量作出总体评价。

表2-4-2 混凝土质量等级的声参量指标

表2-4-3

超声波是声波的一种,而声波是一种机械波,即因物体振动而产生的一种纵波,每秒震动的次数称作声波的频率(单位是赫兹:Hz)。

上图音叉产生的声波引起了水面震动

和人眼只能看到特定波长类似(大致为300纳米到700纳米内的电磁波),人耳只能听到频率大致为20赫兹到2万赫兹的声波,其中频率超过2万赫兹的声波被称作超声波。

超声波是如何发现的?

人耳是无法听到超声波的,但是一些动物却可以。在1794年,斯帕兰扎尼就发现了蝙蝠是通过一种听不到的声音进行导航的。

在1876年高尔顿发明了狗哨,这是一种特殊的哨子,这种哨子能发出频率为2万赫兹到5万赫兹的声波,这种声波已经超出了人类听觉极限,但是猫和狗却能听见,因为狗狗的听力范围上限约为4万赫兹,猫的听力上限大致为6万赫兹。

所以说超声波大致在200多年前就发现了,而真正可以应用的超声波,是在居里夫人的丈夫皮埃尔·居里和他的兄弟在1880年发现压电效应之后,可以根据压电效应来发射和检测超声波,由此开启了超声波应用的大门。

超声波的特点

因为波长和频率成反比,而超声波频率比较高,所以波长短,这意味着超声波具有良好的方向性,而且由于波长短,频率高,震动强烈,所以具有较高的能量。

超声波还具有良好的穿透性,所以能够在物质内传播较远的路径。基于这些特点,超声波的应用也分为两大领域。

超声波的应用领域

因为方向性好,而且穿透性强,主要有两种应用领域,第一种是检测和探测,比如医学上常用的B超,根据人体对超声波的反射规律,来探查人体内部结构,而且对人体损害小,是临床医学不可或缺的一种诊断方法。

还有声呐系统,其原理也是超声波,广泛应用于航海和航空领域,可以用来探测前方的障碍物体。此外还有很多类似的应用,比如专门探测精密零件表面生产情况的超声波探伤仪。

第二个领域是超声处理,这是靠超声波强大的能量实现的,比如利用超声波清洗眼镜,工厂中除尘,超声波焊接等,这都是依靠超声波强烈的震动完成的。


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