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高速铁路信号是高速列车安全、高密度运行的基本保障。下面是我整理的高速铁路信号技术论文，希望你能从中得到感悟!
基于无线通信技术的高速铁路信号系统应用
摘 要
高速铁路信号系统是高速列车安全、高密度运行的基本保障。无线通信技术在铁路信号系统的应用，不但减少了高速铁路的信号系统成本，还较好的确保了高速铁路的安全。随着科学技术的进步，高速铁路不断的向着智能信息化转变，这就给无线通信技术领域提出了更加严格的要求，为了适应高速铁路的快速发展，各国都在潜心研究基于无线通信技术的新一代的铁路信号系统。本文介绍了国外无线通信系统在高速铁路信号系统中的发展情况，分析了运用无线通信技术的高速铁路信号系统的特点和问题，并探讨了无线通信技术在高速铁路信号系统中的应用。
【关键词】无线通信 高速铁路 信号系统
在整个高速铁路工程中，虽然信号系统的投资总额所占比率较小，但其起到的作用十分关键。由于轨道电路传输环境较差、传输信息的速率较低、设备更新维护费用高，所以基于轨道电路的列车控制系统已经不能满足高速铁路的快速发展要求。在80年代，国外开始研究基于无线通信的铁路信号系统TBS(Transmission Based Signalling)，希望通过无线通信技术的应用来提高铁路的管理职能、缩短列车间隔时间、节约能源、降低系统的成本。1995年在关于TBS的国际会议中，会议代表分析了无线通信技术在铁路信号系统应用的的可行性，并指出了无线通信技术可能给铁路信号系统带来的积极影响，表明了TBS将会成为未来铁路信号系统的发展方向。
1 国外TBS的发展情况
北美TBS的发展情况
1983年，美国铁道协会和加拿大铁道协会共同最早提出了基于无线通信的先进列车控制系统ATCS。ATCS主要是通过数字数据通信手段和先进的微处理器获取列车的精确位置和速度等信息，并对列车进行安全控制。ATCS的运用不仅避免了很多地面信号设备的安装，节省了系统成本，还消除信号盲区，增强了列车的安全系数。ATCS是由中央控制系统、无线数据通信网络、车载设备、路旁设备和线路维护人员移动终端五个子控制系统构成的。它的系统结构设计和功能模块的划分为以后基于无线通信的铁路信号系统奠定了基础。随着无线通信技术的发展，在ATCS之后北美又出现了很多基于无线通信的铁路信号系统，其中ARES可以提供非常可靠的检查和平衡手段，在很大程度上降低了人为操作失误造成的错误，使列车行驶更加安全。另外，PTS、PTC、AATC、ITCS等系统也是比较著名的。
欧洲TBS的发展情况
1992年国际铁盟下属的欧洲铁路研究机构提出了一套欧洲的铁路运输管理系统，包括车票发售、各国铁路互操作性等多个方面，ETCS就是其中非常重要的一部分。在欧共体委员会设立标准化欧洲铁路控制系统项目ETCS之前，欧洲各国铁路标准和模式不尽相同，轨距、信号设备、供电设备也不一样，因此各国只能使用自己的ATP、ATC系统。各国铁路制式上的差异使得欧洲铁路很难形成连续运输。在设立了标准化欧洲铁路控制系统项目ETCS后，各国的铁路开始逐渐按照统一标准进行规范，并逐渐取代各国不同的列车自动控制系统和防护系统。ETCS的目标就是要实现欧洲铁路的统一，提高各国铁路的互操作性，使铁路控制系统的功能和设备更加规范。
日本TBS的发展情况
在日本铁路信号系统的发展历程中，先后出现了ATS、现行ATC、数字式ATC、计算机和无线通信辅助信息控制系统等。其中现行ATC作为一种列车超速防护系统，以良好的自动制动功能保护了列车的安全。但在系统工作时，采用的最强的自动制动，影响了乘客的舒适程度。在1987年，日本开始基于无线通信的铁路信号系统的研究，为CARAT的出现奠定了坚实的基础。CARAT的使用能够使列车连续测定自身位置和行驶速度，使地面系统能够很好的了解列车运行情况，保证列车的运输安全。
2 TBS的特点和问题
在速度比较高的高速铁路上，距离比较近时，可以采用红外、蓝牙等无线通信技术实现对列车的控制;在距离比较远时，则可以通过全球定位控制系统、信标、计轴装置等来测定列车的速度和位置。车载计算机可以通过无线收发装置将列车的速度、位置信息发送给调度控制计算机，通过调度控制计算机的处理，再将列车允许的最大速度等信息通过无线通信发回给列车计算机。列车司机可以根据车载计算机的提醒进行相应的操作，如果列车司机没有及时作出反应，信息控制系统还可以自行将车速降低到允许范围以内。
TBS的特点
(1)在TBS中，主控中心可以根据列车的运行状态和操作状态通过车载计算机来调整列车的运行，加大了高速铁路信号系统的管理职能，保证了列车的安全，提高了铁路线路的通行能力。
(2)在无线通信信号系统控制下，列车和地面的可靠信息量增大，列车运行变得更加稳定，且避免了不必要的加速和制动，节约了能源，也让旅客乘车变得更加舒适。
(3)无线通信技术的运用，省掉了大量的地面信号装备，大大减少了设备的安装、维护、修整费用。
(4)无线通信信号系统的适应能力极强，通过软件上的调整就可以使列车的运行速度提高，且能够自动调整运行图，大大的提高了铁路运输管理能力。
(5)无线通信信号系统还可以通过车地间的双向信息通道实现列车的闭锁控。
TBS的问题
(1)高铁信号系统使用轨道电路只能使用较低的信息发送频率，传输环境恶劣，很难让电码的传送速率满足高速铁路的运行速度要求。
(2)TBS通过环线设备和应答器件接受数据信息，列车进行操作可能会有时间上的延迟，可能会给列车的运行造成不良的影响。
(3)轨道间的电缆电线作为车地之间的双向信息通道，虽然传输信息量大，抗干扰能力强，但设备费用较高，且防盗能力很差，一旦丢失，后果严重。
3 无线通信技术在高速铁路信号系统中的应用 微机联锁
无线通信技术在微机联锁方面运用的可行性还需进一步研究，但ATCS中提出，可以将检测到的道岔、信号机闭锁状态发送给主控中心，并利用道旁接口单元来接收主控中心的控制命令，以实现控制一组道岔、信号机动作的目的。另外道旁接口单元可以利用无线信道联系控制中心，通过电缆连接现场设备，从而检测并控制一些辅助的子系统。目前看来，无线通信技术用于微机联锁的现场设备可能会增加一些投资，且大型站场道岔众多，干扰较大，但还是具有较好的发展前景。
集中调度
在调度集中系统中，调度中心职要根据车站到发线占用情况和区段内闭塞分区大概了解列车运行的状况，并根据得到的信息排列进路。但利用TBS，控制系统就能够准确的了解列车运行的位置、速度，并根据沿线的信号系统情况发送列车控制命令，保证列车在最短的实践间隔内高速、安全、稳定的运行。无线通信技术赋予列车与控制中心的双线数据通信，给列车的运行带来了很大的方便，且实现了行车指挥自动化。
中继器
在高速铁路的实际运行中，我不可能在所有的高速铁路中都设这无线通信基站，这样不但增加了设备投资，还使无线通信铁路信号系统失去了存在的真正意义。有了中继器，基站就可以通过中继器接受和发送一些射频信号，从而使基站不仅可以管理基站区域范围内的站区，还能够将管理中继器管理的一些车辆和线路。
提高平交道口的通过效率
为了提高平交道口的防护能力和和通过效率，防止由于无线设备故障造成不必要的损失，主控中心按照时间间隔不断的查询道口的运行状态，并将查询信息及时反馈给接近道口的列车。另外主控中心通过接收的列车位置、速度信息，可以计算列车通过道口的时间，并根据实际情况设定列车的最大允许速度和列车运行线路参考。这样，列车通过平交道口就有了安全保障，而且还大大提高了道口的通过效率。
加强维修处防护
在高速铁路某路段需要进行维修时，维修部门可以通过移动终端将维修点输入到系统中，通过主控中心的传送，列车就可以很好的了解路段情况。在实际的运行中，列车可以根据了解到的维修点信息对列车进行操作，另外在列车接近维修点事，移动终端接受到地面系统的警报信号，以保证列车能够及时在维修段之前停车。
4 总结
随着高速铁路的不断发展，要确保列车的安全，先进的信号系统成了高速铁路运行的重中之重。在高速铁路信息系统中，无线通信的运用仍处于初期阶段，在具体的TBS规划时应充分考虑其与全路运输管理系统的接口，使无线通信技术更充分的运用在高速铁路的发展当中。
参考文献
[1]闵耀兴.我国铁路列车安全控制系统的现状[J].哈铁科技通讯，1997(04).
[2]姚丽娟.我国铁路信号系统的现状与发展[J].铁道通信信号，2003(04).
[3]步兵.基于通信的列车控制系统的可靠性分析方法[J].交通运输工程学报，2001(01).
[4]杨绚，陈德旺，陈荣高.速铁路列控系统主动安全控制的分析与思考[J].铁路计算机应用，2012(08).
作者简介
孙屹枫(1982-)，男，天津市人。中国民用航空大学大学本科毕业。研究方向：铁路信号。
作者单位
铁道第三勘察设计院集团有限公司电化电信处 天津市 300251
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生物医学信号处理方法论文
生物医学信号处理是指据生物医学信号特点，应用信息科学的基本理论和方法，研究如何从扰和噪声淹没的观察记录中提取各种生物医学信号中所携带的信息，并对它们进步分析、解释和分类。以下是我精心准备的生物医学信号处理方法论文，大家可以参考以下内容哦！
摘 要： 生物医学信号是人体生命信息的集中体现，深入进行生物医学信号检测与处理的理论与方法的研究对于认识生命运动的规律、探索疾病预防与治疗的新方法都具有重要的意义。
关键词： 生物医学信号 信号检测 信号处理
1 概述
1。1 生物医学信号及其特点
生物医学信号是一种由复杂的生命体发出的不稳定的自然信号，属于强噪声背景下的低频微弱信号，信号本身特征、检测方式和处理技术，都不同于一般的信号。生物医学信号可以为源于一个生物系统的一类信号，这些信号通常含有与生物系统生理和结构状态相关的信息。生物医学信号种类繁多，其主要特点是：信号弱、随机性大、噪声背景比较强、频率范围一般较低，还有信号的统计特性随时间而变，而且还是非先验性的。
1。2 生物医学信号分类
按性质生物信号可分为生物电信号（Bioelectric Signals），如脑电、心电、肌电、胃电、视网膜电等;生物磁信号（Biomagnetic Signals），如心磁场、脑磁场、神经磁场;生物化学信号（Biochemical Signals），如血液的pH值、血气、呼吸气体等;生物力学信号（Biomechanical Signals），如血压、气血和消化道内压和心肌张力等;生物声学信号（Bioacoustic Signal），如心音、脉搏、心冲击等。
按来源生物医学信号可大致分为两类：（1）由生理过程自发产生的主动信号，例如心电（ECG）、脑电（EEG）、肌电（EMG）、眼电（EOG）、胃电（EGG）等电生理信号和体温、血压、脉博、呼吸等非电生信号;（2）外界施加于人体、把人体作为通道、用以进行探查的被动信号，如超声波、同位素、X射线等。
2 生物医学信号的检测及方法
生物医学信号检测是对生物体中包含的生命现象、状态、性质和成分等信息进行检测和量化的技术，涉及到人机接口技术、低噪声和抗干扰技术、信号拾取、分析与处理技术等工程领域，也依赖于生命科学研究的进展。信号检测一般需要通过以下步骤（见图1）。
①生物医学信号通过电极拾取或通过传感器转换成电信号;②放大器及预处理器进行信号放大和预处理;③经A/D转换器进行采样，将模拟信号转变为数字信号;④输入计算机;⑤通过各种数字信号处理算法进行信号分析处理，得到有意义的结果。
生物医学信号检测技术包括：（1）无创检测、微创检测、有创检测;（2）在体检测、离体检测;（3）直接检测、间接检测;（4）非接触检测、体表检测、体内检测;（5）生物电检测、生物非电量检测;（6）形态检测、功能检测;（7）处于拘束状态下的生物体检测、处于自然状态下的生物体检测;（8）透射法检测、反射法检测;（9）一维信号检测、多维信号检测;（10）遥感法检测、多维信号检测;（11）一次量检测、二次量分析检测;（12）分子级检测、细胞级检测、系统级检测。
3 生物医学信号的处理方法
生物医学信号处理是研究从扰和噪声淹没的信号中提取有用的生物医学信息的特征并作模式分类的方法。生物医学信号处理的目的是要区分正常信号与异常信号，在此基础上诊断疾病的存在。近年来随着计算机信息技术的飞速发展，对生物医学信号的处理广泛地采用了数字信号分析处理方法：如对信号时域分析的相干平均算法;对信号频域分析的快速傅立叶变换算法和各种数字滤波算法;对平稳随机信号分析的功率谱估计算法和参数模型方法;对非平稳随机信号分析的短时傅立叶变换、时频分布（维格纳分布）、小波变换、时变参数模型和自适应处理等算法;对信号的非线性处理方法如混沌与分形、人工神经网络算法等。下面介绍几种主要的处理方法。
3。1 频域分析法
信号的频域分析是采用傅立叶变换将时域信号x（t）变换为频域信号X（f），从而将时间变量转变成频率变量，帮助人们了解信号随频率的变化所表现出的特性。信号频谱X（f）描述了信号的频率结构以及在不同频率处分量成分的大小，直观地提供了从时域信号波形不易观察得到频率域信息。频域分析的'一个典型应用即是对信号进行傅立叶变换，研究信号所包含的各种频率成分，从而揭示信号的频谱、带宽，并用以指导最优滤波器的设计。
3。2 相干平均分析法
生物医学信号常被淹没在较强的噪声中，且具有很大的随机性，因此对这类信号的高效稳健提取比较困难。最常用的常规提取方法是相干平均法。相干平均（Coherent Average）主要应用于能多次重复出现的信号的提取。如果待检测的医学信号与噪声重叠在一起，信号如果可以重复出现，而噪声是随机信号，可用叠加法提高信噪比，从而提取有用的信号。这种方法不但用在诱发脑电的提取，也用在近年来发展的心电微电势（希氏束电、心室晚电位等）的提取中。
3。3 小波变换分析法
小波分析是传统傅里叶变换的继承和发展，是20世纪80年代末发展起来的一种新型的信号分析工具。目前，小波的研究受到广泛的关注，特别是在信号处理、图像处理、语音分析、模式识别、量子物理及众多非线性科学等应用领域，被认为是近年来在工具及方法上的重大突破。小波分析有许多特性：多分辨率特性，保证非常好的刻画信号的非平稳特征，如间断、尖峰、阶跃等;消失矩特性，保证了小波系数的稀疏性;紧支撑特性，保证了其良好的时频局部定位特性;对称性，保证了其相位的无损;去相关特性，保证了小波系数的弱相关性和噪声小波系数的白化性;正交性，保证了变换域的能量守恒性;所有上述特性使小波分析成为解决实际问题的一个有效的工具。小波变换在心电、脑电、脉搏波等信号的噪声去除、特征提取和自动分析识别中也已经取得了许多重要的研究成果。
3。4 人工神经网络
人工神经网络是一种模仿生物神经元结构和神经信息传递机理的信号处理方法。目前学者们提出的神经网络模型种类繁多。概括起来，其共性是由大量的简单基本单元（神经元）相互广泛联接构成的自适应非线性动态系统。其特点是：（1）并行计算，因此处理速度快;（2）分布式存贮，因此容错能力较好;（3）自适应学习（有监督的或无监督的自组织学习）。
参考文献
[1] 邢国泉，徐洪波。生物医学信号研究概况。咸宁学院学报（医学版），2006，20：459～460。
[2] 杨福生。论生物医学信号处理研究的学科发展战略。国外医学生物医学工程分册，1992，4（15）：203～212。
传感器与检测技术属于自动化专业、电气工程及其自动化专业及过程装备与控制专业的技术基础课程，对学生综合运用所专业学知识有着关键的作用，这是我为大家整理的传感器与检测技术论文，仅供参考!传感器与检测技术论文篇一 传感器与检测技术课程教学探索 摘 要：传感器与检测技术属于自动化专业、电气工程及其自动化专业及过程装备与控制专业的技术基础课程，对学生综合运用所专业学知识有着关键的作用，文中针对课程的特点及现存的问题,对该课程的教学内容调整与 教学 方法 改进进行了有益的探讨，以期获得更好的教学质量与效果。 关键词：传感器与检测技术;教学改革;教学方法 中图分类号：G71 文献标识码：A 文章 编号：1009-0118(2012)05-0132-02 传感器与检测技术是自动化专业、电气工程及其自动化专业及过程装备与控制专业的技术基础课程，主要研究自动检测系统中的信息提取、信息转换及信息处理的理论与技术为主要内容的一门应用技术课程。传感技术是自动检测系统，更是控制系统的前哨，它广泛的应用于各个领域，在在促进生产发展和现代科技进步方面发挥着重要作用。学生学好这门课程不仅能为后续课程打下好的基础，也对学生综合运用所专业学知识有着关键的作用，自从2005年课程教学大纲调整以后，在教学中出现了一些新的问题，原有的传统教学模式很难获得良好的教学质量与效果。 一、课程教学现存的问题 自2005年起我校重新制定了自动化专业的教学大纲，其中将传感器与检测技术由考试课调整为考查课，并将课时由64学时更改为32课时，通过几年的 教学 总结 出该课程在教学中存在的一些困难： (一)教学内容多而散 课程内容多且散，涉及知识面广，有物理学，化学，电子学，力学等等，属于多学科渗透的一门课程，学生学习有难度，特别是对于一些基础不太好的同学更是有困难。 (二)典型应用性 传感器与检测技术属于典型的应用课程，要学习各种传感器的原理，并掌握它的使用，在此基础上掌握搭建检测系统的方法，单靠理论的学习必定是有差距的。而实验课时不充裕，实验条件也有限。 (三)学时越来越少 学校目前对学生的定位是“培养优秀的工程应用型人才”，为了加大实践环节的因此对课程设置与课时作了调整，本课程课时被缩减至32课时。 (四)学生的学习主动性差 由于本课程被定为考查课，所以有相当一部份同学从 学习态度 上不太重视，没有投入必要的精力和时间，学习主动性差，直接影响教学效果。 二、教学内容与教学方法的探索 (一)教学内容的调整 目前大部分的传感器与检测技术的教材多侧重于传感器的工作原理、测量线路及信息处理等方面，而对具体应用涉及较少，针对课程的内容多课时少的情况，教学时无法做到面面俱到，教学内容必须做适当调整。根据学校对工科本科生工程应用型人才的定位，教学内容的调整遵循以下原则： 1、避免繁琐的理论推导过程，以避繁就简的方式向学生讲解传感器的工作原理。例如：用幻灯片演示使用酒精灯分别燃烧热电偶的两端，在两端存在温差的时候两电极间即出现电势差，无温差时电势差消失，通过这个实例讲解电势差之所以存在的原因，可以配以大家能够理解的简单的公式推导，而不把重心放在构成热电偶的温差电动势和接触电动势形成的公式推导上。 2、重点讲述传感器的实物应用。增加实际案例是学生能够对传感器的应用有更感性的认识。 3、适当补充传感器与系统互联的方法。在先期几种传感器的应用中加入传感器接入控制器的方式介绍，使其思考所学课程之间的关联，对所学专业课程之间的联系能更加深入的认识，建立起系统的概念。 (二)教学方法的改革 为了克服课程教学中客观存在的困难，获得良好的教学效果，在课堂教学使用多种教学方法和手段，力求将教学内容讲解得更加生动、具体。 1、采用多媒体技术，使用现代化的教学手段来提升教学效果和教学质量 采用多媒体课件教学，一方面可以省去教师用于黑板板书的大量时间，克服课时减少的问题;另一方面，以动画的形式生动形象的演示传感器的工作原理，展示所学传感器的各种照片、复杂检测系统的原理图或线路图，使学生能够直观地认识传感器，更容易理解传感器的工作原理和应用。例如，学习光栅传感器时，使用传统的教学手段，很难使同学们理解莫尔条文的形成及其移动过程，使用对媒体课件就可以以动画的形式使同学们直观的明暗相间的莫尔条纹是什么样子，还可以以不同的速度使指示光栅在标尺光栅上进行移动，清晰的看出条纹移动的方向与光栅夹角及指示光栅移动方向的关系。学习增量式光电编码器时，很多同学很难理解编码器的辨向问题，通过使用幻灯片展示编码器的内部结构，直接了解光栏板上刻缝、码盘及光电元件的位置关系后，同学们就能更容易的理解辨向码道、增量码道与零位码道形成脉冲的相位关系，佐以简单的辨向电路就可以使同学们更高效的学习该传感器的工作原理及应用方法。 总而言之，利用多媒体技术使学生能够获取更多的信息，增强学习的趣味性和生动性。 2、重视绪论，提升学生的学习主动性 很多教材的绪论写的比较简略，但我个人认为这不代表它不重要，特别是面对学生主观上不重视课程的情况下，更要下大力气上好绪论这第一次课，吸引学生的注意力，激发学习兴趣，使学生认识到这门课程的实用价值。通过幻灯片演示传感器与检测技术在国民经济中的地位和作用，使同学们了解到小到日常生活，大到航空航天、海洋预测等方面都有着传感器与检测技术的应用，更根据各种行业背景中需要检测的物理量，自动控制理论在实现过程中传感器与检测技术的关键作用，使学生认识该课程的重要性。另一方面，我校长年开展本科生科研实训项目，在开设本课程时已有部分同学成功申请实训课题，一般本专业的同学还是围绕专业应用领域申请课题，其中大部分会涉及传感器与检测技术的内容，所以也就他们正在进行的课题中使用传感器解决的具体问题进行讨论，更加直接的体会到本课程的关键作用，从而提升学生学习的兴趣，增强主动性，克服考查课为本课程教学带来的部分阴影。 3、加大案例教学比重、侧重应用 根据培养工程应用型人才的目标，本课程教学的首要目的是使学生能够合理选择传感器，对传感器技术问题有一定的分析和处理能力，知晓传感器的工程设计方法和实验研究方法。所以在教学中注意分析各类传感器的区别与联系，利用大量的具体案例分析传感器的应用特点。 例如，教材中在介绍电阻应变式传感器是，主要是从传感器的结构、工作原理及测量电路几个方面进行分析介绍的，缺乏实际应用案例。在教学中用幻灯片展示不同应用的实物图，譬如轮辐式的地中衡的称重传感器，日常生活中常见的悬臂梁式的电子秤、人体称、扭力扳手等。用生动的动画显示不同应用下的传感器的反应，例如，进行常用传感器热电偶的学习时，展示各种类型热电偶的实物照片，补充热电偶安装的方式，以换热站控制系统为案例，分析热电偶在温度测量上的应用，重点讲解传感器的输出信号及与控制系统互连问题。在介绍光电池传感器时补充用于控制的干手器、用于检测的光电式数字转速表及照度表的应用案例，通过案例是同学们对传感器应用的认识更加深入。 4、利用学校的科研实训提升学生的学习兴趣、加强学生的实践能力 我校学生自二年级起可以开始申请科研实训项目，指导老师指导，学生负责，本课程在学生三年级第一学期开设，在此之前已有部分同学参加了科研实训项目，在这些项目中，譬如智能车项目、数据采集系统实现等实训项目中都包含传感器与检测技术的应用，上课前教师了解这些项目，就可以就实际问题提出问题，让学生带着问题来学习，提升学习的兴趣。另外可以在学习的同时启发同学们集思广益，与实验中心老师联系，联合二年级同学进行传感器的设计制作，或者进入专业实验室进行传感器应用方面的实训实验，鼓励同学申报的科研实训项目，提高学生的实践能力。 三、结束语 通过几年的教学与总结，对教学内容、教学方法进行了分析研究，作了适当的改革。调整的教学内容重点更突出，侧重应用，补充了丰富的案例，激发了学生的学习兴趣，多媒体的教学方法增强了教学的生动性，与科研实训的相结合，对课堂教学进行拓展，加强了学习的主动性，提升了实践能力。从近几年的网上评教结果来看，所做的教学调整与改革受学生的欢迎和好评，取得了较好的教学效果。 参考文献： [1]袁向荣.“传感器与检测技术”课程教学方法探索与实践\[J\].中国电力 教育 ,2010,(21):85-86. [2]陈静.感器与检测技术教学改革探索\[J\].现代教育装备,2011,(15):94-95. [3]周祥才,孟飞.检测技术课程教学改革研究\[J\].常州工学院学报,2010,(12):91-92. [4]张齐,华亮,吴晓.“传感器与检测技术”课程教学改革研究\[J\].中国教育技术装备,2009,(27):42-43. 传感器与检测技术论文篇二 传感器与自动检测技术教学改革探讨 摘要：传感器与自动检测技术是电气信息类专业重要的主干专业课，传统授课方法侧重于理论知识的传授，而忽略了应用层面的培养。针对此问题试图从教学目的、教学内容、教学形式、教学效果等多个方面进行分析，对该课程的教学方案改革进行探讨，提出一套技能与理论知识相结合、行之有效的教学方案。 关键词：传感器与自动检测技术;教学内容;教学模式;工程思维 “传感器与自动检测技术”是电气信息类专业重要的主干专业课，是一门必修课，也是一门涉及电工电子技术、传感器技术、光电检测技术、控制技术、计算机技术、数据处理技术、精密机械设计技术等众多基础理论和技术的综合性技术，现代检测系统通常集光、机、电于一体，软硬件相结合。 “传感器与自动检测技术”课程于20世纪80年代开始在我国普通高校的本科阶段和研究生阶段开设。本课程侧重于传感器与自动检测技术理论的传授，重知识，轻技能;教师之间也缺乏沟通，教学资源不能得到充分利用，教学效果不理想，学生学习兴趣不高。 一、教学过程中发现的问题及改革必要性分析 笔者在独立学院讲授“传感器与自动检测技术”课程已有四年，最开始沿用了研究型大学的教学计划和教学大纲，由于研究型大学是以培养研究型人才为主，而独立学院是以培养应用型人才为主，在人才培养目标上有较大差异，在逐渐深入的过程中发现传统方案不太符合学院培养应用型人才的定位，存在以下几方面的问题。 1.重理论，轻实践 该课程是应用型课程，其中也有大量的理论知识、数学推导，而传统的研究型教学方法普遍都以理论教学为主，在课堂上大篇幅讲解传感器的原理，进行数学公式推导，相比而言传感器的应用通常只是通过一个实例简单介绍，导致最后大多数学生只是粗略地知道该传感器的结构，而不知道如何用，在哪里用。 2.教学模式单一 该课程传统上以讲授的教学方式为主，将现成的结论、公式和定理告诉学生，学生不能主动地思考和探索，过程枯燥乏味，导致学生产生了厌学情绪。同时理论教学与实训、实践教学脱节问题也很严重。 3.教学实验安排不合理 传统的实验课程安排，验证性实验比例高达80%，综合设计性实验极少，缺少实训、实践环节。然而应用型人才的培养应该以实践教学为核心，重点培养学生的工程思维和实践能力、动手能力，以在学生 毕业 时达到企业对技术水平与能力的要求，使学生毕业后能尽快适应工作岗位。 二、适合独立学院培养应用型人才的教学方案改革 传统的传感器与自动检测技术课程重理论、轻实践，教学模式单一，教学实验以验证性实验为主，这种方案能够培养研究型人才，但却无法培养合格的应用型人才。在教学过程中，笔者潜心研习，并反复实践，总结出以下几个可以改革的方面。 1.优化教学内容，注重工程思维 本课程一个很重要的内容是各种类型传感器的原理，传统的教学要讲清楚其中的来龙去脉，而本人则认为针对应用型人才培养，充分讲授清楚基本概念、基本原理和基本方法即可，涉及大额数学公式可以选择重要的进行讲解，其他则可作为学生的自学内容，让学生课余自学。同时应该重点讲解该传感器的工程应用实例;另一方面要结合最新实际工程讲解。这样才能激发学生的学习兴趣，培养学生应用型工程学习思维。 2.改革教学方法，改变教学模式 传统的教学是“灌输式”的方法，无论学生是否接受，直接把要讲的内容全部讲述给学生，而这也违背了培养学生分析问题和解决问题的能力以及创新能力的出发点和归宿。笔者认为应该应用工程案例教学，实行启发式、讨论式、研究式等与实践相结合的教学方法，发挥学生在教学活动中的主体地位。 3.与工程实际相结合，与其他课程相结合 教学过程中要从不同行业提取典型的工程应用实例，精简以后作为实例进行讲解。在进行教学时，要培养学生的系统观，让学生明白这不是一门独立的课程，而是与自动控制原理、智能控制理论等课程相融合的，以达到融会贯通的学习效果。 4.实验环节改革 实验教学主要是为了提高学生的动手能力、分析问题和解决问题的能力，加深学生对课堂教学中理论、概念的感性认识。以往该课程的实验内容大部分为原理性、验证性的实验，学生容易感到枯燥无味，毫无学习积极性，很少有学生进行独立思考并发现问题，实验效果极不理想。为了改变这种模式化的教育，笔者将实验内容由传统的验证性实验调整为设计开发型实验。在实验教学中根据客观条件在适当减少验证性实验的基础上，增加了开拓性实验项目以及设计综合性实验。 5.改革教学评价方法，提高课堂教学效率 高效的学习成果反馈机制是促进教学相长的必要手段，目前该课程都是通过课程作业进行学习效果反馈，可以采用每一个章节布置一道设计型题目，让学生更加广泛地查阅资料，并在一定知识广度的基础上深入分析题目中用到的内容，进而从更深的层面分析解决问题，以达到深度、广度相结合的效果。 本文针对传感器与自动检测技术传统研究型大学的方案，提出了三个方面的问题，并根据四年的教学积累，在教学内容、教学模式、实验环节、教学评价及反馈等几个方面进行了探讨分析并提出了一套改革的方法和 措施 。本方案以实际工程应用实例为核心，在教学内容上侧重于传感器应用方面的讲解，以提出问题、分析问题、解决问题为主线调动学生的学习积极性和主动性，培养学生的工程思维和能力，重视实验环节，以设计性、综合性实验代替验证性实验培养学生将抽象的知识具体化、培养学生的实际应用能力、动手能力和创新能力。 参考文献： [1]吴建平，甘媛.“传感器”课程实验教学研究[J].成都理工大学学报. [2]曹良玉，赵堂春.传感器技术及其应用.课程改革初探[J].中国现代教育装备. [3]李玉华，胡雪梅.传感器及应用.课程教学改革的探讨Ⅱ技术与市场. (作者单位 重庆邮电大学移通学院)
生物传感器的研究现状及应用摘要：简述了生物传感器尤其是微生物传感器近年来在发酵工业及环境监测领域中的研究与应用，对其发展前景及市场化作了预测及展望。生物电极是以固定化生物体组成作为分子识别元件的敏感材料，与氧电极、膜电极和燃料电极等构成生物传感器，在发酵工业、环境监测、食品监测、临床医学等方面得到广泛的应用。生物传感器专一性好、易操作、设备简单、测量快速准确、适用范围广。随着固定化技术的发展，生物传感器在市场上具有极强的竞争力。 关键词：生物传感器；发酵工业；环境监测。中图分类号： 文献标识码：a 文章编号：1006-883x(2002)10-0001-06一、 引言 从1962年，clark和lyons最先提出生物传感器的设想距今已有40 年。生物传感器在发酵工艺、环境监测、食品工程、临床医学、军事及军事医学等方面得到了深度重视和广泛应用。在最初15年里，生物传感器主要是以研制酶电极制作的生物传感器为主，但是由于酶的价格昂贵并不够稳定，因此以酶作为敏感材料的传感器，其应用受到一定的限制。近些年来，微生物固定化技术的不断发展，产生了微生物电极。微生物电极以微生物活体作为分子识别元件，与酶电极相比有其独到之处。它可以克服价格昂贵、提取困难及不稳定等弱点。此外，还可以同时利用微生物体内的辅酶处理复杂反应。而目前，光纤生物传感器的应用也越来越广泛。而且随着聚合酶链式反应技术（pcr）的发展，应用pcr的dna生物传感器也越来越多。二、 研究现状及主要应用领域 1、 发酵工业各种生物传感器中，微生物传感器最适合发酵工业的测定。因为发酵过程中常存在对酶的干扰物质，并且发酵液往往不是清澈透明的，不适用于光谱等方法测定。而应用微生物传感器则极有可能消除干扰，并且不受发酵液混浊程度的限制。同时，由于发酵工业是大规模的生产，微生物传感器其成本低设备简单的特点使其具有极大的优势。(1). 原材料及代谢产物的测定微生物传感器可用于原材料如糖蜜、乙酸等的测定，代谢产物如头孢霉素、谷氨酸、甲酸、甲烷、醇类、青霉素、乳酸等的测定。测量的原理基本上都是用适合的微生物电极与氧电极组成，利用微生物的同化作用耗氧，通过测量氧电极电流的变化量来测量氧气的减少量，从而达到测量底物浓度的目的。在各种原材料中葡萄糖的测定对过程控制尤其重要，用荧光假单胞菌（psoudomonas fluorescens）代谢消耗葡萄糖的作用，通过氧电极进行检测，可以估计葡萄糖的浓度。这种微生物电极和葡萄糖酶电极型相比，测定结果是类似的，而微生物电极灵敏度高，重复实用性好，而且不必使用昂贵的葡萄糖酶。当乙酸用作碳源进行微生物培养时，乙酸含量高于某一浓度会抑制微生物的生长，因此需要在线测定。用固定化酵母（trichosporon brassicae），透气膜和氧电极组成的微生物传感器可以测定乙酸的浓度。此外，还有用大肠杆菌（）组合二氧化碳气敏电极，可以构成测定谷氨酸的微生物传感器，将柠檬酸杆菌完整细胞固定化在胶原蛋白膜内，由细菌―胶原蛋白膜反应器和组合式玻璃电极构成的微生物传感器可应用于发酵液中头孢酶素的测定等等。(2). 微生物细胞总数的测定在发酵控制方面，一直需要直接测定细胞数目的简单而连续的方法。人们发现在阳极表面，细菌可以直接被氧化并产生电流。这种电化学系统已应用于细胞数目的测定，其结果与传统的菌斑计数法测细胞数是相同的[1]。(3). 代谢试验的鉴定传统的微生物代谢类型的鉴定都是根据微生物在某种培养基上的生长情况进行的。这些实验方法需要较长的培养时间和专门的技术。微生物对底物的同化作用可以通过其呼吸活性进行测定。用氧电极可以直接测量微生物的呼吸活性。因此，可以用微生物传感器来测定微生物的代谢特征。这个系统已用于微生物的简单鉴定、微生物培养基的选择、微生物酶活性的测定、废水中可被生物降解的物质估计、用于废水处理的微生物选择、活性污泥的同化作用试验、生物降解物的确定、微生物的保存方法选择等[2]。2、 环境监测(1). 生化需氧量的测定生化需氧量（biochemical oxygen demand ?bod）的测定是监测水体被有机物污染状况的最常用指标。常规的bod测定需要5天的培养期，操作复杂、重复性差、耗时耗力、干扰性大，不宜现场监测，所以迫切需要一种操作简单、快速准确、自动化程度高、适用广的新方法来测定。目前，有研究人员分离了两种新的酵母菌种spt1和spt2，并将其固定在玻璃碳极上以构成微生物传感器用于测量bod，其重复性在±10%以内。将该传感器用于测量纸浆厂污水中bod的测定，其测量最小值可达2 mg/l，所用时间为5min[3]。还有一种新的微生物传感器，用耐高渗透压的酵母菌种作为敏感材料，在高渗透压下可以正常工作。并且其菌株可长期干燥保存，浸泡后即恢复活性，为海水中bod的测定提供了快捷简便的方法[4]。 除了微生物传感器，还有一种光纤生物传感器已经研制出来用于测定河水中较低的bod值。该传感器的反应时间是15min，最适工作条件为30°c，ph=7。这个传感器系统几乎不受氯离子的影响（在1000mg/l范围内），并且不被重金属（fe3+、cu2+、mn2+、cr3+、zn2+）所影响。该传感器已经应用于河水bod的测定，并且获得了较好的结果[4]。现在有一种将bod生物传感器经过光处理（即以tio2作为半导体，用6 w灯照射约4min）后，灵敏度大大提高，很适用于河水中较低bod的测量[5]。同时，一种紧凑的光学生物传感器已经发展出来用于同时测量多重样品的bod值。它使用三对发光二极管和硅光电二极管，假单胞细菌（pseudomonas fluorescens）用光致交联的树脂固定在反应器的底层，该测量方法既迅速又简便，在4℃下可使用六周，已经用于工厂废水处理的过程中[5]。(2). 各种污染物的测定常用的重要污染指标有氨、亚硝酸盐、硫化物、磷酸盐、致癌物质与致变物质、重金属离子、酚类化合物、表面活性剂等物质的浓度。目前已经研制出了多种测量各类污染物的生物传感器并已投入实际应用中了。测量氨和硝酸盐的微生物传感器，多是用从废水处理装置中分离出来的硝化细菌和氧电极组合构成。目前有一种微生物传感器可以在黑暗和有光的条件下测量硝酸盐和亚硝酸盐(nox-)，它在盐环境下的测量使得它可以不受其他种类的氮的氧化物的影响。用它对河口的nox-进行了测量，其效果较好[6]。硫化物的测定是用从硫铁矿附近酸性土壤中分离筛选得到的专性、自养、好氧性氧化硫硫杆菌制成的微生物传感器。在ph=、31℃时一周测量200余次，活性保持不变，两周后活性降低20%。传感器寿命为7天，其设备简单，成本低，操作方便。目前还有用一种光微生物电极测硫化物含量，所用细菌是，与氢电极连接构成[7]。最近科学家们在污染区分离出一种能够发荧光的细菌，此种细菌含有荧光基因，在污染源的刺激下能够产生荧光蛋白，从而发出荧光。可以通过遗传工程的方法将这种基因导入合适的细菌内，制成微生物传感器，用于环境监测。现在已经将荧光素酶导入大肠杆菌（）中，用来检测砷的有毒化合物[8]。水体中酚类和表面活性剂的浓度测定已经有了很大的发展。目前，有9种革兰氏阴性细菌从西西伯利亚石油盆地的土壤中分离出来，以酚作为唯一的碳源和能源。这些菌种可以提高生物传感器的感受器部分的灵敏度。它对酚的监测极限为5 ´10-9mol。该传感器工作的最适条件为：ph=、35℃，连续工作时间为30h[9]。还有一种假单胞菌属（pseudomonas rathonis）制成的测量表面活性剂浓度的电流型生物传感器，将微生物细胞固定在凝胶（琼脂、琼脂糖和海藻酸钙盐）和聚乙醇膜上，可以用层析试纸gf/a，或者是谷氨酸醛引起的微生物细胞在凝胶中的交联，长距离的保持它们在高浓度表面活性剂检测中的活性和生长力。该传感器能在测量结束后很快的恢复敏感元件的活性[10]。还有一种电流式生物传感器，用于测定有机磷杀虫剂，使用的是人造酶。利用有机磷杀虫剂水解酶，对硝基酚和二乙基酚的测量极限为100´10-9mol，在40℃只要4min[11]。还有一种新发展起来的磷酸盐生物传感器，使用丙酮酸氧化酶g，与自动系统cl-fia台式电脑结合，可以检测(32~96)´10-9mol的磷酸盐，在25°c下可以使用两周以上，重复性高[12]。最近，有一种新型的微生物传感器，用细菌细胞作为生物组成部分，测定地表水中壬基酚（nonyl-phenol etoxylate --np-80e）的含量。用一个电流型氧电极作传感器，微生物细胞固定在氧电极上的透析膜上，其测量原理是测量毛孢子菌属（trichosporum grablata）细胞的呼吸活性。该生物传感器的反应时间为15~20min，寿命为7~10天（用于连续测定时）。在浓度范围内，电信号与np-80e浓度呈线性关系，很适合于污染的地表水中分子表面活性剂的检测[13]。除此之外，污水中重金属离子浓度的测定也是不容忽视的。目前已经成功设计了一个完整的，基于固定化微生物和生物体发光测量技术上的重金属离子生物有效性测定的监测和分析系统。将弧菌属细菌（vibrio fischeri）体内的一个操纵子在一个铜诱导启动子的控制下导入产碱杆菌属细菌（alcaligenes eutrophus (ae1239)）中，细菌在铜离子的诱导下发光，发光程度与离子浓度成正比。将微生物和光纤一起包埋在聚合物基质中，可以获得灵敏度高、选择性好、测量范围广、储藏稳定性强的生物传感器。目前，这种微生物传感器可以达到最低测量浓度1´10-9mol[14]。还有一种专门测量铜离子的电流型微生物传感器。它用酒酿酵母（saccharomyces cerevisiae）重组菌株作为生物元件，这些菌株带有酒酿酵母cup1基因上的铜离子诱导启动子与大肠杆菌lacz基因的融合体。其工作原理，首先是cup1启动子被cu2+诱导，随后乳糖被用作底物进行测量。如果cu2+存在于溶液中，这些重组体细菌就可以利用乳糖作为碳源，这将导致这些好氧细胞需氧量的改变。该生物传感器可以在浓度范围()´10-3mol范围内测定cuso4溶液。目前已经将各类金属离子诱导启动子转入大肠杆菌中，使得大肠杆菌会在含有各种金属离子的的溶液中出现发光反应。根据它发光的强度可以测定重金属离子的浓度，其测量范围可以从纳摩尔到微摩尔，所需时间为60~100min[15][16]。用于测量污水中锌浓度的生物传感器也已经研制成功，使用嗜碱性细菌alcaligenes cutrophus，并用于对污水中锌的浓度和生物有效性进行测量，其结果令人满意[17]。估测河口出水流污染情况的海藻传感器是由一种螺旋藻属蓝细菌（ cyanobacterium spirlina subsalsa）和一个气敏电极构成的。通过监测光合作用被抑制的程度来估测由于环境污染物的存在而引起水的毒性变化。以标准天然水为介质，对三种主要污染物（重金属、除草剂、氨基甲酸盐杀虫剂）的不同浓度进行了测定，均可监测到它们的有毒反应，重复性和再生性都很高[18]。近来由于聚合酶链式反应技术（pcr）的迅猛发展及其在环境监测方面的广泛应用，不少科学家开始着手于将它与生物传感器技术结合应用。有一种应用pcr技术的dna压电生物传感器，可以测定一种特殊的细菌毒素。将生物素酰化的探针固定在装有链酶抗生素铂金表面的石英晶体上，用1´10-6mol的盐酸可以使循环式测量在同一晶体表面进行。用细菌中提取的dna样品进行同样的杂交反应并由pcr放大，产物为气单胞菌属（aeromonas hydrophila）的一种特殊基因片断。这种压电生物传感器可以鉴别样品中是否含有这种基因，这为从水样中检测是否含带有这种病原的各种气单胞菌提供了可能[19]。还有一种通道生物传感器可以检测浮游植物和水母等生物体产生的腰鞭毛虫神经毒素等毒性物质，目前已经能够测量在一个浮游生物细胞内含有的极微量的psp毒素[20]。dna传感器也在迅速的得到应用，目前有一种小型化dna生物传感器，能将dna识别信号转换为电信号，用于测量水样中隐孢子和其他水源传染体。该传感器着重于改进核酸的识别作用和加强该传感器的特异性和灵敏性，并寻求将杂交信号转化为有用信号的新方法，目前研究工作为识别装置和转换装置的一体化[21]。微藻素是一种从蓝藻细菌引起的水华中产生的细菌肝毒素，一种固定有表面细胞质粒基因组的生物传感器已经制得，用于测量水中微藻素的含量，它直接的测量范围是50~1000 ´10-6g/l[22]。 一种基于酶的抑制性分析的多重生物传感器用于测量毒性物质的设想也已经提出。在这种多重生物传感器中，应用了两种传导器―对ph敏感的电子晶体管和热敏性的薄膜电极，以及三种酶―尿素酶、乙酰胆碱酯酶和丁酰胆碱酯酶。该生物传感器的性能已经得到测试，效果较好[23]。除了发酵工业和环境监测，生物传感器还深入的应用于食品工程、临床医学、军事及军事医学等领域，主要用于测量葡萄糖、乙酸、乳酸、乳糖、尿酸、尿素、抗生素、谷氨酸等各种氨基酸，以及各种致癌和致变物质。三、 讨论与展望 美国的harold 指出，生物传感器商品化要具备以下几个条件：足够的敏感性和准确性、易操作、价格便宜、易于批量生产、生产过程中进行质量监测。其中，价格便宜决定了传感器在市场上有无竞争力。而在各种生物传感器中，微生物传感器最大的优点就是成本低、操作简便、设备简单，因此其在市场上的前景是十分巨大和诱人的。相比起来，酶生物传感器等的价格就比较昂贵。但微生物传感器也有其自身的缺点，主要的缺点就是选择性不够好，这是由于在微生物细胞中含有多种酶引起的。现已有报道加专门抑制剂以解决微生物电极的选择性问题。除此之外，微生物固定化方法也需要进一步完善，首先要尽可能保证细胞的活性，其次细胞与基础膜结合要牢固，以避免细胞的流失。另外，微生物膜的长期保存问题也待进一步的改进，否则难于实现大规模的商品化。 总之，常用的微生物电极和酶电极在各种应用中各有其优越之处。若容易获得稳定、高活性、低成本的游离酶，则酶电极对使用者来说是最理想的。相反的，若生物催化需经过复杂途径，需要辅酶，或所需酶不宜分离或不稳定时，微生物电极则是更理想的选择。而其他各种形式的生物传感器也在蓬勃发展中，其应用也越来越广泛。随着固定化技术的进一步完善，随着人们对生物体认识的不断深入，生物传感器必将在市场上开辟出一片新的天地。--------------------------------------------------------------------------------参考文献[1]韩树波，郭光美，李新等.伏安型细菌总数生物传感器的研究与应用[j].华夏医学，2000，63（2）：49-52 [2]蔡豪斌.微生物活细胞检测生物传感器的研究[j]. 华夏医学，2000，13（3）：252-256[3] trosok sp, driscoll bt, luong jht mediated microbial biosensor using a novel yeast strain for wastewater bod measurement[j]. applied micreobiology and biotechnology，2001， 56 (3-4): 550-554 [4] 张悦,王建龙，李花子等.生物传感器快速测定bod在海洋监测中的应用[j].海洋环境科学，2001，20(1)：50-54[5] yoshida n, mcniven sj, yoshida a, compact optical system for multi-determination of biochemical oxygen demand using disposable strips[j]. field analytical chemistry and technology，2001，5 (5): 222-227[6] meyer rl, kjaer t, revsbech np. use of nox- microsensors to estimate the activity of sediment nitrification and nox- consumption along an 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去幸福校园网站看看,那的论文很多随着科学技术的快速发展，超声波将在传感器中的应用越来越广。但就目前技术水平来说，人们可以具体利用的传感技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。展望未来，超声波传感器作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求，如声纳的发展趋势基本为：研制具有更高定位精度的被动测距声纳，以满足水中武器实施全隐蔽攻击的需要；继续发展采用低频线谱检测的潜艇拖曳线列阵声纳，实现超远程的被动探测和识别；研制更适合于浅海工作的潜艇声纳，特别是解决浅海水中目标识别问题；大力降低潜艇自噪声，改善潜艇声纳的工作环境。无庸置疑，未来的超声波传感器将与自动化智能化接轨，与其他的传感器集成和融合，形成多传感器。随着传感器的技术进步，传感器将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能，最终发展到具有创造力。在新的世纪里，面貌一新的传感器将发挥更大的作用。
参考下面几篇，参考资料上还有很多，每天下午3点到5可以下载全文，可以去找找：【题名】：超声波测距仪的设计【摘要】：介绍了利用微处理机控制单元（MCU microprocessor control unit）控制的超声测距仪的原理；由MCU控制时间计数，计算超声波自发射至接收的往返时间，从而得到实测距离，给出了系统构成、电路原理及程序设计。并且在数据处理中采用了温度补偿和修正量的调整，此系统具有易控制、工作可靠、测距准确度高和流程清晰等优点。【题名】：超声波测距仪的研究【摘要】：介绍了超声波测距仪的基本原理、硬件系统、软件设计，给出了实验结果，分析了超声波测距误差的主要来源，实验表明，测距精度已能满足工程上的要求。【题名】：超声波测距仪的研制【摘要】：主要介绍微电脑超声测距仪的工作原理。系统由AT89C205l单片机、超声波发射电路、超声波接收放大电路、环境温度采集电路及显示电路组成。该超声波测距仪具有集成度高、反应速度快、测量精度高、性能价格比高等特点。【题名】：超声波测距仪电路及程序设计【摘要】：通过单片机控制时间计数，计算超声波自发射至接收往返的时间与声速的乘积，得到测量的距离，并进行了温度补偿和对时间计算过程中误差的修正。
对包装产品质量进行最后把关的包装测试技术,是包装这是我为大家整理的包装测试技术论文，仅供参考!
[摘要]以培养应用型人才为教学目的，本文首先分析了包装工程专业学生的基础素质和测试技术课程的特点，然后从教学目的、教学内容与教学方法和实践环节三个方面进行了教学改革探索，通过三年的教学实践，提出了本课程未来教学改革的发展方向。
[关键词]测试技术 包装工程 教学改革
[中图分类号]G 642 [文献标识码]A
《包装测试技术》是包装工程专业大学四年制学生的专业必修课程，随着包装产业的自动化程度越来越高、产品包装的标准化程度提高，掌握该课程的知识显得尤为重要，为取得教学效果，我们对本课程进行了教学改革的探索。本文首先分析包装工程专业学生的基础素质和测试技术课程的特点，然后在教学目的、教学内容与教学方法和实践环节三个层次上介绍了教学改革探索的进展和思考。
一、 学生素质和课程特点
包装工程专业的学生基本上来自中学阶段成绩中等的学生，学习的主动性、理解能力、动手能力较弱，但思想活跃、表现欲望较强;此外，女生较其他工科专业多，男女生比例接近于1：1，女生在学习的主动性与认真程度上高于男生。宽基础、厚专业是我校教学的主导教学方针，着力于培养学生宽广的知识、更多的专业积淀。《测试技术》在机械、能源、化工等专业均属于专业基础课程，内容涉及信号分析处理、系统的动态特性、传感器原理、工程量的测试、测试仪器的原理等等，知识面广，既有理论性很强的频谱分析知识，也有实践性很强的传感器与信号处理的应用知识。综合学生的基础素质和学校的教学指导方针，我校本课程的课堂教学减少到36学时，实验、实践环节仍维持为18学时。
二、 教学改革的探索
《测试技术》作为一门广泛开设的课程，广大教学工作者一直在进行教学教研的改革。郭建亮等[1]将虚拟仪器Labview为课程的突破口，结合测试的概念、测试的方法进行教学改进;朱春梅[2]对课程的教学进阶作了调整，强调了学习的实践性与生产应用的结合;王雪[3]采用了创新实验的方法，即学生自己构思实验、设计实验方案，进行实验数据的描述，并通过答辩评分，变“要我学”为“我要学”。徐巧玉等[4]通过让学生参加科研提高其实践动手能力;吴世雄等[5]采用应用型实验改善学生的主动性;化春键等[6]通过引入新传感器、新测试方法激发学生的学习热情。可见，所有的教学改革都以提高学生的学习主动性、培养实践动手能力为主要目的，下面介绍我们在本课程进行的教学改革探索。
(一)教学目的的改革
明确教学目的是首要的任务。包装工程专业面向包装机电装备、包装材料、印刷包装设计、运输物流等行业培养人才，行业跨度大，各专业课程的学习方法和思维特征差别大，若以有限的课时平均分配这些潜在就业岗位所对应的课程，则将面临教师教学无特色、学生无所适从的困境。我校的包装工程专业隶属于机电学院，在机械设计、机电一体化方面的师资配备与教学仪器上具备特色，结合学生的特点与社会的人才的需求，在办学过程中逐渐明确本专业的教学目的是培养包装机电装备的设计和包装材料的应用型研发人才，要求学生具备开发包装设备、设计包装材料测试方案并具有动手能力。
(二)教学内容与方法的改革
根据教学目的，首先制定教学内容的重点，即讲授传感器在包装工业中的应用方法，并以此为核心，介绍误差的处理、动态频率特性的概念和包装测试方法与标准。例如，电涡流式接近开关是包装设备中应用最多的一种传感器，其基本原理与内部的调制电路涉及复杂的线性放大、调制电路，学生较难理解，而且作为成熟的产品，已经全部封装到产品内部，就只介绍其原理，不作理解上的要求;而把其输出信号的采集作为重点，针对NPN集电极开路输出，讲授输出需接上拉电阻的原理，并在课堂上演示，用万用电表观察其输出电平的变化。
其次，从课堂内容的真实感和调动学生学习的主动性与积极性入手。现在学生每人一部手机，随时都想玩手机，除强调课堂纪律外，主要靠教师的课堂内容吸引其注意力。教学既要强调知识的系统性与理论性，也要强调实用性。如果纯粹为了知识的完整性，必定会比较枯燥乏味，课堂缺乏生动性，而应用性的视频、实物、实验、动手编程等都是吸引学生，变被动学习为主动操作，并能吸引全班同学的注意力。例如，在讲授测试系统的频率特性时，让学生回忆电工电子的知识，引出电容、电感的阻抗计算方法，采用板书的方法推导一阶阻容串联回路的频率特性，然后适当进行电路的变形，让学生上讲台现场解答，接着，拿出信号发生器和示波器，在阻容回路的输入端变化正弦信号的频率，用示波器观察输出信号的变化。
针对80后、90后学生表现欲望强烈的特点，在传感器的工程应用讲授完之后，让学生观察身边的事物、查阅文献资料，分小组攥写传感器应用的报告，教师评阅这些报告后，留出一堂课的时间，让优秀的报告获得上台讲述的机会，并进行名次的评比，评分与期末成绩挂钩，促进学生主动学习，掌握查阅文献的一般方法，培养学生表述专题知识的能力、幻灯片设计与团队合作能力。
再次，课程内容前后联系、理论与软件联系的方法，加深学生对理论知识的理解。例如传感器、滤波器与先前讲述的频率特性进行关联讲解;结合运用美国微芯公司提供的滤波器设计软件FilterLab，设计一阶、二级、三阶滤波器，让学生感受到滤波器的设计并不是那么高深莫测;再运用信号发生器和示波器，观察传感器和测试系统的频率特性，发现频率特性的测试目的;进一步运用Matlab的传递函数分析工具性，观察Bode图，顺便引入Matlab软件，让学生掌握一种新的数据分析软件，培养他们科学分析数据的能力。
最后，结合包装行业的特征，讲授包装物测试、包装容器测试、运输包装测试等应用性测试方法与相关的国家标准，引导学生把课程知识与专业应用结合。为避免讲述的枯燥性，通过观看视频、设计包装测试方案的作业，促进其对测试技术在生产应用中的了解，为今后工作中快速上手培养基础。 (三)实践环节的改革
实践是突出传感器应用为重点的课程设计思想的重要抓手。把课程实践分为两个层次，第一层次是实验环节，利用CSY-3000传感器实验台，让学生感受电阻应变片、电涡流传感器、光电传感器和电桥、滤波电路的特点，并培养误差数据的处理能力;利用包装测试实验室的瓦楞纸测试仪器和密封测试仪器，理解包装行业的测试项目和测试标准。通过这一层次的实践，初步把理论与实践进行了关联。第二层次是针对有学习自觉性强、求知欲强烈的学生，开设实践兴趣小组，进行项目教学。由学生上报感兴趣的测试项目，通过教师筛选，选择一个和专业联系紧密，但又能满足短期内可实现的项目进行知识应用能力的培养。指导学生设计项目的实现方案，然后开始传感器、电子元器件的采购、电路的焊接与调试，要求进行数据的测量，培养数据处理能力。
通过各个环节的教学改革，已经使学生初步具备了设计包装机械测试系统、自动检测传感单元的能力，并在随后的《包装机电控制》、《液压与气动》等课程中，坚持进行项目教学，通过持续的培养与努力，最终实现专业教学的目的。
三、 存在的问题与未来教学改革的方向
《测试技术》的教学方法已经通过了3年的实践，培养了一部分学生的学习兴趣与动手能力，测试的概念与方法在毕业设计环节获得了应用，但还存在一些问题，例如某些学生的学习兴趣还没有调动起来，项目教学的教学效果还不甚理想，原因是多方面的，例如我们中小学推行的压迫式的应试教学，挫伤了不少学生的学习主动性和创造性。我们认为教学改革是一项系统工程，需要多门课程协调推进。本课程未来本课程教学改革的方向包括：
1)创新教材体系，使之适应时代的发展;
2)统筹规划，不仅设计好实践环节，而且要在师资配备、师生的奖励环节进行改进;
3)开展全国性的学科竞赛，增进不同高校之间的交流。
[参考文献]
[1]郭建亮，郑书华.地方高校《机械工程测试技术》课程的改革[J].宁波工程学院学报，2009，(1)：118-120
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[3]王雪，王伯雄，罗秀芝.《测试与检测技术基础》课程的教学改革与创新[J].理工高教研究，2009，(04)：130-132
[4]徐巧玉，蔡海潮，尚振东，武充沛，杨建玺.测试技术实验教学改革的研究与实践[J].中国现代教育装备.2009，81：107-108
[5]吴世雄，王成勇.“机械工程测试技术”教学改革的探索[J].广东工业大学学报(社会科学版).2007，7(增刊1)：108-109
[6]化春键，尤丽华，周一届.测试技术类课程的教学改革与创新研究[J].江南大学学报(教育科学版).2008，(01)：69-72
(作者单位：浙江大学宁波理工学院)
【摘 要】产品的包装在产品运输过程中起着重要的作用，为了保证运输过程的可靠性，包装件有很多测试标准。本文主要解读了联邦快递FEDEX包装测试标准，解析了该标准中包装件的分类以及超过和不超过150磅包装件的测试项目及方法，并且与ISTA包装测试标准中的一些异同点进行对比分析。
【关键词】包装 测试 标准 FEDEX ISTA
引言
在产品运输流通过程中，产品的包装有至关重要的意义[1]，它不仅起到方便运输的作用，而且还能起到保护产品的作用[2]。如果产品的包装在运输环境中失效，则产品就可能因为运输过程中受到的强烈冲击作用而发生异常甚至报废[3]。为了保证运输包装件产品在运输过程中的可靠性，需要在运输之前就提前对包装件进行运输包装测试[4]。目前包装测试标准很多，本文主要解读联邦快递FEDEX包装测试标准，并与ISTA包装测试标准中的一些异同点进行对比分析。
1 FEDEX包装测试标准中包装件的分类
FEDEX包装测试标准分为两部分，第一部分适用于大于150磅(68kg)的包装件，第二部分适用于不超过150磅的包装件，该标准中这类包装件又分为3种：扁平形包装件、长条形包装件、标准型包装件，不同类型包装件的测试要求有所不同。几种包装件具体区别如表1所示。
相比FEDEX包装测试标准中包装件的分类，ISTA包装测试标准中也规定了包装件的分类。但是ISTA除以上三种类别之外，还规定了一类为小型包装件。具体参数为：最长棱小于35cm(14in)，体积小于13110cm3(800in3)，质量不大于(10磅)。
2 FEDEX包装测试标准中大于150磅(68kg)的包装件的测试要求
FEDEX包装测试标准中，对于大于150磅的包装件，根据表2，不同类别包装件要进行各自需要的测试。
表2中具体测试项目的测试参数及流程如下。
(1)斜面冲击试验(Side impact test)：斜面冲击最慢速率为175cm/s( ft/s)，包装件的每个面都进行试验。
(2)底部冲击试验(Bottom impact test)：将试验样品底部升高到冲击面以上(8in)，然后释放样品进行跌落。
(3)22度角冲击试验(Tip test)：把试验样品底面沿一条棱倾斜，使底面与冲击面形成22°，然后释放回到最初角度。然后沿底面其他三条棱重复以上试验。
(4)卷边冲击试验(Raised edge impact test)：把试验样品底面沿一条棱倾斜，使底面相对棱高于冲击面(10in)，然后释放回到初始位置。然后沿底面其他三条棱重复以上试验。
(5)卷角冲击试验(Raised corner impact test)：将试验样品底面沿一角升高使样品由该角被冲击面支撑，使样品底面的对角线的边角距冲击面(10in)，接着释放使样品回到冲击面上。然后沿底面其他四个边角重复以上试验。
(6)抗压试验(compression test)：在动态压缩试验机上进行，压缩速率为()，当达到以下条件之一时结束试验：①达到停止载荷F(磅)=×(108-H)×L×W×F，其中H、L、W为高、长、宽，F为湿度、时间、堆叠因子;②屈服检测比例达到15%时;③偏差为(1in)时。
(7)正弦振动试验(Rotary vibration test)：①将试验样品放到竖直振动台上，竖直方向上不进行固定，水平方向可能安装防样品掉落装置，然后从要求最低频率开始振动，保持振动位移为(1in)，然后缓慢增加频率，直至试验样品有瞬间离开振动台的情况，停止试验记录该频率;②在该频率下对样品的某一方向进行正弦振动试验，固定位移为，试验时间t(min)=14200/(f×60);③对其他两个方向进行同样的正弦振动试验。对于长条型的包装件，则可只进行最长棱和最短棱的正弦振动试验。
(8)随机振动试验(Random vibration test)：在竖直振动台上对样品某方向进行随机振动试验。第一步先按卡车随机振动程序进行振动(Grms取)，第二步按飞行器随机振动程序(Grms取)进行振动，最后再按卡车随机振动程序进行振动。两种振动程序图如图1和图2所示。对于国内运货的货物，每步振动15min;对于国际运货的货物，每步振动30min。然后对其他两个方向进行同样的试验。
大于150磅(68kg)的包装件，FEDEX标准与ISTA标准有一定异同点。主要如下：ISTA标准中需要进行的测试包括：①固定位移振动试验;②底部冲击试验、斜面冲击、水平冲击试验任选其一;③若顶面不能冲击时还需选旋转棱跌落试验，测试项目没有FEDEX标准中测试项目多。ISTA标准中固定位移振动试验与FEDEX标准中正弦振动试验相同。底部冲击试验中，ISTA标准中样品被升高至离地面(6in)，这与FEDEX标准中(8in)不同。ISTA标准中旋转棱跌落试验与FEDEX标准中卷边冲击试验主要区别是，旋转棱跌落试验中底面一条棱被一个垫木支起，而卷边冲击试验中底面一条棱直接被冲击面支撑。
3 FEDEX包装测试标准中不超过150磅(68kg)的包装件的测试要求
FEDEX包装测试标准中，对于不超过150磅的包装件，根据表3，不同类别包装件要进行各自需要进行的测试。
(1)自由跌落试验(Free-fall drop test)：把包装件按以下次序依次进行自由跌落到钢质冲击面上，最易碎边角着地→该边角处最短棱着地→该边角处次短棱着地→该边角处最长棱着地→某一最小面着地→另一相对最小面着地→某中等面积面着地→另一相对中等面积面着地→某一最大面着地→另一相对最大面着地。跌落高度由包装件的质量决定，具体如下：不大于75磅(34kg)对应高度(30in)，75磅到100磅()对应高度为61cm(24in)，100磅到150磅(68kg)对应高度为(18in)。 (2)集中冲击试验(Concentrated impact test)：将一长宽高各为(12in)的木质箱子内装上沙袋，使其重21磅()，底部某棱上包裹角铁。将扁平形包装件平放在钢质面上。标出包装件正中心及木质盒子带角铁棱的中心，将木质箱沿底部角铁棱倾斜并升高到(30in)且箱子与包装件最长边平行，然后自然跌落使带角铁的棱跌落到包装件上，并且跌落后带角铁的棱中心与包装件正中心重合。具体冲击示意图如图3所示。
(3)桥架冲击试验(Bridge impact test)：将长条形包装件的两端垫在两个(4in)高的积木上，找出包装件的正中心。将一长宽高各为(12in)的木质箱子内装上沙袋，使其重21磅()，底部某棱上包裹角铁，并找出棱的中心。将木质箱子沿底部带角铁棱倾斜并升高到(30 in)且箱子与包装件最长边垂直，然后自然跌落使带角铁的棱跌落到包装件上，并且跌落后带角铁棱中心与包装件正中心重合。具体冲击示意图如图4所示。
(4)抗压试验：与超过150磅的包装件抗压试验相同。
(5)正弦振动试验：与超过150磅的包装件正弦振动试验相同。
(6)随机振动试验：与超过150磅的包装件随机振动试验相同。
(7)重复自由跌落试验(Second free-fall drop test)：对于国际运输的货物，在振动测试之后还要进行第二次自由跌落试验。
可见FEDEX包装测试标准中不超过150磅的包装件与超过150磅的包装件主要区别在于冲击测试的种类有所不同，超过150磅的包装件的冲击测试种类明显多于不超过150磅的包装件，这正说明了更重的包装件其冲击测试的严酷性。对于不超过150磅的包装件，FEDEX标准与ISTA标准也有一定异同点。主要如下：ISTA标准中，包装件的类型还包括小型包装件;两个标准中的冲击测试项目有所不同，FEDEX标准和ISTA标准的冲击测试对于长条形包装件都包括集中冲击试验，对于扁平形包装件都包括桥架冲击试验，但是两个标准中冲击的高度不同，FEDEX标准中高度为(30in)，而ISTA标准中高度为(16in)。此外，FEDEX标准中冲击测试还有两角两棱六面次序的自由跌落，而ISTA标准中冲击测试还有三棱两角两棱两面次序的自由跌落试验、倾翻试验、旋转跌落试验;ISTA标准中有温湿度试验的预处理，FEDEX标准中则没有该预处理;振动试验方面两个标准也差别较大，而且ISTA标准中还有低气压随机振动试验。
结语
本文主要解读了FEDEX包装测试标准，并与ISTA包装测试标准进行了对比。由以上解读分析可见，包装件的测试项目很多，不同标准的测试流程及参数也会有差异[5]。但是对于不同标准要求的包装件，相关测试完成后，该包装件就能达到所要求的运输环境的可靠性。
参考文献
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[2]金国斌.物流链中的运输包装优化问题[J].包装工程，2005， 26(3)：93-95.
[3]曹国荣.包装标准化基础[M].北京：中国轻工业出版社，2006：87-92.
[4]李沛生.我国运输包装工业现状与发展趋势[J].物流技术与应用，2004(8)：54-58.
[5]金国斌.物流链中的运输包装优化问题[J].包装工程，2005，26(3)：93-95.
[6]向红.《包装设计工程基础》[M].国防科技大学出版社，2002：34-38.
论文：运用惯性法测量波磨的实践及应用
【摘 要】 基于当前检测方法，弦测法的传递函数不恒等于1，不能正确反应轨道的不平顺性，惯性基准法受速度影响较大，低速时加速度信号比较微弱，信燥比低，要做积分运算，且低频信号容易引起积分饱和，考虑积分稳定性问题，误差较大。因此当前检测方法还有许多不足之处。随着光电技术的发展，在弦测法和惯性基准法基础上需开发一种采用光电位移计或光电摄像技术获得位移信号的检测方式，检测精度会大大提高。本文在朔黄铁路应用波磨检测系统基础上，指导钢轨铣磨，探索铣磨周期。
【关键词】 波磨 RMS值 铣磨
波磨是出现于铁路线路钢轨顶面呈波浪型的磨耗，轨面光带忽明忽暗。它有波长和谷深两种属性。波长是相邻的两波峰之间的纵向距离，谷深是相邻的波峰与波谷间的垂直距离。
1 钢轨波磨对列车运行的影响
增加工务部门的维修费用，破坏轨道
（1）加速石砟粉碎。当轨道受垂向作用力加大后，石砟受挤压，换砟及补砟工作增多。
（2）空吊、泛白接头、翻浆冒泥的增多。接头空吊会使白色底砟翻到轨道表面，是空吊的典型特征，长期空吊加上自然灾害的影响会使轨道形成翻浆冒泥。（3）枕木裂纹、失效增多。在波磨地段，波峰对枕木载荷和垂向作用力加大，对轨道压溃增加，多处枕木会形成裂纹、甚至失效。
2 组成及功能
波磨检测系统由软件和硬件两部分组成，硬件主要包括左右轴箱加速度计、实时采集计算机、前置预处理装置、波磨波形机等。软件主要包括钢轨波磨实时检测软件、数据接收软件、超限编辑和报表生成软件以及波形分析软件。
系统各部件功能
（2）前置预处理装置。前置预处理装置由±15V和±5V集成一体化稳压电源、左（L）右（R）加速度处理板组成。前面板设有调试和检测孔，可在此监视各路传感器的原始信号及经过处理板进入A/D采集板的信号。左（L）右（R）加速度信号处理板分别对左右加速度信号进行预处理，包括调零点、调增益、抗混叠滤波等。
（3）波磨实时处理计算机。波磨实时处理计算机是波磨系统的核心和大脑，在波磨实时处理平台下实现对原始加速度信号的等距离采用、显示、存储，同时通过数字处理、积分滤波等技术，计算钢轨顶面相对于轴箱的位移，输出钢轨波磨幅值。开启工控机后需在该界面正确设置检测信息。
实时处理界面在采集前应正确设置检测线路、方向、起始里程、状态，界面自上至下共显示3组波形，依次为波磨峰值波形图、波磨RMS值波形、原始触发信号波形，并将数据实时传递给波形机。
（4）波磨波形机。波磨波形机位于车内波磨实时处理计算机下方，主要功能是数据存储和波形显示，并能对波形进行历史数据对比、实时输出超限报表，可对数据进行编辑、统计、打印。
（5）超限报表包含超限位置、类型、峰值大小、长度、等级、速度、检测标准。
（6）波形图包含实时检测速度和里程、左右股原始触发信号、左右股原始值波形、左右股RMS值波形，浏览波形图可以纵观轨面波动情况及趋势，点击缩放功能，放大波形图，点击测量，可以获取任意点的波磨原始峰值、任意区段波磨的均方根值，还可以通过波形历史数据对比，预见病害发展趋势，指导钢轨维护和评价轨道维护质量。
检测原理
钢轨波浪磨耗检测系统是一个对钢轨顶面波浪磨耗进行动态在线检测的系统。它采用惯性基准法，在QNX实时操作系统平台下实现对原始加速度信号的等距离采样、显示和存储，由计算机对原始触发信号进行二次积分和滤波处理，计算出钢轨顶面相对于轴箱的位移，从而得到波磨幅值。
实践及应用
因为波磨病害主要发生在曲线下股，当前波磨检测系统指导钢轨打磨，主要依靠曲线下股RMS均值进行降序排列，从而制定铣磨或打磨计划（如表1所示）。
（2）评价轨道维护质量。不论是铣磨作业还是打磨作业，利用波磨检测系统可以利用波形图对施工前后的作业质量进行评价。利用波形图的`缩放及测量功能，可以读取具体数值，灰色波形代表铣磨前轨面波磨幅值，蓝色波形代表铣磨后波磨幅值，通过对比发现铣磨后波磨幅值明显下降。
（3）建立波磨观测台账。波磨为轨面主要病害，为了探索线路打磨（铣磨）周期，研究重载铁路延长钢轨使用寿命的综合技术措施，因此需要现场验证来研究综合技术措施的有效性和实用性。基于此，我们采取对铣磨地段建立观测台账的方式，来探究打磨（铣磨）周期。如表2所示。
如表2中，4月代表铣磨前波磨情况，5、6、7、8、9月代表铣磨后波磨的发展情况，明显看出，铣磨后较铣磨前波磨明显下降，随着时间推移波磨幅值逐月上升。通过追踪观察，当波磨幅值与铣磨前相等时，即得到铣磨周期。
3 结语
基于当前检测方法，弦测法的传递函数不恒等于1，不能正确反应轨道的不平顺性，惯性基准法受速度影响较大，低速时加速度信号比较微弱，信燥比低，要做积分运算，且低频信号容易引起积分饱和，考虑积分稳定性问题，误差较大。因此当前检测方法还有许多不足之处。
随着光电技术的发展，在弦测法和惯性基准法基础上需开发一种采用光电位移计或光电摄像技术获得位移信号的检测方式，检测精度会大大提高。
跳频扩频通信系统的MATLAB建模与仿真基于类傅里叶变换的信号去噪千GHz波段通信微弱信号的数字同步检测技术
我在工作，没时间帮你翻译了。我可以给个建议你。如果英语表达能力一般，翻译之前把你的文摘改好：改成标准的中文句式，主谓宾定状补都要按正规的语法放置。然后网上在线翻译，最后自己把关，错误的语法、不标准的专有名词改好。这样速度最快。
由于自动化程度的提高，各个生产环节都集中控制或检测，测量仪器与被测对象的距离较远，环境条件较为复杂。特别是被测信号是微弱的而且是深埋在噪声中的，怎样对微弱信号进行检测越来越受到人们的重视。微弱信号检测是一门新兴的技术学科,应用范围遍及光、电、磁、声、热、生物、力学、地质、环保、医学、激光、材料等领域。其仪器已成为现代科学研究中不可缺少的设备。微弱信号检测的目的是从噪声中提取有用信号,或用一些新技术和新方法来提高检测系统输出信号的信躁比本文首先在了解微弱信号检测技术发展现状的基础上，掌握微弱信号检测技术的基本原理，对微弱信号调理电路进行详细设计。本设计选用光电探测器对微弱光信号进行采集，前置放大部分由于运放带宽的限制和放大倍数的要求，采用二级放大电路。选用低噪声、高带宽的运放OPA380进行信号第一级放大，运放LM358完成二级放大。本文设计切比雪夫型二阶低通有源滤波器对放大后的信号进行滤波，信号经过滤波后，采用电压跟随器加大信号驱动能力。在微弱信号调理电路设计中，还对电路板布局作详细设计，以减少电路中的泄漏电流。
找篇中文论文，在线翻译成英文，这样 中文就相当通顺了。
刘科满 刘修善 杨春国 张进双
（中国石化石油工程技术研究院，北京 100101）
摘 要 针对电磁波随钻测量系统易于受到井场噪声影响的现象，提出一种基于ZigBee协议的远程微弱低频电磁波阵列接收处理方法，用于电磁波随钻测量系统的电磁波信号远程接收及井下信息实时测量领域，以提高随钻测量系统地面接收机的检测性能。实验结果表明，该方法较传统的接收方法可提高处理增益10dB左右，在随钻测量领域具有良好的应用前景。
关键词 电磁波随钻测量 阵列信号 电磁波 ZigBee协议
Research of Remote Electromagnetic Signal Reception andProcessing Based on ZigBee Technology
LIU Keman，LIU Xiushan，YANG Chunguo，ZHANG Jinshuang
（SINOPEC Research Institute of Petroleum Engineering，Beijing 100101 ，China）
Abstract An algorithm of reception and processing of remote electromagnetic signal of Electromagnetic Measurement While Drilling System based on ZigBee technology is proposed method measured the electromagnetic signal by using an electrode array far away from a well site，which can enhances the communication receiver's ability to extract very weak signals from amounts of ambient environmental experimental results taken from a well site show that the proposed method can enhance the processing gain of10dB，and has good prospects for applying it to an Electromagnetic Measurement While Drilling system.
Key words Electromagnetic Measurement While Drilling；array signal processing；electromagnetic wave； ZigBee protocol
电磁波式随钻测量系统（Electromagnetic Measurement While Drilling，简称EM -MWD）作为解决气体钻井及各种充气钻井中随钻测量问题的主要技术手段，一直备受国内外石油服务公司的关注。然而，由于EM -MWD工作环境的特殊性，低频电磁波在地层介质中传播时不可避免地受到信道介质的影响，特别是在非均匀性分布地层传输信道介质中，电磁波传播的衰减、畸变更为严重，导致EM -MWD系统的传输性能急剧退化，使得其传输深度大大降低［1～4］。因此，在井场噪声和信道噪声干扰下，低频电磁波信号的接收与处理技术研究一直是EM -MWD系统研究的重点与难点。
目前，EM -MWD系统的地面接收机主要是采用检测地面电极与井架间携有井下信息的电磁信号来获取井下信息，电极与井架间距离约100m。其工作原理是：耦合变压器来感应携有井下信息的微弱电磁信号，然后通过前置放大器、低通滤波器等对数据进行处理，最后采用数字信号处理技术对携有井下测量信息的电磁信号解码，获取井下信息。专利申请号200810101407发明了一种使用两幅天线分别接收井下发送的电磁信号和井场噪声信号的EM-MWD系统，其地面接收机具有处理井下发送上来的携带有测量数据信息的电磁信号功能［5］。专利申请号发明了一种能够处理媒质中的电磁波信号的随钻测量遥测系统［6］。专利申请号发明了一种用解决井上测量系统拾取微弱电磁信号困难的问题。以上这些专利都是在井场电磁干扰环境下处理微弱电磁信号，然而这些方法不同程度地易受井场电磁噪声干扰，特别是这种接收方式易于受到井场各种电气设备如钻机、柴油机、发电机、泥浆泵、传动链条、振动筛等设备产生的电磁噪声的影响，使得EM -MWD系统地面接收机处理低频电磁信号的性能严重退化，接收灵敏度大大降低。
基金项目：国家重大专项《海相油气井井筒环境监测技术》（2011ZX05005-006）。
针对电磁波随钻测量系统易于受到井场噪声影响的现象，作者提出了一种基于ZigBee协议的远程微弱低频电磁波阵列接收处理方法，该方法以阵列信号处理为核心，用传感器阵列方式接收处理携有井下测量信息的微弱电磁波信号，采用ZigBee协议芯片实现信号的远程传输。该方法可有效地降低井场噪声对EM-MWD的影响，提高EM-MWD系统地面接收机的处理增益和灵敏度。
1 EM-MWD远程接收系统设计
EM-MWD远程接收系统工作原理及主要完成功能
EM-MWD远程接收系统由井场接收机和远程接收机组成；其中远程接收机包括传感器阵、耦合变压器、前置放大器、带通滤波器、DSP信号处理器和无线收发器。电磁波随钻测量系统远程无线接收系统如图1所示。
图1 电磁波随钻测量远程无线接收系统
电磁波随钻测量远程无线接收系统工作原理如下：定向探管测量井下信息，并按照指定的协议方式将测量信号传输至井下发射机，井下发射机在对测量信息进行编码和调制后，将携有井下测量信息的电磁波发出去，电磁波通过钻杆、裸露的井壁以及地层将电磁波传输至地面，安装在地面的远程传感器阵接收电磁波信号，接收到的电磁波信号经过滤波、放大、解调等处理后，再进行编码、加密等环节，通过基于ZigBee技术的无线收发器发射出去，井场接收机接收无线信号，将接收到的数据进行保存管理，并在司钻指示器上井下显示。
远程接收完成的主要功能有：(1)采用传感器阵列接收远离井场的井下EM -MWD系统发射的信号；(2)对接收到的微弱电磁波信号进行信号、消噪、叠加等处理；(3)将处理后的信号打包、加密，采用ZigBee协议模块发射。
远程无线接收系统与现有的电磁波随钻测量系统的不同在于：(1)增加了ZigBee技术，即使得地面电极远离井场，可有效地降低井场噪声干扰；(2)采用阵列接收方式，即采用多通道信息采集技术，并利用阵列信号处理技术，进行信号处理，降低噪声干扰。
传感器阵设计及阵列信号处理技术
现有的EM -MWD系统采用单通道差分接收方式接收井架与地面电极间的信号。为了有效地降低井场噪声的干扰，采用地面电极阵列接收携有井下信息的电磁信号。
假设接收装置的传感器组为N个阵元的天线阵，如图2所示。多通道的远程接收装置信号处理框图如图3所示。
图3 远程接收装置信号处理框图
阵元编号为1＃、2＃……N＃，等间距阵元间距为d（图4），发射机载波频率为ω，波长为λ，传播速度v，信号到达2＃阵元较1＃阵元的传播时间延迟为τ，延迟路程为u，则相邻阵元间延迟为
图4 远程地面接收线阵
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假设所接收信号为X（t），有用电磁信号为s（t），噪声为n（t），则有
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则观测到的信号的总响应为
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根据发射机发射频率、阵元间距、延迟等参数，可布设合适的传感器阵。从信号分析的观点来说，接收到的含有井下信息的电磁信号和干扰波之间存在以下不同：(1)载波信号的谱与噪声谱不同；(2)统计规律不同。因此，可采用数字信号处理技术如信号叠加法、时频滤波法等，从而有效地降低噪声干扰，提高处理增益和接收灵敏度。在EM-MWD远程接收系统中采用阵列设计的目的是为了最大限度地提高接收数据的信噪比，降低井场噪声的影响。在实际实施过程中，需合适地安排和选择接收点及其相互位置。采用线列阵而不是面阵，避免了调试的复杂性，降低了成本。
对于电磁波随钻测量系统的远程接收系统来说，远程接收系统采用单片机或DSP系统，构建远程主控单元，利用DSP强大的信号处理能力，对接收到的阵列信号进行处理，将处理结果通过ZigBee协议模块发送至井场接收机。本设计选用TMS320LF2812和含有ZigBee协议模块的芯片构建远程小型接收装置，井场接收机也配置同样ZigBee协议模块即可。这样，远程接收装置即可将远程的传感器阵列接收微弱电磁信号传输至井场接收机，完成远程信息的采集、接收和处理功能。电磁波随钻测量系统的远程接收系统监控软件设计包括DSP主程序、算法处理程序和监控程序。其中DSP程序和算法处理程序采用C语言编写，监控程序采用Labview编写。地面接收机软件包括DSP程序和地面监控程序。采用C语言编程实现，主要完成信号与噪声数据采集、A/D转换、数字滤波、解码，并通过RS-232接口与数传模块连接，数据由数传模块发送出去。此处不再赘述。
2 实验结果分析
2010年10月该系统在华北大牛地气田D66-129井进行了现场实验。电磁波随钻测量系统的远程接收系统的主要工作参数如下：EM-MWD远程接收系统的前置放大器放大倍数为1～100000倍可调，带通滤波器的频带范围为1～35Hz，带宽可调；井下发射机发射信号频率为3～25 Hz（根据地层特性可调）；地面电极距井架500～1000 m，共用电极8组；采样8通道数据；观测灵敏度在-120dBV左右。图5给出了实时采集的井场噪声波形。采样频率fs＝2000Hz。从图5可以看出，EM-MWD系统工作频带内存在两根线谱，即6Hz和。井场发电机组及相关钻井设备的50Hz工频也是井场噪声的主要组成部分。而发射机发射信号频率10Hz线谱很难从噪声谱中发现。
图5 D66-129井井场噪声波形
采用8通道数据采集后，利用式（6）和式（7），可得到图6所示噪声谱，明显看出，图7发射机频率的10Hz线谱较图6的10Hz线谱提高10dB左右。需要说明的是，由于井场工作设备仪器的启停在很大程度上会影响原有的EM-MWD系统的工作性能，特别是当较大功率的用电设备（如发电机组、泥浆泵）工作时。
图6 D66-129井井场噪声谱
图7 经过阵列信号处理后观测到的噪声谱
通过对D66-129井和DPS-2井的井场噪声分析，发现当关闭转盘或顶驱时，井场噪声近似平稳高斯分布；而当开启转盘或顶驱时井场噪声具有明显的非平稳、非高斯特性。这种非平稳、非高斯特性的噪声，直接影响着目前国内外EM-MWD系统的地面解码性能，特别是当转盘开启或顶驱开启时，数据误码率升高，数据的可信度降低。本文提出的远离井场的接收方法，虽然在一定程度上使得接收信号的幅度降低，但是噪声幅度的下降程度较信号的下降程度更明显。通过阵列信号处理及多通道数据叠加，可以有效地提高远程接收系统的处理增益。ZigBee远程接收装置，采用纽扣电池供电，这种采用ZigBee远程接收的方式，既省去了野外远距离布线的不便，又大大降低了成本。
3 结 论
本文提出的基于ZigBee协议的远程微弱低频电磁波阵列接收处理方法，用于解决目前EM -MWD系统的电磁波信号易于受到井场噪声干扰的问题。
通过现场试验表明：
1）在距离井架100m以外安放地面电极时，随着电极距离井场位移的增大，在相同的工作条件下，噪声的衰减幅度较信号的衰减幅度明显。
2）布设合适的传感器阵时，需考虑井下发射机以及井眼位置，特别是发射机发射频率、阵元间距、延迟等参数。实验结果表明，本文提出的方法较传统的接收方法可提高处理增益10dB左右。
参考文献
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浅谈机电一体化中的接口技术 摘要：接口技术是在机电一体化技术的基础上发展起来的，随着机电一体化技术的发展而变得越来越 重要。文章以机电一体化控制系统（微电子系统）为例，将接口分为人机接口与机电接口两大类进行探讨。 关键词：机电一体化；接口技术；人机接口；机电接口 机电一体化系统可分为机械和微电子系统两大部分，各部分 连接须具备一定条件，这个联系条件通常称为接口。各分系统又 由各要素（子系统）组成。本文以机电一体化控制系统（微电子 系统）为例，将接口分为人机与机电接口两大类。 一、机电接口：由于机械系统与微电子系统在性质上有很大 差别，两者间的联系须通过机电接口进行调整、匹配、缓冲，因 此机电接口起着非常重要的作用：（1）行电平转换和功率放大。一 般微机的I/O芯片都是TTL电平，而控制设备则不一定，因此必 须进行电平转换；另外，在大负载时还需要进行功率放大；（2）抗 干扰隔离。为防止干扰信号的串入，可以使用光电耦合器、脉冲 变压器或继电器等把微机系统和控制设备在电器上加以隔离；（3） 进行A/D或D/A转换。当被控对象的检测和控制信号为模拟量 时，必须在微机系统和被控对象之间设置A/D和D/A转换电路， 以保证微机所处理的数字量与被控的模拟量之间的匹配。1、模拟 信号输入接口：在机电一体化系统中，反映被控对象运行状态信 号是传感器或变送器的输出信号，通常这些输出信号是模拟电压 或电流信号（如位置检测用的差动变压器、温度检测用的热偶电 阻、温敏电阻、转速检测用的测速发电机等）计算机要对被控对 象进行控制，必须获得反映系统运行的状态信号，而计算机只能 接受数字信号，要达到获取信息的目的，就应将模拟电信号转换 为数字信号的接口——模拟信号输入接口。2、模拟信号输出接 口：在机电一体化系统中，控制生产过程执行器的信号通常是模 拟电压或电流信号，如交流电动机变频调速、直流电动机调速器、 滑差电动机调速器等。而计算机只能输出数字信号，并通过运算 产生控制信号，达到控制生产过程的目的，应有将数字信号转换 成模拟电信号的接口——模拟信号输出接口。任务是把计算机输 出的数字信号转换为模拟电压或电流信号，以便驱动相应的执行 器，达到控制对象的目的。模拟信号输出接口一般由控制接口、数 字模拟信号转换器、多路模拟开关和功率放大器几部分构成。3、 开关信号通道接口：机电一体化系统的控制系统中，需要经常处 理一类最基本的输入/输出信号，即数字量（开关量）信号包括： 开关的闭合与断开；指示灯的亮与灭；继电器或接触器的吸合与 释放；电动机的启动与停止；阀门的打开与关闭等。这些信号的 共同特征是以二进制的逻辑“1”和“0”出现的。在机电一体化 控制系统中，对应二进制数码的每一位都可以代表生产过程中的 一个状态，此状态作为控制依据。（1）输入通道接口。开关信号 输入通道接口的任务是将来自控制过程的开关信号、逻辑电平信 号以及一些系统设置开关信号传送给计算机。这些信号实质是一 种电平各异的数字信号，所以开关信号输入通道又称为数字输入 通道（DI）。由于开关信号只有两种逻辑状态“ON”和“OFF”或 数字信号“1”和“0”，但是其电平一般与计算机的数字电平不相 同，与计算机连接的接口只需考虑逻辑电平的变换以及过程噪声 隔离等设计问题，它主要由输入缓冲器、电平隔离与转换电路和 地址译码电路等组成。（2）输出通道接口。开关信号输出通道的 作用是将计算机通过逻辑运算处理后的开关信号传递给开关执行 器（如继电器或报警指示器）。它实质是逻辑数字的输出通道，又 称为数字输出通道（DO）。DO通道接口设计主要考虑的是内部与 外部公共地隔离和驱动开关执行器的功率。开关量输出通道接口 主要由输出锁存器、驱动器和输出口地址译码电路等组成。 二、人机接口：人机接口是操作者与机电系统（主要是控制 微机）之间进行信息交换的接口。按照信息的传递方向，可以分 为输入与输出接口两大类。机电系统通过输出接口向操作者显示 系统的各种状态、运行参数及结果等信息；另一方面，操作者通 过输入接口向机电系统输入各种控制命令，干预系统的运行状态， 以实现所要求的功能。1、输入接口。（1）拨盘输入接口。拨盘是 机电一体化系统中常见的一种输入设备，若系统需要输入少量的 参数，如修正系数、控制目标等，采用拨盘较为方便，这种方式 具有保持性。拨盘的种类很多，作为人机接口使用最方便的是十 进制输入、BCD码输出的BCD码拨盘。BCD码拨盘可直接与控 制微机的并行口或扩展口相连，以BCD码形式输入信息。（2）键 盘输入接口。键盘是一组按键集合，向计算机提供被按键的代码。 常用的键盘有：1）编码键盘，自动提供被按键的编码（如ASCII 码或二进制码）；2）非编码键盘，仅仅简单地提供按键的通或断 （“0”或“1”电位），而按键的扫描和识别，则由设计的键盘程序 来实现。前者使用方便，但结构复杂，成本高；后者电路简单，便 于设计。2、输出接口。在机电一体化系统中，发光二极管显示器 （LED）是典型的输出设备，由于LED显示器结构简单、体积小、 可靠性高、寿命长、价格便宜，因此使用广泛。常用的LED显示 器有7段发光二极管和点阵式LED显示器。7段LED显示器原理 很简单，是同名管脚上所加电平高低来控制发光二极管是否点亮 而显示不同字形的。点阵式LED显示器一般用来显示复杂符号、 字母及表格等，在大屏幕显示及智能化仪器中有广泛应用。 结语：接口技术是研究机电一体化系统中的接口问题，使系 统中信息和能量的传递和转换更加顺畅，使系统各部分有机地结 合在一起，形成完整的系统。接口技术是在机电一体化技术的基 础上发展起来的，随着机电一体化技术的发展而变得越来越重 要；同时接口技术的研究也必然促进机电一体化的发展。从某种 意义上讲，机电一体化系统的设计，就是根据功能要求选择了各 部分后所进行的接口设计。接口的好与坏直接影响到机电一体化 系统的控制性能，以及系统运行的稳定性和可靠性，因此接口技 术是机电一体化系统的关键环节。 参考文献： [1]杨德麟等.例尺数字测图的理论方法与应用.大学出版社.2001 [2]李青岳.工程测量学.测绘出版社.2000 [3]张光东.数字化地形测量的实践.第一届全国交通工程测量学术讨论 会论文集.西安地图出版社
生物医学信号处理方法论文
生物医学信号处理是指据生物医学信号特点，应用信息科学的基本理论和方法，研究如何从扰和噪声淹没的观察记录中提取各种生物医学信号中所携带的信息，并对它们进步分析、解释和分类。以下是我精心准备的生物医学信号处理方法论文，大家可以参考以下内容哦！
摘 要： 生物医学信号是人体生命信息的集中体现，深入进行生物医学信号检测与处理的理论与方法的研究对于认识生命运动的规律、探索疾病预防与治疗的新方法都具有重要的意义。
关键词： 生物医学信号 信号检测 信号处理
1 概述
1。1 生物医学信号及其特点
生物医学信号是一种由复杂的生命体发出的不稳定的自然信号，属于强噪声背景下的低频微弱信号，信号本身特征、检测方式和处理技术，都不同于一般的信号。生物医学信号可以为源于一个生物系统的一类信号，这些信号通常含有与生物系统生理和结构状态相关的信息。生物医学信号种类繁多，其主要特点是：信号弱、随机性大、噪声背景比较强、频率范围一般较低，还有信号的统计特性随时间而变，而且还是非先验性的。
1。2 生物医学信号分类
按性质生物信号可分为生物电信号（Bioelectric Signals），如脑电、心电、肌电、胃电、视网膜电等;生物磁信号（Biomagnetic Signals），如心磁场、脑磁场、神经磁场;生物化学信号（Biochemical Signals），如血液的pH值、血气、呼吸气体等;生物力学信号（Biomechanical Signals），如血压、气血和消化道内压和心肌张力等;生物声学信号（Bioacoustic Signal），如心音、脉搏、心冲击等。
按来源生物医学信号可大致分为两类：（1）由生理过程自发产生的主动信号，例如心电（ECG）、脑电（EEG）、肌电（EMG）、眼电（EOG）、胃电（EGG）等电生理信号和体温、血压、脉博、呼吸等非电生信号;（2）外界施加于人体、把人体作为通道、用以进行探查的被动信号，如超声波、同位素、X射线等。
2 生物医学信号的检测及方法
生物医学信号检测是对生物体中包含的生命现象、状态、性质和成分等信息进行检测和量化的技术，涉及到人机接口技术、低噪声和抗干扰技术、信号拾取、分析与处理技术等工程领域，也依赖于生命科学研究的进展。信号检测一般需要通过以下步骤（见图1）。
①生物医学信号通过电极拾取或通过传感器转换成电信号;②放大器及预处理器进行信号放大和预处理;③经A/D转换器进行采样，将模拟信号转变为数字信号;④输入计算机;⑤通过各种数字信号处理算法进行信号分析处理，得到有意义的结果。
生物医学信号检测技术包括：（1）无创检测、微创检测、有创检测;（2）在体检测、离体检测;（3）直接检测、间接检测;（4）非接触检测、体表检测、体内检测;（5）生物电检测、生物非电量检测;（6）形态检测、功能检测;（7）处于拘束状态下的生物体检测、处于自然状态下的生物体检测;（8）透射法检测、反射法检测;（9）一维信号检测、多维信号检测;（10）遥感法检测、多维信号检测;（11）一次量检测、二次量分析检测;（12）分子级检测、细胞级检测、系统级检测。
3 生物医学信号的处理方法
生物医学信号处理是研究从扰和噪声淹没的信号中提取有用的生物医学信息的特征并作模式分类的方法。生物医学信号处理的目的是要区分正常信号与异常信号，在此基础上诊断疾病的存在。近年来随着计算机信息技术的飞速发展，对生物医学信号的处理广泛地采用了数字信号分析处理方法：如对信号时域分析的相干平均算法;对信号频域分析的快速傅立叶变换算法和各种数字滤波算法;对平稳随机信号分析的功率谱估计算法和参数模型方法;对非平稳随机信号分析的短时傅立叶变换、时频分布（维格纳分布）、小波变换、时变参数模型和自适应处理等算法;对信号的非线性处理方法如混沌与分形、人工神经网络算法等。下面介绍几种主要的处理方法。
3。1 频域分析法
信号的频域分析是采用傅立叶变换将时域信号x（t）变换为频域信号X（f），从而将时间变量转变成频率变量，帮助人们了解信号随频率的变化所表现出的特性。信号频谱X（f）描述了信号的频率结构以及在不同频率处分量成分的大小，直观地提供了从时域信号波形不易观察得到频率域信息。频域分析的'一个典型应用即是对信号进行傅立叶变换，研究信号所包含的各种频率成分，从而揭示信号的频谱、带宽，并用以指导最优滤波器的设计。
3。2 相干平均分析法
生物医学信号常被淹没在较强的噪声中，且具有很大的随机性，因此对这类信号的高效稳健提取比较困难。最常用的常规提取方法是相干平均法。相干平均（Coherent Average）主要应用于能多次重复出现的信号的提取。如果待检测的医学信号与噪声重叠在一起，信号如果可以重复出现，而噪声是随机信号，可用叠加法提高信噪比，从而提取有用的信号。这种方法不但用在诱发脑电的提取，也用在近年来发展的心电微电势（希氏束电、心室晚电位等）的提取中。
3。3 小波变换分析法
小波分析是传统傅里叶变换的继承和发展，是20世纪80年代末发展起来的一种新型的信号分析工具。目前，小波的研究受到广泛的关注，特别是在信号处理、图像处理、语音分析、模式识别、量子物理及众多非线性科学等应用领域，被认为是近年来在工具及方法上的重大突破。小波分析有许多特性：多分辨率特性，保证非常好的刻画信号的非平稳特征，如间断、尖峰、阶跃等;消失矩特性，保证了小波系数的稀疏性;紧支撑特性，保证了其良好的时频局部定位特性;对称性，保证了其相位的无损;去相关特性，保证了小波系数的弱相关性和噪声小波系数的白化性;正交性，保证了变换域的能量守恒性;所有上述特性使小波分析成为解决实际问题的一个有效的工具。小波变换在心电、脑电、脉搏波等信号的噪声去除、特征提取和自动分析识别中也已经取得了许多重要的研究成果。
3。4 人工神经网络
人工神经网络是一种模仿生物神经元结构和神经信息传递机理的信号处理方法。目前学者们提出的神经网络模型种类繁多。概括起来，其共性是由大量的简单基本单元（神经元）相互广泛联接构成的自适应非线性动态系统。其特点是：（1）并行计算，因此处理速度快;（2）分布式存贮，因此容错能力较好;（3）自适应学习（有监督的或无监督的自组织学习）。
参考文献
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