毕业 设计是大学生综合运用所学知识进行的最后一次教学实践环节,对培养学生工程实践素质和提高学生创新能力具有十分重要的作用。下面是我为大家推荐的电气工程毕业论文，供大家参考。
电气工程毕业论文 范文 一：高速公路机电工程运行管理和维护分析
摘要
随着我国经济社会的发展，我国的高速公路建设成为交通工程的重要组成部分，在我国经济发展中占有重要的地位，作为交通过程管理设施的重要组成部分，高速公路的机电工程的建设和发展也取得很大进步，并且，有效的保证了高速公路的建设质量。就高速工程机电工程系统来讲，通信、监控、收费是相互协调发展的三个系统，是同步进行的。所以，机电工程的管理与维护贯穿整个过程，起到了重要的作用。因此，本文着重分析了高速公路机电工程的运行管理和维护，以期能够在该过程中的运行具有参考作用。
关键词 高速公路;机电;管理;维护
我国高速公路机电设施在我国高速公路的迅速发展中也有了日新月异的发展，高速公路想要短时间内快速发展，和这些设施的维护和管理也是分不开的，另一方面看来，人员的成本没有那么高，高速公路建设管理和维护的效率也大大增加，逐渐走向了另一个全新形式的工作模式。我国科技水平不断提升，我国公路建设逐渐增加了新型的通讯技术，也逐渐完善了公路建设和机电设备的维护，但是，随着现代社会不断进步，我们对机电设备的要求也越来越高，机电设备的维护和建设也是一项沉重的挑战。
1当前高速公路机电工程建设进度和维护模式的形式
1.1高速公路上使用的机电设备良莠不齐
当前我国公路施工所用的机电设备花样繁多，各种类型的都有，但是我国高速公路建设中所需的机电设备必须是统一整体的配套设施，高速公路上因为有不同款型，各个型号的机电设备在使用，它们从各个方面都存在不同。另外施工单位也不一样，一系列的原因造成工作量加大，检修效率大大降低，人工和资金的成本很大程度上浪费，各项施工和维护的项目遭到延误。
1.2施工及维护人员技术水平参差不齐
我国高速公路的各个路段都有可能是不同的施工单位去进行道路施工和维护，由于每个施工单位负责的位置不同，建筑和维护水平也不一样，因此，没有一个统一的模式去进行维护，从而延误了施工的进度，使得工程的质量在很大程度上遭到降低，工程项目无法正常的去验收，依据我国的国情来看，由于我国机电设备没有较早的起步，完整的评价体系和质量标准尚没有完全形成，人员的素质参差不齐，普遍低下，从而在养护方面更加困难，无法用一个公平的标准去衡量具有专业素养的养护人员。不容易发现某一段工程施工和维护所存在的问题，公路建设要配备专业的维修人员，要具体极高的专业知识和素养，而在一些施工队伍中，有一些水平不够的施工人员，鱼目混珠，使我国高速公路的畅通运行遭到严重影响。
1.3缺乏正规的管理条例，没有明确的衡量标准
高速公路维修人员素质普遍低下，水平不统一，衡量和管理条例也没有一个明确的标准，这就造成高速公路在维护和维修方面有一定的困难，施工和维护的过程也变的比较困难，高速公路在建设上由于受到不定期护理的因素，造成影响进度，各项工作受到制约，接下来的工作再继续开展就受到很多困难。
2改善我国高速公路机电工程建设与维护模式的有效 措施
在高速公路机电工程的管理维护过程中需要遵循以下几点原则。一是要坚持定期维护和例行维护的原则。机电工程的维护工作很重要，在设备故障高发期除了应当做好定期维护工作还以应当做好预防的措施。例如在春夏季，应当做好防雷维护、防雨防潮以及设备牢固等管理维护工作，从而保证设备的有效运行。在冬季应当技术做好设备低温加热系统的可用性。外场供电和通讯设备的密封性，防止冰冻而影响设备的运行。二是机电系统维护的及时性。要求对于突发事件能够及时有效的进行处理，做到最短时间内恢复系统的正常工作。三是，安全管理，做到维护管理工作过程中的安全性。通常我们可以从以下几个方面，来加强高速公路机电工程的维护管理工作。
1)建立健全高速公路机电工程管理模式。机电设备设计制造中容易存在各式各样的问题，在建立全面的高速公路机电工程管理模式中，要加强对机电设备的监管，在监管的过程中，结合机电设备的整体设计，准备好全面实现系统化的维护，第二，由于高速公路机电设备类型不同，型号不同，需要应用很多不同类型的设备，对质量和要求也不一样，在管理上要更加强。将不同品牌和款型的设备进行分离管理，实行科学和系统化的管理。
2)提升道路维护人员素质水平维护机电设备需要一批业务水平高，素质高的技术人才，由于我国高速公路尚且处在发展中的状态，高速公路机电设备还没有进行统一，质量情况也各不相同，使得故障容易产生，如果不能及时去修复高速公路上的故障设施，会造成高速公路阻塞，所以，高速公路的建设和机电维护人员的素质息息相关。
3)完善 规章制度 ，加强监管，指定明确的标准要保持高速公路机电系统的畅快运行，不能盲目的追求先进科技，跟风引进新的技术，要先建立完整的规章制度，对几点设备的可行性管理进一步加强，所以，要结合实际情况去引进合适自己情况的设施，促进设备的可行。另一方面，对相关工作人员进行培训，提高其工作能力，和处事能力，排除故障的水平，不仅如此，还要加强监督，对高速公路上的设备严密监管，由于几点设备维护非常复杂，在维护的过程中容易造成问题出现，所以保障几点工程顺利运行的另一重要问题是加强维护过程中的监督管理。综合来说，我国高速公路机电工程建设道路上还会遇到很多问题，我国机电工作者在解决这些问题上不断探索，用自己不懈的努力和自己的专业知识一点一点去开发。采取不同的 方法 ，不断提升自身专业水平，建立起完善的维护模式，利用现有的设备，不断创新，实现高速公路机电设备的全程监管，这样做，相信不久的将来，我国高速公路的前景是非常大，我国的经济发展也会得以迅速提高。
参考文献
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电气工程毕业论文范文二：机电工程施工质量的方法创新
摘要：
随着建筑工程的不断发展，机电工程的施工质量与方法的创新在机电工程建设中越来越重要。机电工程的施工质量严重影响着工程竣工的总工程效果。机电工程发展要想取得理想的经济效益，必须对机电工程的施工方法进行合理创新，进一步使工程的质量得到保证。 文章 对机电工程的施工方法进行了创新探究，使施工的质量得以提高。
关键词：机电工程;施工质量;风力发电;建筑工程;建筑材料
随着建筑业的快速发展，工程的建筑项目在不断增加，随着数量的不断增长，工程质量问题在建筑中的重要性也更为突出。要想在机电工程施工中使工程的质量与安全得到保证，就必须对工程的施工情况进行分析与探索，对工程项目进行合理的监工，使机电工程的发展逐渐加快。
1机电工程进展中存在的问题
随着风力发电市场的壮大，如今的市场环境下，质量问题逐渐成为机电企业发展限制的主要因素。工程进展中由于风电施工的环境因素、设备因素、人为因素、工艺因素等的影响，使风电工程经常存在风机承台裂缝、二次浇灌发生开拓、风机桩基断桩、风机基础环不平整、承台蜂窝等问题，给风电工程的进展造成了一定影响，主要表现为以下六个方面：
1.1施工人员的影响
在风电工程中施工过程中，工程承包单位往往将风机基础部分进行劳务分包，承包单位人员作为管理方对现场进行管理，由于分包单位风电施工人员的综合素质参差不齐、知识水平有限、工作 经验 多少不一、质量意识较差、道德素养等各方面的影响，不能对自己的工作进行正确的认识，施工人员较多关心的是自己的收入，施工时存在侥幸心理，影响工程中进行正常的交接工作，不能按照工程的要求开展工作，不能对风电工程进展进行自检交接。工程建设期间，管理人员不能按照工作进展要求进行任务的合理分配，不能对工程的各个环节进行妥善管理，协调不到位，不能对工程人员的水平进行合理要求，不能提高员工对工程质量的重视等问题，制约了风电工程的健康发展。
1.2建筑材料的不合理使用
对于工程进展来说，材料质量的合格是工程顺利进展的前提。在风电工程实际施工过程中，我们通过对工程材料进行抽样发现，工程附近材料工厂中的混凝土、砂石料、硅酸盐、粉煤灰等均存在不能达到国家标准的隐患，材料质量上的不合格严重制约了工程的进展。在工程中，施工使用的钢筋、风机基础环和螺栓的尺寸、平整度、定位的尺寸、长度和质量都存在与规定标准的误差。
1.3在工程的进展中，工程的施工方案得不到完善
在风电工程的实施中，本应在工程的起步阶段就针对工程制定合适的方案，但是在工程方案的制定上，由于受工程时间限制，工程的管理负责人员对方案的完成也是草草了事，没有实际考证环境因素、图纸尺寸、大小规模的标示，对方案没有反复进行审核与修改，容易造成工程进展中裂纹、蜂窝等质量问题的出现。
1.4没有进行有效的管理措施
在进行风电技术浇灌的时候，监管单位监督和检查工作并不到位，使得浇灌的顺序发生了变化，厚度也没有达到标准，混凝土的搅拌过程不能根据具体的环境温度和温度的变化情况进行混凝土的浇筑调整，不能合理按照工程的浇筑时间进行浇筑，浇筑时也不能根据外围的圆长与周长逐渐进行增加，导致在风电工程进展中存在很多的缺陷。
1.5机电工程操作不能按照规范进行
在进行机电的作业中，很多的单位都没有详细地将操作的规范和方法教给工人。在施工的时候，如果工人不能合理地按照具体的要求进行就会使施工造成一定的损失，造成运输等各种问题出现。例如，在风电工程的实施中，不仅要将设备的吊装考虑在内，还要使其他应用的功能充分地发挥作用。在很多的机械操作中，由于机电施工人员不能合理地按照工程进展的规范进行，经常造成一些不必要的困难，使工程不能顺利有效地进展下去。
1.6图纸的标准不明确
在风电工程的进展中必须要有图纸作为工程建设的支撑。在工程进展的时候经常会将图纸作为施工进展的参考，但是在实际的工程图纸设计中，很多的详细细节都被设计人员忽略了，在施工的图纸上本应该详细地将工程的尺寸、项目符号进行严格的撰写，但是在实际的图纸上却没有进行明确的表示，倒是施工过程中，施工人员经常性地根据自己的丈量情况进行施工的进展，没有比较规范的图纸给施工人员参考，难免会造成一些施工方面的欠缺。
2工程质量方法的创新
由于工程中存在众多影响因素，导致工程质量受到了很大的影响，存在众多问题。针对这些问题，应该及时进行改革与创新，不断使机电工程质量得到提升。
2.1对施工人员的素质与知识水平进行合理控制
质量控制的主要部分在于人的因素，在进行施工的时候可以对工程中人的质量意识、技术素质、实践经验和控制能力进行控制，对员工的知识水平进行严格筛选，认真做好员工质量的把关，对于工作中的新人必须进行风电知识的规范性讲解，使风电的质量技术与安全技术不断提升，严格进行工程中的自检与互检工作。加强对管理人员的要求：首先，管理人员的选择，人员资质必须满足国家规定要求，还应该从员工的责任心、态度出发，形成统一的管理机构，使管理体系得到落实，充分发挥工作人员的积极性，真正让管理给工程带来发展与进步;其次，对工程中的不合理工程和人员要严格惩罚，在工作中努力做到“一丝不苟”，消除人为因素的影响，促进工程的顺利进展。施工前认真进行施工方案交底，做好交底记录，确保每位施工工人了解掌握施工关键点。
2.2创新材料管理，保证材料安全
优质的材料是工程顺利进展的保证。在进行建筑材料的管理时，严格建立专门的质检员、材料员，对材料进行验收，不定期地与业主进行质量的调查配合;不定期地进行检查，排除材料对工程进展造成的损坏，及时进行现场的登记和记录工作，保证质量的百分百合格，避免违规材料的使用。在进行施工的时候要对施工器材进行监管，合理按照工程需要的基础环、垫片、螺母等尺寸大小进行设置，把握好材料的质量安全，杜绝不良材料对工程质量的损坏。
2.3认真进行方案和措施的编制与调理
方案的设置是工程精湛的主要依据，是项目进展的关键步骤，要认真进行方案设计和编制、风机的技术设施处理，不断进行优化方案的设计。在进行方案设计时，应该充分对工程环境加强考虑，及时进行方案的调整，期间要尽量选用高强度的水泥渣，进行粉煤灰的掺和，对于严寒地区要采用大面积的温度裂纹与基础设备开展工作，合理进行防冻防渗等季节性的要求。在作业前，还应该与有关专业人士进行合理探讨，对方案的贯彻落实情况进行合理考察，使风机的基础混凝土质量、施工工艺在工程施工中得到保证。
2.4认真进行施工管理
施工质量的保证是工程最基本的要求。为了加强施工人员的素质控制，更应该对现场的情况进行监管，对工程进展中存在的问题及时采取补救措施。
2.4.1在工程中对基础环安装引起重视，施工中细心地进行施工，对工程质量进行重视，逐级进行检验与把关，从而使基础环的安装得到保证。在安装完成的时候进行自检，由专业队技术人员、质检人员和项目工程负责人、监理公司、总监等进行检验。在进行方案的平整度调整时，采用多方位控制、重点监控等方式实现多方位把关。
2.4.2对工程的基础设施进行管理。只有将基础打好，才能使工程在后来的进展中稳定进行。对于风机的基础浇筑主要利用基础环进行分圆、分层进展，浇筑时应该从中心进行浇筑，浇筑的顺序可以是由外分圆、分层浇筑，合理使用振捣棒，及时根据工程进展情况进行调整，随着外圆作业的逐渐开展，使工程建设的展开面逐渐减少，减少因工作的过度开展引起的供应不足，使混凝土在工程中造成质量问题的出现。
2.4.3进行混凝土的养护。在养护过程中，需要对混凝土的温度进行及时的监测，保证温度控制在20℃之内。在技术的浇灌完成时，应该进行合理防护，利用薄膜等进行防风、保温的处理，合理进行养护时间的控制工作。
2.5创新施工质量检测
在风电工程的施工中，施工的器材和设备的质量是施工进展最关键的影响因素，设备的损坏会对工程进展造成严重影响。在施工的时候应该选取比较好的风电器材进行作业，良好的施工设备和技术不仅可以保证工程进展的质量，还能让工期得到缩短，减少不必要事故的产生。在对设备进行检测的时候，应该选择比较好的监测仪器，这样才能保证设备检测的有效到位，将施工中出现的质量问题和人员伤亡的情况扼杀在摇篮里。在工程的进展中及时有效地对消防设备进行检测，尽可能及时地解决工程中遇到的问题，最大程度地保证资源的合理利用，提升风电建设施工的质量安全。
2.6改善图纸的规范
图纸是工程进展中比较重要的依据。对于图纸而言必须具有规范性和准确性。设计人员在进行图纸设计的时候应该向设计人员进行详细说明，禁止在施工期间进行图纸的改动，将图纸作为工程进展的重要依据，对图纸进行符合实际情况的标准，如果在必要的情况下，必须进行图纸的改动和调整，应该与专业的设计团队进行联系，仔细地进行改动项目的确认，合理地进行图纸的改动，保证施工的质量。由此可见，工程图纸的规范性对于工程的进展具有至关重要的影响，是工程进展中不可缺少的一部分。
3结语
本文主要通过对机电工程施工质量的方法创新进行分析，对机电工程中的施工质量问题进行了阐述，针对问题对施工人员的素质与知识水平进行合理控制、创新材料管理，保证材料安全、认真进行方案的编制与调理、认真进行方案的编制与调理等具体措施，希望机电工程施工质量取得到比较好的发展。
参考文献
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可以写最新的电气技术研究，开始也不会的，还是学长给的文方网，写的《基于节能理念的建筑电气施工初探》，很快就通过了。
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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。
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（E.coli）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=2.5、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Chromatium.SP，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（E.coli）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=7.4、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0.5~6.0mg/l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(0.5~2)´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]。
液压伺服系统设计
液压伺服系统设计
在液压伺服系统中采用液压伺服阀作为输入信号的转换与放大元件。液压伺服系统能以小功率的电信号输入，控制大功率的液压能（流量与压力）输出，并能获得很高的控制精度和很快的响应速度。位置控制、速度控制、力控制三类液压伺服系统一般的设计步骤如下：
1）明确设计要求：充分了解设计任务提出的工艺、结构及时系统各项性能的要求，并应详细分析负载条件。
2）拟定控制方案，画出系统原理图。
3）静态计算：确定动力元件参数，选择反馈元件及其它电气元件。
4）动态计算：确定系统的传递函数，绘制开环波德图，分析稳定性，计算动态性能指标。
5）校核精度和性能指标，选择校正方式和设计校正元件。
6）选择液压能源及相应的附属元件。
7）完成执行元件及液压能源施工设计。
本章的内容主要是依照上述设计步骤，进一步说明液压伺服系统的设计原则和介绍具体设计计算方法。由于位置控制系统是最基本和应用最广的系统，所以介绍将以阀控液压缸位置系统为主。
4.1 全面理解设计要求
4.1.1 全面了解被控对象
液压伺服控制系统是被控对象—主机的一个组成部分，它必须满足主机在工艺上和结构上对其提出的要求。例如轧钢机液压压下位置控制系统，除了应能够承受最大轧制负载，满足轧钢机轧辊辊缝调节最大行程，调节速度和控制精度等要求外，执行机构—压下液压缸在外形尺寸上还受轧钢机牌坊窗口尺寸的约束，结构上还必须保证满足更换轧辊方便等要求。要设计一个好的控制系统，必须充分重视这些问题的解决。所以设计师应全面了解被控对象的工况，并综合运用电气、机械、液压、工艺等方面的理论知识，使设计的控制系统满足被控对象的各项要求。
4.1.2 明角设计系统的性能要求
1）被控对象的物理量：位置、速度或是力。
2）静态极限：最大行程、最大速度、最大力或力矩、最大功率。
3）要求的控制精度：由给定信号、负载力、干扰信号、伺服阀及电控系统零飘、非线性环节（如摩擦力、死区等）以及传感器引起的系统误差，定位精度，分辨率以及允许的飘移量等。
4）动态特性：相对稳定性可用相位裕量和增益裕量、谐振峰值和超调量等来规定，响应的快速性可用载止频率或阶跃响应的上升时间和调整时间来规定；
5）工作环境：主机的工作温度、工作介质的冷却、振动与冲击、电气的噪声干扰以及相应的耐高温、防水防腐蚀、防振等要求；
6）特殊要求；设备重量、安全保护、工作的可靠性以及其它工艺要求。
4.1.3 负载特性分析
正确确定系统的外负载是设计控制系统的一个基本问题。它直接影响系统的组成和动力元件参数的选择，所以分析负载特性应尽量反映客观实际。液压伺服系统的负载类型有惯性负载、弹性负载、粘性负载、各种摩擦负载（如静摩擦、动摩擦等）以及重力和其它不随时间、位置等参数变化的恒值负载等。
4.2 拟定控制方案、绘制系统原理图
在全面了解设计要求之后，可根据不同的控制对象，按表6所列的基本类型选定控制方案并拟定控制系统的方块图。如对直线位置控制系统一般采用阀控液压缸的方案，方块图如图36所示。
图36 阀控液压缸位置控制系统方块图
表6 液压伺服系统控制方式的基本类型
伺服系统 控制信号 控制参数 运动类型 元件组成
机液
电液
气液
电气液 模拟量
数字量
位移量 位置、速度、加速度、力、力矩、压力 直线运动
摆动运动
旋转运动 1.阀控制：阀-液压缸，阀-液压马达
2.容积控制：变量泵-液压缸；变量泵-液压马达；阀-液压缸-变量泵-液压马达
3.其它：步近式力矩马达
4.3 动力元件参数选择
动力元件是伺服系统的关键元件。它的一个主要作用是在整个工作循环中使负载按要求的速度运动。其次，它的主要性能参数能满足整个系统所要求的动态特性。此外，动力元件参数的选择还必须考虑与负载参数的最佳匹配，以保证系统的功耗最小，效率高。
动力元件的主要参数包括系统的供油压力、液压缸的有效面积（或液压马达排量）、伺服阀的流量。当选定液压马达作执行元件时，还应包括齿轮的传动比。
4.3.1 供油压力的选择
选用较高的供油压力，在相同输出功率条件下，可减小执行元件——液压缸的活塞面积（或液压马达的排量），因而泵和动力元件尺寸小重量轻，设备结构紧凑，同时油腔的容积减小，容积弹性模数增大，有利于提高系统的响应速度。但是随供油压力增加，由于受材料强度的限制，液压元件的尺寸和重量也有增加的趋势，元件的加工精度也要求提高，系统的造价也随之提高。同时，高压时，泄漏大，发热高，系统功率损失增加，噪声加大，元件寿命降低，维护也较困难。所以条件允许时，通常还是选用较低的供油压力。
常用的供油压力等级为7MPa到28MPa，可根据系统的要求和结构限制条件选择适当的供油压力。
4.3.2 伺服阀流量与执行元件尺寸的确定
如上所述，动力元件参数选择除应满足拖动负载和系统性能两方面的要求外，还应考虑与负载的最佳匹配。下面着重介绍与负载最佳匹配问题。
（1）动力元件的输出特性
将伺服阀的流量——压力曲线经坐标变换
绘于υ－FL平面上，所得的抛物线即为动力元件稳态时的输出特性，见图37。
图37 参数变化对动力机构输出特性的影响
a）供油压力变化；b）伺服阀容量变化；c）液压缸面积变化
图中 FL——负载力，FL=pLA；
pL——伺服阀工作压力；
A——液压缸有效面积；
υ——液压缸活塞速度，
；
qL——伺服阀的流量；
q0——伺服阀的空载流量；
ps——供油压力。
由图37可见，当伺服阀规格和液压缸面积不变，提高供油压力，曲线向外扩展，最大功率提高，最大功率点右移，如图37a。
当供油压力和液压缸面积不变，加大伺服阀规格，曲线变高，曲线的顶点A ps不变，最大功率提高，最大功率点不变，如图37b。
当供油压力和伺服阀规格不变，加大液压缸面积A，曲线变低，顶点右移，最大功率不变，最大功率点右移，如图37c。
（2）负载最佳匹配图解法
在负载轨迹曲线υ－FL平面上，画出动力元件输出特性曲线，调整参数，使动力元件输出特性曲线从外侧完全包围负载轨迹曲线，即可保证动力元件能够拖动负载。在图38中，曲线1、2、3代表三条动力元件的输出特性曲线。曲线2与负载轨迹最大功率点c相切，符合负载最佳匹配条件，而曲线1、3上的工作点α和b，虽能拖动负载，但效率都较低。
（3）负载最佳匹配的解析法
参见液压动力元件的负载匹配。
（4）近似计算法
在工程设计中，设计动力元件时常采用近似计算法，即按最大负载力FLmax选择动力元件。在动力元件输出特性曲线上，限定
FLmax≤pLA=
，并认为负载力、最大速度和最大加速度是同时出现的，这样液压缸的有效面积可按下式计算：
（37）
图38 动力元件与负载匹配图形
按式37求得A值后，可计算负载流量qL，即可根据阀的压降从伺服阀样本上选择合适的伺服阀。近似计算法应用简便，然而是偏于保守的计算方法。采用这种方法可以保证系统的性能，但传递效率稍低。
（5）按液压固有频率选择动力元件
对功率和负载很小的液压伺服系统来说，功率损耗不是主要问题，可以根据系统要求的液压固有频率来确定动力元件。
四边滑阀控制的液压缸，其活塞的有效面积为
（38）
二边滑阀控制的液压缸，其活塞的有效面积为
（39）
液压固有频率ωh可以按系统要求频宽的（5～10）倍来确定。对一些干扰力大，负载轨迹形状比较复杂的系统，不能按上述的几种方法计算动力元件，只能通过作图法来确定动力元件。
计算阀控液压马达组合的动力元件时，只要将上述计算方法中液压缸的有效面积A换成液压马达的排量D，负载力FL换成负载力矩TL，负载速度换成液压马达的角速度 ，就可以得到相应的计算公式。当系统采用了减速机构时，应注意把负载惯量、负载力、负载的位移、速度、加速度等参数都转换到液压马达的轴上才能作为计算的参数。减速机构传动比选择的原则是：在满足液压固有频率的要求下，传动比最小，这就是最佳传动比。
4.3.3 伺服阀的选择
根据所确定的供油压力ps和由负载流量qL（即要求伺服阀输出的流量）计算得到的伺服阀空载流量q0，即可由伺服阀样本确定伺服阀的规格。因为伺服阀输出流量是限制系统频宽的一个重要因素，所以伺服阀流量应留有余量。通常可取15%左右的负载流量作为伺服阀的流量储备。
除了流量参数外，在选择伺服阀时，还应考虑以下因素：
1）伺服阀的流量增益线性好。在位置控制系统中，一般选用零开口的流量阀，因为这类阀具有较高的压力增益，可使动力元件有较大的刚度，并可提高系统的快速性与控制精度。
2）伺服阀的频宽应满足系统频宽的要求。一般伺服阀的频宽应大于系统频宽的5倍，以减小伺服阀对系统响应特性的影响。
3）伺服阀的零点漂移、温度漂移和不灵敏区应尽量小，保证由此引起的系统误差不超出设计要求。
4）其它要求，如对零位泄漏、抗污染能力、电功率、寿命和价格等，都有一定要求。
4.3.4 执行元件的选择
液压伺服系统的执行元件是整个控制系统的关键部件，直接影响系统性能的好坏。执行元件的选择与设计，除了按本节所述的方法确定液压缸有效面积A（或液压马达排量D）的最佳值外，还涉及密封、强度、摩擦阻力、安装结构等问题。
4.4 反馈传感器的选择
根据所检测的物理量，反馈传感器可分为位移传感器、速度传感器、加速度传感器和力（或压力）传感器。它们分别用于不同类型的液压伺服系统，作为系统的反馈元件。闭环控制系统的控制精度主要决定于系统的给定元件和反馈元件的精度，因此合理选择反馈传感器十分重要。
传感器的频宽一般应选择为控制系统频宽的5～10倍，这是为了给系统提供被测量的瞬时真值，减少相位滞后。传感器的频宽对一般系统都能满足要求，因此传感器的传递函数可近似按比例环节来考虑。
4.5 确定系统方块图
根据系统原理图及系统各环节的传递函数，即可构成系统的方块图。根据系统的方块图可直接写出系统开环传递函数。阀控液压缸和阀控液压马达控制系统二者的传递函数具有相同的结构形式，只要把相应的符号变换一下即可。
4.6 绘制系统开环波德图并确定开环增益
系统的动态计算与分析在这里是采用频率法。首先根据系统的传递函数，求出波德图。在绘制波德图时，需要确定系统的开环增益K。
改变系统的开环增益K时，开环波德图上幅频曲线只升高或降低一个常数，曲线的形状不变，其相频曲线也不变。波德图上幅频曲线的低频段、穿越频率以及幅值增益裕量分别反映了闭环系统的稳态精度、截止频率及系统的稳定性。所以可根据闭环系统所要求的稳态精度、频宽以及相对稳定性，在开环波德图上调整幅频曲线位置的高低，来获得与闭环系统要求相适应的K值。
4.6.1 由系统的稳态精度要求确定K
由控制原理可知，不同类型控制系统的稳态精度决定于系统的开环增益。因此，可以由系统对稳态精度的要求和系统的类型计算得到系统应具有的开环增益K。
4.6.2由系统的频宽要求确定K
分析二阶或三阶系统特性与波德图的关系知道，当ζh和K/ωh都很小时，可近似认为系统的频宽等于开环对数幅值曲线的穿越频率，即ω-3dB≈ωc，所以可绘制对数幅频曲线，使ωc在数值上等于系统要求的ω-3dB值，如图39所示。由此图可得K值。
图39 由ω-3dB绘制开环对数幅频特性
a）0型系统；b）I型系统
4.6.3 由系统相对稳定性确定K
系统相对稳定性可用幅值裕量和相位裕量来表示。根据系统要求的幅值裕量和相位裕量来绘制开环波德图，同样也可以得到K。见图40。
实际上通过作图来确定系统的开环增益K，往往要综合考虑，尽可能同时满足系统的几项主要性能指标。
4.7 系统静动态品质分析及确定校正特性
在确定了系统传递函数的各项参数后，可通过闭环波德图或时域响应过渡过程曲线或参数计算对系统的各项静动态指标和误差进行校核。如设计的系统性能不满足要求，则应调整参数，重复上述计算或采用校正环节对系统进行补偿，改变系统的开环频率特性，直到满足系统的要求。
4.8 仿真分析
在系统的传递函数初步确定后，可以通过计算机对该系统进行数字仿真，以求得最佳设计。目前有关于数字仿真的商用软件，如Matlab软件，很适合仿真分析。
