共振系统（共12篇）
共振系统 篇1
功能磁共振成像 (functional Magnetic Resonance Imaging, fMRI) 是磁共振成像系统的一种应用。所谓功能磁共振成像系统是指以功能成像为主要或重要应用方向的磁共振系统。由于fMRI采集的血氧水平依赖 (Blood Oxygenation Level-Dependent, BOLD) 信号的变化通常只有百分之几[1,2], 对系统稳定性的要求非常高, 因此fMRI的成像质量控制就成为fMRI系统维护的重要组成部分[3,4,5]。本文主要介绍本成像中心制定和使用的与fMRI序列直接相关的成像质量测试方法, 该方法使用的硬件和软件在大多数磁共振系统上都有配备, 具有很好的实用价值和可操作性;其他常规的MRI质量控制内容可以参考美国放射学会 (ACR) 的MRI质控手册[6]和美国电气制造商协会 (NEMA) 为MRI系统制定的相关标准[7]。
1 fMRI常见的图像质量问题
人在执行特定的任务时, 参与任务的脑区会消耗更多的氧, 人体的生理调节机制将增加该区域的供血量, 多供应的氧会超过消耗的氧, 造成该脑区血氧浓度的增加。血氧浓度的变化会改变该区域脑组织的驰豫时间T2*属性。fMRI实际上就是以固定的重复时间TR进行连续的平面回波成像 (EPI) , 得到一个三维的“录像”, 记录人脑各区域的T2*加权信号随时间的变化, 即血氧水平依赖信号。
EPI序列与其它常规的序列不同, 它利用梯度回波链在一次射频激发后采集一幅图像的所有K空间数据, 可以在几十毫秒内完成一幅断层图像的扫描, 在一两秒内实现全脑的T2*加权的成像。这种成像技术对磁共振系统的整体性能和成像环境的要求非常严格, 很多子系统的瑕疵都会在EPI成像中严重影响图像质量。例如, 磁场均匀性差会导致EPI图像的几何畸变或信号丢失;涡流补偿不好会产生严重的伪影或几何畸变;线圈的缺陷可能表现为EPI图像的信噪比下降;元器件接触不良或振动造成的放电会导致K空间数据点错误从而造成EPI图像中出现条纹或天鹅绒状的伪影 (Spike Noise) ;外界环境或电网的干扰也会产生各种伪影。另外, 脑区活动相关的血氧水平依赖信号变化幅度较小, 因此对EPI成像的稳定性要求非常高, 如果供电系统、梯度系统、射频发射或接受系统的稳定性存在问题, 由此产生的干扰可能将该信号淹没, 从而得不到真实的脑区激活信息。图1显示一些存在质量问题的图像。
(a) 磁体中一枚钥匙造成的几何畸变; (b) 典型的1/2视场处的EPI伪影; (c) 头线圈故障造成的SpikeNoise; (d) 供电波动造成的EPI稳定性问题, 测量信号的波动远大于正常BOLD信号。
2 fMRI质量控制方案的制定
fMRI质量控制方案的制定主要从以下两方面考虑: (1) 确定测量项目和测量方法; (2) 对测量结果设定判别指标以及当系统不能满足指标时的应对措施。
2.1 fMRI质量控制的测量项目
fMRI质量控制最核心的测量项目是EPI的稳定性。常用的稳定性测量方法是利用水模 (Phantom) 进行较长时间的EPI扫描, 然后在水模图像中选取一个感兴趣区域 (Region of Interest, ROI) , 考察该区域中所有像素的均值随时间的变化曲线 (以下简称均值曲线) , 并以该曲线的标准方差或峰峰变化值相对曲线均值的百分比作为EPI稳定性的测量值。Weisskoff提出用不同大小的ROI进行上述测量, 并把这些测量值与利用单幅图像得到的图像信噪比计算出的理想曲线相比较的方法[3], 该方法已经被很多fMRI场地采用, 西门子公司也将该方法作为系统维护工具应用在其MRI产品中。很多fMRI场地都制定比较系统的fMRI质量控制方法[4,5], 并给出测试结果可供参考, 但是这些方法的数据处理比较复杂, 需要使用专用的数据分析工具, 在其它场地很难直接应用。
在已有方法的基础上, 利用成像系统本身配备的水模、硬件和软件, 制定一套比较简单的fMRI质量控制方法。该方法每天进行一次10min左右的EPI扫描, 然后对中间层片在所有时间点上的数据进行分析, 提取EPI稳定性、伪影和噪声相关的测量。除此之外, 还要记录系统使用的中心频率和射频发射电压, 以及磁体的液氦消耗, 用来监测相关硬件的工作状态。
稳定性的测量是在图像水模信号的均匀区域选取一个尽量大的ROI, 以减小高斯白噪声对稳定性测量的干扰, 如图2 (a) 中的圆形ROI所示。稳定性测量指标的计算公式为:
S = (Max1-Min1) / [ (Max1+Min1) /2]×100%
其中S表示稳定性, Max1和Min1为信号区域ROI均值曲线的最大值和最小值。如果信号有比较明显的低频漂移, 需要对上述的稳定性测量进行矫正, 将 (Max1-Min1) 替换成信号去除漂移后的估计振幅。
为监测EPI的伪影强度、 信噪比以及其他在背景区域有明显表现的伪影或干扰, 例如电网波动造成的伪影增强或Spike Noise, 我们在图像的伪影区域和背景噪声区域也各选取一个ROI, 如图2 (a) 中的两个矩形ROI所示, 并将两个ROI均值曲线的最大值相对信号区域ROI曲线均值的比值作为质量控制的测量项目:
(a) fMRI质控测量的三个ROI圆形为信号区ROI、大矩形为伪影区ROI和小矩形为背景噪声区ROI; (b) 圆形信号区ROI的均值曲线, 横坐标是fMRI的图像编号。
G = Max2 / [ (Max1+Min1) /2]×100%
B =[ (Max1+Min1) /2] / Max3
其中, G表示伪影的相对强度, B表示背景的相对强度, Max2和Max3分别为伪影区域和背景噪声区域ROI均值曲线的最大值, Max1和Min1为信号区域ROI均值曲线的最大值和最小值。
2.2 测量项目指标的确定
测量项目判别指标的确定主要从以下方面考虑[4,5]:利用一段时间的测量数据建立基线;参考系统设计参数;参考其它MRI设备的测量结果;根据fMRI应用的需求确定指标。其中, 前三种方法有助于发现和解决fMRI系统的异常, 最后一种方法则更能体现质量控制的意义, 也是我们判断系统是否能提供可靠数据的重要依据。
在前面提到的测量项目中, 中心频率、射频发射电压和液氦消耗的指标主要通过基线估算确定, 以正负3倍方差为上下限。如果测量值超出此范围则重新进行测量, 若结果仍然越限则需要进行调研, 进一步寻找原因。
EPI的稳定性、伪影和背景的相对强度也利用基线分析确定上限。如果测量值超出此范围, 则需要重测或调查原因。另外, 根据fMRI应用的特点, 如果稳定性测量超过1%, 系统将被认为不适宜进行fMRI实验, 需要联系厂家对系统进行调整和维护。
作为一个完整的质控方案, 还需要对测试数据进行定期的回顾, 分析测试数据在过去几周或几个月中的异常变化和整体趋势[4,5]。
3 总结
上述测试方法简单易行, 所用的硬件和软件在大多数磁共振系统上都有配备, 能够有效地监测EPI的稳定性、伪影和信噪比的变化, 发现电网、Spike Noise等随机出现的干扰, 具有很好的质量控制效果和实用价值。
本场地使用的设备为西门子公司的 MAGNETOM Trio A Tim System 3T MRI系统, fMRI质量控制测试中的EPI扫描使用系统标配的1900ml瓶装水模和12通道矩阵头线圈, 采用系统内置的MeanCurve软件包进行数据分析。测试使用的主要成像参数来自场地常用的fMRI序列 (轴位成像, TR2000ms, TE30ms, 翻转角90°, 视场200mm, 成像矩阵64×64, 层厚5mm, 层间距20%, 层片数9, 接受带宽2520Hz/Px, 相位编码A-P) , 扫描时间为800s。
参考文献
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[5] Friedman L, Glover GH, Report on a Multicenter fMRIQuality Assurance Protocol.Journal of Magnetic Resonancein Imaging, 2006, 23:827~839
[6] ACR. Magnetic Resonance Imaging Quality Control Manual, American College of Radiology, 2004
[7] NEMA.NEMA Standards Publication MS 1 to MS 12, Na-tional Electrical Manufacturers Association.
共振系统 篇2
文章全面、系统地介绍了近藤效应、近藤问题、近藤共振现象的起源和研究历史的发展过程,提供了一个清晰而准确的近藤物理问题的`图像.同时,文章还讨论了近年来近藤共振现象在各种低维电子关联系统中的实现.
作 者：张广铭 于渌 ZHANG Guang-Ming YU Lu 作者单位：张广铭,ZHANG Guang-Ming(清华大学物理系,北京,100084)于渌,YU Lu(中国科学院物理研究所,北京,100080;中国科学院理论物理研究所,北京,100080)
刊 名：物理 ISTIC PKU英文刊名：PHYSICS 年，卷(期)：2007 36(6) 分类号：O57 关键词：近藤效应 近藤问题 近藤共振 低维电子关联系统★ 石化系统党员个人总结
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共振系统 篇3
摘要： 考虑Von Karman非线性位移应变关系，利用Hamilton原理建立了轴系纵横耦合下的动力学模型。利用Galerkin法对偏微分方程进行离散，采用多尺度法求解了离散方程。研究了纵向主共振并伴随内共振（由纵向第一阶固有频率近似等于横向第一阶正进动与反进动频率之和而产生）联合激励时轴系的动力学响应。研究表明随着系统参数以及激励载荷的不同，轴系出现不同的动力学特性。当激励载荷小于一临界值时，纵向激励力只能激起纵向振动，系统响应与线性系统一样；当载荷超过临界值时，纵向激励力同时激起了轴系的横向正进动与反进动频率，此时纵向振动出现能量饱和现象，能量从纵向渗透到横向。能量在正反进动模态间的分配与其正反进动频率成反比，从而使反进动幅值大于正进动幅值。同时响应中也出现跳跃现象。数值分析结果与摄动分析结果一致。关键词： 非线性振动； 轴系纵横耦合； 多尺度法； 主共振； 内共振
中图分类号： O322；TH113.1文献标志码： A文章编号： 1004-4523（2016）03-0511-10
DOI：10.16385/j.cnki.issn.10044523.2016.03.018
引言
旋转轴系作为动力传递部件被广泛应用于工程机械中。例如船舶推进轴系，飞机发动机轴系以及汽轮机轴系等。轴系运转时不可避免地产生振动，从而降低机器的工作效率，严重时会使轴系断裂，造成事故。因此对轴系进行动力学分析并从本质上探讨振动的机理对于轴系设计初期是必要的。轴系的振动分为三种形式：弯曲振动、扭转振动以及纵向振动。早期对轴系的研究都是对这三种振动单独分析，这样处理有利于模型的简化。然而对一些处于复杂工况的轴系，各种运动之间有相当强的耦合，分开处理不能揭示工程中的一些现象，比如多频振动，组合共振，自激振动，分岔等。近年来，针对齿轮轴系或汽轮机轴系等的弯扭耦合振动的研究文献很多，取得了丰硕的成果[12]。但是针对轴系弯纵耦合振动的研究文献还相当少，主要原因是这两种振动之间的耦合在工程中不常见。而对于大跨度轴系（例如船舶推进轴系与汽轮机轴系，一般长度为十几米）或细长轴系，由于细长比很小（细长比指轴系截面回转半径与轴系长度之比），当激励力较大时，容易引起轴系较大振动。此时纵横振动幅值很大，进而纵、横向变形引起的弹性耦合作用也相当严重，从而引起轴系异常振动，所以研究轴系纵横耦合非线性振动有重要的意义。
对于轴系纵横耦合的研究，国内所见文献几乎没有。有学者针对平面的梁结构纵横耦合振动做了很多研究。夏品奇[3]利用增量谐波平衡法研究了弯纵耦合梁的谐波响应。胡义等[4]利用有限元法研究了梁纵横耦合振动。易壮鹏等[5]研究了纵向模态与横向模态间产生内共振时梁的动力学响应。陈立群[6]也利用多尺度法研究了轴向速度波动下轴向黏弹性梁的非线性振动。冯志华与胡海岩研究了受轴向基础激励悬臂梁的非线性振动[7]；同时研究了直线运动梁在内共振条件下的动力稳定性[8]。国外对梁的纵横耦合也有相当多的研究。Emam[9]研究了屈曲梁在1∶1以及3∶1内共振状态下的响应。
上述研究均是针对平面的梁结构，而轴系旋转时属于三维振动，同时由于陀螺效应的影响，横向固有频率呈现出正进动与反进动频率，表现出与平面梁不一样的动力学特性。近十年来，国外对轴系纵横耦合非线性动力学进行了大量研究。Khadem与Hossein研究了纵横耦合作用下可伸长与不可伸长轴系的自由振动响应[1011]；文献[1215]研究了不可伸长轴系的主共振响应以及可伸长轴系的主共振与参数共振及联合共振响应；文献[1618]研究了不可伸长轴系两阶模态间的联合共振以及分叉与稳定性问题。Ishida团队也做了类似的工作[1921]。在他们的研究中尽管在建立运动模型时考虑了纵向与横向的影响，但是在最终求解时均假设纵向惯性可以忽略从而导致纵向位移是横向位移的高阶小量，即u=o（w2），进而将纵向位移描述成横向位移的函数表达式，最终将纵横耦合非线性方程化简为只包含横向运动的非线性方程。由于他们研究的对象都是边界条件简单的简支轴系，纵向固有频率远高于横向固有频率，因此这种简化是合理的。Nayfeh[22]指出当纵向固有频率与横向固有频率相差不大时，纵向惯性不能忽略，纵向位移与横向位移应是同阶小量，即u=o（w）。对于实际工程结构中某些具有复杂边界条件的轴系，如船舶推进轴系，由于螺旋桨集中质量以及推力轴承的影响，纵向惯性效应很显著，将其直接忽略会带来误差。
共振系统 篇4
随着磁共振成像技术的飞速发展,MR成像在临床各领域的应用已经越来越广泛,且临床各学科对MR成像的依赖越来越高。随着高场磁共振成像系统(3T)进入临床应用,磁共振成像具有了更高的信噪比、更快的成像速度和更好的分辨率,开辟了MR成像的新时代。但高场磁共振成像系统也带来了其固有的技术难题,主要技术问题是由于人体和射频场之间的相互作用,使B1场的分布呈现出不均匀的特点,具体表现在成像中产生抗电伪影和局部SAR升高,限制成像速度。
为了解决射频场不均匀的问题,研发人员研制了专门和高磁场强度匹配的射频系统,不同公司赋予了不同的名称,如RF-SMART、Ture form或OPTIX等,这些技术使体部图像大大改善,得到基本满意的诊断图像。目前射频场多源发射技术的提出为解决高场磁共振成像问题提供了新的方法,得到了十分满意的效果。本文就该新技术的原理、优势及临床价值进行讨论。
2 多源发射技术的原理
磁共振成像系统中的射频系统是磁共振信号的激励和采集系统,对磁共振技术的发展至关重要,是图像质量提高的关键。磁共振成像的拉莫尔频率是成像的重要参数,它是射频系统发射激励所用电磁波和接收到的磁共振信号的主频率。随着磁共振场强的增加,该主频率也随之增大,主磁场强度是1.5 T时,该频率值为63.6 MHz,波长为52 cm,3.0 T时其值为127.6 MHz,波长为26 cm。人体头颅尺寸在22~24 cm,3.0T的产生的电磁波正好完全穿过,对成像无影响,但对于人体体部尺寸为40~50 cm,3.0T的电磁波无法穿过,会在体内产生驻波,反映在MR成像上就是所谓的抗电伪影,并引起局部SAR值分布不均匀。
目前大多数射频系统采用的射频发射线圈是单通道容积线圈产生射频脉冲激励,射频B1场由1个集成的体线圈以固定正交方式驱动,单一射频源经90°相移电路分为相差为90°的2路电流,驱动集成体线圈单元,产生1个圆形(正交)极化射频场。这2路电流的能量及波形完全相同,它有2个独立的自由度。但是处于磁共振成像系统中的患者体型大小和位置可影响体内B1场均匀性,因此对于每个患者都需要调整射频的驱动特性,如频率、能量、波形、相位等。
多源发射技术是使用基于个体差异的射频管理并行独立射频源,获得驱使每个射频源所需要的参数并将其应用于并行激励,得到体内均匀一致的B1场。其工作模式是射频源(以两个为例)分别连接2路射频功率放大器,再分别和射频发射线圈的两组相连接,最后发射射频脉冲激励人体。这2个单独的射频发射源对单个人体内B1场的分布进行特殊控制,可以根据每个患者不同B1场分布提供不同的射频功率、幅度及波形等参数。另外其相位差可任意调节,完全解决患者体型的个体差异造成B1场分布不均匀的问题,彻底解决了由于抗电效应带来的信号不均匀的难题,并使体内各部位SAR的分布均匀,不产生局部“热点”的情况[1]。
3 多源发射技术的优势
多源发射技术的优势是对患者体内B1场均匀性的提高,体内所有质子接收到几乎相同的射频翻转角,并消除抗电伪影。在多数MR成像中图像对比度依赖于翻转角,单一的翻转角对提高MR成像的可信度非常必要,因此多源发射提高图像对比均匀性[2]。
根据互易原理,发射非均匀的B1场会接收敏感度不均匀的信号,传统高场磁共振系统大都通过图像后处理的方法克服这一问题,如采用强度校正函数的标准化滤波器,但这种方法以丢失信噪比和对比度为代价的,多源发射技术克服了以上缺点,提高图像的均匀性,并提供更彻底的脂肪抑制。
多源发射技术提供额外的自由度用于降低SAR,优化射频管理,提高射频场在任何解剖部位分布均匀,降低全身和/或局部SAR,从而在所有的临床应用中提高扫描速度[3]。
4 多源发射技术的临床应用价值
磁共振多源发射技术改善了射频场的均匀性。它根据不同患者的体形调整多个独立的射频发射信号,产生更均匀的射频场,确保了不同患者间MR图像的一致性,提高临床诊断的正确性,并在大多数临床应用中提高成像速度。
磁共振在腹部的应用和其他部位相比,发展比较慢,超高场3T磁共振成像在图像的分辨率上有明显提高,但由于高场对人体固有的抗电效应及射频热效应的影响,成像速度和图像的一致性都受到了挑战。不同的患者在相同序列的扫描中,得出的图像质量可能会相差很大,肝左叶、胰腺、肝右叶脊柱旁及其后部信号多少会比较弱,尤其是对肝硬化腹水的患者上述影响更为明显,使其细节显示欠佳,给诊断带来一定困难。多源发射技术基本消除了由于高场抗电效应带来的伪影,降低腹部的SAR限制,腹部成像速度大大提高,减少了腹部检查的屏气次数,同时又明显减轻了抗电效应,图像对比尤其是T1对比明显提高,实现了图像质量和扫描速度的完善结合。
磁共振成像在乳腺疾病检查中占有重要地位,由于高场抗电效应的存在使局部射频场分布不均匀,加之乳腺本身结构特性,会出现双侧乳腺对比度不一致、信号强度不一致,不利于影像诊断准确性的提高。多源发射技术提高信号均匀度及病灶检出率,增加图像T1对比,在乳腺MR成像中,均可得到均匀的双侧乳腺成像,保持不同患者间更佳的图像一致性。另外,由于SAR值的降低,在图像质量提高的同时扫描时间也大大减少,对乳腺动态成像可得到更高的时间分辨率,从而大大提高乳腺肿瘤的检出率和诊断的准确性。
另外在脊柱成像及盆腔成像中也得到同样的效果。
总之,磁共振多源发射技术提供了更均匀的射频场,解决了困扰高场磁共振成像的主要技术问题———抗电伪影及局部SAR值高,从而改善了磁共振图像的均匀性,保持了MR成像的一致性,并且提高了扫描速度。
参考文献
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科普作文：谈谈共振 篇5
谈谈共振
不知道同学们是否知道这样一件事。大约一百多年前，拿破仑率领法国军队入侵西班牙，有一支部队从铁链悬桥上通过的时候，军官喊起了口令“一、二、三、四!”随着这令士兵们跨起了整齐的步伐。当这队人马快走到对岸的时，意外的事情发生了。士兵们只听轰隆一声巨响，桥的一跌入河中，桥上的军官和士兵都被拋进了河里，很多人淹死了。
这是怎么回事呢?经过研究人们才知道这是共振。换句话说就是发生了振动的重合。
当一队人马迈着整齐的步伐前进的时候，所有的脚都以间隔相等的时间，同时使劲地踏到桥面上。这些周期性的作用力会使桥梁结构受到巨大的振动。由于桥有自己的固有振动频率，如果行进步伐的周期性作用力的频率接近或等于桥固有的振动频率，就会产生共振，这时振动就会越来越强。当它超过设计规定的应力时，桥梁就会倒塌了。因此就发生了上面所说的悲剧。
相反，如果行进步伐不同，就可以互相抵消一部分振动，这样就没有什么危险了。
所以，世界各国都有这一条相同的规定：军队不能以整齐的步伐过桥。
象这类事情在生活中也是常见的，比如用扁担挑水时，开头几步还好，多几步就不行了，桶里的水就会随着你走路的节奏，一下一下地从水面中间向外窜，在这时如果你往桶里放一块木板，挑起来就平稳多了。木板起的作用就是破坏共振的。
和谐对话 心声共振 篇6
“对话”理念的提出，给予了阅读教学新鲜而丰富的内涵。这种对话除了参与方的“多重性”以外，更重要的是它还是“思想碰撞和心灵交流的动态过程”。基于此，阅读应当是一种生活的体验，是一种心灵的沟通，更是一段生命的历程。语文课堂上的对话应当是一种和谐的师生对话，充满着智慧的火花。然而遗憾的是，我们经常可以发现课前几分钟学生还愿意跟老师交流，越往后就越不愿意跟老师聊了，最后往往是老师唱着独角戏黯然神伤地结束教学。没有学生与教师的“对话”，就没有学生与教师沟通与合作，也就没有了学生思维的主动发展,语文课堂的高效如何才能得到保障？那么究竟如何实施“对话式”语文教学呢？面对学生主体的参与，作为教师，我们该如何提问，如何把自己的问题层层深入地有序组织起来，把学生的问题，哪怕是看来无理的问题引向深层，如何达到师生、生本的心声共振呢？以下是我的几点粗浅的认识。
一.抓住契机，巧设情境
叶圣陶先生说：“教师之为教，不在全盘授予，而在相机诱导。”因此，在课堂教学中，教师要尽可能抓住契机，科学地设置教学情境，让学生产生兴奋点，将所学知识运用于新的情境，并产生探究的兴趣和强烈的探究欲望。
如教学《敬业与乐业》这篇文章前，正好物理老师向我反映班里物理作业抄袭现象很严重。于是我就抓住这个契机，把它作为议论文的材料。课堂上，我对学生说：“今天我听说我们班的物理作业存在严重的抄袭现象，我实在是无法认同这种抄袭的行为。为什么呢？哪位同学知道我的想法？”学生中立刻有人说：“我认为作业是对课堂上所学知识的一种巩固，如果选择抄袭，就失去了一次强化知识记忆的机会。所以我们应该认真对待平时的每一次作业，抵制抄袭。”又有学生谈道：“抄袭意味你并没有掌握知识，而不少抄袭的同学往往在完成作业后误认为自己掌握了知识，于是在以后的学习中掉以轻心，最终的学习效果肯定不好。”还有学生谈道：“抄袭作业也是一种意志力薄弱的表现，轻易地就向学习上的困难妥协，这样的人势必在以后的人生道路中也不具备顽强的意志来克服困难。”我顺势做了总结：“刚才大家谈得非常好，分析得比较透彻。那么我们刚才就抄袭作业这个问题的看法谈了自己的态度，分析了它之所以不正确的原因，同时还明白了我们究竟该如何去做。这就是一种典型的一事一议的议论文，基本的结构就是：提出问题——分析问题——解决问题。”借助刚刚发生在学生身上，他（她）们感兴趣且有话可说的事件，我巧妙地让学生过渡到了议论文的基本文体知识。
课堂教学中教师如果能够准确地抓住契机，在学生感兴趣，有话可说时或者百思不得其解的时候，及时引导学生变换角度，调整思维模式，积极主动地解决教学中的疑难，也就最大限度地增强了学生的参与意识，实现了课堂上师生的和谐对话。
二.设置矛盾，活跃思维
孙绍振教授曾经指出“文章有矛盾的地方就是我们需要思索和探讨的”，有些课文中，常常出现两个相对或相反的意思，产生了矛盾。然而这往往是作者的有意为之，有着特殊的用意。作为教师，应当深入钻研教材，抓住文本中的矛盾，有意识地给学生设置一些看似有“障碍”的问题，让他们心理上产生“冲突”。当学生急于解开这些“冲突”时，势必需要进行思维训练，课文重点、难点的理解到此也就水到渠成了。
例如九年级下册语文课本中的《孔乙己》，文中有这样一句话：“我到现在终于没有见——大约孔乙己的确死了。”其中的“大约”和“的确”两个词从字面上看是矛盾的。教师这时就可以引导学生思考：“‘大约 ‘的确是否矛盾？请从文中找出相关语句加以理解。”学生深入阅读文本，不难理解这两个词语隐含的意思。在当时这样一个人情冷漠、世态炎凉的社会中，大家只是把孔乙己这个身份低微的人当作茶余饭后的笑料,可有可无，而对于他的消失漠不关心。所以说他“大约”死了。他最后一次来咸亨酒店的情形及掌柜后来再也没有提起他,“我”也没见过他，都暗示了这个微不足道的小人物已经从历史的舞台上消失了，所以说他“的确”死了。
上述问题的设置，抓住了文本的主要矛盾，层层深入，追根溯源，提高了学生探究的积极性，促使师生围绕着文本的核心问题展开了和谐的对话，非常轻松地完成了这篇小说的教学目标。
三.紧扣文眼，层层深入
所谓“文眼”，就是文章中最能显示作者写作意图的词语或句子。抓住了“文眼”，并设置一系列的问题，顺藤摸瓜，这样就可以让学生有话可说，更好地去解读文本。同时，教育心理学告诉我们，课堂提问必须符合中学生的接受状况。所以对一些过难的问题，我们不妨作浅易的处理。教师可以根据教材的特点，中学生的实际认识水平，把困难的问题分解成易理解、更有趣的小问题，或者把大问题分解成一组小问题，一环扣一环地问，层层深入，逐步引导学生向思维的纵深发展。如课文《孤独之旅》，文章题目交代了主要事件是一段“孤独”的旅程，在分析文本时，就可以紧扣住“孤独”这个关键词。我在教学本文时设置了这样一些问题：
问题一：“孤独”体现在文章的哪些地方？
问题二：为什么用“孤独”这个词来形容这段旅程？
问题三：作者是如何来诠释 “孤独”的？
这篇小说的情节跌宕起伏，富有变化。教师紧扣“孤独”这个文眼，以这种层层深入，环环相扣的提问方式来引导学生把握小说的构思，同时也理解了小说的丰富内涵。
四.修正导向，提升质量
新课标“尊重学生在学习过程中的独特体验”前面还有这样一句话“应该重视语文的熏陶感染作用，注意教学内容的价值取向”。这也就是说教师在充分尊重学生的探究意识以及探究过程中，不能无视文本的价值取向和情感渗透。比如在学《背影》时，有学生提出父亲“臃肿的身体”爬上爬下的姿态没有美感。这实际上是一个情感价值观的问题，作为教师此时如果不结合写作背景引导学生去感受父辈们的艰辛和深沉的爱，去感受一个辛苦辗转的知识分子在动荡不安的时代中颠沛流离的思想感情，那就是我们的失职，这样的课堂对话势必是失败的。
教师作为学生的对话者，对学生阅读起了很大的促进作用。学生由于年龄和阅历的限制对文本的理解误区在所难免，然而正是因为有了教师的参与，学生本不够丰富的阅历才有所增长，学生沉睡的经验才得到了唤醒，尘封的旧知才得到了复现。教师在教学过程中的引导、启发、交流和修正，为学生与文本的对话架设起了更通畅的通道，从而提升了学生的阅读品质。
“水尝无华，相荡乃成涟漪；石本无火，对击始发灵光。”教师与学生的对话，学生与学生的对话，可以激起他们思维的碰撞，产生智慧的火花。总之，和谐的师生对话是一种新型的课堂交往方式，体现了“关注每一位学生发展”的新课程核心理念。只有真正进行平等的、动态的、全方位的对话，通过心灵的对接、意见的交换、思想的碰撞以及合作探讨，实现知识的共同拥有与个性的全面发展，才能实现真正意义上的心声共振。
参考文献：
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磁共振成像中心电门控系统的实现 篇7
本系统通过在人体胸部安放心电电极,对心电信号进行实时采集,通过差分阈值法检测QRS波群,得到所需要的心电门控信号,然后根据该门控信号驱动MRI谱仪的工作获得心脏横断面图像[1],并通过显示器实时显示心电波形和门控信号。
1 系统介绍
1.1 心电门控触发模块
心电门控触发模块要求能实现实时高效地检测QRS波群的出现。目前,QRS波群检测的方法有:差分阈值法,模板匹配法,小波变换法和神经网络法等。差分阈值法较后三者算法简单,处理速度快,易于工程实现,再加上预处理后检测效果较好,因此实际应用中常被采用。
差分阈值法是预先计算出检测阈值,将通过差分计算得到的心电波形幅度相对于时间的变化率与该阈值进行比较,满足阈值条件的就认为是一个R波。由于R波的波形变化率在一个心电波形周期中是最陡的,而基线漂移等干扰对差分值的影响小,因此采用差分阈值法具有较强的抗干扰能力,可以提高R波的检出率。
使用差分阈值法的关键是要确定合理的检测阈值。通常采用简单的自学习算法来建立检测阈值。该方法包括3个阶段[2]:
(1)用简单自学习算法确定初始检测阈值:将心电信号进行预处理后,取开始一段时间(如30 s)的心电数据进行自学习,分成相等的10段,即3 s一段(期间至少有一个QRS波群),在各段内求差分最大值,将这10个差分最大值排序,去掉最大值和最小值后对余下的差分值求算术平均值△m0,并经反复试验确定出3个初始检测阈值δ10、δ20、δ30,分别为:
这里去掉了10个差分最大值中的最大值和最小值,这样既可以排除偶然出现的尖峰干扰导致的过大差分值,避免阈值过大造成漏检,又可以将一些过小的差分值除去,避免阈值过小造成误检。经过试验比较证明这样的处理确能降低漏检、误检的发生机率。
(2)检测阈值的自适应修正:用初始检测阈值检测到8个R波后,开始采用滑动平均的方法来修改检测阈值。设△m0是包括当前QRS波在内的前8个QRS波的最大差分的平均值,则相应的新的检测阈值为:
式中:i=9,10,…;C1、C2、C3均是常数,其选取的目的是为了保证δ1i,δ2i,δ2i不至于太小。C1、C2、C3定义为:
(3)检测R波:得到检测阈值后,对每个心电数据做前向差分,利用这3个阈值检测R波。如果连续两个差分分别大于δ1i和δ2i,且之后几十毫秒内存在一个负向差分,其绝对值大于δ3i,则可断定找到一个新的R波峰值点,按式(2)和(3)修改阈值,以新的阈值δ1i,δ2i,δ3i继续检测下一个R波,每检测到一个新的R波,就按上述方法修改一次检测阈值,然后继续检测下一个。
1.2 心电信号与成像序列的关系
心电门控扫描中ECG与序列的时序关系如图1所示。我们看到,在心电图R波的控制下,序列的执行周期与心动周期完全同步起来。也就是说,每个心动周期只进行一次扫描。我们还注意到,R波出现后扫描并没有马上开始,而是经过一段延迟时间D,这是为什么呢?下面我们来说明这个问题[3]。
心脏是一个快速运动的器官。生理学上将心动周期的不同时刻或心脏所处的不同运动状态称之为时相(phase)。在心动周期的不同时相成像,将得到不同工作状态下的心脏图像。例如,在心脏的收缩末期成像,将取得全收缩的心脏图像;在心脏的舒张末期成像,将获得完全舒张的心脏图像[4]。根据心脏舒张末期的容积和收缩末期容积可计算出射血时间等重要的心脏血液动力学指标,从而为评价心功能提供依据,这是临床对心脏成像的基本要求。在心脏门控成像中,成像时机的选择完全是由延迟时间D的长短所确定的。因此,D为心电门控成像序列的重要参数。显然,通过D的控制,可以获得处于心动周期任一时相的心脏图像。
图1中的TReff称为序列的有效重复时间。在这里,实际重复时间TR将根据给定的D值和实测的R-R间期由机器自动确定。但是它必须小于TReff。TReff(ms)与心率HR(heart rate,次/min)和R-R间期(ms)的关系可表示为:
式中,60000是指一分钟的时长,即60000ms,HR表示心率(大概每分钟55~75次),于是表示每搏所需时间,也就是心动周期。需要指出的是,尽管心脏的运动很快,但与ECG的R-R间期(通常为600~1000ms)相比,序列的执行周期(数十毫秒)仍要短得多。因此,当采用ECG与之同步后,扫描时心脏运动的影响就基本不予考虑了。如果将延迟时间D取得很小,在心脏的剧烈收缩阶段成像也是可能的。
2 MRI心电门控实验方法与结果
2.1 实验材料及设备
(1)硬件:0.4T永磁MRI、RF放大器、梯度放大器、接收线圈、计算机、Tecmag谱仪、水模。
(2)软件:NTNMR系统(Tecmag谱仪自带软件系统)。
2.2 心电信号的采集
(1)受试者身体基本参数:年龄25岁,身高175厘米,体重74千克,平稳呼吸心率大约60次/分钟,静卧心率大约50次/分钟。
(2)正确放置电极:采用标准导联连接方式。接好心电门控机的电源线、地线和导联线,接通电源。受试者静卧于扫描床上,全身放松。在胸前安放好引导电极,为了保证导电良好,可在放置引导电极部位用砂纸轻拭皮肤。导联线的连接方法是:V1在胸骨右缘第四肋间,V3在胸骨左缘第四肋间与左锁中线第五肋间相交处之间,V5在左腋前线第五肋间,将第1~3通道分别设置为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ导联,如图2。
注意事项:心电导联不可与检测线圈接触,以避免射频场的畸变或导线的变热;避免将心电电极置于成像区域内(不含金属材料的电极除外),否则容易引起电极相关伪影。
图3是获得的心电信号以及由心电信号得出的门控触发信号图。图3中,上部的ECG表示由受试者测得的心电信号,下部ECG gate表示由心电信号算得的心电门控信号。在后面的心脏成像过程中,系统将采用该门控信号作为触发信号,驱动磁共振系统的工作。
2.3 心脏成像
受试者静卧于扫描床上,全身放松。安放好体线圈,置于磁场正中间,调整胸腔位置尽量将心脏置于线圈中央。将心电门控机的门控触发信号线连接至Tecmag谱仪外部触发接口,用来触发谱仪工作。
采用SE序列,参数:TR=400ms,TE=22ms,图像矩阵为256×256,FOV为350mm×350mm,层厚=5mm,层间距=1mm,取胸腔横断面。在SE序列中加入门控事件。通过设置NTNMR中Ext_Trig事件1的电平高低,以及事件2的时延数值,可以得到无门控与门控状态下的心脏图像,并进行对比分析。
设置门控时延参数(Delay)的示意图如4所示。
图中,Event Number代表MRI序列运行的每个事件,一个序号对应纵向的一个事件,可以在Name行对应的空格里赋予事件相应的参数名,参数Delay则表示事件持续的时间,亦可用事先赋值的参数值表示。Ext_Trig是软件提供的外部触发源,在事件2中赋予时长为Delay的时延。在本文中,Ext_Trig在事件1时接收来自心电信号提取的门控触发信号,并在事件2进行时长为Delay的时延。经过前面两个动作之后,软件进入MRI序列的激发和扫描工作。
改变门控状态及时延数值将得到不同运动时相的心脏横断面。
(1)将事件1的T1设为低(即将值设为0),事件2的Delay值设为0ms,此时系统便工作在无门控的状态下,得到心脏图像,如图5a和图5b所示。
(2)将事件1的T1设为高(即将值设为1),此时系统便工作在门控状态下。改变序列事件2的时延可以获得不同心脏时相的横断面图像。将Delay值设为400ms,便得到心脏图像,如图6a和图6b所示。
3 总结
上述实验结果表明,门控对心脏成像质量有很大的影响。
在无心电门控引导下,MR扫描和心脏运动处于相互独立状态,由心脏周期运动引起的运动伪影对成像质量起到了致命性的破坏作用。由无门控状态下得到的K空间图也可以看出,得到的回波信号相位已经被打乱。
在心电门控引导下,MR扫描和心脏运动不再是独立的,而是紧密联系的。由心电信号QRS波群检测得来的门控触发信号驱动着谱仪的工作。在门控信号的引导下,MRI系统只扫描门控出现后的特定时刻。这对应于心脏周期性运动的同一时刻,在这种状态下,由于心脏运动引起的失相位得到抑制,进而能够得到比较清晰的心脏横断面图像。
参考文献
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共振系统 篇8
关键词：核磁共振,短信报警,水冷却
0引言
水冷系统是核磁共振外围关键的设备之一,主要作用是对梯度线圈和氦压缩机进行冷却。氦压缩机的冷却是24 h连续运行的,因此对冷却系统的稳定性有较高的要求[1]。水冷系统工作异常可导致氦压缩机热量蓄积无法排出而停机,甚至导致超导线圈温度过高出现液氦快速汽化蒸发,使超导状态破坏, 出现“失超”的危险状态[2]。冷却系统异常不易被发现,尤其是在夜间和节假日期间工作人员不在场的状态下,可能会导致严重的后果和损失。核磁共振现有的冷却控制系统自身状态监测电路,对冷却异常状态的报警通常采用显示屏和报警喇叭来告知工作人员,这种方式受人员在场和距离等因素的限制。随着移动通信网络的日益扩大,手机短信业务得到了广泛应用,基于短信收发的增值业务的产生, 使得无线远程监测报警变得方便和可能。成熟短信数据交换技术的出现为远程无线信息系统的构建省略了庞大的网络建设投资和维护费用,给这种需要远程无线信息报警系统的设计带来很大的优势[3,4]。 本文设计一种同手机短信进行绑定的水冷系统在线状态短信监测报警装置,将有效地解决水冷系统异常检测中出现的问题。
1总体结构和原理
本次设计采用Atmel公司的ATmega16[5,6]单片机作为微控制单元(microcontroller unit,MCU),通过ATmega16单片机对核磁共振循环流动冷却水的水位和水流速度及冷却水的进出口温度进行数据采集分析,把处理后的数据同用户设定的数据值作出比较和判断。若某一采集到的数据比对后超出设定值,立即触发短信报警事件,通过短信发送模块,辅助声光报警器完成报警工作。该系统能在极短时间内通知工作人员,让工作人员第一时间获知冷却异常状况,为核磁共振冷却系统的正常运行提供了有力保障,水冷系统结构如图1所示。
2硬件部分
2.1单片机
监测报警装置采用Atmel公司的ATmega16单片机,ATmega16是基于增强的AVR精简指令集计算机(reduced instruction set computer,RISC)结构的低功耗8 bit CMOS微控制器。ATmega16内核具有丰富的指令集,其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间,使得数据吞吐率高达1 MIPS/MHz,所有的寄存器都直接与运算逻辑单元(arithmetic and logic unit,ALU)相连接,使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问2个独立的寄存器[7]。这种结构大大提高了代码效率,并且具有比普通的CISC微控制器最高至10倍的数据吞吐率,因此采用ATmega16单片机有着很强的优势,为短信报警整体嵌入式控制设计提供了灵活而低成本的解决方案。单片机与外部设备的连接如图2所示。
2.2温度传感器
进出水温度传感器选用DS18B20[8,9]。DS18B20采用Dallas公司的单总线数据通信方式专有技术, 将传感器和数字转换器电路集成在一只形如三极管的集成电路内,不需A/D转换即可实现9~12位数字值的读取。DS18B20的温度测量范围为-55~125 ℃, 在-10~85 ℃范围内的精度为0.5 ℃。在电路中进出水温度传感器DS18B20的DQ脚分别接在单片机的PA0和PA1脚,为了提高DQ脚的驱动能力需在电源脚和DQ脚之间接一个4.7 kΩ 的上拉电阻。为了防止DS18B20温度传感器与单片机之间连接的引线干扰问题,采用了北京天成华酿科技有限公司生产的不锈钢管密封的DS18B20温度传感 器,外观如图3所示。
为了支持通信电缆长度在50 m以上,同时满足防水、防腐蚀要求,采用两芯屏蔽线连接,屏蔽层把DS18B20的负电源脚GND和不锈钢管外壳连在一起,中间的两芯线连接DS18B20的信号和电源脚, 抗干扰能力强,具体连接如图4所示。
2.3水流传感器
当流体流过管道时,管道中的涡轮磁性转子受到流体的作用力而旋转,磁性转子中不同磁极的磁钢旋转依次经过霍尔元件时,霍尔传感器切割磁力线,依次产生一系列单片机能识别的脉冲信号。由于霍尔元件的输出脉冲信号频率与磁性转子的转速成正比,转子的转速又与水流量成正比,通过这一流速特性把输出的脉冲信号直接同单片机PA2对接,即能实时监测流体的流速流量状态。本次设计采用佛山市顺德区赛盛尔电子科技有限公司生产的SENHZ21FB(8.1Q-3)水流传感器,该水流传感器的技术参数如下:额定电压/电流DC 5 V,≤10 m A;流量范围1.25~30 L/min;输出电压(额定DC 5 V)高电平4.5 V以上,低电平0.5 V以下;脉冲占空比50%;使用介质为水;使用温度≤60 ℃;耐压性能≤1.75 MPa。 该水流传感器内外牙的螺纹可以同现有水管的接口直接螺纹旋紧相接,非常方便。水流传感器引出线和外观如图5所示。
2.4水位传感器
通过一根连杆中滑动的中空浮子,在液体中产生的浮力的变化而上下移动,浮子位置的不同则反映出不同的信号量,在转换电路的处理下变成模拟信号输出。输出的模拟量为4~20 m A较弱电流信号,经LM324运算放大电路转换调制成1~5 V的电压信号,最后输出的电压信号直接同ATmega16单片机的PA3脚直接连接,单片机的此脚设置为A/D信号采集方式,省去了外围复杂的A/D采集电路。此次设计水位传感器采用南京西巨电子技术有限公司生产的LH系列液位传感器(可以根据要求定制),该产品具有抗干扰能力强、环境耐受性好(耐温-40~85 ℃)、信号输出4 ~20 m ADC/0 ~5 VDC、替换方便等优点,外观如图6所示。
2.5GSM模块TC35i结构
西门子通信芯片TC35i[10]是西门子公司推出的一款成熟稳定的全球移动通信系统(global system for mobile communications,GSM)模块,可以快速、安全、 可靠地实现系统方案中的数据和短消息服务。模块的工作电压为3.3~5.5 V,可以工作在900 MHz和1 800 MHz频段。TC35i模块主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块、闪存、零阻力插座(zero insertion force,ZIF)连接器、天线接口等6个部分组成。GSM0707中定义的AT Command接口,提供了一种移动平台与数据终端设备之间的通用接口。 TC35i模块在短消息收发时,能够通过符合ITU-T RS 232接口电路标准的异步串口和单片机传送或接收信息,数据终端设备可向GSM模块发送各种命令。ATmega16单片机通过RXD和TXD口向TC35i写入不同的AT指令,来完成多种功能的设置,如模块的开启、波特率设置、短消息中心设置、收发短信格式设置等。
TC35i共有40个引脚,通过一个ZIF连接器引出。 这40个引脚可以划分为5类,即电源、数据输入/输出、用户身份识别模块(subscriber identity module, SIM)卡、音频接口和控制。其中1~5、6~10分别接电源和地,第15引脚IGT为系统启动引脚,该引脚直接接到单片机的PD2口,通过单片机控制时间来启动模块(在上电初始,该引脚需要一个持续时间不低于100 ms的低电平,然后拉高,TC35i才能正常启动完成初始化)。第18、19引脚为串行通信口TXD0、 RXD0,分别与At mega 16单片机的第14、15引脚 (RXD、TXD)进行连接通信。24~29引脚为SIM卡。 引脚分别为CCIN、CCRST、CCIO、CCCLK、CCVCC和CCGND。为了适合外部的SIM接口,该接口通过ZIF连接器连接到TC35i的第24~29引脚。30、31、32脚为控制脚,TC35i的第32脚(SYNC引脚)有2种工作模式:一种是指示发射状态时的功率增长情况, 另一种是指示TC35i的工作状态。35~38为语音接口,35、36接扬声器放音,37、38可以直接接驻极体话筒来采集声音(37是话筒正端,38是话筒负端)。
2.6液晶显示模块
HA12864K-ZK5液晶模块是由成都宏安电子有限公司生产的一款汉字图形点阵液晶显示模块,采用台湾矽创电子公司生产的7 ST7920中文图形控制器,能够显示128像素×64像素的图形或者4行16点阵×16点阵的中文字符,内置8 192个中文汉字。外围用少量阻、容元件即可,结构件等装配在PCB板上完成。整体模块结构紧凑、轻巧、装配容易。单5 V电源供电,具有低功耗、长寿命、高可靠性的特点。本次设计考虑到节约单片机的引脚资源,故采用同步串行方式连接(如图7所示)。
2.7电源电路设计
电源为直流稳压电源,将电网中220 V的交流电压转换为5 V的直流电压提供给工作电路。整个电路由5个部分电路组成:(1)降压电路:通过变压器的隔离转换把AC220 V转换成AC10 V;(2)整流电路:利用4个二极管组成的一个桥式整流电路,将50 Hz的正弦交流电转化成脉动的直流电,整流后的电压约为12.5 V;(3)滤波电路:将整流电路输出电压中的交流成分大部分通过C1加以滤除,从而得到比较平滑的直流电压;(4)储电电路:将多余的电通过充电电池进行储能,当突然断电时,可由充电电池提供约1 d的电量;(5)稳压电路:芯片LM2940稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定,不随交流电网电压波动和负载电阻的变化而变化。由于TC35i模块的突发耗电电流峰值可达3 A,选择电源稳压模块时必须选择足以满足该峰值电流条件的芯片。在模块中,采用开关电源芯片LM2940完成5 V的稳压作用,以提高储能和瞬间耗电要求。电源电路如图8所示。
2.8声光报警
声光报警电路通过单片机PB0脚输出高或低电压来对NPN三极管的基极进行导通和关闭,以此来触发声光报警,让在场工作人员通过声光报警也能获知核磁共振水冷系统异常状况信息。
2.9其他电路
系统还包括单片机的复位和晶振电路、键盘电路、单片机外扩电路、TC35i信号指示灯和单片机控制的系统状态指示灯电路等,因不是此次设计重点, 所以在此不再赘述。
3软件部分
在使用装置前需准备好一张已开通的GSM网SIM卡,在加电前把开通好的SIM卡装入SIM卡卡座并上电后,装置即可按程序设计的流程运行。该系统的运行流程如图9所示。
该系统上电后首先对单片机进行初始化,单片机的初始化包括定时器工作方式和定时器初值的装入、波特率的设置、中断方式、串口通信模式和系统变量等参数的初始化。在完成一系列单片机初始化后, 对TC35i进行初始化,首先通过单片机拉低TC35i的IGT脚持续100 ms后再迅速拉高该引脚来控制启动TC35i,启动后的TC35i同单片机在RS232的异步串行端口下通过AT指令建立连接,连接成功时TC35i则向单片机返回一个OK值,说明TC35i工作正常。 运用AT相关组合指令可以对TC35i模块进行相关操作控制,如初始化短信模式、短信中心地址,设置短信收发模式等。
在单片机和TC35i初始化完成后,主程序将检测键盘上是否有用户参数设定信息输入。用户参数设定主要包括对报警值范围的设定、短信接收者逐一对应号码的输入设定、单次异常短信的发送次数等信息的输入设定检测,若不进行任何输入设置则默认初始值,接下来系统则对各个传感器进行数据采集,并对采集的值进行分析判断,最后得出其值是否正常,若正常则继续监测,若不正常则对该值对应的传感器作出异常标定,以做到每个传感器采集的值一一对应。对异常的采集值需立即进行事件触发,触发异常短信发送和声光报警功能,这样工作人员即使不在现场,都能在第一时间获取报警信息,为故障处理提供了有利时机,非常便捷实用。本系统通过短信发送时间间隔的调整,对同一传感器采集的异常值作出了发送周期和次数的设置限制, 防止当采集值超过阈值时,系统不断发送报警信息,不仅增加系统负担而且给用户造成不必要的资费浪费。
在短信的发送形式上,TC35i可以发送中文短信也可以发送英文短信。本系统使用中文短信格式即PDU格式,PDU格式是先将短信的相关信息整合到一个PDU数据包里,该包的开头是短信中心号码, 其后是目标手机号码,该号码是将实际电话号码相邻的奇数位与偶数位对调最后加F得到。如原手机号码为12345678901,按上述方法得到2143658709F1。 然后是该号码的长度(采用16进制表示法)、中国国家接入码86(86代表中国)、译码方式、编码方式, 再往后是短信在信息中心保留时间,最后分别是短信内容长度和短信报警内容。经过此规律有序的格式排序最后组合成完整的预发送短信。这一系列的过程都是由单片机和GSM模块配合完成的。
4测试结果
系统上电自检后,设定报警参数值,循环进水温度为(10±1)℃,出水温度为(15±1)℃,水流速度为2.4m3/h, 水位设定为低水位,接收手机设定为137705960XX, 设定确认后,该系统开始采集各个传感器的数据值。 首先,关闭循环水冷却机组的压缩机,让压缩机处于停转状态。当显示屏显示进水温度达到10 ℃时,声光报警器立即报警,约45 s设定的手机接收到短信报警提示“报警:核磁共振进水温度达到10 ℃,请立即检查进水温度”。接下来对出水温度进行测试,当显示屏显示出水温度为15 ℃时,声光报警和短信报警同时被触发,设定的接收手机短信显示出异常报警短信,进出水温度报警测试通过。对水流传感器进行模拟测试时,为模拟水流异常,把冷水循环泵临时关闭5 s,声光报警立即响应,约45 s手机接收到报警短信“报警:核磁共振进水流速度低于2.4 m3/h,请立即检查水流泵”。最后对水位传感器进行模拟测试,人为将水位传感器的中空浮子降到底部,声光报警和短信报警立即触发,约45 s短信提示“水位过低,请立即检查水位”。通过对这几项基本功能测试, 结果全部符合设计的基本要求。
5结论
共振系统 篇9
1 材料和方法
1.1 临床资料
2008-10—2009-10，选取行磁共振检查的中晚孕妊娠孕妇35例。孕妇年龄33～41岁，平均年龄37.6岁，胎龄25～38周。此35例孕妇均为临床或超声怀疑胎儿神经系统疾病，行磁共振检查并确诊。2例胎儿在扫描时活动频繁，显示不清;2例被排除神经系统疾病;31例可清晰显示神经系统疾病。蛛网膜囊肿6例，脑室扩大并胼胝体发育不良3例，小脑发育不良并后颅窝畸形4例，无脑畸形1例，枕大池7例，脑积水10例。
1.2 检查方法
妊娠中晚期行超声检查或临床怀疑神经系统疾病后，行磁共振扫描。采用GE1.5T超导磁共振机，腹部8通道相控阵表面线圈(8 CH body array)。使用呼吸门控技术有时可有效减少伪影，但胎儿躁动不可避免。对胎儿颅脑行斜三平面扫描。因胎儿在母体中位置不固定，所以扫描角度不固定，以显示颅脑轴冠矢状位的最佳扫描角度为宜。T2WI在保证扫描质量的情况下，尽量减少扫描时间。均使用脂肪抑制技术。
1.3 图像分析
由2位经验丰富的MR副主任技师和2位主任医师对图像的质量评分，分级评价参照Yamshita[1]的方法分为3个评分标准：(1)神经系统大体结构显示不清，伪影多，影响诊断结果，记作0分;(2)神经系统大体结构显示清晰，但灰白质不可区分，伪影少，对诊断结果影响小，记作1分;(3)神经系统大体结构显示清晰，但灰白质可区分，伪影无，对诊断结果影响无，记作2分。
信噪比(SNR)和对比噪声比(CNR)多次测量取平均值。SNR=S胎儿基底节区信号强度-N相位编码方向上的背景噪声。CNR=S胎儿基底节区信号强度-C孕妇第4腰椎的信号强度-N相位编码方向上的背景噪声。感兴趣区大小基本恒定。将获得数据用SPSS10.0统计软件行t检验。
2 结果
T2WI与FIESTA序列比较，两序列在胎儿中枢神经系统疾病中的显示情况各有利弊。对于图像灰白质信号强度的对比度，T2WI略高于FIESTA序列。在对于显示病变或解剖细节方面，T2WI仍然是磁共振序列中的金标准，客观及非客观伪影T2WI多于FIESTA序列。T2WI的孕妇呼吸伪影可因呼吸门控得到很好的改善，但胎儿运动伪影很难避免，FIESTA序列在伪影的避免方面很有优势。对于信噪比和对比噪声比，FIESTA序列稍高于T2WI。配对t检验，t=10.432,P<0.001,FIESTA序列和T2WI信噪比差异具有显著性意义(见图1～3)。35例图像的分级评分结果总分平均值，FIESTA序列为1.55,T2WI为1.47。2例因胎儿在腹中活动频繁，或孕妇因紧张，扫描与呼吸活动不匹配，记作0分，其余33例患者评分标准严格按照Yamshita方法。
3 讨论
随着影像技术的日新月异，可用不同影像方法显示胎儿在母体内的情况。超声波孕期检查被公认为是对胎儿无害的，但对中枢神经系统的显示差。因超声波的空间分辨率和组织密度分辨率相对较低，正如所有生物中枢神经系统的显示一样，胎儿这一生命孕育的启蒙，也毫不例外地由磁共振检查作为中枢神经系统的重要检查手段，所以磁共振是超声检查很好的补充。但何时是最好的检查时机，要根据胎儿的发育情况。目前，被公认行磁共振检查无害的时机是妊娠16周后，但此结果还需临床及动物实验的进一步观察。妊娠16～20周时胎儿重要器官和系统的发育大体已完成，大脑轮廓光滑，无脑回，仅有一些浅而宽的外侧裂;在27～29周部分区域形成;脑沟从30周开始形成，整个大脑皮层的脑沟均出现。大脑从外向内依次为皮层、白质和生发层，大脑皮层变化尤为显著，脑白质信号逐渐降低。了解这些对胎儿发育疾病的诊断大有帮助，这样就不会把胎儿正常的神经系统发育变化误认为是病变。1983年，Smith等首次报导了胎儿磁共振成像检查。随着MR可技术的发展，最近国外已对胎儿各系统MR进行研究。MR为产前干预和产后及时处理提供可靠的影像学依据。但由于MRI检查费用高，设备还未完全普及，图像质量有时仍受胎儿运动和胎心搏动的干扰，因此它还不可能成为胎儿疾病首选的影像学评价方法，建议超声筛查后再行MR检查。现在应用于人体磁共振机的场强有很多种，场强太低，图像分辨率差;场强太高，对人体的危害性还不能确定，所以现在临床推荐应用于胎儿磁共振检查的场强为1.5 T。
MR扫描视野大，软组织对比好，组织分辨率高，不受母体体型、羊水量、胎儿位置及胎儿骨骼等的影响[1]。因此也可使用较小的视野，可清晰显示胎儿结构，获得较高的组织对比度，是目前显示脑部解剖及病变的最佳序列。孕妇仰卧位，在孕晚期，尤其是羊水多或多胎妊娠时可采取左侧卧位，这样可避免压迫下腔静脉，并可使胎儿离线圈更近[2,3]。胎儿中枢神经系统常见的疾病有神经管畸形、脑积水和脑室扩大、胼胝体发育不全、后颅窝畸形等。对于脑和脑膜彭出，MRI是评价脑实质的最佳手段。脑室扩大时胎儿可合并皮质发育迟缓，确定是否合并皮质发育迟缓，其预后是不同的，因此对于超声发现有脑室扩张和脑积水的胎儿，是有必要再行MRI检查的。其他神经系统疾病也有类似情况，更加说明神经系统疾病MRI必不可少。要想图像，更清晰，诊断更明确，优化选择扫描序列就显得尤为重要。有研究表明，为减少母体或胎儿的运动可使用少量镇静剂，但不推荐在孕期行增强MR检查，因为钆可通过胎盘，使胎儿暴露于钆离子的危险，产生宫内副反应。MRI的安全性很重要，对胎儿来说更重要。与MR机有关的3部分为：(1)静止固定磁场的生物学作用影响植入物及设备功能;(2)射频脉冲使组织温度升高;(3)时时变化的梯度磁场产生周围神经刺激症状和噪声，至今未发现短时间暴露于磁场对胎儿发育有害。
应用于检查胎儿的MR序列应是短时间解决大问题为最佳，不应如常规MR检查一样长时间的扫全很多能显示病变的相关序列，所以选择最优化的扫描序列很重要。T2WI是磁共振显示病变的标准序列，优点是病变性质显示清晰，缺点是时间长自主和非自主伪影明显。FIESTA(fast imaging employing steady-state acquisition)为真正稳态自由进动成像，是梯度回波序列家族中的一个特殊序列。相当于西门子公司的True FIST、飞利浦公司的Balance FFE。它既不是T1也不是T2，取决于组织间的T2*/T1。该序列在相位编码方向上施加重聚相位梯度，使此方向的质子在一个序列周期结束时保持相位相干，其他方向的像移未作处理，使流动的影响加大。该序列三亮：血亮、水亮、脂肪亮。病变不如T2像显示那样明显，但也可做脂肪抑制扫描，临床上也是利用FIESTA这个特征来成像。综上所述，为快捷准确显示胎儿中枢神经系统疾病，应根据胎儿情况选择磁共振的T2WI和FIESTA序列。
参考文献
[1]Lee J B,BSc Radha S C,FRCSC,et al.Fetal Lung-to-liver Signal Intensity Ratio at MR Imaging:Development of a Normal Scale and Possible Role in Predicting Pulmonary Hypoplasia in Utero[J].Radi-ology,2005,235(3):1005-1010.
[2]Williams G,Coakley FV,Qayyum A,et al.Fetal Relative Lung Vol-ume:Quantification by Using Prenatal MR Imaging Lung Volumetry[J].Radiology,2004,233(2):457-462.
共振系统 篇10
目前,MRI系统主要以固定的方式安装在医院符合特殊要求的建筑物中,因此医院在采购磁共振设备时,除了高昂的购机费用外,还须考虑场地和基建等因素。
在欧美国家,作为固定式磁共振设备的补充,移动式磁共振设备在市场上已占有一定份额。在美国,移动式磁共振设备每年的销售都在一百套以上,大多为一些专业医学影像机构所拥有,用于为小型医疗机构提供流动影像服务。但在亚洲,移动式磁共振设备的应用仍为空白。
基于西门子ESSENZA 1.5 T超导磁共振系统的移动式磁共振系统,是针对美国市场而研制的。ESSENZA 1.5T移动式MRI第一台是在中国开发和生产并销往全球市场的超导磁共振系统。它除优异的图像质量外,其超短磁体设计,独有的集成式冷却系统/电子机柜系统,紧凑的一体化安装病床,固定式脊椎阵列线圈,简洁高效的工作流以及极具竞争力的性价比,都为其开发建立了良好的基础。
2 原理及实施方案
移动式磁共振系统通常都是基于原型号磁共振标准系统来开发的,以实现在车载环境下原型号磁共振标准系统相同的功能都可实现,其前提是磁体及其部件设计已满足持续运输状态这一环境要求。
除按特殊要求设计的拖车外,为实现磁共振系统的车载,还必需开发一套额外部件,以及移动式磁共振系统所必须的特殊软件及应用续列。以实现磁共振系统在拖车中的就位,安装和固定、使用及运输状态下的状态监控,从而保证其安全有效地工作和运输。
2.1 移动式ESSENZA 1.5T超导磁共振系统介绍
磁体单元含磁体及其监控单元、梯度线圈、射频发射线圈、外壳和病床。
电子机柜系统/冷却系统电子机柜系统含梯度功放、射频功放和控制单元等。电子机柜系统与冷却系统机柜合集成为一体。
磁共振操作单元含主机、显示器、通话系统、病人监视系统和操作台等。
射频接收线圈适合不同应用的一组射频接收线圈。
2.2 移动式磁共振系统总体布局
类似于固定系统,充分考虑了在拖车有限的空间范围内磁共振系统的可操作性和可维护性,移动式磁共振系统在拖车上也被分布在三个区域:磁共振操作单元设置在操作间;磁体单元设置在扫描间;电子机柜系统/冷却系统设置在设备间。图1为移动式磁共振系统总体布局。操作间、扫描间和设备间的内部尺寸如表1所示。
2.3 拖车
拖车是移动式磁共振系统的承载和运输工具,由带有缓冲结构的底盘和车厢构成,还配备了发电机,空调,照明,冷水机和方便待检者就位的升降平台以及自动灭火装置。为保证磁共振系统正常工作,与固定式系统一样,扫描间采用了RF屏蔽,以隔离外部的RF干扰。
为节省时间和费用,移动式磁共振系统是带磁场运输的。为保证路边或现场行人安全,拖车壁还必须采取磁屏蔽措施,以严格限制与G(高斯)线在要求的范围内。按照美国要求,从地面到2.44米高的范围5G线不得超出拖车外壁0.2米。
图2为依据车厢磁屏蔽设计进行计算所得到的磁场分布图,由计算云图可见,5G线分布被限制在拖车外壁0.2米范围以内。
磁屏蔽通常采用铁磁性材料,其相对于磁体的微小的位置变化都会导致磁体主磁场均匀性变差而影响成像质量。因此,拖车壁采用了特殊设计,一方面具备足够的刚度以抵抗外部载荷,如风力引起的变形,另一方面采用了隔离结构,以消除外壁因温度变化(如日照)所产生的变形而引起铁磁性材料的位置变化。
2.4 磁体安装设计及附件
为将磁体可靠地固定在拖车的地板上,并考虑到预防长期运动而产生的结构疲劳失效,设计了一套转换支架。套支架一端与磁体联接,另一端通过螺栓与拖车底盘大梁联接。病床系统也设计有特殊支架予以加强支撑。
此外,为满足安全性要求,按照具体的车载结构,还设计了一套专用失超管,其出口设置在拖车后壁。
2.5 多通道主动匀场系统
由于移动式磁共振系统工作在不同的地点,周围环境的变化必然引起磁场均匀性变差而影响成像质量。动匀场因其费时费力,不可能频繁操作。单依靠普通的主动匀场系统,不能维持磁场的均匀性。因此,开发了移动式磁共振系统专用的多通道主动匀场系统。
多通道主动匀场系统主要由多组匀场线圈和一套多通道匀场电源组成。每当移动式磁共振系统到达不同的地点,准备成像之前,该多通道主动匀场系统就会工作,以补尝磁场的变化。
2.6 电子机柜系统/冷却系统
由于采用了集成式冷却系统/电子机柜系统,结构紧凑,节省安装空间。整个合并为一体的电子机柜系统/冷却系统通过专用支架固定在拖车的地板上。由于车载环境的特殊性,冷却系统采用了乙二醇混和液作为冷却循环水,以防冬季管路结冰。
2.7 附加电子机柜设计
为在拖车有限的空间内实现磁共振系统的安装,并保证操作和维护的方便性,除部分外壳须作更改外,一些电子部件的安装位置也作了调整。原固定式MRI系统安装在磁体侧部的病床控制单元、磁体监控单元和RF部件,在移动式MRI系统中统一安装在一新增加的机柜中。该机柜设置在磁体后部,通过专用支架固定在拖车的地板上。
2.8 电缆及其布线
磁共振系统的电缆分为普通信号电缆、射频信号电缆和梯度电缆、在拖车中分别沿各自的线槽分布。由于部分电子部件安装位置的变动,加上车载环境的特殊性,部分电缆的长度也相应作了调整。
2.9 磁体运输状态监控单元
由于移动式磁共振系统会在带磁场的状态下频繁运输,采用了一套振动监视系统记录磁体的运输状态。在磁体上固定了一加速度记录仪,实时记录磁体的振动加速度。该加速度记录仪的输出数据线引至操作间,可方便读取数据。
2.10 系统维护与维修
除了拖车维护和维修不同之外,移动式MRI系统的相关维护和维修基本与固定MRI系统相同,从而满足了可维修性要求。
3 评价
针对不同的气候条件(温度,日照,风力等)和不同的场地所作的实验和测试证明,移动式磁共振系统的各项指标,如安全性(例如5G线分布)、磁场均匀性和稳定性、可操作性和维护性均达到了要求,从而为移动式磁共振系统成像质量奠定了基础。现已使用的移动式磁共振系统外观如图3所示。
通过实际扫描成像,尤其对振动和匀场较为敏感的应用,如波谱、脂肪压制成像和弥散成像等的应用,对移动式磁共振系统和固定固定式磁共振系统进行比较,结论为图象质量无明显差异。
图4为利用移动式磁共振系统完成的髋关节的自旋回波T1加权图像。该成像使用了对磁场均匀性要求较高的脂肪饱和技术。由实际图像可见良好的脂肪抑制效果,反映了移动式磁共振系统能够满足较高的磁场均匀度要求。
图5为利用移动式磁共振系统完成的腹部快速自旋回波图像,使用了对局部磁场均匀性较敏感的谱选择反转恢复技术对脂肪信号进行抑制。皮下脂肪的均匀低信号缘于脂肪饱和技术的充分发挥,这也验证了移动式磁共振系统满足较高的磁场均匀度要求。
4 结论
基于原型号固定式磁共振系统,运用相关技术及人机工程学原理,通过拖车及磁共振系统附件设计及总体布局设计,以车载形式成功地实现了原型固定式磁共振系统的功能,扩展和方便了磁共振系统的使用范围。
参考文献
[1]曾晓庄等译.核磁共振成像物理原理和脉冲序列设计[M].第一版.北京:中国医药科技出版社,2007.
[2]赵喜平.磁共振成像系统的原理及其应用[M].第二版.北京:科学出版社,2004.
[3]薛廷强,等.用于MRI设备的集成式冷却系统[J].中国医疗设备,2009,(8):49-51.
[4]石曦,等.MR的环境要求及电磁屏蔽[J].中国医疗设备,2008,(10):49-52.
频道、渠道创新共振 篇11
今日垄上
2009年1月8日，荆州电视台集纳从前7年开办《垄上行》栏目的经验，报国家广电总局批准，开播全国第一个地市级电视台对农频道——垄上频道。2011年8月18日，国家广电总局特批垄上频道作为湖北广播电视台面向全省的对农频道。
2012年5月，湖北广播电视台与荆州市人民政府合作组建湖北长江垄上传媒（集团）有限公司，这是全国首个以服务“三农”为主题的现代文化传媒企业集团，注册资本5000万元。
长江垄上传媒集团的业务格局分为五大块：垄上频道、湖北垄上行新公社三农服务有限公司、湖北垄上行新农会信息科技有限公司、湖北垄上优选绿色农业发展有限公司，以及正在筹备中的垄上保险公司。
垄上频道以“服务乡亲”为宗旨，开办有《垄上行》《打工服务社》《垄上气象站》《村委会值班室》等一批对农服务栏目。早在2009年，《垄上行》就被湖北省委省政府列入全省舆论传播工程，是全国媒体服务“三农”的一面旗帜。
垄上行新公社率先开启中国新农村产业营销革命的探索，打造了农资连锁服务体系。2013年投资2亿元建设农资直营超市100家。到2015年，新公社拟在湖北全省农村乡镇建设800——1000家农资直营超市。
垄上行新农会全力打造开放式的新型农村信息化应用服务平台，整合各种媒体资源和公共服务资源，形成门槛低、容量大、覆盖面广的对农信息流和服务流。2013年6月，被国家农业部评定为“全国首批农业农村信息化示范基地”。
垄上优选绿色农业发展有限公司致力于绿色农产品品牌推广和营销，探索打通优质产品的上行通道，为城市人群输送绿色、有机、安全的农副产品。
垄上保险公司正在筹划中，李海昌介绍，保险在农村尚是个空白点，筹备中的垄上保险公司做的是保险代理。垄上频道早已在各村里设有情报站站长和农民记者，这部分人对农民朋友们的实际需求十分了解，按照李海昌的计划，把这一部分人充分调动起来，经过专业的保险知识培训，能够针对农民的实际情况售卖保险。“我们的这一举措，有可能开创农村保险事业的蓝海。”对这一探索，垄上传媒很谨慎，在不熟悉的领域扬长避短，广招贤达，引进社会上专业的人才，弥补媒体人的不足。 “成立公司很简单，但做好很难。” 李海昌说，未来，乡镇银行和小额信贷都在规划中。
线上节目红火
垄上频道缘起自荆州电视台的《垄上行》节目，这档节目已有13年的历史，是中国广播电视服务“三农”最优秀的栏目之一。2012年，长江垄上传媒集团成立后，《垄上行》的服务范围辐射至湖北全省。2013年，《垄上行》升级为每天90分钟直播，节目宗旨未变，仍是农民要什么，就做什么，从思想上、情感上、行动上和农民站在一起，随时把专家、技术、服务带到农民身边。
《垄上行》栏目还衍生出大型电视媒体行动《春天垄上行》《金秋垄上行》，目前已经成功举办15届，成为当地农民的盛大节日。
根据制作《垄上行》的经验，以及对三农群体的深入了解，2013年垄上频道新开了三档节目——以“打工路上有困难，服务社里找娘家”为口号的《打工服务社》6月10日开播，致力于打造一个服务农民工群体的超级平台；6月17日开播的《垄上气象站》颠覆中国电视气象节目传统播报方式，为农民送上与农业生产密切相关的气象情报；《村委会值班室》是一档热线直播服务类节目，7月12日开播，妇女主任、村长等虚拟角色在线服务，每天直播时段电话量超1200个。《垄上气象站》《村委会值班室》《打工服务社》，这三档节目从名称一望即知节目内容和服务对象。垄上打造的不是传统节目形态，而是服务平台，所有节目一律针对对农服务展开。
垄上频道今年还做了一件吸引眼球的事：一个地面频道，提出悬赏20万招募“农民工星主播”。这档旨在为《打工服务社》选社长的《农民工星主播》选拔活动是中国农民梦的现实版，全国各地共有3000多名农民工报名参赛，通过海选——晋级赛——总决赛选出农民工代言人。
目前进行中的《垄上牛人》是垄上频道打造的另一档草根类选拔节目。“垄上牛人”大赛今年5月份正式启动，历时7个月，走遍湖北全省近30个乡镇，举办26场海选比赛，吸引上万人参加。
频道、渠道相辅相成
风光的《农民工星主播》其实是为了吸引社会对打工平台的关注。2013年8月7日，垄上频道发布了两個新项目，宣布推出“农民工星主播”的同时宣布上线“打工服务综合信息平台”。
“打工服务综合信息平台”延续了李海昌“两条道”的思路——频道+渠道，由湖北省农民工工作联系会议办公室和湖北广播电视台共同主办。该平台包括《打工服务社》栏目、《打工服务社》专题网页、《打工服务社》APP、965333呼叫中心、打工手机报等多种终端。
频道和渠道相结合的模式是垄上频道一直所坚持的。今年垄上频道的广告收入6500万元，比预定目标多了500万元。这一成绩在地面频道来说并不突出，但垄上的精彩更多在线下：线下产业链今年收入3.5亿元，远超线上广告收入。
李海昌一直强调三个切换——新闻模式到服务模式的切换，广告模式到产业模式的切换，事业单位到市场主体的切换。“作为比较弱势的平台，我们一直在摸索、磨合、纠结。”讲到未来的规划，李海昌的语气非常慎重。
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10月份成立的垄上优选绿色农业发展有限公司，试图发起一场有机农业运动，解决城乡之间消费者和生产者信息不对称的问题。负责运作“垄上优选”的长江垄上传媒集团副总经理何青松期望“垄上优选”能成为一个标准，成为市民心中安全健康农产品的代名词。
农产品销售已经有很多人在做，也有很多形式，武汉市内就有多家公司涉足这个领域，但都处于不盈利的状态。从传统电视涉足农产品销售，垄上另辟了一条路径，打造一个介于电商和电视购物之间的模式。垄上的优势在于常年扎根农村，拥有丰富的上游资源。垄上频道曾有一档节目叫《致富好榜樣》，专门报道农村的各类致富榜样，与众多养殖大户和种植大户结下深厚情谊。在丰富的资源中，把好的产品推出来，经过媒体手段的包装，孵化出品牌。这样的运作思路与如今大热的禇橙相似，用故事和文化包装产品，同时借助新媒体渠道广泛推广，以节目和活动带动产品销售。
价格方面，垄上也相当有优势，一只两斤的人工养殖野鸡，别人的收购价是100多元，垄上却只需60元。有的农户只收一半的定金，更有甚者，出于对垄上品牌的信任交货时不要钱，等到产品在市场上卖出去了再结算。
在何青松的计划中，延续频道+渠道的运营思路，还要做一个垄上优选频道，开发一些关注市民生活，比如做菜、乡村旅游等的节目，吸引市民关注，以此带动线下农产品销售。
新探索
2013年是垄上传媒集团全新出发的元年，在所有媒体把目标都锁定城市的时候，他们把目标锁定并且完全植入到城镇化进程中。
长江垄上传媒集团总经理助理陈接峰直言，由垄上开启的这场电视媒体生存模式的变革将改写中国电视媒体的生存版图，“业界评估垄上传媒的视角会发生变化”。陈接峰是被垄上模式感召过来的，他原本是安徽芜湖广播电视台台长助理，按照传统电视生存模式奋斗了几十年，他越来越觉得只靠广告不行，一条腿走路走不远。而垄上是用两条腿走路，垄上频道只是垄上传媒集团的产业集成平台，频道+渠道的运营模式，成为新的增长点。
陈接峰到垄上后，负责节目。对垄上来说，只有通过节目进一步树立起公信力和扩大影响力，才能更好地带动线下产业。今年新推出的节目细分受众群，做更精准的服务。在李海昌看来，还是细分得不够，留守儿童，空巢老人也是很大的群体，目前还没有专门针对这一群体的节目。另外，现在城市和农村是双向流动，很多生活习惯发生了变化，这些都值得关注，也是垄上未来着眼的方向。
细分市场的目的在于针对老百姓的需求做调整，赢得认同，“情感认同非常重要，信任是其他产业链得以开展的前提，买农产品、买保险，大家第一时间能想到垄上就是成功。”李海昌说。他要求垄上产业的整个设计要与线上节目结合，有所为有所不为。“只有不断探索，才知道哪些能做哪些不能做。”
对垄上来说，追求的已不再是收视率和广告增幅，更重要的在于新的探索。李海昌期望，将来这些探索可以梳理成一本宝典，像模式宝典一样作为产品出售。
共振系统 篇12
关键词：海洋能发电,共振式俘能,液压转换,功率提取,性能实验
0 引言
海洋能是一种可再生能源,不会造成环境污染[1,2]。相对潮汐能和海流能利用技术,波力发电技术尚不成熟,但波浪能分布广泛,资源丰富,具有很好的开发前景[3,4]。
波浪能发电装置在将波浪能转换成电能的过程中需要经历能量采集、提取等过程,可将波浪能发电装置分为两级,即俘能系统与提能系统。俘能系统俘获海洋波浪能并将其转换为机械能,输入提能系统;提能系统将俘能系统输入的机械能进行稳定储存及转换,最后输出稳定电能。现有波浪能发电装置中,根据俘能系统的特性不同可将其分为振荡水柱式、筏式、收缩波道式、点吸收式、鸭式、摆式、鹰式等[5]。
武汉大学经过多年研究,提出了一种新型波浪能发电装置———共振波力发电装置[6]。共振波力发电装置主要有2个特点:①可依据海浪周期调整装置自身固有频率,维持发电装置在高效率区运行;②为避免发电阻尼过大使俘能系统的水平摆摆幅衰减,导致俘能效果变差,可主动控制装置的能量输出,维持水平摆在理想的摆动幅度。故在共振波力发电装置中,俘能系统俘获海洋波浪能的同时还兼负装置固有周期的调节任务,提能系统摄取能量的同时还兼负输出能量的控制任务。
现有波力发电装置中提能系统采用的能量传递方式主要有气动式、机械式和液压式[7]。其中,由于液压传动具有功率密度大、频率响应快、易于控制、低频大扭矩等特性,与具有低频大推力的波浪相适应,加之其蓄能稳压和柔性传输等特点,给波浪能的利用及稳定传递提供了可能[3],已越来越多地在波力发电装置中采用。目前,国内外已有较多的波浪能发电装置采用液压式提能,英国爱丁堡大学教授Payne等提出了一种基于新型液压传动系统方案的波浪能发电装置,此后Orer等人引进蓄能器对浮力摆式波浪能液压传动方案进行改进,改善了系统能量捕获的平稳性[8]。浙江大学流体传动与机电系统国家重点实验室在此基础上设计了一套基于液压传动的双行程全周期做功的摆式波力发电装置[9,10]。中国科学院广州能源研究所研制的10kW鸭式、100kW鸭式和100kW鹰式波能转换装置[11]等也都采用了液压传动的形式摄取能量。文献[12]主要利用液压泵、蓄能器和变量液压马达组成了蓄能发电系统,并进行了仿真和物理实验。液压传动技术已越来越多地在波力发电领域得到成功应用。
考虑到液压传动装置在能量传递、储存、控制等方面的优势以及其在现有波力发电装置中的成功应用,本文基于液压转换的方式研制符合共振波力发电装置特点与要求的提能系统。
1 共振式液压提能系统特点
1.1 共振式波力发电装置基本原理
共振波力发电装置采用独特的密封舱式发电浮体结构,其原理如图1所示。共振波力发电装置主要将海浪的能量转换为浮体的垂荡和纵摇运动,波力发电装置主要由发电浮体和密封舱、水平摆振子、重力平衡器、变刚器及液压提能系统等部分组成[13]。水平摆振子设置于密封舱内,通过支撑铰轴与密封舱连接,并在水平摆振子与密封舱之间串联变刚器[14,15],为摆相对于密封舱转动提供可调节的扭转刚度。密封舱在海浪驱动下发生垂荡和纵摇,从而使水平摆振子与密封舱之间形成相对运动,实现将海浪能转换为机械能,再由能量提取系统将机械能转换为液压能,通过液压能驱动液压马达,带动发电机,实现电力输出。根据海浪的周期,调节变刚器的刚度和控制提取的能量,可改变系统动力特性,实现并维持共振[6]。
共振波力发电装置运行时,需实时预测海浪情况,进而通过变刚器调节装置的动力特性,维持发电装置的自振频率与海浪频率一致,从而保证发电装置始终在高效率区运行。共振波力发电装置工作在涌浪区,该区域波浪周期比较稳定,因此利用该特性可以较好地维持共振。
液压提能系统主要作用是将俘获的波浪能进行稳定的存储转换,最终输出平稳的电能,故在整个波力发电装置中,可将液压提能系统看作阻尼。某一波况下,整个运动过程中能量守恒,即
式中:c(t)为水平摆振子的运动阻尼;ω(t)为水平摆振子的角速度;c(t)ω2(t)为瞬时的输入功率;Pout为输出功率;ΔP(t)为管路内损失的功率,随时间变化而变化,主要由管道沿程损失和阀组的局部损失引起;Eacc(t)为蓄能器存储的能量。
式(1)表明共振波力发电装置的俘能系统与提能系统为一个有机的整体,提能系统可以影响水平摆振子的振幅,即影响俘能效果。
所设计的共振波力发电装置液压提能系统实物装置中同时也集成了变刚器中的二位三通电磁阀,并配置波浪往复运动模拟器便于装置原理试验。该装置可以有2种工作模式:①波况改变,通过调整刚度和控制液压元件而改变输出功率;②波况不变,维持输出功率恒定。本文所设计的提能系统可自适应调整蓄能器储能和压头损失来维持输出功率恒定。
1.2 液压提能系统特点
由于共振式波力发电装置工作在涌浪区,即便波浪能流密度较小,也可通过共振方式实现能量的有效捕获。相比于其他形式的提能系统,其特点在于可进行能量的控制提取,适合在小功率、轻载以及低速工况运行。本文比较了不同类型调速回路性能[16,17],并设计了一套阀控闭环液压提能系统,在实验中可通过对液压元件的自动或手动控制实现稳定控制输出功率以及调整系统阻尼的作用。
本文所设计的提能转换系统与现有的有所不同,其特点在于:①能量的提取完全通过电磁阀组来控制,当波况不变时,可维持输出功率恒定;当波况改变时,可自适应控制电磁阀的开口大小控制输出功率,与经变刚器调整后的刚度匹配以维持共振状态;②采用闭环阀控液压装置,有利于提高系统稳定性和可靠性,并可缩短因波况变化引起的过渡过程。
2 液压提能系统设计
2.1 液压提能系统组成
液压提能系统原理如图2所示。
其工作过程为:提能系统齿条与俘能系统齿轮啮合,接收俘能系统传递的机械能[6],若齿条向下运动,油缸无杆腔排出高压油,压力油经单向阀、三通管、减压阀、比例调速阀进入液压马达,驱动液压马达旋转,最终通过与液压马达刚性连接的发电机将旋转机械能转化为电能。同理,双杆活塞油缸向上运动时,油缸运动方向不会改变三通管、减压阀、比例调速阀、液压马达的液压油流动方向。蓄能器可用来稳定液压系统的压力与流量,输入能量较大时储存能量,并在换向等能量不足的情况下补油。比例调速阀阀口开度由控制器控制,保证在不同波况下实现对能量的自适应提取。安全溢流阀保证液压系统压力不会过高,电磁阀根据实际海浪情况控制油缸(工作方式分为两缸或四缸)的输出流量。补油箱用于补充系统可能存在的泄漏,保证管路中充满液压油。图2中,蓄能器与管路连接三通处,从左至右有3个压力监测传感器P1至P3,可用来监测蓄能器端压力变化情况,其中P1监测工作压力。表1对比并列出了不同类型调速回路的性能,本文根据实际情况综合考虑了工作压力、调速范围、可控性以及效率等因素,采用阀控调速回路。
2.2 关键液压元件选型
根据波浪能资源评估算法可得[18]:
式中:P为波浪能流密度;H1/3为有效波高;T为波浪平均周期。
结合中国南海波高和周期实际情况[19],计算时可取最大波高0.4m,周期4.5s的涌浪区波浪功率作为液压元件选型时的估算依据。
1)单杆活塞液压缸
根据式(2)的计算结果,同时考虑到泵源工作压力以及机械尺寸要求,选择缸径D=40mm,活塞杆直径d=25mm,行程S=85mm的液压缸。
2)比例调速阀
根据式(2)中波浪计算的能量,液压缸功率以及泵源工作压力,选定其流量调控范围为0 至10L/min。采用46号无灰抗磨液压油(HLP46)。
3)蓄能器
蓄能器作为辅助动力源,可根据波义耳定律选择,即
式中:P0为充气压力;P1为最低工作压力;P2为最高工作压力;P0,P1,P2对应的气体容积为V0,V1,V2;n为多变指数;C为常数。
当n=1.4,蓄能器在绝热条件下工作时,其总容积为:
式中:V为蓄能器公称容量且V=2.5L;蓄能器最高承受压力为31.5 MPa;VW为有效工作容积,VW=2.5L×0.675=1.688L且VW=V1-V2。
4)液压马达
实验时为便于启动和制动,且无需输出大扭矩,因此选用排量为8 mL/r的YM8型液压马达。最高工作转速1 000r/min。
5)溢流阀
溢流阀旁路起到安全保护的作用,其压力调节范围为0至20MPa。
3 系统整体性能实验及分析
为研究和验证该装置各项性能,作者开发了基于LabVIEW平台的数据采集系统,实时采集并记录管路压力、流量、液压马达转速、发电功率等参数,通过与可编程逻辑控制器(PLC)的通信在PC机上建立了人机交互界面,控制器通过串口向LabVIEW终端发送数据。对设计完成的液压提能系统进行了一系列实验以验证其是否满足工作要求。
图3为波浪往复运动模拟器工作原理图。图中通过控制比例调速阀改变流量,由液压泵源调节油压,并通过设定三位四通换向阀的换向时间,可模拟出各种不同周期的波浪功率输入,经活塞缸的活塞杆将能量传递至提能系统。图4为活塞杆在不同周期下的运动轨迹(模拟图2中的齿条运动),说明该套波浪往复运动模拟器可以近似模拟周期性波浪运动的能量输入形式。
图4不同压力、流量和周期下的活塞杆位移Fig.4 Piston rod displacements under different pressures,flows and periods
1)稳压补油实验
本实验目的在于验证蓄能器在装置整体运行过程中稳压及补油作用,如图5所示。由图5(a)可以看出,3个测点幅值变化达30%左右。由图5(b)可以看出管道中压力平稳,3个测点最大压力波动在3.7%附近。比较图5两组液压波动性能曲线,容易看出,蓄能器蓄能稳压作用明显。
图5蓄能器开关时管路的压力变化Fig.5 Change of pipe pressure when accumulator turns on and off
实验选用的是皮囊式蓄能器,在外界压力作用下,气囊内氮气压力会增加到与外界压力相平衡,在换向时外界压力骤减,蓄能器作为高压油源补充管路内液压油以保持管路压力稳定。如果蓄能器气囊充气压力过小,则容易起不到及时补充油量及维持压力的作用,充气压力过大则导致蓄能器内部成为一刚体气囊,油液压不进去起不到缓冲管路内压力和流量的作用。根据理论计算与反复实验,采用管路工作压力为蓄能器气囊内充气压力的2.8倍。
2)启停实验
液压提能系统的启停实验主要性能曲线如图6(a)所示,图中展示了管路工作压力、管路流量、液压马达转速及发电机输出功率的变化。
实验中液压提能系统经历了开机、稳定运行、停机3个阶段,分析图6(a)可知:液压系统启动后,流量迅速升高,压力陡升,短时工作压力即上升至4.5 MPa,蓄能器(充气压力4.5 MPa)开始发挥稳压作用,压力平稳上升,9s时管路流量达到最大值,管路的流量、工作压力、转速以及功率在53s附近达到稳定状态。液压装置稳定运行时,工作压力波动为3.7%,最大流量波动为6.8%,发电机输出功率波动为2.7%,已较为稳定。装置停机时,流量迅速降低,当工作压力下降到4.5 MPa时,蓄能器作用于管路的影响切除,工作压力陡降,输出功率亦迅速降低。
3)变开度实验
为研究液压提能系统的能量提取特性,进行了比例调速阀变开度实验,如图6(b)所示:通过可编程逻辑控制器减小了比例调速阀的开度,引起了液压提能系统工作压力、流量、转速以及功率的变化。流量的改变不随开度的减小而立刻降低,管路内的流量平稳下降,由于输入功率并没有改变,因此管路内蓄能器进口压力平稳升高,在15s左右压力与流量达到新的平衡,功率则随着开度的变化而迅速变化至新的平衡状态,在此状态下,多余的能量一部分消耗在了比例调速阀开度变化所引起的局部压力损失上,另一部分提高了液压马达进口液压油的压力,剩余部分则提高了蓄能器的平衡压力,通过实测曲线可以发现输出功率有所降低。当减压阀开启,并当负载压力高于设定压力时,可维持比例调速阀进口压力不变,负载不发生大的波动时,可以准确地控制提取的功率。
4)变负载实验
为分析液压提能系统的动态稳定性,进行了变负载实验,绘出如图6(c)所示的性能曲线。实验中,0至70s为系统启动阶段,稳定后液压马达转速为430r/min,150s调节调速阀开度增加管路流量,将液压马达转速调整至470r/min,稳定后进行连续减增负载实验,随后调节调速阀开口,调整马达转速至400r/min,再次进行连续减负载实验。
系统在不同转速下连续变负载(阻性负载),装置的工作压力与流量均处于稳定状态,这是由于负载的变化较小,比例调速阀内的定差减压阀压差变化不大,进而对比例调速阀前端管路内的压力变化影响不大,流量得以稳定。在整个系统发电过程中,负载主要由蓄电池和较少的系统自耗电构成,通常不会产生大的波动,若负载突然剧烈减小,将导致转速急剧上升,在实验过程中曾发现甩负荷情况下液压马达转速上升非常迅速,在此情况下需要对比例调速阀开度进行节流控制,以降低管路内流量。
5)稳压变功率实验
当捕能系统运动产生的机械能突然增加,负载不变的情况下,减压阀前蓄能器内部的压力会有所上升,将多余的能量一部分储存进了蓄能器内部,另一部分用来抵消由于阀前压力上升而增加的局部压力损失。当减小减压阀开度时,蓄能器内部压力上升较快,储能作用比较明显。当负载压力高于减压阀设定压力时,阀后压力可以维持恒定,这样可用来与比例调速阀进行联合调节,即控制减压阀后管路的压力和流量,从而可以实现对功率的有效提取。从图6(d)的实测曲线可以看出,当减压阀开度减小时,管路流量不随其改变,并有利于降低管路内的流量波动,但功率会有所降低,进一步说明了压力和流量可以成为单独的受控变量,易于实现功率的控制。
综合分析上述实验结果,本液压提能系统原理可行,能将不稳定的机械能转换为较为稳定的电能输出,并可进行输出功率的稳定调节。波浪相对稳定时输出功率稳定,蓄能器稳压补油作用明显。启停平稳且耗时短、系统调节性能优越,具有良好的静态稳定性与动态稳定性。
4 结语