损伤过程检测

损伤过程检测（精选5篇）

损伤过程检测 篇1

变压器在工作时难免会受到各种意外情况的形成的短路电流的损害。如果短路故障发生在离变压器不远的线路上的时候, 将有巨大的不均匀的纵向和横向电动力作用在变压器的线圈绕组上, 可能导致了绕组发生扭曲、鼓包等变形现象和移位。另外, 因为在运输和安装等过程中发生碰撞和挤压等原因, 也有可能损害和移位变压器的线圈绕组。因此, 有效的对变压器是否形变以及形变的情况做一个准确的判断和测定, 是电力测试实验的一项重要工作。

1 变压器绕组线圈变形带来的危害

如果绕组线圈内部的机械结构不牢固, 就会产生凸出, 扭曲等形变, 严重时可能导致突发性损害事件。在严重的短路电流的冲击下, 变压器发生了形变, 就算没有马上产生危害, 也为以后的事故埋下了隐患。虽然有时候绝缘距离没有发生改变, 但是绝缘体材料的绝缘特性已经发生了改变, 有时导致局部的击穿放电, 如果加之雷电产生的电压, 有可能产生栟间击穿放电现象, 导致绝缘体放电事故的发生, 有时候虽然变压器正常运行, 但是由于放电缓慢而长期的作用, 导致绝缘体损伤而产生击穿放电;如果变压器线圈绕组的轴发生了机械损坏, 当再次遇到短路击穿电流时候, 将无法承受而发生机械损害。

因此, 及时的发现存在问题的变压器, 进行变压器绕组线圈的损伤实验, 并进行有计划地检修和吊罩验证, 可以节省大量的财力物力, 防止变压器意外事故的发生。

2 变压器线圈损害的特点

对损害的变压器的事后分析和检测经过大量的总结和实验, 发现变压器绕组线圈变形是导致各种损害的原因。若变压器的绕组已经被损害但是没有被及时的发现而继续运行使用, 那么有可能造成事故的发生, 轻者造成停电, 重的可能使得变压器发生烧毁和融化。造成变压器绕组线圈变形的原因很多, 有些是因为机械特性和工艺强度不够、绕组线圈不够紧密、承受外部机械冲击和短路电流冲击的能力不强等。由此可知变压器绕组线圈变形的客观原因主要是外部机械冲击和短路电流的破坏, 其中最多的是变压器短路电流的冲击如果短路电流过大, 则产生的点动力有可能使得绕组线圈变形甚至崩溃。

3 变压器绕组线圈损害的原因

电力变压器线圈通常是由以绝缘垫块隔开的铜和铝线段所构成的, 这种系统的特性在发生短路时是变化的, 因为绝缘垫块的弹性跟其压紧程度有关, 即与压力有关。理论分析说明, 作用在变压器线圈上的电动力可分为轴向 (纵向) 力及径向 (横向) 力两种。径向力的作用方向取决于线圈相互位置和其电流方向。对双线圈变压器而言, 径向力使得外部线圈拉伸, 而压紧内部线圈。为了加强内部线圈对径向力的刚度, 一般是将线圈绕制在由绝缘筒支撑的撑条上。此时, 该线圈不但要承受压缩应力的作用, 而且同时受到撑条所产生的弯曲应力作用, 出现经常见到的梅花状和鼓包状绕组变相现象。

变压器线圈受到的轴向力可使线段与线匝在竖直方向弯曲, 压缩线段间垫块, 并部分的传递到铁轭, 意图使其离开芯柱。通常, 最大的弯曲力产生在位于线圈端部的线段上, 而最大的压缩力则出现于线圈高度中心的垫块上。

如果变压器在运行过程中遭受突发性短路故障电流冲击时, 每个线圈都将受到强大的径向力与轴向力的共同作用。变压器绕组初始故障的变现形式大多表现为内绕组出现的变形, 尤其是对自耦变压器, 发生鼓包, 扭曲和移位等不可恢复的变形现象, 其发展的典型形式是绝缘被破坏, 随后出现饼间击穿, 匝间短路和主绝缘段放电或完全击穿。

4 变压器绕组损害的检测方法

变压器绕组发生局部机械变形后, 其内部电感、电容等分布参数必然发生相对变化。最初使用的绕组变形诊断方法是集中参数检测法, 它是通过测量绕组的电感即漏抗、短路阻抗等集中电气参数的变化来判断变压器绕组是否发生了变形的。

近年来国内外大量的研究都利用网络分析技术, 通过测量变压器中各个绕组的传递函数H (jω) , 并对测试结果进行纵向和横向 (三相之间) 比较, 可灵敏有效的诊断绕组的扭曲, 鼓包和移位等变形现象。可利用现代网络分析技术, 通过测量传递函数H (jω) 来判断变压器绕组变形的方法, 可以分为低压脉冲法 (简称LVI) 和频率响应法 (简称FRA) 两种。

4.1 脉冲法

其原理是变压器的一端对地加入标准信号, 同时用数字化设备测量绕组两端的对地数字信号强度:VO (t) 和Vi (t) , 并进行相应的计算和处理, 最终得到h (t) 和H (jω) 即变压器绕组的传递函数。

4.2 频率响应分析法

频率响应分析法的方法就是在变压器的两端输入不同频率的波VS, 用数字化的测量设备记录输入的信号的波形函数:Vi (n) 和VO (n) , 对数据进行计算和处理后得到不同频率的传输特性H (n) 。

电力传输系统中的变压器的传输函数主要取决于其内部的电感和电容的分布情况。我们可以选用频率在10KHz~1MHz的的信号进行扫描测量, 选取500以上的线性分布扫描点进行分析和记录将会有较好的效果。

由于频率响应法主要是建立在变压器的绕组线圈对不同的频率信号的反映不同的基础上的, 由此而绘制出变压器的频率响应特征图, 就要求测量测试系统具有极高的精确的和稳定性, 并具有一些专业的专门的诊断功能才行。目前已投入使用的测试系统中, 大都采用进口的高性能硬件来保证线路的可靠性和稳定性, 采用先进的数字技术进行处理, 测试系统本身具备较好的抗干扰能力和较高的精确度。

5 绕组线圈损害的诊断方法

频率响应分析法来诊断变压器绕组线圈变形的主要原理是利用变压器变形的线圈对不同频率的输入信号有不同的响应的基础上的, 若一台变压器在突发性事故短路后测的的频率响应特性结论和事故前的频率响应特性情况一致, 则表明本次故障并没有对电路线圈产生损害。

这是一种检测和判断变压器的新方法, 在国内也已经开展了几年了, 得到了各方面的重视, 但目前仍处于经验积累的阶段, 在实际应用中还存在一些问题。还有由于测试所用接线电缆为专用的电缆, 设计时对其电气参数考虑较充分, 但在实际应用中电缆和其接头牢固程度不足, 导致测试结果重复性不好, 需要反复测试。这些实际应用中发现的不足若能进一步改进, 将能使变压器绕组变形测试技术变得更完美的应用, 使它发挥更大的作用。

摘要：本文阐述了变压器绕组因损伤后产生了形变以后的危害, 产生形变的特点及其原因特点。本文主要是介绍响应频率分析法的判断途径和应该避免的问题。根据频响特性曲线的不同情况可以判断损伤的严重性, 但检测时应该注意细节分析和比较, 否则将判断失误。

关键词：变压器绕组损伤,响应频率,电动力,绕组

线粒体损伤与检测方法研究进展 篇2

关键词:线粒体损伤;mtDNA;凋亡

中图分类号:Q343.3文献标识码:A文章编号:1000-8136(2009)17-0005-02

线粒体在生物的生长、发育、代谢、衰老、疾病、死亡以及生物进化等方面都有非常重要的意义,而在各种致病因素作用下线粒体极易出现各种结构和功能损伤。在细胞凋亡过程中,内源性核酸内切酶、Caspase蛋白酶家族、信号转导系统、凋亡相关基因、氧自由基、Ca2+ 、NO、能量代谢、线粒体都参与了凋亡的发生线粒体与细胞凋亡间存在着密切关系,这在疾病的发展中起着十分重要的影响,因此对线粒体损伤的检测也有非常关键的意义。

1mtDNA损伤及其修复

1.1ROS 对mtDNA 的氧化损伤

人类mtDNA 编码维持细胞电子传递链和ATP生成等生理活动所必需的13 种多肽、22 种转运RNA(tRNA) 和2种核糖体RNA( rRNA)。mtDNA遭受氧化应激,将导致解偶联蛋白2 (UCP - 2) 基因、电位依赖性阴离子通道1(VDAC - 1) 、PRDX3 基因和Raf 基因等基因的受损,使其蛋白表达发生改变。因而,一旦mtDNA 受到不可修复的氧化应激,将导致线粒体呼吸链的中断、膜电位的崩溃和ATP合成障碍,导致细胞凋亡。即ROS 可导致mtDNA 损伤,mtDNA 损伤导致线粒体多肽表达改变,继发电子传递链功能下降,ATP 生成减少,线粒体膜电位下降,ROS 生成增多,细胞色素C 和凋亡诱导因子(AIF) 的释放,最终导致细胞死亡。Gonzalo R 等认为,mtDNA的突变影响了线粒体复合酶Ⅰ的活性,从而经电子漏生成的O2-会显著增多,使线粒体ROS 过量产生,而抗氧化酶的活性没有改变,从而导致线粒体内脂质和mtDNA 的氧化加强。

1.2mtDNA损伤修复

mtDNA 损伤包括DNA 单链断裂、双链断裂、碱基修饰、DNA 链间交联等。修复是指DNA 化学组成和核苷酸序列重新恢复的一种过程。mtDNA 中碱基切除修复最为普遍,并辅以其他方式修复多种损伤。如通过尿嘧啶DNA 糖苷酶、AP 核酸内切酶、DNA 聚合酶和连接酶等完成尿嘧啶和无碱基位点修复;利用甲酰嘧啶DNA 糖苷酶、8 - oxodGDNA 糖苷酶(mtODE) 、腺嘌呤DNA 糖苷酶(ADG) 和h Mutγ(变位酶γ) 等对mtDNA氧化损伤进行修复;还有转换修复、错配和烷化损伤的修复以及重组修复等。如链内交联被认为是通过重组修复机制修复,酵母线粒体光合酶利用光使DNA 中紫外光诱导产生的环苯嘧啶二聚体单体化,大鼠肝脏线粒体O6 -甲基- 鸟嘌呤DNA 甲基转移酶切除mtDNA 中O6 - 甲基- 2′- 脱氧鸟嘌呤,一些试剂如链尿菌素、亚硝基脲用于基因特异分析中证实了mtDNA 烷化损伤的特异性切除,但线粒体缺乏核苷酸切除修复机制。有人已利用一些纯化酶,如UDG、AP 内切酶、DNA 聚合酶和连接酶等构建了mtBER 机制,并用于检测不同DNA 损伤和揭示线粒体修复的生化机制。弄清什么类型DNA 修复蛋白存在于线粒体,如何调节、如何抵达线粒体等已不十分遥远,这无疑对线粒体疾病的基因治疗有重要意义。

2线粒体损伤与细胞凋亡

线粒体在细胞凋亡中的作用包括:释放Caspases激活因子如Cyto-c;丧失电子转移功能并减少能量的产生;线粒体跨膜电位的消失以及与BCL-2蛋白家族促凋亡和抑制凋亡功能相关等方面。实验证明,γ辐射、Ceramide(凋亡信号转导中的重要分子,介于促凋亡信号和凋亡过程之间)、Fas与配体结合等均可导致线粒体在电子转移方面功能的紊乱,从而影响呼吸链,ATP产量下降。这种能量代谢上的障碍主要发生在细胞凋亡的晚期,线粒体在细胞凋亡过程中最重要的一点在于它可释放能够激活Caspases的蛋白。从线粒体释放的Cyto-c与Apaf-1、Procaspase 9结合在一起形成“凋亡体”,其结果是Caspase 9的激活。除Cyto- c之外,线粒体还可释放其他介导细胞凋亡的分子:Procaspase 3和AI(Apoptosis-inducing factor)。AIF在体外可作用于Procaspase 3,并且其本身可能就是一个Caspase。线粒体发生上述改变的机制在于线粒体膜上一种叫PT通道(Permeability transiton pore)的形成。促凋亡信号会使Caspases激活、胞浆Ca2+水平升高、产生Ceramide,诸如此类的改变会直接或间接地引发PT通道。PT通道是由线粒体一些内膜外膜蛋白组成的,定位于内外膜接触点,并可以无选择性地允许≤1.5kD分子通过。这个通道的开放会由于线粒体基质内的高渗透压,使线粒体内外H+梯度消失,呼吸链脱偶连,能量产生中断;还会由于水和溶质的进入使基质肿胀并导致外膜破裂,释放出包括Cyto-c在内的各种活性蛋白。线粒体在细胞凋亡中的重要性还在于它与Bcl-2基因家族之间的关系。实际上,很多Bcl-2家族的蛋白如BCL-2、BAX、BCL-XL等都定位于线粒体膜上。而且实验证实,BCL-2家族蛋白可以影响PT通道开放及其Cyto-c、AIF的释放,还可以改变线粒体外膜的通透性。如BAX一方面可以直接促使线粒体膜内的大小约为12kD的Cyto-c在外膜未被破坏的情况下通过某种通道释放至胞浆;另一方面,又可以激发PT通道的开放。而BCL-2蛋白则起抑制作用。线粒体及Cyto-c在细胞凋亡中的中心地位虽然在不同信号诱导的细胞凋亡中不一定具有普遍意义,但线粒体作为细胞内死亡信号的感受者和放大者在细胞凋亡中的重要性是勿庸置疑的。

3线粒体损伤的病理生理变化

线粒体受损后的病理变化主要是形态的改变、膜电位的改变、对Ca2+ 通透性的改变、膜磷酯减少以及氧化磷酸化解偶联等。脂质过氧化作用可使膜酶受到损伤、膜的通透性增加、膜受体失活、膜的流动性下降, 正常难以透过的物质如Ca2+ 的通透性增加, 而膜对Ca2+通透性的增加可进一步加重氧自由基对线粒体膜的损伤[5]。线粒体膜系统的损伤可导致线粒体氧化磷酸化功能的丧失。线粒体内膜通透性小,内膜上存在一些载体蛋白可以运输一些物质, 质子泵存在于内膜, 可将基质内质子泵入外室, 这样就形成了线粒体内膜跨膜电位。跨膜电位内室为负外室为正, 当线粒体膜因脂质过氧化作用受损后, 线粒体内膜跨膜电位下降, 线粒体在调节细胞内Ca2+浓度上起着至关重要的作用, 它可以通过多种机制吸收和释放Ca2+ , 在细胞内Ca2+超载时线粒体摄取胞浆中的Ca2+。在脂质过氧化时由于线粒体膜受损可导致Ca2+的通透性增加从而导致细胞的死亡 , Ca2+ 通透性的增加还可导致氧化磷酸化的解偶联, 钙诱导的解偶联可被脂质过氧化抑制剂所控制。

4线粒体损伤的检测方法

4.1MPTP,膜磷脂,膜电位检测

对受损线粒体的检测包括对线粒体渗透转换孔(mitochon2dria permeability transition pore , MPTP) 的检测、膜磷脂的检测、及膜电位的检测等等。MPTP 是线粒体渗透转换功能的结构基础, 是环孢菌素A 敏感性通道, 是线粒体内外膜结合处的一种蛋白性通道。MTPT 对细胞内多种离子浓度变化非常敏感, 特别是对在细胞内信号传导系统有重要作用的Ca2+ 的浓度变化敏感, MPTP 的大量开启能引起膜电位的崩解并导致细胞的凋亡。MPTP 的检测方法有活性物质标记法、膜片钳法、分光光度法等, 其中分光光度法较为简单易用。脂质过氧化作用可以导致膜磷脂的减少, 对线粒体膜磷脂的检测对判定线粒体功能具有重要意义, 对差速离心法分离出的线粒体膜磷脂可采用高效液相色谱进行检测,也可用毛细血管电泳联合荧光显微镜技术检测。受损线粒体膜电位的变化可采用膜片钳技术进行检测, 也可采用荧光探针的方法测定。

4.2mtDNA损伤检测

(1)DNA 测序是检测mtDNA 序列多态性最常用的方法之一,该方法具有准确度高、结果稳定等特点。直接测序被认为是检测单核苷酸多态性和突变的金标准,但是其敏感性有限,异质性> 20%时,直接测序才可以检出。

(2)序列特异性寡核苷酸探针分析通过对基因特异性的寡核苷酸探针与基因的杂交的情况可以判定基因是否突变。序列特异性寡核苷酸探针分析技术有操作简单、灵敏性高、特异性好等优点,但目前所用基因座较少,系统的个人识别能力有限是其局限性。

(3)限制性酶切片段长度多态性分析是先将靶基因相关片段用PCR扩增,然后限制性内切酶能够特异性地识别特定的碱基序列对扩增产物片段进行酶切,通过电泳可将酶切片段分离检测。

(4)单链构象多态性DNA 分子在凝胶电泳中的泳动速率除取决于其相对分子质量的大小外,还受到空间构型的影响。当单链DNA分子中存在由于各种突变导致其核苷酸序列的微小变化时,这些变化会影响DNA分子的构象,从而使其在凝胶电泳中的泳动速率发生改变。因此,从泳动率的改变可以检测到基因突变。该技术具有简单、快速、敏感性高、需要样本量少、适合大量样本筛选等优点。

(5)变性梯度凝胶电泳是一项根据DNA 解链特性分离鉴定DNA 片段的技术。变性梯度凝胶电泳需要制备新鲜的梯度胶,检出率也较低,且只能确定突变的存在,不能进行突变位置和性质的定量分析。但变性梯度凝胶电泳无需知道待测片段的DNA序列,无需制备测试引物。

(6)变性高效液相色谱技术是一种新的高通量筛选DNA序列变异的技术,其利用离子对反向高效液相色谱原理,通过一个DNA分离柱进行核苷酸片段的分离和分析。该方法具有自动化、快速、检出率高、检测DNA片段大小范围广等优点。然而,DHPLC也存在一些缺点: ①不能检测纯合突变; ②只能提示突变的存在,无法确定具体的错配类型及位置; ③许多片段有多个主要解链温度,需要筛查的温度点较多,增加了工作量。

(7)实时荧光定量PCR技术是指在PCR 反应体系中加入荧光基团,利用荧光信号累积实时监测整个PCR 进程,最后通过标准曲线对未知模板进行定量分析的方法。此法可快速定量检测异质性mtDNA,比多态性分析检测低频率突变体更为精确。

(8)其他基质辅助激光解离吸附飞行时间质谱、基因芯片等检测碱基变异的方法也都可以用于mtDNA异质性的检测。

5结束语

综上所述, 线粒体是细胞能量的主要来源, 对维护细胞正常生理功能起着重要作用。线粒体与氧自由基的产生、细胞死亡进程的调控有关。许多毒物可以通过脂质过氧化作用对线粒体膜、膜蛋白及线粒体DNA 造成损伤, 线粒体损伤和功能障碍与许多疾病的发生有密切关系。这种损伤往往发生在对能量要求较高的处于有丝分裂的组织如心肌、大脑等。因此对线粒体结构功能损伤的检测, 特别是从亚细胞和分子水平研究线粒体损伤的结构功能变化, 对阐明与线粒体受损有关的细胞功能障碍及疾病的发病机制有着重要的意义。

The Research of Mitochondrial Injury and Detection

Zuo Qianfei,Zhang Haixian,Lu Pengfei

Abstract:Mitochondria are cell activities of the "energy factories", in a variety of pathogenic factors appear vulnerable to a variety of mitochondrial structure and function of injury, which in the development of the disease plays an important role. This article on the structure and function of mitochondrial damage and its detection methods are reviewed.

桥梁悬索损伤检测系统研究 篇3

随着我国社会经济建设的迅速发展,大跨度悬索桥越来越多。当悬索桥建成后,由于大桥长期暴露在空气中,悬索内部钢丝束也因空气中的水分和其他酸性物质而受到腐蚀,甚至出现断丝等现象,从而危及到桥梁的安全[1]。目前,大多数对悬索桥的检测和维护还不完善,检测的手段仍主要使用人工完成。为此,采用有效的方法和手段对悬索桥进行检测和评估是至关重要的。本文根据参与的横向合作项目“桥梁斜拉索检测机器人的开发与应用”的研究,利用检测机器人中的磁敏传感器检测并获取信号,采用特征信息采集和分析技术,实现完全自动化的检测工作。

本文设计的检测系统,除了必要的磁性传感器和A/D转换模块外,其它的工作模块,包括检测数据分析处理、实时地不间断检测、特征信息分析、检测视图化和检测结果报告等工作,都是由计算机软件完成,节省了成本,方便了操作过程。

1 检测系统设计方案

检测过程如图1所示。

检测系统包括三个模块和一个软件:传感器模块、A/D转换器模块、数据传输模块以及PC机中的检测数据处理软件。

检测原理如下:当磁性传感器在桥梁悬索上移动时,检测器中的高磁能磁铁快速把悬索内部的纲丝束深度磁化至饱和状态,钢丝束的损伤或断丝所引发的漏磁场,由磁敏传感器检测并获取信号。输出所获取的检测信号,经放大滤波、误差补偿等预处理后,得到计算机所能接受的信噪比,传到A/D转换器,并将模拟信号转换成数字信号,再通过RS232串口向PC传输数据;最后采用检测数据处理软件分析数据,进行视图化显示,获取检测结果报告。

2 信号采集与处理

2.1 传感器模块

本文采用目前世界上应用最为成功的无损检测方法的原理进行检测。首先通过永久磁铁把钢丝束磁化到饱和,如果钢丝束有损伤或断丝,会产生向外泄露的漏磁场。通过环状聚磁器将空间分布的强弱漏磁信号聚集,引导到多个检测霍尔元件组成的检测电路中[2]。在检测系统中选择了霍尔HMC1022磁阻传感器,在弱磁场下灵敏度最低0.1mT,高出实验灵敏度最低1mT,因此可以被用来测试电缆。霍尔HMC1022磁阻传感器能接受磁能量微小变化的信号,通过检测霍尔元件电压变化,可间接测得霍尔元件发出的信号,霍尔元件的输出电势可表示为[3]:

VH=KHIB (1)

其中, KH为霍尔元件的灵敏度系数,取决于霍尔元件的材料及其厚度; I为霍尔元件的驱动电流; B为沿霍尔元件表面法向的漏磁感应强度。

霍尔HMC1022磁阻传感器检测到的磁电信号通过放大器AD623放大,预处理后传输到A/D转换器。

2.2 中值平滑滤波处理

在经过磁敏传感器检测取得信号后,由于信号中有各种外界干扰和噪声,要进行预处理。在检测系统中,对信号进行了中值平滑处理,以此来剔除信号中可能出现的短促干扰信号和信号中无意义的野点信号。

假设Median为中值函数; x(m)为采样信号结果; u(m)平滑器的输出为:

y′(m)=Median[x(m-1),x(m),x(m+1)] (2)

$u(m)=\frac{1}{3}{\displaystyle \sum _{m=-1}^1{y}^{\prime }}(m)$ (3)

中值平滑滤波处理几乎完成去掉了脉冲噪声,它克服了单一使用中值滤波处理的降噪效果一般和平滑滤波处理对边缘细节处理不佳的问题。中值平滑滤波处理算法简单,速度也很快。图2和图3分别是处理前后的波形图。

3 特征信息的选取

经过预处理后的漏磁检测信号可以用来对是否有损伤进行评判[4]。由于钢丝束结构的复杂性,导致检测信号的强弱也极其多样和复杂。但其中具有特征性质的主要信息是信号的峰值、波宽以及波形面积等,如图4所示。

钢丝束如果出现损伤,在其局部都存在一个信号峰值,而断丝信息的峰值通常要高于一般损伤的信号峰值。信号的峰值为:

p=max[y(m)]

信号的峰值反映出了信号的幅度,如果要进一步描述信号的状态和纲丝束受损程度,除了考虑信号幅度方面的因素以外,还需要考虑空间分布的情况。最简单的空间公布参数是波宽,使用波宽指标来衡量钢丝束损伤程度是非常有效的。假设定义一个阈值电压Vy,波宽W的阈值波宽为:

式中,n为一个波动中的采样点数,Vy为阈值电压。

波形面积是指一个阈值波宽的信号峰值之和,它与波动信号的均值相关,如图4所示的阴影部分。它是一个既考虑幅度信号,又考虑宽度信号两方面的综合因素,是一个评判纲丝束损伤程度的重要特征信息。波形面积S为:

4 检测系统设计与实时显示

检测系统的设计选用了C++ Builder 6,它是一款快速应用程序开发(RAD)工具,其编程语言是C++。它是一款面向对象的结构化语言,编程效率高,执行速度快,是目前最先进的组件技术和面向对象的高级语言之一。另外,C++ Builder 6开发了一种成熟的数据库链接技术,即BDE数据库引擎,这使得C++ Builder 6具有强大的数据库处理功能,使程序员可以非常容易地开发出功能强大的数据库应用程序。在检测系统中,有两个主要功能部件:特征数据库和实时显示。

4.1 特征数据库

由于斜拉桥是最近几十年才兴起的新型桥,对悬索要求还没有较完善的标准,对不同桥梁所使用的悬索纲丝束和外套都有所不同。为了提高系统的适用性,根据不同的纲丝束与外套材料分别建立特征库数据。选用Access作为特征数据库,其主要属性有峰值、阈值、波宽以及波形面积等。特征数据库如图5所示。

针对某一种特定的纲丝束和外套材料,可以通过实验获取一组特征数据值,编入数据库,指定一个特定编号。在检测时,选择针对性的特征数据作为计算参数,可以大大提高检测的准确性。

4.2 实时显示与算法

采用C++ Builder 6设计的系统实时显示界面如图6所示。

由于悬索钢丝束检测信号为局部区域的异常信号,并叠加出现于噪声背景上。为了能够对悬索纲丝束损伤进行检测,首先应从检测信号中将局部区域的异常信号分离出来。为了检测信号的方法简单实用,系统采用了峰值差超限法,此方法是利用局部异常信号的峰谷差值的特征来提取异常检测信号[5]。在检测信号中,波形是一个完整的局部峰值波形,这个峰值是由纲丝束损伤或断丝的漏磁场产生的,它比邻近的信号波形大很多,很容易用峰值差来提取。峰值差超限法的算法如下:

在指定的边界内,设起始位置为X0, 阈值为threshold,经过阈值滤波处理后的离散信号序列为a[n]。

① 令i=0, low=a[0],wlow=X0,high=a[0],whigh=X0;

② 如果low>a[i],则令{low=a[i];wlow=X0+i;},在[0,n-1]区域继续搜索波峰最小值,最后波峰最小值记录为low,并记录该位置wlow;

③ 如果high<a[i],则令{high=a[i];whigh=X0+i},在[0,n-1]区域继续搜索波峰最大值,最后波峰最大值记录为high,并记录该位置whigh;

④ 计算:h=high-low,如果h>threshold,则证明存在纲丝束有损伤,其位置中心在whigh。

根据选择的特征数据等参数计算出纲丝束损伤的程度。

使用Φ130 mm电缆进行了实验,实验机器人的传感器沿着测试的电缆以0.01 m/s的速度推进,在电缆中预设位置的损伤被检测出来,证明峰值差超限法的算法是可行的。

5 结束语

本文针对桥梁悬索检测问题,设计了一个检测系统。整个检测系统有三个模块和一个软件,软件可分为三个主要部分:纲丝束损伤的信号采集、信号处理以及实时显示。系统针对不同的桥梁悬索提取峰值、波宽以有波形面积等特征信息,建立特征数据库,使得计算纲丝束受损程度更准确。实验结果表明,检测系统的峰值差超限法对于正确检测到桥梁悬索纲丝束的损伤是有效的,并通过特征数据库中特征数据能准确计算出纲丝束的损伤程度。

参考文献

[1]柳进,杨成,罗强,等.基于模糊控制的输油管道中检测机器人的避障研究[J].石油工业计算机应用,2010,8(1):43-45.

[2]张小全,刘云翔,肖立中.钢丝绳在线不间断检测报警系统研究[J].计算机测量与控制,2009,17(12):2413-2416.

[3]李辉景.大容量存储测试系统设计与研究[D].太原:中北大学,2008.

[4]朱玉堂,田志勇,戴平.钢丝绳断丝损伤定量检测技术[J].机电工程,2008,38(8):44-46.

损伤过程检测 篇4

关键词：彗星实验（单细胞凝胶电泳）；DNA损伤；HepG2细胞；电泳图像质量

中图分类号： Q291；X503.22文献标志码： A文章编号：1002-1302（2014）06-0041-02

收稿日期：2013-10-04

基金项目：国家自然科学基金（编号：31100379）；江苏省高校自然科学基金（编号：11KJB610001）；中国博士后科学基金（编号：20100470062）；江苏省博士后基金（编号：1001024C）。

作者简介：王楠（1984—），男，山西大同人，硕士，从事环境毒理学研究。E-mail：nan.wuhan.2006@163.com

通信作者：杜道林，博士，教授，从事生态学研究。E-mail：ddl@ujs.edu.cn。DNA存储着生物体赖以生存繁衍的遗传信息，细胞DNA损伤是细胞生物学领域的研究热点之一。当细胞受到损伤时，其DNA双链会发生断裂，断裂过程中会发生特异性级联生化反应，依赖Ca2+、Mg2+的核酸内切酶被激活，优先作用于连接DNA的核小体间区域，将DNA链切割成180～200 bp或其倍数的片段，在彗星电泳中发生断裂的DNA迁移速度与迁移距离均数倍于正常细胞的核DNA，呈现脱离细胞核的“彗星”状，据此可将DNA受损细胞与正常细胞区分开[1]。彗星试验（comet assay）也被称作单细胞凝胶电泳（SCGE），是1种在单细胞水平上检测真核细胞DNA损伤的方法。通过测定细胞电泳时彗星出现率、彗尾DNA含量百分比、彗尾长度等指标，即可对细胞药物引起细胞DNA损伤进行全面评价[2]。1993年，Olive等首次将彗星试验应用于细胞凋亡检测[3]。真核细胞的DNA分子量较大，DNA呈负超螺旋结构附着在核基质中，采用琼脂糖凝胶将细胞包埋在细胞裂解液下，细胞膜、核膜等被破坏，细胞内的RNA、蛋白质等其他成分进入凝胶，继而扩散到裂解液中，核DNA仍然保持缠绕状，附着在剩余的核骨架上，并留在原位。在强碱（pH值为13）电泳液中电泳时，若细胞未受到损伤，核DNA分子量大且未发生断裂，仍停留在核基质中，经荧光染料染色后，核在原位形成1个明亮的头部，无拖尾现象；若细胞受损，会出现DNA单链或双链断裂，强碱环境下DNA解旋为单链，DNA断裂片段进入凝胶中，在电场力作用下，断裂的DNA片段因携带负电荷脱离核DNA向阳极移动，DNA碎片形成彗星状尾部，即可形成彗星图像。彗星电泳检测技术具有所需样品量少、适用于任何真核细胞、灵敏度高、细胞不需处于有丝分裂期、无需放射性标记等优点，已被广泛应用于真核细胞DNA损伤及修复、药物筛选、肿瘤发病机制与治疗等研究。目前，用于彗星电泳检测分析的样品制备过程主要包括样品凝胶制备、细胞裂解、解旋与电泳、中和洗涤、荧光染色、采用彗星凝胶电泳摄像系统拍摄荧光照片等步骤。通常，荧光染色步骤中所使用的荧光染料为溴化乙锭（ethidium bromide，EB），EB是1种强诱变剂，容易挥发，对操作人员的健康造成威胁。使用后的染色玻片直接扔进垃圾箱可能会对周围环境造成潜在危害。此外，目前用于彗星电泳分析所制备的凝胶玻片通常要铺3层凝胶，且在后续裂解、电泳及漂洗过程中，凝胶极易脱离载玻片，造成制胶失败，影响彗星电泳技术的推广与应用。咪唑类离子液体因具有不挥发、不易燃、导电性强、性质稳定、对许多无机盐及有机物有良好的溶解性等物化性质，使得其在化学合成、催化、电化学、分析化学等领域得到了广泛应用[4]。然而，研究表明，咪唑类离子液体不仅对细菌及真菌的生长具有很强的抑制作用，对人类上皮细胞也具有较强的细胞毒性，且细胞毒性随着离子液体烷基侧链长度的增加而增加[5-8]。本研究采用基于人肝脏肿瘤细胞系HepG2的彗星试验检测了离子液體1-丁基-3-甲基溴代盐（[C8mim]Br）的DNA损伤作用，旨在为评价咪唑类离子液体的遗传毒性提供依据。

1材料与方法

1.1材料

[C8mim]Br（上海成捷化学有限公司），纯度>99%，[C8mim]Br用0.01 mol/L磷酸缓冲溶液（PBS）溶解，贮存液浓度为10 mol/L，4 ℃保存，临用时用10%胎牛血清培养液稀释至所需浓度；DMEM培养基、正常熔点琼脂糖（NMA）、低熔点琼脂糖（LMA）、Gel Red核酸凝胶染料均为美国Gibco公司产品；胎牛血清（杭州四季青生物工程材料有限公司），-20 ℃ 保存，临用时经56 ℃水浴灭活 30 min；胰蛋白酶（美国Amresco公司）；其他试剂均为分析纯。

1.2主要仪器

CO2培养箱（美国Heal Force公司）、TE601-L电子天平、BS124S分析天平（北京赛多利斯仪器系统有限公司）、JM250水平电泳仪（大连捷迈科技发展有限公司）、Ti-E2000型倒置荧光显微镜（Nikon公司）、超净工作台（苏州市新区枫桥净化设备厂）。

1.3方法

1.3.1细胞培养HepG2细胞来源于American Type Culture Collection（ATCC HB-8065），购自江苏大学药学院。细胞贴壁生长于DMEM培养液中，培养液中加入10%胎牛血清、100 U/mL 青霉素、100 μg/mL链霉素，置于37 ℃、5% CO2、饱和湿度的二氧化碳培养箱中培养，每天换液，每隔2～3 d传代。

1.3.2细胞处理取处于对数生长期的细胞，用0.25%胰蛋白酶消化液收获，调节细胞浓度为1×106个/mL，接种于6孔板中，培养24 h至80%融合度，分别加入[C8mim]Br至终浓度为1、2 mmol/L，37 ℃下作用24 h，以0.1 mmol/L H2O2作为阳性对照，作用1 h。以PBS为阴性对照。细胞染毒后，用PBS洗涤2次，800 r/min离心5 min收集细胞，将细胞重悬于1 mL预冷PBS中，用台盼蓝法测定细胞存活率>95%，调整细胞浓度为1×105～5×105个/mL备用。

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1.3.3凝胶制备第1层胶制备：将100 μL 1%正常熔点的琼脂糖滴至磨砂边载玻片上，用另一块玻片均匀推开，盖上盖玻片后迅速置于4 ℃冰箱中固化10 min。第2层胶制备：将 60 μL 待测细胞悬液与0.78%低熔点琼脂糖在42 ℃水浴中按1 ∶2（体积比）混合，滴80 μL上述混合液至第1层胶上，盖上盖玻片置于4 ℃冰箱中固化10 min。得到铺有2层凝胶的玻片。

1.3.4细胞裂解用弯头镊子小心平移走盖玻片，将铺有2层凝胶的玻片浸入装有预冷细胞裂解液（2.5 mol/L NaCl、100 mmol/L Na2EDTA、10 mmol/L pH值为10的Tris缓冲液、1%肌氨酸钠、1% Triton X-100、10% DMSO）的平皿中，4 ℃避光裂解1 h。取出载玻片，用蒸馏水轻轻漂洗2次。

1.3.5DNA解链与电泳将上述细胞裂解后的玻片置于水平电泳槽正极端，缓缓倒入新配制的电泳缓冲液（1 mmol/L Na2EDTA，300 mmol/L NaOH，pH 值为13），约覆盖过玻片胶面0.3 cm左右，避光静置30 min，电泳电压为25 V，电流 300 mA 电泳20 min。

1.3.6中和脱水将电泳后的玻片浸入0.4 mmol/L pH值为7.5 的Tris-HCl中和缓冲液中浸洗3遍，用0.01 mol/L PBS洗净，玻片依次经体积分数为50%、75%、100%的乙醇梯度脱水，每次2 min，室温下晾干。

1.3.7荧光染色在脱水后的玻片上滴20 μL Gel Red核酸凝胶染料，用盖玻片轻轻推开Gel Red染料，使Gel Red在琼脂糖表面均匀铺开，盖上盖玻片，避光染色10 min。

1.3.8 镜检拍照将制得的样品玻片与空白对照玻片置于倒置荧光显微镜下，激发波长为515～560 nm，用100倍物镜观察，每个样本随机选择10～20个细胞拍照摄取图像。每个样品玻片随机选取10个拖尾细胞，采用CASP彗星分析软件测量彗星尾长（tail length）、彗星尾力矩（tail moment）、彗星尾DNA百分含量。

1.3.9数据分析采用Origin7.5软件分析数据。

2结果与分析

，[C8mim]Br与HepG2细胞接触24 h，在荧光显微镜下，经Gel Red 染色的细胞DNA呈橘红色，未发生断裂的DNA只有1个完整的头部，断裂的DNA形成拖尾，HepG2细胞呈现“彗星”样细胞，，随着[C8mim]Br剂量的增加，拖尾现象更加明显，表明细胞DNA损伤程度加重。由表1可知，咪唑类离子液体[C8mim]Br可诱发HepG2细胞DNA原始损伤。

表1不同浓度[C8mim]Br 下HepG2细胞DNA损伤程度

受试物浓度（mmol/L）彗尾DNA含量（%）彗星尾长（μm）彗星尾力矩（μm）PBS 2.2±0.313.1±4.90.4±0.1H2O20.163.0±9.3**145.2±20.0**81.6±11.9**[C8mim]Br1.022.7±3.8**79.0±12.5**25.4±3.9**2.038.2±1.8**105.3±14.8**47.3±3.8**注：同列数据后“**”表示差异极显著。

3结论与讨论

彗星试验是一种灵敏、可靠的检测细胞核DNA损伤的技术，可以检测DNA双链断裂、单链断裂、碱基不稳定位点等多种类型损伤，是评价外来化合物遗传毒性的有效手段。近年来，研究人员采用HepG2细胞彗星试验对消毒剂处理饮用水的有机提取物以及农药等的遗传毒性进行了研究[9-10]。本研究所涉及的凝胶制片步骤只要铺2层胶，与传统的彗星试验样品玻片要铺3层胶的“三明治”铺胶工艺相比，具有可操作性强、不易脱胶、易于推广等优点。同时，采用梯度乙醇对样本进行脱水，可使样本脱水更加彻底，分析彗星电泳图像时，可减弱荧光衰减程度，提高图像质量。此外，与传统荧光染料相比，Gel Red核酸凝胶染料低毒、稳定，对哺乳动物细胞毒性小，且废弃物不会造成环境污染。

参考文献：

[1]Dizdaroglu M，Jaruga P，Birincioglu M，et al. Free radical-induced damage to DNA：mechanisms and measurement[J]. Free Radical Biology and Medicine，2002，32（11）：1102-1115.

[2]Ostling O，Johanson K J. Microelectrophoretic study of radiation-induced DNA damages in individual mammalion cells[J]. Biochemical and Biophysical Research Communications，1984，123（1）：291-298.

[3]Olive P L，Banáth J P，Durand R E. Heterogeneity in radiation-induced DNA damage and repair in tumor and normal cells measured using the “comet” assay[J]. Radiation Research，1990，122（1）：86-94.

[4]肖小华，刘淑娟，刘霞，等. 离子液体及其在分离分析中的应用进展[J]. 分析化学，2005，33（4）：569-574.

[5]Babalola G O. Anti-bacterial activity of synthetic N-heterocyclic oxidizing compounds[J]. Letters in Applied Microbiology，1998，26（1）：43-46.

[6]Li G J，Shen J R，Zhu Y L. Study of pyridinium-type functional polymers. Ⅱ. Antibacterial activity of soluble pyridinium-type polymers[J]. Journal of Applied Polymer Science，1998，67（10）：1761-1768.

[7]Kelman D，Kashman Y，Rosenberg E，et al. Antimicrobial activity of the reef sponge Amphimedon viridis from the Red Sea：evidence for selective toxicity[J]. Aquatic Microbial Ecology，2001，24（1）：9-16.

[8]Pernak J，Chwaa P. Synthesis and anti-microbial activities of choline-like quaternary ammonium chlorides[J]. European Journal of Medicinal Chemistry，2003，38（11/12）：1035-1042.

[9]杜海榮，曹贤文，张荣，等. 不同消毒剂处理饮用水的有机提取物对HepG2细胞DNA的损伤作用[J]. 环境与职业医学，2008，25（6）：557-560.

[10]周炯林，连勇，彭双清，等. 敌敌畏、乐果和马拉硫磷诱导HepG2细胞DNA损伤的实验研究[J]. 癌变·畸变·突变，2010，22（2）：126-129.赵潇. 不同水稻受体材料对洁净DNA转化效率的影响[J]. 江苏农业科学，2014，42（6）：43-47.

某刚架损伤状况检测鉴定 篇5

某交易城北大门采用灌注桩基础, 上部钢结构刚架跨度为28m、柱距为2m、高度为9.8m, 钢柱、钢梁采用Q345B焊接H型钢, 柱间连系梁 (ST1) 及上下层梁间系杆 (XG1) 采用Q235轧制H型钢, 刚架构件间连接螺栓采用10.9级扭剪型高强度螺栓。原设计标高6.0m及9.8m钢梁于距 (1) 轴、 (2) 轴9.0m处各设置1个钢梁拼接点, 现改为跨中设置1个拼接点。根据委托方提供的竣工验收资料以及“事故责任认定书”等资料, 现为了解刚架损伤状况及所需修复的项目, 我方受委托进行检测鉴定。

2 本工程遭受机动车撞击大体情况

本工程经正规设计、施工, 根据委托方提供的“竣工验收证明书”以及“事故认定书”等资料, 本工程于2011年8月20日经竣工验收合格, 于2011年11月16日遭机动车撞击受损。经现场检查, 标高6.0m处钢梁遭受机动车后车厢撞击, 撞击部位详见图1。

3 刚架构件损伤状况调查、检测

3.1 刚架柱 (GZ1) 变形检测

采用吊线和钢尺量测全数4根刚架柱 (GZ1) 的侧向位移。检测数据表明, 刚架整体向 (B) 轴一侧倾斜 (即向北倾斜) , 且该方向测点的侧向位移值均超过《民用建筑可靠性鉴定标准》GB50292-1999规定的不适于继续承载的侧向位移限值H/400, 其中侧向位移最大值为H/191, 位于 (1) - (B) 轴钢柱。

3.2 刚架梁 (GL1) 变形检测

采用拉线、吊线和钢尺量测标高6.0m处钢梁 (GL1) 的侧向弯曲矢高及垂直度。检测数据表明, 标高6.0m处的2根钢梁侧向均向北弯曲, 侧弯矢高及垂直度均超过《钢结构工程施工质量验收规范》 (GB50205-2001) 规定的允许偏差, 且该2根钢梁侧向弯曲矢高超过GB50292-1999规定的钢结构受弯构件不适于继续承载的侧向弯曲矢高限值l0/500。经检查, 该2根梁遭受机动车后车厢撞击部位钢梁翼缘明显变形。

3.3 标高6.0~9.8m钢梁间系杆 (XG1) 垂直度检测

采用吊线和钢尺量测全数12根钢梁间系杆 (XG1) 的垂直度。检测数据表明, 12根系杆均向 (A) 轴一侧倾斜 (即向南倾斜) , 各测点的垂直度均超过GB50205-2001规定的允许偏差。

3.4 刚架结构构件损伤状况检查

经现场检查, 标高6.0m处 (A) 轴钢梁 (GL1) 拼接点个别螺栓松动、部分水平支撑 (SC1) 连接点螺栓脱落 (个别杆件明显变形) 标高9.8m处个别水平支撑 (SC1) 连接点、标高6.0m处个别连系梁 (ST1) 连接点以及 (1) 轴个别柱间支撑 (ZC1) 连接点螺栓脱落, 标高6.0m及标高9.8m钢梁隅撑普遍存在焊缝撕裂、松动, 部分隅撑已脱落, 检查结果详见图2~图4。

3.5 刚架非结构构件损伤状况检查

为对承重结构构件损伤状况进行检查、检测, 根据我方于2012年8月20日出具的“损伤鉴定方案”, 相关方已将刚架外包装饰层全数剥除。对现存非结构构件进行检查, 标高6.0m处跨中约8m范围内的铝塑板钢骨架存在折断、扭曲等残损;标高6.0m处维修通道钢骨架与主体结构间的焊缝多处出现撕裂、脱开, 部分维修通道板条变形、焊缝撕裂、脱开。

4 刚架损伤结构检测结构汇总

4.1 刚架柱 (GZ1) 、梁 (GL1) 变形

刚架整体向 (B) 轴一侧倾斜 (即向北倾斜) , 且该方向测点的侧向位移值均超过GB50292-1999规定的不适于继续承载的侧向位移限值H/400, 其中层间位移最大值为H/191, 位于 (1) - (B) 轴钢柱。标高6.0m处的2根钢梁遭受撞击部位翼缘明显变形, 钢梁侧向均向北弯曲, 侧弯矢高及垂直度均超过GB50205-2001规定的允许偏差, 且侧向弯曲矢高超过GB50292-1999规定的钢结构受弯构件不适于继续承载的侧向弯曲矢高限值l0/500。

4.2 标高6.0m至9.8m钢梁间系杆 (XG1) 垂直度检测

12根系杆均向 (A) 轴一侧倾斜 (即向南倾斜) , 各测点的垂直度均超过GB50205-2001规定的允许偏差。

4.3 刚架杆件连接损伤状况检查

标高6.0m处 (A) 轴钢梁 (GL1) 拼接点个别螺栓松动、部分水平支撑 (SC1) 连接点螺栓脱落且个别杆件明显变形, 标高9.8m处个别水平支撑 (SC1) 连接点、标高6.0m处个别连系梁 (ST1) 连接点以及 (1) 轴个别柱间支撑 (ZC1) 连接点螺栓脱落。

4.4 钢梁隅撑损伤状况检查

标高6.0m及标高9.8m钢梁隅撑连接焊缝普遍撕裂、松动, 部分隅撑脱落。

4.5 非结构构件损伤状况检查

标高6.0m处跨中约8m范围内的铝塑板钢骨架存在折断、扭曲等残损, 标高6.0m处维修通道钢骨架与主体结构间的焊缝多处出现撕裂、脱开, 部分维修通道板条变形、焊缝撕裂、脱开。

5 刚架损伤原因分析

根据委托方提供的“竣工验收证明书”以及“事故认定书”等资料, 本工程于2011年8月20日经竣工验收合格, 同年11月16日遭受机动车撞击。经现场检查, 机动车由南向北行驶途中其后车箱先后撞击刚架标高6.0m的2根钢梁, 钢梁受撞击部位距 (1) 轴约10~13m。现场调查、检测结果表明, 钢梁撞击点翼缘变形明显, 钢柱侧向位移方向及标高6.0m钢梁侧向弯曲方向与机动车撞击方向一致, 表明刚架现有损伤应主要由于机动车撞击所致。

6 结论及建议

根据现场调查、检测及分析, 以下结构构件损伤应主要由于机动车撞击所致, 并已对本工程结构安全及使用造成明显不利影响, 应采取修复或置换等处理措施:

6.1 承重结构构件

⑴刚架柱 (GZ1) 侧向位移、标高6.0m处2根钢梁 (GL1) 侧向弯曲矢高和垂直度超过规范限值要求, 标高6.0m处的2根钢梁遭受撞击部位翼缘明显变形;

⑵上下层钢梁间系杆 (XG1) 垂直度超过规范限值要求;

⑶标高6.0m处 (A) 轴钢梁 (GL1) 拼接处个别螺栓松动、标高6.0m处部分水平支撑 (SC1) 连接处螺栓脱落且个别杆件明显变形, 标高9.8m处个别水平支撑 (SC1) 连接处、标高6.0m处个别连系梁 (ST1) 连接处以及 (1) 轴个别柱间支撑 (ZC1) 连接处螺栓脱落;

⑷标高6.0m及标高9.8m钢梁隅撑连接焊缝普遍撕裂、松动, 部分隅撑脱落。

6.2 非结构构件

标高6.0m处跨中约8m范围内的铝塑板钢骨架存在折断、扭曲等残损, 标高6.0m处维修通道钢骨架与主体结构间的焊缝多处撕裂、脱开, 部分维修通道板条变形、焊缝撕裂、脱开。

参考文献

[1]GB 50205-2001, 钢结构工程施工质量验收规范

[2]GB 50292-1999, 民用建筑可靠性鉴定标准