多参数评价（共9篇）
多参数评价 篇1
摘要：给出了一种城市平交道口的信号控制方法, 并对这一方法进行系统评价。
关键词：多参数逻辑运算,信号控制,评价
1 引言
在平面交叉道口的独立信号控制中, 感应控制方式比多时段定周期控制方式具有更高的控制效率, 其根本原因就在于感应控制方式中引入了平面交叉道口的一些实时交通参数, 对控制方案进行实时的修正、优化。较之多时段定周期控制方式, 显然这种方式可更好的适应平面交叉道口交通状况的变化。控制方案的实施, 总是希望使交叉道口各个方向的车流累计总延误最小, 各个方向车流通过量最大, 各相位绿灯时间得到最有效的利用等等。总之, 就是要使控制方案根据交叉道口的具体交通情况达到最高的控制效率, 最大限度的实现交通工程师设定的控制目标和要求。但是在传统的感应控制方式下, 检测器一般都利用埋设于路面的环形线圈, 控制机利用这些环形线圈测得类别单一的如有无车、流量、速度等交通信息, 进行提炼预测, 生成具有交通含义的参数来对控制方案进行优化。而这类参数在表达平面交叉口的交通特征时都显得非常的抽象, 与现实世界的交通表征存在着较大的差别, 再加上其优化算法的简单和交叉道口不同驾车者不同驾驶行为的影响, 造成对交叉道口交通情况的错误判断不足为奇的。显然, 由于经常的错误判断, 在传统的感应控制方式下要进一步提高平面交叉口的控制效率是不可能的。
这种问题, 就是在当今世界交通界公认的两大高效率、高水准的道路交通控制系统 (SCATS和 SCOOT) 信号机用于平面交叉道口感应控制时都依然存在。在SCATS系统的感应模式中, 最重要的一个交通参数就是饱和度 (Degree of saturation) , 其定义为绿灯时间的有效利用率, 它通过埋设于停车线后的检测线圈, 找到有效利用的绿灯时间来对控制方案进行优化。姑且不论所测指标由交叉口几何线型、驾车者行为差异和算法本身带来的误差和误断, 而由其感应控制的负反馈方式 (即信号控制参数的改变未用于当前周期, 而是下一周期) 来看, 就存在对平面交叉道口的实时优化控制不强的问题。SCOOT系统在用于感应控制模式时所采用的优化方式比较复杂, 它包括了检测模型、预测模型、优化模型等多种算法, 通常感应控制需考虑 X、Y、Z或 X、Z检测才能比较准确地响应 Demand和Extension。 Demand和 Extension可以配置成锁定或非锁定。行人 Demand通过按钮按锁定方式响应。信号阶段顺序可以跳跃和变化, 如 Ripple Change (ST800 General Handbook C38) 。但是, 从其预测模型的原理和检测线圈埋设的位置来看, 它对平面交叉道口的优化也会受一些因素的影响, 如交叉道口前面路段存在支路和缺口, 有车时产生流量变化或路段异常堵塞等以及车队的离散系数的变化、延误时间的预测精度等。另外, 在 SCOOT系统的 ST800/ST700控制器中, 可以将LOOP设置在道口内, 用于 CALL/CANCEL、RED Extension、Exit Block等特殊条件下的时序和逻辑响应和控制。在美国的 NEMA标准中, 基于单 LOOP感应控制, 最小绿灯时间可以设置成随机可变的, 并伴随一些特殊的参数术语定义。当然, 上述的比较在某种意义上说显得并不公平。但是, 有一点是值得注意的:即使是目前最先进的控制设备, 在最大限度的提高平面交叉道口独立信号控制的效率上, 都或多或少的存在着一定的问题。
基于上述原因, 为了进一步提高平面交叉口独立信号控制的效率, 必须把着眼点放在交叉道口及其周围, 运用一些与日常交通管理者直观印象相吻合的交通参数来对道口控制方案进行实时的优化。为此, 本文提出了多参数逻辑运算控制模式。
2 多参数逻辑运算控制模式
2.1 概念的引入
平面交叉道口的交通特征是由众多交通信息构成的。在交通信号控制中, 选取一些能够代表交叉道口交通特征的关键信息进行分析处理, 再利用其结果来指导交通信号控制, 对控制方案实行实时的优化。显然, 这种方式是最切合交通信号控制实际的。要实现这样的控制目的, 利用单一类别的检测参数是很困难的, 流量参数可以表达交叉道口的流量, 速度参数可以表达车辆通过交叉道口的速度, 阻塞参数可以表达交叉口的阻塞情况, 排队参数可以表达交叉道口的排队长度等等, 不一而足。但是单一的参数只表达了交叉道口的部分交通特征, 不能表达交叉道口的全部甚至关键交通特征。而对平面交叉道口进行有效的实时优化控制, 却需要将众多表达不同交通特征的参数综合起来运用。如何将这些参数加以简单、有效的利用, 就是本章的目的。用这些参数的逻辑表达式可以较准确的表达交叉道口的特征, 并基于多参数的逻辑运算, 建立了多参数逻辑运算控制模式, 如图 1。
在该模式中, 由于在每一阶段采用了多个交通信息参数的逻辑运算, 可以准确地以逻辑语言来描述交叉口的实际交通情况。这样, 在该模式中, 完全可以取消最小绿灯时间的概念, 即最小绿灯时间为 0。
在各阶段多参数逻辑表达式都成立的情况下, 保留了最大绿灯时间的概念, 这一时间和平面交叉口的最大通行能力有关, 既可以按道口饱和交通流计算得出, 也可以由交通工程师根据情况自行任意设定。
由于每一阶段运行的条件是基于多个交通参数逻辑表达式的成立, 所以在控制方案的确定时可以有更多的阶段存在。因而就不会因阶段的增加而引起周期损失时间的增加, 使其具有更大的控制灵活性。
在各阶段 (相位) 都没有交通需求时, 交通控制停留在上一需求阶段上。一旦某一阶段 (相位) 产生需求时, 信号控制直接跳到该需求阶段上来。
2.2 检测器输出参数的定义
多参数逻辑运算信号控制模式之所以能对平面交叉口进行实时、有效、灵活的控制, 是因为该模式的运行是基于对交叉口关键交通信息的处理。它能真实、及时地收集道路交通情况;而多参数逻辑运算控制模式的控制软件算法和数据处理方式在很大程度上决定于检测器输出的性质。由于检测器的类型以及检测功能与检测逻辑各有不同, 所以, 该模式在对检测器输出信号进行预处理是必须的, 并由此带来了模式更大的控制灵活性。在该模式中定义了两种类型的检测器输出。
(1) 连续模式:
当检测器连续输出一定时间后即该检测输出为逻辑真。如图 2示。
在该模式中, 当检测时间 1内检测器有信号 1连续输出, 则该检测值为逻辑真;当检测时间 2内检测器虽有信号 2、3输出, 但不连续, 则该检测值为逻辑假。
(2) 断续模式:
在规定的检测时间内, 检测器只要有检测输出即为逻辑真。如图 3示。
在该模式中, 当检测时间 1内检测器有信号 1输出, 则该检测值为逻辑真;当检测时间 2内检测器无信号输出, 则该检测值为逻辑假。
为了保证控制灵活性, 所有检测器的检测模式都可以任意定义为连续模式和断续模式中任一种, 检测时间也可按需要任意可调。
3 平面交叉口信号控制评价
3.1 评价指标
交通信号控制的作用, 就是利用交通信号为相互冲突的车流、人流分配通行权, 确保交通安全和通畅。纵观国内、国外在平面交叉口设置交通信号控制的依据, 主要的都是看平面交叉口交通的繁忙程度、混乱程度和事故多少, 因此, 对平面交叉口信号控制评价也基于这几方面的因素, 根据其主要影响因素, 可以选取了下列指标, 建立了信号控制评价体系结构, 如图4。
由图可以看出, 交通信号控制评价由能力评价和安全评价共同组成。能力评价和安全评价由各种不同指标构成, 各指标标定如下所述。
(1) 最大通行量:
最大通行量是在实际的道路条件、交通条件和控制条件下, 在一定时间内通过进口道停车线的最大车辆数, 通常是在交叉口过饱和条件下 (即交叉口各向均有排队时) 测得。
(2) 平均排队长度 (平均排队车辆数)
排队长度是指滞留于交叉口停车线后的车队长度。单个相位的排队长度出现于绿灯启亮的瞬间, 交叉口的平均排队长度是指在评价指定时间 T内, 各相位平均排队长度之和, 即
式中:
Ni—i相位平均排队车辆数;
l—车辆平均占用长度。
(3) 平均延误
延误是指由于道路与环境条件、交通干扰以及交通管理与控制设施等驾驶员无法控制的因素而引起的行程时间损失, 以秒/辆表示, 是反映了驾驶员不舒适、受阻、油料消耗和行驶时间损失的指标, 以评价期内所有车的平均延误来表达。可以现场测定, 也可以由一些方法估算。
(4) 事故总量指标
事故总量指标由事故次数、死亡人数、受伤人数、直接经济损失四项指标构成, 在我国的交通安全管理中沿用至今。这一绝对量指标能很好的反应平面交叉口交通事故的总体规模和危害程度, 在信号控制评价指标体系中, 控制前后的绝对量比值, 可以较好的衡量交叉口的安全改善程度。
(5) 交通冲突数
由于事故的稀有性和随机性, 用事故总量指标导致评价周期过长或导致评价结果不可靠。并且, 事故统计管理也对安全评价存在一定程度影响, 为了弥补事故总量指标的不足, 在评价体系中引入了交通冲突数这个指标。
交通冲突技术 (Traffic Conflict Technique) :它是国际交通安全领域新开发的非事故统计评价方法。利用交通冲突所具备的大样本、短周期、小区域、高信度的统计学优势, 用定量测定准事故 (事故苗头) 的方法代替传统事故统计方法, 实现小区域地点的快速评价。
3.2 评价方法
平面交叉口信号控制评价体系是一个多目标、多层次的结构, 在作一些简单、粗略的评价时, 可以采用关心的单项指标来进行, 以减少工作量, 在评价其总体运行质量时, 可以采用加权的方式来建立广义价值评价函数。
通过对上述评价指标的分析可以知道, 除交通事故总量指标外, 其余指标的绝对量价值标定是有意义的, 而交通事故总量指标的绝对量对单个交叉口的评价来讲, 并不具备多大意义, 并且无法用价值准确标定, 而它的相对变化量可以比较准确的反映交通事故的长期变化程度, 而且也可以用价值较为准确标定。所以, 在对交叉口信号控制运行评价时, 我们采用了多重的广义价值评价函数。即交叉口基本运行质量评价和交叉口对比运行质量评价。
交叉口基本运行质量评价的广义价值函数为:
V=∑pisi
式中:V—表示交叉口基本运行质量的总价值, V值越大, 运行质量越优;
pi—交叉口单项评价指标的权重, ∑pi=1;
si—单项评价指标对应的价值。
权重pi根据两方面的因素确定, 一是单项指标对交叉口总体运行质量的影响程度, 二是对单项指标的关心程度。单项评价指标的价值si可以参考国内外相关指标评价标准等级确定。
在交叉口基本运行质量评价中, 选取了除事故总量指标以外的所有指标, 即最大通行量、平均排队长度、平均延误和交通冲突数, 其中, 最大通行量用效率系数表示。
效率系数E=实际最大通行量/理想最大通行量
这几项指标可以较为准确的反映交叉口基本运行质量, 其指标对应的价值见表1。
表1指标的对应价值是根据目前常用的等级划分来确定的, 实际上, 指标的价值不可能恰好与某个等级的标准值相吻合, 而可能介于两个或多个等级之间, 这时, 指标对应的价值就需依靠交通工程师的经验来确定了。
交叉口基本运行价值评价可以较准确的评价交叉口的运行状态, 要较为准确的评价交叉口运行质量改善程度, 我们又建立了交叉口对比运行价值评价的函数。
D=ΔV+∑mini
式中:D—交叉口运行质量改善价值;
ΔV—交叉口基本运行改善价值;
∑mini—事故总量指标改善价值;
mi—四项指标改善相对的权重;
ni—四项指标改善相对值对应的价值。
交叉口的对比运行质量价值函数由两部分组成, ΔV越大, 表示交叉口改善程度越优, ∑mini越大, 表示交叉口改善后的事故越少。
上述评价方法在对信号控制交叉口进行评价时, 方法简单、可信度高, 具有较强的实用性。
4 结语
交通信号控制是ITS的核心研究课题之一, 对各种控制方法的评价也是仁者见仁, 智者见智, 但同时也是一个极具挑战性的研究课题之一, 值得我们在实际工作不停地探索和研究。
参考文献
[1]段里仁.道路交通自动控制[M].中国人民公安大学出版社, 1990年.
[2]张春平, 景天然.城市道路交叉口安全评价研究[J].同济大学学报, 1994/1.
[3]马建明.信号交叉路口优化设计及其微观仿真研究[D].北京:北京工业大学, 2001.
[4]李晓娜.单交叉路口自适应控制方法的研究[D].大连:大连理工大学, 2006.
[5]陈小锋.城市交通信号动态优化控制技术研究[D].西安:西北工业大学, 2003.
多参数评价 篇2
成果承担单位：河北省自动化研究所 项目负责人：连翠玲 联系人：刘祥乔
联系电话：0311-83018762
一、成果简介
“多参数铁路轨道检测仪”是一种检测铁路轨道轨距、水平、轨向、高低、正矢、行走距离和三角坑、轨距变化率等轨道长波不平顺参数的自动化仪器。它以右轨为基准轨，利用激光准直技术、高精度传感器和内置的数学模型，得出以上参数,并将结果作为指导铁路维护的重要依据。
检测仪由激光发射装置和检测接收车两部分组成。检测时，将激光发射装置与检测接收车间隔一定距离锁紧固定在钢轨上（直线轨最远检测距离200米，半径900米轨最远检测距离50米），系统工作时，通过瞄准镜将激光光斑打在检测接收车的激光接收器上，接收器的接收范围360mm×270mm。以一定速度连续推动检测接收车行进，激光接收器实时接收激光信号，根据陀螺仪、位移传感器、编码器以及系统内置的数学模型测得轨道轨距、水平、轨向、高低、正矢、行走距离和三角坑、轨距变化率等轨道长波不平顺参数，并将结果按查询条件进行显示。
该项目已研制完成“多参数铁路轨道检测仪”样机一台，并通过河北省科技厅组织的验收。
二、技术指标
项目 轨距 水平轨向 高低
检测范围
检测精度
1415～1480mm
±0.5mm
±100mm
±100mm
±0.5mm
±0.5mm
±75mm
±0.5mm 正矢
200mm
±0.5mm 行走距离
0～1000km
1‰
三、应用说明
1．应用实例与效果
“多参数铁路轨道检测仪”在北京铁路局石家庄工务段上行线路车间试用，上线测量了线路的轨距、水平、里程等参数。在试用过程中，该系统运行稳定，推行方便，并能够根据线路情况调整参数的设置，达到了铁路养护操作指导规范所要求的内容，降低了我们对于线路的养护劳动强度，在一定程度上节约了人力，提高了劳动效率。
“多参数铁路轨道检测仪”在石家庄铁路工务工程队试用，使用情况如下：该检测仪的操作性和测量参数的可靠性都达到了预期的要求，在操作上较为简便，测量时无需太多步骤，可方便的上线测量；其人机界面友好，能够做到各项功能一目了然；上线测量的铁路轨道的轨距和水平等参数，与经验数据对比，精度能够达到预期；但该检测仪对光稍显繁琐，主要是对光时所用的望远镜功能不足，需要频繁的调整焦距，可能会降低测量效率。
总体来说，该检测仪的使用情况良好，达到了预期的目标。
四、成果推广简介
1．应用范围：该检测仪可应用于全国铁路系统。
2．成果转化方式：我们采用自行转化方式进行成果转化。
多参数评价 篇3
1 管道布置
根据设计要求, 蒸汽管道系统要为9台机组提供蒸汽, 并要满足6台机组 (两个电站) 同时试验的条件 (电站所用蒸汽参数不全一致) , 因此本项目采用双母管、多分支设计方案, 并且在母管固定点附近设置蒸汽管道分支, 以减小各分支间的影响。
蒸汽管道布置中, 为了提高管道柔性, 减小各汽轮机进口受力, 采用了L形、Z形、Π形等管线形状, 同时设置了合适的支吊架, 并尽可能使管道的热位移方向与设备管口的附加位移方向一致。管道具体布置示意图详见图1。
2 管径和壁厚的计算
汽轮发电机组不同运行工况的蒸汽参数分别为:5.6 MPa、470℃、9.5 t/h和3.7MPa、370℃、10 t/h, 因此需要分别计算不同蒸汽参数下的管径和壁厚, 取较高值。
根据《火力发电厂汽水管道设计技术规定》, 管道材质采用12Cr1Mo V, 管道内径按下列公式计算:
其中:Di-管子的内径, mm;G-介质的质量流量, t/h;v-质比容, m3/kg;w-介质的流速, m/s;
管道壁厚按下列公式计算:
其中:Sm-直管的最小壁厚, mm;D0-管子外径, 取用公称直径, mm;Y-为温度对计算管子壁厚公式的修正系数;η-为许用应力的修正系数;[σ]t-为t℃时管子的许用应力;a-考虑腐蚀、磨损和机械强度要求的附加厚度, mm;根据计算结果, 蒸汽母管及分管分别取相应的厚度。
3 管道应力分析安全评定
管道应力分析分为静力分析和动力分析两部分。对于热力管道, 若没有特殊要求, 一般只进行静力分析。管道应力分析通常采用专门的管道应力分析软件, 如GLIF V、AUTOPSA、CAESAR II等, 也可采用通用的大型结构有限元分析软件, 如SAP5、ANSYS等。应力分析评定主要从以下两个方面考虑:
(1) 应力方面判定
在管道应力校核中, 根据产生应力的荷载不同, 管道应力分为一次应力、二次应力和三次应力。
管道一次应力是指由于外加荷载, 如管内压力、重力或其它持续荷载的作用而产生的应力。
管道二次应力是指由于热胀、冷缩、端点位移等位移荷载的作用所产生的应力, 它不直接与外力平衡, 而是为满足位移约束条件或管道自身变形的连续要求而产生的应力。
管道三次应力为一次应力和二次应力的叠加, 也就是由内压、重力等持续外载和热胀冷缩而产生的最大合成应力。
管道应力合格的判别标准是:一次应力和三次应力必须合格, 二次应力可以不一定合格。管道的一、二、三次应力分别用以下三个不等式来判别。
式中, σ1, σ2, σ3—分别为管道的一、二、三次应力, MPa;
[σ]20, [σ]t—管材在20℃及设计温度下的许用应力, MPa;
f—应力范围减小系数, 它与预期寿命内管道全温度周期性交变次数N有关, 当N≤2500时可取f=1。
1) 管端推力方面判定
蒸汽管道与设备相连接, 管道对设备端口的推力是不可避免的, 尽量减小蒸汽管道对设备端口的推力使之小于设备端口所能承受的最大推力是减小蒸汽管道对设备影响的关键。
4 管道应力计算结果
由于同一管道通过不同蒸汽参数时管道的应力以及变形是不同的, 因此对于本次的多参数、多分支蒸汽管路系统的设计根据蒸汽参数的不同分别进行了计算, 并对计算结果进行了比较。
4.1 统一蒸汽参数
管道设计参数为:5.6 MPa、470℃和3.7 MPa、370℃。计算结果表明:管道变形均匀, 管道应力及管端推力均满足要求。下面列出管道高参数运行状态下的应力分析结果。
计算中假定母管及9个支管内通过的蒸汽参数均为5.6 MPa、470℃。管道最大应力见表1, 管端推力见表2, 管道热态变形见图2。
4.2 多蒸汽参数
上面的设计方案虽然满足了管系不同支管统一蒸汽参数时的应力分析, 但为了保证管道和机组的运行安全, 将管系的高低参数组合的不同运行情况均进行了计算, 计算结果表明:管道变形均衡, 管道应力及管道对设备接口的推力满足要求, 管道和机组运行安全。下面列出多参数组合中的一种运行情况时的管系应力分析结果。
假定机组1、2、3蒸汽管道内通过的蒸汽参数为高参数 (5.6 MPa、470℃) , 机组7、8、9的蒸汽管道内通过的蒸汽参数为低参数 (3.7 MPa、370℃) 。管道最大应力见表3, 管端推力见表4, 管道热态变形见图3。
结语
多参数、多分支蒸汽管道系统已安全投入运行, 表明此蒸汽系统的设计是正确、可靠的。通过此次设计工作得到如下启示:
(1) 管系中支吊架的合理布置及正确选型可以增加管系的柔性, 减小管道热应力及管端推力。
(2) 合理的利用冷紧虽然不能减小管道热应力但可以减小管端推力。
(3) 管道壁厚的合理选择可以增加管系的柔性, 减小管道热应力。
(4) 对于多参数、多分支的蒸汽管道系统应尽量在固定点附近分支, 减小母管对支管的影响
摘要：本文以某汽轮发电机组联调试验的多参数、多分支蒸汽管路系统设计为例, 介绍了热力管道设计即是管道布置、管径和壁厚的计算、应力分析的过程, 并给出了该设计管道应力、热态变形及管道对设备推力等计算结果, 计算结果表明:该管道变形均衡, 管道应力及设备端口受力小于许用值, 满足设计要求。
关键词：多参数、多分支,蒸汽管道,应力分析
参考文献
[1]DL/T 5054-1996.火力发电厂汽水管道设计技术规定 (code for design of thermal power plant steam/water piping) [S].
[2]DL/T5366-2006.火力发电厂汽水管道应力计算技术规定 (Technical code for stress calculating of steam/water piping in fossil fuel power plant) [S].
[3]GB 50316-2000, 工业金属管道设计规范 (Design code for industrial metallic piping) [S].
[4]江苏省锅炉压力容器安全协会, 压力管道设计人员培训教材 (training materials for pressure piping deviser) , 2002, 01[M].
[5]唐永进.压力管道应力分析 (stress analysis of pressure piping) [M].北京, 中国石化出版社, 2003.
多参数评价 篇4
1.多参数水质分析仪的氧气校准是百分含量的两点直线方程，其中百分含量是参考值，限定零浓度点的响应百分值，0.1%>响应值>5%；不限定满度点的响应百分值，但校准时将小于或大于100%的响应百分值重置为100%；校准曲线中，零浓度点0.00mg/L氧对应值为5-25uA电流，满度浓度点8.65mg/L氧对应值为860-1200uA电流。
2.多参数水质分析仪的氧气校准是浓度含量的两点直线方程，浓度点为4-50mg/L的多点校准曲线。
3.配制零浓度点溶液，以所测百分含量大于0.1%而小于5%的亚硫酸钠溶液为宜，也可以参考百分含量的响应时间，如果不是缓慢的从0.5%-0.4%-0.3%-0.2%-0.1%-0.0%而直接到达0.0%，可以确定该零浓度点溶液已大大的超出了曲线范围，应重新配制更低浓度的亚硫酸溶液作为零浓度点校准溶液。
4.也可以配制4mol/L（298g/L）的经超声波除氧后的氯化钾溶液作为零浓度点溶液，以纯净水为恢复响
应速度的清洗剂，反复多次的校准溶解氧电极。
5.50%甲醇溶液浓度为21.9mg/L.6.百分含量为两点校准，0.0%、100.0%；浓度含量校准从4.00mg/L-50.0mg/L的多点校准。
7.不能使用大于2%的亚硫酸钠溶液或纯氮气校准做0.0%的零浓度点校准，应从低浓度到高浓度使用
0.2-1.5%的亚硫酸钠溶液且百分含量大于0.1%的溶液校准多次进行校准。
8.百分含量大于5%的零浓度点溶液不能校准0.0%，大于2%的亚硫酸钠溶液使用使电流值偏大，从而使
低浓度的样品测试结果偏小；由此可知，使用亚硫酸钠溶液作为零浓度点的校准液，根据其浓度会有一个U型的电流响应值，校准时应努力寻找该U型的最低点或偏右的低浓度的亚硫酸钠溶液作为校准液。
9.与溶解氧仪作比对校准和测试，确定仪器的响应时间，响应时间应小于3min，与化学测试方法比对可
以验证准确度。
10.没有电极的电流值高于有电极的电流值。
11.用哈纳原装的内充液，应注意有效期，如测定结果不稳定，则可能该内充液已失效；可以使用其它公
多参数桥梁振动监测系统设计 篇5
1 系统设计
如图1所示为多参数桥梁预警系统的设计框图。被监测的桥梁上挂接着多种不同类型的监测传感器节点,主要有温湿度检测节点、风速风向检测节点和XY双轴振动监测节点。不同类型的监测节点,采用统一地址编码的方式,将采样到的传感器信息通过高速CAN总线[2]发送到本地计算机上。系统采用了ATOM凌动处理器的便携式低功耗移动平台计算机,其体积小巧,功耗低,在关闭液晶显示器时,最低功耗不到1 W,而总体积比一个公文包小,且采用直流电压供电,因此本系统将该计算机平台放置在监测本地,与桥梁的距离通常在300 m以内,在此距离内CAN总线的最高数据传输速率可达125 kb/s,可连接足够数量的监测节点。本地计算机将每分钟采集到的所有传感器节点的参数信息压缩打包后通过GPRS模块发送到远程服务器端,并在服务器端完成数据解释、存盘等工作。由于本地监测系统是一个独立系统,因此采用了大容量的铅酸蓄电池作为供电能源,当天气良好时,太阳能电池板工作,并经由太阳能调压充电器对铅酸蓄电池充电,保证系统长时间的工作。
2 XY双轴振动监测节点设计
2.1 传感器选择与前端调理电路设计
振动传感器[3]是用于检测冲击力或者加速度的传感器,通常使用的是加上应力就会产生电荷的压电器件。目前应用于桥梁振动监测的加速度传感器大多采用动圈式机械传感器,通过磁铁切割磁力线得到感生电动势从而反映加速度的变化,其体积较大,高频特性不好,频带内的增益平坦度差,因此本系统采用了ADI公司的双轴加速度计。ADXL203[4]典型测量范围在±1.7 g,该加速计既可测量静态的也可测量动态的加速度,可承受3 500 g极限加速度。其下拉电流小于700μA,灵敏度达到1 000 m V/g。该加速计在-40℃~125℃温度范围内,具有±0.3%的温度灵敏性;±25 mg的零点偏移精度;在小于60 Hz的带宽下具有解决小于1 mg的解决方案(0.06°倾斜)以及优于0.1 mg/℃的稳定性。加速计ADXL203的内部电阻RFILT的标称值为32 kΩ,而其实际阻值可在14 kΩ~40 kΩ间选择,通过选择合适的XO、YO引脚的输出电容值,可降低传感器输出噪声,本文所设计的传感器信号频率上限为100 Hz,因此选择0.01μF的电容,该电容与ADXL203的内部电阻RFILT构成低通滤波器。由于ADXL203XL在加速度为0 g时,输出电压为2.5 V,实际的传感器是竖直安装,因此Y轴方向上就存在一个固有的1 g的加速度,则YO引脚输出电压为3.5 V。由于本系统只关心桥梁的振动情况,即加速度的变化情况,故设计了如图2所示的交流放大偏置电路。ADXL203输出的加速度信号,经过输出电容滤波后,再由电容C7与C21耦合后得到交流加速度信号,该信号经过精密双运放OPA2277UA组成的加法放大电路得到直流偏移电压为2.5 V的共模信号。经过上述电路就消除了传感器安装时导致的X、Y两轴的信号直流电压差异,得到两路共模电压为2.5V的信号,并送入后级ADC电路。图2中的VREF为来自高稳定度精密基准源REF192GS的基准信号,其典型温度系数为3 ppm/℃。
2.2 双24位ADC同步采样设计
为了保证X、Y双轴信号的严格同步采样,以及采样周期的准确性,采用模拟开关切换的方式显然不可行。本文采用了两片高精度24位分辨率的模数转换器AD7714,使用其同步功能,同时采样X轴与Y轴的加速度信号。AD7714[5]是美国ADI公司推出的一种高分辨率24位模数转换器件。由于AD7714采用了Σ-△转换技术,使其拥有小于150 n Vrms的低噪声,适用于宽动态范围、低频信号的模拟前端测量。器件可以被配置为3个完整的差分输入或者5个准差分输入,采用3 V或5 V供电可以很容易地实现多达5个通道的信号调理和转换,其最高数据输出速率为1 k Hz。
AD7714是一个完整的用于低频测量应用场合的模拟前端。它的3线串行接口与SPI、QSPI、MICROWEIR兼容。通过软件可对增益设定、信号极性和通道选择作出配置。AD7714的主要特点如下:
(1)最高可实现24 bit无误码输出,同时保证0.001 5%的非线性度;
(2)具有前端增益可编程放大器,增益值为1~128,内含可编程低通滤波器和可读写系统校准系数;
(3)有5通道输入,可根据需要采用3路差分输入或5路准差分输入;
(4)低噪声(<150 n V rms);
(5)低功耗,典型电流值为226μA(省电模式仅为4μA);
(6)采用单5 V供电(AD7714-5)或单3 V供电(AD7714-3)方式。
在图3中,U2、U4的同步信号引脚相连,U2的MCKOUT引脚连接到U4的MCKIN。当两片AD7714上电并被成功初始化后,控制器施加给两片AD7714共同的同步信号;当两片AD7714接收到同步信号后,将复位片内的数字滤波器、寄存器、模拟调制器等处于复位状态;一旦同步信号结束则立即开始正常工作。由于两片AD7714共用一个晶体振荡器信号,因此两片AD7714的片内工作时序是完全相同的,也就保证了数据准备就绪中断引脚DRDY的状态是完全一致的,两片AD7714严格同步。
2.3 CAN通信接口设计
本文采用STM32系列的Cortex-M3内核控制器,其片内自带了满足CAN2.0A与CAN2.0B协议的硬件通信接口,并使用CTM8251AT隔离型CAN收发模块完成了CAN总线的高速数据通信功能。以下为CAN波特率的计算:
由于CAN是挂接在APB1总线上,因此采用时钟PCLK1,当PCLK1=72 MHz时,波特率为=72/9/16=0.5 MHz,CAN_Prescaler的预分频值为1~1024。
在进行CAN组网布线时,需要注意的是,在中远距离应采用120Ω特征阻抗双绞线,通信距离大于600 m以上,选用线径大于0.75 mm2的电缆,超远距离线径应大于1.5 mm2。而且CAN总线的通信速率是随着通信距离的增大而降低的,通常在1 km时,最高波特率为35 kb/s,2 km时为18 kb/s,当距离大于5 km则必须增加CAN中继器,否则无法正常通信。
3 实测数据
如图4为桥梁振动系统实测得到的纵向垂直振动加速度信号。本系统中还采用了DHT22型号的温湿度检测模块与PH100SX型风速风向传感器,这两类传感器和输出都是数字信号,接口设计简单,限于篇幅不再赘述。本系统的实际指标如下:
在线调节传感器采样率范围为1~100 Hz;
在线调节传感器放大倍数为1,2,4,8,16,32,64,128;
加速度测量范围为0~±1.7g,最大灵敏度为1 mg;
加速度数据非线性度小于0.5%;
严格同步双轴振动数据测量;
单路CAN最大节点数为60,CAN组网可达600个节点以上。
本文所研制的多参数桥梁振动监测系统能够实现长时间无人值守的实时双轴振动信号采集、温湿度采集以及风速风向测量等功能。监控中心通过GPRS网络获取各监控桥梁的状态信息,并自动根据桥梁状态信号实时报警。该系统还可以应用于大型建筑体,拦河大坝等大型结构体的远程健康状态监控。
摘要：针对远程桥梁振动监测的要求,采用交流偏置电路与双路AD7714模数转换器实现ADXL203的双轴高精度同步振动加速度测量,并实现了温湿度与风速风向测量。使用低功耗便携式计算平台构建CAN总线监测网络,通过GPRS网络将桥梁状态信息发送到监控中心,实现远程多桥梁多参数监测系统。
关键词：桥梁监测,振动加速度测量,CAN总线,同步ADC采样
参考文献
[1]高占凤,杜彦良,苏木标.桥梁振动状态远程监控系统研究[J].北京交通大学学报,2007,31(4):45-48.
[2]杜辉.基于CAN总线的矿井通风监测系统[J].计算机工程与设计,2009(15):3565-3567.
[3]杨海艳,孟彦京,李伟冰,等.振动传感器特性及其在风力发电机中的应用[J].传感器世界,2009(2):27-31.
[4]鹿麟,林凌,李刚.ADXL203型双轴加速计在倾斜度测量中的应用[J].国外电子元器件,2007(7):61-64.
多参数监护仪常见故障排除 篇6
1 心电故障
1.1 故障一
1.1.1 故障现象
心电波形干扰大，数值不准。
1.1.2 分析与检修
(1)检查仪器是否接地线，接地端子必须接专用地线并把此线真正接地。有时用户把地线接在病床或湿棉球上，这是不对的，应该把接地线一端接到监护仪的接地端子上，另一端接至大地。如果接在暖气片或水龙头上也可临时使用，但必须把表面的漆刮掉再夹上夹子。
(2)查看患者皮肤是否清洁，要用电极砂片轻擦除去皮肤屑和油脂体汗等。清洁皮肤时不可用纯酒精，因为会增加阻抗。
(3)电极质量不好或贴的位置不准。
(4)调整滤波方式，特别是在手术室中使用时最好调整到“手术”方式。在诊断方式下显示的是经过滤波的ECG波;监护方式会将可能导致报警的伪差滤掉;在手术室中手术方式能减少来自外设备的伪差与干扰。
(5)如果患者有严重的房颤时，数值波动比较快，应以波形和患者的实际情况为准。
1.2 故障二
1.2.1故障现象
心电波形不出，显示导联脱落。
1.2.2 分析与检修
(1)切换到其他导联查看是否出波形。
(2)电极质量不好或和皮肤接触不好。注意一定不能使用过期的电极片。
(3)如用3根导线时(RA、LA、LL)，只能监护标Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3个导联，其他导联不出波形。
(4)心电导联线有断线或连线，内接线有断线或氧化。
(5)心电模块故障。
1.3 故障三
1.3.1故障现象
心电波形不出，不显示导联脱落。
1.3.2分析与检修
(1)是否将导联选在GND上。
(2)心电模块或多功能卡出现故障。
2 呼吸波形故障
2.1 故障现象
仪器未接地。
2.2 分析与检修
(1)电极质量不好，与皮肤接触不好或贴的位置不准(呼吸波形不好应调整导联线的位置)。
(2)患者呼吸太微弱、太胖、太瘦等都有可能影响波形。
(3)当波形很小时，应适当调节增益以提高呼吸率的准确度。
3 血氧故障
3.1 故障一
3.1.1故障现象
监护画面显示“探头脱落”字样。
3.1.2 分析与检修
(1)发射管闪应是接收管坏或连线断，多在线管连接处。
(2)发射管不闪应是发射管坏或连线断，多在线管连接处。
(3)若能测出血氧波形但测不出数值，多为线管连接处氧化或一只管老化。
3.2 故障二
3.2.1 故障现象
仪器接血氧探头的情况下，测不出血氧波形及数值时，画面不显示“探头脱落”字样。
3.2.2 故障分析
出现上述现象主要是主机内部连线或模块有问题。
3.3 故障三
3.3.1故障现象
血氧值不准确或不出值。
3.3.2 故障分析
指甲不能过长，不能有染色物、污垢或是灰指甲，受试部位循环不良等都会造成血氧值不准确或不出值(如：冻疮等)。
4 血压故障
4.1 故障一
4.1.1故障现象
不充气。
4.1.2 分析与检修
(1)可能是使用者按测压键时间过长，造成连续开始/关闭，从而造成不测压现象发生(因血压测压及停止键是在同一按键上)[3]。
(2)可用“恢复出厂设置操作”恢复或重新开机(若有此功能)。
(3)血压模块故障。
4.2 故障二
4.2.1 故障现象
充气不足，即仪器进行测压时，监护画面压力值充不到所需要的压力值。
4.2.2分析与检修
(1)测压模式是否设定正确。
(2)检查外围附件是否完好，导气管、袖套及接口处是否漏气。
(3)如能排除上述原因，应为内部导气管或血压模块故障。
5 故障维修实例
5.1故障一
5.1.1故障现象
心电波形不出并显示导联脱落。
5.1.2故障分析与处理
根据故障现象初步判断为心电导联线故障，于是就用万用表测量心电导联线有无断线问题。经过反复仔细测量发现每根线都是通的，导联线没有问题。怀疑心电模块出现故障[4]。拆开仪器并把内部清理干净，加电测量仪器主电源，发现主电源12、5 V都正常。测量心电模块直流电源的输入和输出，发现心电模块有12 V输入，但是输出±12 V供电电压不稳定，经过认真分析，判断心电模块上的DC电源可能损坏。找来同样型号无故障的仪器，拆下12 VDC更换后输出电压正常，接上心电导联线测试心电波形也正常，向厂家购买一个DC电源更换后，故障排除。
5.2 故障二
5.2.1 故障现象
按测血压键，发现血压充气泵长时间打充气，但是数值只停留在6 mmHg (1 mmHg=133.322 Pa)左右。
5.2.2 故障分析与处理
根据上述故障现象，初步判断为袖带充气不足，可能是血压袖带或血压延长线漏气的缘故。经过检测血压袖带及延长管并不漏气，把这套配件放在同样型号无故障的另一台仪器上测压正常。拆开仪器，仔细查看内部管路也无漏气处，加电测量血压气泵充放电路，检查气泵电压(12 V)正常，6通管上的相关皮管都不漏气，按测压按键反复充气测试，听到电磁阀处有细微的漏气声并且发现气阀有锈的痕迹，故可判断是电磁阀吸合密封故障。向厂家购买了一个电磁阀更换后，设备恢复正常，故障排除。
参考文献
[1]刘正明.心电监护仪常见故障及检修方法[J].医疗卫生装备, 2007, 28 (4) :74-75.
[2]姚新琴.医用多参数监护仪的原理及故障检修[J].医疗卫生装备, 2007, 28 (4) :81.
[3]陈三旗, 杨俊.多参数心电监护仪SpO 2测量常见故障分析与排除[J].医疗卫生装备, 2007, 28 (10) :87.
多参数监护仪的质量检测 篇7
1 监护仪的质量检测
多参数监护仪的检测主要有性能检测和电气安全检测。
1.1 检测设备
我院购进美国Fluke公司生产的Pro Sim8型生命体征模拟器和ESA612型电气安全分析仪,可以分别对多参数监护仪性能和电气安全进行检测。
1.2 监护仪的性能检测
监护仪技术参数众多,标准6参数为心电图、呼吸、无创血压、血氧饱和度、脉搏、体温,此外可选的参数为有创血压、呼吸末二氧化碳、麻醉气体、心输出量(有创和无创)、脑电双频指数(BIS)等。在实际工作中如对其全部参数进行检测,常常是不实际的。决定多参数监护仪性能的核心参数及其在临床中使用的常规参数是心电图、呼吸、无创血压及血氧饱和度这4类参数,因此可以认为对这4类参数进行测试,就可以判断监护仪的性能状况。另外还要对监护仪进行声光报警检测、上下限报警检测、静音功能检测等性能检测。
1.2.1 监护仪的外观检查
首先查看监护仪的铭牌信息,应标有:仪器名称、制造厂家、型号、出厂编号、生产日期等信息,然后查看外壳是否破损,最后查看开关、按键、旋钮触摸屏等是否可以正常对监护仪相关参数进行设置。
1.2.2 心电检测
连接好模拟仪与监护仪,设置监护仪上的心率来源为心电,依次检测临床常用心率信号30,60,100,120,180次/min等的示值,观察监护仪上显示的波形是否与模拟器显示的波形一致,记录下实测心率数值并计算误差。
误差=(实测值-标准值)/标准值×100%
另外可以通过设置模拟器产生心动过速、室颤等心律失常信号,查看监护仪有无心律失常显示及声光报警来检测监护仪的心律失常功能。
1.2.3 呼吸频率检测
连接好模拟仪与监护仪,设置模拟仪产生的呼吸频率15,20,40,60,80等示值并记录下实测呼吸频率值并计算误差。
误差=(实测值-标准值)/标准值×100%
注意:如果监护仪上没有呼吸频率示值,则按“SPECIAL FUNC”键选择呼吸选项,设置呼吸频率检测的导联(“LA/LL”),即可正常显示。
1.2.4 无创血压检测
连接好模拟仪与监护仪的血压管路(不同型号的监护仪需要选择相应连接管接头),依次设置60/30(40)mm Hg、80/50(60)mm Hg、100/65(76)mm Hg、120/80(93)mm Hg、150/100(116)mm Hg等不同的压力值,然后进行检测,并记录下实测无创血压值并计算误差。误差=(实测值-标准值)/标准值×100%。
1.2.5 血氧饱和度检测
将Pro Sim SPOT血氧饱和度检测仪连接在Pro Sim8型生命体征模拟器上,把监护仪血氧饱和度探头夹在血氧饱和度检测仪上,不同品牌厂家使用的血氧探头参数不一样,需要选择恰当的探头类型(Nellor、Masimo、Philips、Mindray等),再设置血氧饱和度数值,分别为85%、88%、90%、98%、100%,并记录下实测血氧饱和度值并计算误差。误差=(实测值-标准值)/标准值×100%。
1.3 监护仪的电气安全检测
根据GB9706.1-2007《医用电气设备第一部分:安全通用要求》,监护仪的电气安全级别最高,其应用部分CF型(预期直接作用于心脏),血压、呼吸部分为B型应用部分。监护仪的电气安全非常重要,直接关系到患者和医护人员的生命安全,因此定期对监护仪进行电气安全检测可有效地防止安全事故的发生。
1.3.1 电源电压
监护仪电源电压正常应为交流220 V,对于使用稳压电源或UPS供电的监护仪,可以直接对稳压电源或UPS输出的电压进行测量,如果发现电源电压不在正常范围、火线零线接反、地线断开等要及时维修电源[2]。
1.3.2 保护接地阻抗
用电气安全分析仪测试表笔连接被检测监护仪保护接地,检测前先按“Zero Leads”键进行电阻清零后进行保护接地阻抗测量,其测量结果应不大于200 mΩ。
1.3.3 绝缘阻抗(电源一地、应用部分一地)
绝缘阻抗检测是对被测监护仪施加最高500 V电压,检测绝缘部分之间的漏电流,来测试在规定时间内监护仪的绝缘性能。
用电气安全分析仪测试表笔连接被测试监护仪表面的金属部分或用监护仪的导联线连接到电气安全分析仪的ECG接头上,按“MΩ”键,进行绝缘阻抗(电源-地)或者绝缘阻抗(应用部分-地)的测试。
1.3.4 对地漏电流
对地漏电流是指由网电源部分穿过或跨过绝缘流入保护接地导线的电流(保护接地是把仪器的外壳进行接地以防止电击的一种保护方法),如果对地漏电流过大,表明设备内部绝缘部分破损,存在安全隐患。
连接好电气安全分析仪和监护仪的电源线,按“μA”键,选择“Earth”进行测量,对地漏电流检测。这项检测需要测试“电源正常状态、正常状态电源反向、断开一根电源线、断开一根电源线电源反向”这4种情况的数据。
1.3.5 外壳漏电流
外壳漏电流是指正常使用时医护人员或患者可能触及的外壳或外壳部件(应用部分除外),经外部导电连接而不是保护接地导线流入大地或外壳其他部分的电流。外壳漏电流中测量的是监护仪外壳经由人体导出的电流。若外壳漏电流过大,当医护人员或患者接触到监护仪外壳时,就会有过多的电流通过人体,引起电击事故。
用电气安全分析仪测试表笔连接被测试监护仪表面的裸露金属部分,按“μA”键,选择“Enclousure”进行测量,这项检测需要测试“电源正常状态、正常状态电源反向、断开一根电源线、断开一根电源线电源反向、断开一根地线、断开一根地线电源反向”这6种情况的数据。
1.3.6 患者漏电流
患者漏电流是指从应用部分经患者流入地的电流。或是由于在患者身上意外出现一个来自外部电源的电压而从患者经F型应用部分流入地的电流。由于患者经应用部分与设备直接相连,如果漏电流超标,极易对患者造成伤害。
用监护仪的应用部分(心电导联线)连接到电气安全分析仪的ECG接头上,按“μA”键,选择“Patient Auxiliany”,通过按方向键选择导联,进行测试。这项检测需要测试“电源正常状态、正常状态电源反向、断开一根电源线、断开一根电源线电源反向、断开一根地线、断开一根地线电源反向”这六种情况的数据。
1.3.7 患者辅助漏电流
患者辅助漏电流是指正常使用时,流入处于应用部分之间的患者的电流,此电流预期不产生生理效应。
用监护仪的应用部分(心电导联线)连接到电气安全分析仪的ECG接头上,按“μA”键,按“MORE”再按“Select”进入患者辅助漏电流检测,选择“Patient”,通过按方向键选择导联组合或单个导联,进行测试。这项检测需要测试“电源正常状态,正常状态电源反向,断开一根电源线,断开一根电源线电源反向,断开一根地线,断开一根地线电源反向”这6种情况的数据。
2 检测后的处理
通过对监护仪的质量检测,发现影响质量检测主要是心电导联线破损或者断裂、血氧探头老化损坏、血压袖带破损漏气或者袖带黏度不够捆绑不紧等附件问题,通过更换附件后一般都可以通过检测。
影响电气安全检测情况主要有:对地漏电流超标,检查发现是电源线地线断开,更换电源线后可以通过检测;外壳漏电流超标,检查发现是电源板地线虚焊,对虚焊点进行补焊后可以通过检测;接地阻抗大,检查发现是监护仪使用年限较长接地端子表面氧化,更换接地端子或者去除表面氧化后可以通过检测[3]。
3 小结
我院于2012年和2015年先后两次通过的JCI认证,按照JCI要求我院对多参数监护仪做了风险评估,得出多参数监护仪属于中风险设备,每年至少检测1次。我们采用PDCA的方法对新购入监护仪进行验收检测、修后检测与定期检测相结合的方式对全院的多参数监护仪进行检测。在对多参数监护仪检测后由质控检测工程师填写检测报告,对检测合格的多参数监护仪粘贴测试通过标签,只有通过检测的多参数监护仪才可以投入临床使用。
参考文献
[1]美国福禄克公司著,卫生部医院管理研究所组织翻译.临床工程指引:医疗仪器设备临床应用分析评估[M].北京:中国计量出版,2009.
[2]刘晓雯.多参数监护仪的质量控制对应用安全的影响[J].中国医疗设备,2010,25(8):103-104.
多参数监护仪维修及维护探讨 篇8
1 多参数监护仪原理
多参数监护仪功能各异,各参数的具体工作原理也不同,但数据的采集原理基本一致。监护仪是由各种传感器的物理模块和内置计算机系统组成的,硬件构成主要有生理传感器、信号放大器、数据模拟处理和分析处理、数据输出接口以及数据记录警报系统。工作原理(见图1)为:各种生理信号由传感器转换成电信号,经前置放大处理后送入计算机,数据分析软件就会对数据进行计算、分析和编辑,最后进行结果的显示、存储和打印。当监测的数据超出设定的指标时,就会激发警报系统,发出信号引起医护人员的注意。
2 多参数监护仪常见故障分析及维修
2.1 操作面板故障
部分型号监护仪的开关键、测量血压键、静音键采用弹簧片式按键等,由于在工作过程中使用比较频繁,或者按压力度过大,比较容易造成按键故障。弹簧片式按键容易因为弹簧片弹性老化,按下去无法弹出,可以按顺序依次将弹簧片取出,用手轻轻按压,使弹簧片恢复弹力,重新装好即可。触点式按键容易将按键背面按压电路板的中心触点压折,如果这种情况出现,拆开机器后取出按键,可取相等长度的材料用胶固定住,或取适当长的一截输液管,卡在按钮背面,铸满热熔胶。注意要粘牢固以免按压时再次折断。
2.2 开机故障
2.2.1 显示屏故障。
监护仪的显像管显示已经逐步被液晶显示屏取代,为了获得足够的亮度和对比度,都采用了背光照明。如果监护仪显示屏长期在阳光照射下使用,并且调到最大亮度,容易损坏显示屏。液晶屏使用不当或老化会造成显示屏暗或亮度不够,发红,最严重的出现屏幕不亮。如出现上述故障可先检查背光管是否需要更换,然后再考虑更换显示屏。
2.2.2 开机出现白屏、花屏。
说明显示屏有逆变器供电,无主控板的显示信号输入。可以在机器后面VGA输出口外接一个显示器,若输出正常,可能是显示屏损坏或者显示屏到主控板接线接触不良;若没有输出,有可能是主板故障。
2.2.3 开机屏幕无显示,指示灯亮。
如开机黑屏,测定机器是否正常的常用办法是:测血压是否正常打气,如正常则表示监护仪能够正常启动,并且监护功能正常。将故障锁定在液晶屏的显示电路或主板的显示输出电路。屏幕虽然不亮,但可根据屏幕上有无显示数据来确定是高压板还是显示驱动板故障。
2.2.4 开机屏幕无显示,电源指示灯不亮。
检查电源输入是否正常,也有可能是保险烧坏。排除了电源输入和保险故障之外,也有可能是电源板有问题或主板故障。
2.3 监护参数故障
2.3.1 血压参数故障。
血压参数故障排除流程见图2。测量无创血压时,不打气,无气泵工作声,血压无法测量。听不到电机运转和电磁阀吸放气的声音,判断为气泵电机故障或气泵供电电路故障。打开主机外壳,找到控制血压测量的模块,观察并检测板子有无明显损坏的贴片元件。
测量血压时如出现充气不足,即打气到一定程度但测不出血压数值,可先检查血压测量模式是否设置正确,一般监护仪有成人和儿童两种模式。其次,检查袖带是否漏气,可通过更换袖带进行测试。当发生漏气时,充气泵在规定时间内充不到所需压力,会自动放气,测量不出血压。此外,还需要确认袖带绑在人体的位置和方法是否正确。在临床使用中,要注意袖带的连接处,防止电机反复重启、运转不停的情况。当袖带损坏需要更换时,要注意保存好血压管的接头。如袖带只是外布袋损坏,有可能内胆正常,可留作备用,可以更换到内胆故障的袖带上继续使用。
2.3.2 血氧参数故障。
血氧探头传感器由发光器件和光敏接收器件组成,其中发光器件由红外光发射管反极性并联组成,光敏接收器件就是PIN型光敏二极管。血氧参数故障排除流程见图3。
测量时常出现没有血氧波形和血氧值,可以先用替代法确定是血氧延长线还是血氧指夹故障。若开机后自动出现不规则血氧波形,一般是血氧夹发生故障。血氧夹故障可分发射灯亮和不亮两种情况。发射灯不亮说明发光器有问题,发射灯亮可能是接收端有问题。可拔开问题端传感器的软壳,查看是否有线脱开,若有,将脱开线脚焊接后即可正常使用。从理论上讲,可分别测量发光器和光敏接收器两脚的电阻,正常情况下发光器电阻,正向电阻112kΩ,反向111kΩ,接收器正向560Ω,反向无穷大[1]。若测量阻值异常,更换相应发射管或接收管即可,若阻值正常则说明是连线有问题。测血氧值时注意将血氧指夹放于测量血压或打点滴的异侧肢体,以免影响血氧数值的准确性。
2.3.3 心电参数故障。
监护仪通过电极片和导联线从人体采集信号,然后通过心电板转化为电信号再送到监护仪的控制板进行信号处理,最后显示心电波形。心电参数故障排除流程见图4。
常见故障有不出心电波形或出现紊乱不规则的受干扰波形。首先检查导联模式,有三导联和五导联,看导联连接是否正确。其次,要排除是否是信号输入端产生故障,当使用过期、质量较差的电极片或对皮肤没有清洁,就会增加电极片所采集到信号的极化电压,从而产生干扰或使监护仪不出现心电波形。再次,可用替代法更换心电导联线,以确认心电导联线是否出现了断路、老化等情况。对于长期使用生锈的导联线可进行除锈处理。另外,监护仪应具有良好的接地,否则会影响心电信号的监测。
2.4 心得体会
附件的故障多因导联线老化、脱落或连接延长线损坏而引起,虽然属于消耗类附件产品,但能修则修,尽量为医院节省成本。
如果确定是电路板故障,要仔细观察,和正常板子作比较,检查电路板有无明显损坏的贴片元件。由于无电路图,首先仔细检查各元件有无变色、变形和发热等异常,比如常见的可以发现电容变色、变形,经万用表在线测量如果已无容量,可更换电容排除故障。另外,需要注意的是有些故障现象可能由于灰尘或接触不良引起,可以通过除尘或重新插拔线路来灵活解决。
3 多参数监护仪维护保养
监护仪的日常维护和维修工作同等重要。为延长附件的使用寿命,降低医疗成本,需要做好维护工作。由于传感器本身的特性,及患者部位经常处于活动状态,附件传感器极其容易损坏。使用时需要注意不能折、拽传输导线;不能摔、碰传感器探头;要定期清洁汗液、血迹等污垢。附件在和主机连接时,插口有方向区分的不能插错,否则会损坏接口,甚至可能导致连电路板一起损坏。即使测量相同参数的附件接口也有不同,插拔时要注意其安装类型和插拔方法。
监护仪连续工作时间长,容易因机内温度过高造成机内部件老化或损坏。因此,平时使用过程中,要做好机内、外的清洁工作,确保机器散热和通风良好。定期检查主机的滤网,清洁灰尘。同时可利用“看、嗅、听、触”等直观方法对机内各模块、部件进行检查。对于监护仪的存放,要注意将机器置于通风防潮的地方,存放一段时间后,需定期通电开机,除湿,延长监护仪的使用寿命。监护仪的电池需要经常进行充放电,以防止电池因长时间不用导致损坏。
4 总结
现代科技成果的应用使监护仪的发展更加实用化、智能化,为提高医疗服务质量提供了更可靠的保障。目前,监护仪生产厂家一般不提供电路图,给维修带来一定的难度,同时厂家提供的进口电路板或零配件价格比较昂贵。在维修工作中,可以利用一些分析对比的方法,如分割法、替代法、排除法等。总之,作为监护仪维修人员,我们要胆大心细,敢于动手,认真分析问题,然后寻找排除故障的方法,力争维修到元件级,最大限度为医院节省维修经费。
参考文献
[1]蒋秉梁,王晓堂,黄超,等.监护仪的维修和保养[J].中国医学装备,2008,5(8):60-62.
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[3]曹益跃,刘鑫,常苏中.多参数监护仪的测量原理及其使用与维护[J].实用医技杂志,2003(8):8-10.
电池多参数自动测试系统的研制 篇9
一些电池生产企业会对下线后的电池抽样, 并定期对样本进行性能测试, 方便日后的电池品质追溯。而目前国内的电池抽样检测设备主要为电池检测仪人工进行测量记录数据。为提高这类电池企业对电池样本检测的工作效率, 研制了一套新型的电池自动测试系统。系统能够实现自动控制、数据采集与处理、统计分析等功能。本系统中采用了可编程智能仪表HIOKI BT3562, 仪表可进行高精度高速的Ω (内阻) 、V (电压) 和ΩV (电压内阻) 测量, 它除电源开关之外的所有功能均可通过RS-232接口 (或者GP-IB接口) 与外部I/O端子实现, 且配备了丰富的信息指令便于接口控制[1], 适合于构建电池自动测试系统, 缩短了系统研发周期。
1 测试系统功能及组成
1.1 系统功能
测试系统能够对多种型号的圆柱形电池进行测试, 测试参数包括开路电压、短路电流、内阻和负载电压。进行测试时, 可以任意选择其中的测试参数进行单独测量或者组合测量, 并能够实时显示并保存结果;可以对结果进行相应的编辑, 如取消某一个电池的测试结果或重新测试某一个电池;可以随时查看统计信息;测试数据以固定报表形式保存, 报表包括电池的基本信息, 以及测试结果的统计信息和测试数据, 计算机作为人机交互平台完成整个系统的操控。系统为每种型号的电池配备了专门的电池测量盘和装电池纸盒 (LR20/R20型5×4颗, LR6/R6型10×6颗, LR03/R03型10×6颗, LR14/R14型5×4颗) , 以一个纸盒为单位进行测试。
1.2 系统硬件组成
测试系统硬件由机械装置模块、数据采集模块以及上位机 (计算机) 三部分组成。机械装置模块包括伺服放大器、伺服电机、电池测量平台、测试探针等, 其中电池测量平台实现XY方向平面运动, 由伺服电机驱动以实现电池的定位。数据采集模块包括PLC、HIOKI BT3562仪表等, PLC型号为欧姆龙CP1H-XA, 它带有四路A/D输入模块, 具有处理速度快、性价比高的优点, PLC除了对整个系统运动过程和参数检测过程控制外, 还实现电池的短路电流和负载电压参数的采集。BT3562仪表实现对电池开路电压、内阻参数的采集。计算机通过串口与PLC以及通过串口与BT3562仪表通信, 实现对整个测试系统的控制和检测。系统硬件组成框图如图1所示。
1.3 电池参数测量电路
电池参数的测量原理如图2所示。
继电器KA2闭合后, KA1再闭合使仪表的TRIG端子与ISO_COM端子形成短路从而触发仪表测量电池的开路电压或内阻。继电器KA4闭合时, 0.01Ω小电阻的电压经过放大, 由PLC的A/D模块进行采样再通过运算得到电池的短路电流。继电器KA3闭合, 3.9Ω电阻的电压由PLC的A/D模块采样直接得到负载电压。测试时, 由PLC控制各测量回路上的继电器分时闭合, 从而实现各参数的分时测量。继电器KA1、KA2、KA3采用OMRON公司的MY2NJ继电器, KA4则采用MDI/30NO-24DH型水银继电器。
2 系统软件设计
系统软件设计包括上位机软件设计和PLC程序设计两部分。上位机软件选用Delphi作为开发平台, 结合数据库技术编写而成, 主要实现一些具体的控制命令和监测。PLC程序由欧姆龙的编程软件CX-ONE编写, 根据上位机的控制命令实现对系统运动控制和参数检测。
2.1 上位机软件设计
上位机软件由多个画面组成, 可分为基本信息输入界面, 参数检测界面以及查询统计界面三类。
基本信息输入界面, 输入包括电池的型号、工厂、生产日期、测试日期等基本信息, 通过Delphi建立与外部Access数据库的连接将这些信息存入数据库。参数检测界面, 包括测试参数的选择、操作模式的选择等, 显示通信状态以及PLC的工作状态, 实时显示参数测试结果并将结果存入数据库, 并能对测试结果进行编辑包括取消和恢复。系统提供了自动、手动和重测三种操作模式, 自动模式是主要模式, 即按下自动按钮系统自动测试完一整盒电池, 也可以方便地切换到手动和重测, 手动模式可以选择一盒电池中任意位置的电池进行测试, 重测模式则是可以选择任意测试过的电池再测一遍。查询统计界面, 包括根据电池基本信息选项对数据库查询出电池参数的测试结果以及对测试结果进行平均值、最大值、最小值、偏差等的统计和输出固定格式的报表。其中, 报表是通过Delphi中的Excel控件, 调用事先做好的Excel报表模版, 再将查询得到的数据动态填入Excel模版中实现[2]。上位机软件参数检测界面如图3所示。
2.2 PLC程序设计
PLC程序主要包括不同电池型号下伺服电机的定位控制以及电池参数测量程序, 控制方式有自动控制和手动控制。自动控制根据各个逻辑位的组合以及设备状态实现不同的控制策略, 控制电机和继电器, 完成系统的流程工作。手动控制通过上位机按钮实现各电池的单独测试。
欧姆龙PLC提供四组脉冲输出, 在伺服电机的定位控制程序中, 先通过SPED指令设定X轴和Y轴电机对应的脉冲输出端口的脉冲频率, 通过PULS指令设定电机移动的脉冲量, 再控制相应软元件的状态向伺服单元输出SPED指令和PULS指令, 进而实现对X方向和Y方向伺服电机的控制[3]。在短路电流、负载电压测量子程序中, PLC首先对模拟量输入单元先进行量程设定, 设置生效后, 模拟量输入单元才能进行A/D转换, 转换结束, 然后再通过MOV指令把测量值存储在DM数据寄存器。开路电压和内阻的测量程序则是PLC直接控制其回路的继电器闭合触发仪表进行测量。本系统中, 电池参数的检测按照开路电压-短路电流-负载电压-内阻的顺序来进行, 在每个参数检测开始前以及完成后的程序中都给出状态标志, 供上位机查询。当上位机设定某个参数不测量时, 那么PLC执行检测程序时就跳过此参数的测量程序进行下一个参数的测试。在PLC程序设计中, 用一些内部辅助继电器作为电池型号、控制模式、测试参数、测量状态等的标志位, 上位机通过对这些标志位的读写, 实现测试功能的选择以及设备状态的监控。
3 系统通信的实现
系统工作时, 上位机通过串口与PLC以及通过串口与BT3562仪表通信, 实现对整个测试系统的控制和检测, 因此, 通信程序的开发是测试系统开发中的重点。
3.1 BT3562仪表的工作方式
BT3562仪表的工作方式根据计算机发送的测量条件来设置, 测量条件包括:仪表的功能设定、量程设定、采样设定、触发设定等, 各测量条件组合使得仪表有多种工作状态。上位机取得仪表的测量数据的指令也根据测量条件而不同, 具体如表1所示。
在本系统中, 仪表的测量受到外电路所连继电器的控制, 因而仪表的测量条件设定为:外部触发、连续测量状态为OFF。仪表的工作方式则是先通过计算机向仪表发送“:READ?”指令使仪表处于等待触发状态, 再由PLC控制仪表外部端子所接的继电器闭合触发一次测量。
3.2 通信实现
本系统中, 每次通信都是由计算机先发出命令, PLC以及仪表再响应, 因此时序配合尤为重要[4]。在上位机向PLC发送相应的控制命令后, 用定时器定时地读取PLC的测量状态, 再根据状态的不同, 进一步向仪表发送控制其测量的“:READ?”指令以及向PLC发送读取DM区测量值的指令。为避免上位机发送命令和接收数据产生冲突, 当接收到数据时, 立即停止定时器, 将数据处理完毕之后再开启定时器。上位机与BT3562仪表以及与PLC的通信流程图如图4所示。
Delphi的串口通 信这里采 用第三方 通信套件Comport Library进行设计[5]。通信过程中, 遵循“一问一答”的方式。在TCom Data Packe的On Packet串口接收事件中判断收到的状态再发送相关的命令, 即接收事件里的数据形式为接收-发送-接收。以测量开路电压、短路电流参数为例, PLC和BT3562串口接收数据的程序如下:
4 结束语
研制的电池自动测试系统实现了基于计算机和PLC共同控制下电池参数的自动测试与数据保存, 克服了电池抽样检测中需要人工测试以及记录数据的不足, 大大缩短了测试时间, 且系统可以测试多种型号的电池。经过测试和试用, 已在实际中应用, 极大地提高了检测的效率和精度。
摘要：针对电池抽样检测设备需人工进行测量记录数据的现状, 研制了一套新型的电池自动测试系统。该系统采用CP1H-XA型PLC作为测量与控制核心, 使用智能仪表HIOKI BT3562采集内阻与开路电压参数, 通过建立PLC与计算机以及HIOKI BT3562与计算机的串行通信网络, 系统可以实现电池参数的自动采集、动态显示和保存。实际应用表明, 测试系统可以大大提高测试效率, 且运行稳定可靠性良好。
关键词：自动测试系统,计算机,PLC,HIOKI BT3562,串行通信
参考文献
[1]BT3562电池测试仪[M].系统手册, 2013.
[2]李存斌, 汪兵, 等.Delphi深度编程及其项目应用开发[M].北京:中国水利水电出版社, 2002.
[3]霍罡, 樊晓兵, 等.欧姆龙CP1H PLC应用基础与编程实践[M].北京:机械工业出版社, 2011.
[4]王永华, 郑安平.基于PLC和智能仪表的下位机群与上位机通讯的实现[J].制造业自动化, 2002, 24 (9) :9-13.