探测仪器

2024-11-04

探测仪器（精选12篇）

探测仪器篇1

0 引言

目前,在海底光缆探测中广泛应用的方法是有源磁探测法,即在海缆中注入一适当频率和功率的交流电流,通过探测设备探测该电流产生的电磁场,再根据探测信号的信息判断海缆的位置。该方法有以下缺点:(1)必须中断海缆承载的业务,这会给海底通信带来不可避免的损失;(2)海底光缆内的导体(无缝金属管或供检测用的小直径铜导线)对加载的信号有较强的衰减作用,不适合对长距离光缆进行探测;(3)有源法对于有中继的海底光缆无法实现有效探测。因此亟需采用新的探测方法——无源磁探测法。无源磁探测法是一种地球物理勘探技术,它的前提是海底光缆中的钢铠装结构,是通过探测海底光缆自身的磁场信息实现探测和定位的。该方法无需给海底光缆加载额外信号。本文分析的磁异探测方法即为一种典型的无源磁探测法。

1 磁异探测

磁异探测,即地磁异常探测,是基于铁磁性物体扰乱地磁场磁力线均匀分布这一基本物理现象的。由于磁场的磁力线从水中进入空气几乎不改变传播方向,而且传播方式几乎一致,这样我们就能通过在空气中测量磁场的异常来确定水下目标。

目前该方法已经广泛应用于探测磁性矿物、油气资源及铁质的给水、燃气等管道(线),此外还可以用来搜寻沉船等大型目标和较小的沉物(如铁锚、遗弃水雷等)。

1.1 磁异常的产生

从物理学上可知,任何物体在地磁环境中都不可避免地被磁化,铁磁体的磁性是由感应磁化强度和不同时期的剩磁叠加而成的。但是对于水下铁磁体而言,其剩磁强度比感应磁化强度小好几个数量级,因此,水下铁磁体的当前磁性主要来源于当前地磁背景场作用下产生的感应磁化强度undefined,方向沿着当前地磁场的方向undefined[1]。

铁磁体磁化产生的磁场叠加在海底地磁背景场上,就会产生磁异常: ΔB=B-T0,式中,ΔB为磁异常强度,B为总磁场强度,T0为地磁背景场。因此只要获取高精度区域海底磁场数据,利用铁磁体产生的磁异常特性,就可以对实际地磁场异常特性进行分析判断,从而对其进行识别和定位。

1.2 海底光缆磁场模型

对于工程勘察而言,磁化率的大小对磁场的影响很大。光缆的铠装主要是钢绞线,由表1可知,钢的磁化率最强,与周围介质(海水或淤泥)之间的磁性差异非常明显,这就为磁法探测海底缆线提供了前提条件。因此无论海底光缆敷设在海床还是埋设在海底,都可以通过磁异探测法去发现海缆,实现光缆的定位。

根据探测物体体积的大小,对海上寻找的铁磁性物体一般简化为3种类型[3]:第1种为球体(探测距离大于目标最长边5倍以上,铁锚、水雷等小沉物均类似于此类型),其产生的磁异常曲线类似于偶极子;第2种为无限走向的圆柱体(管线、海底缆线等近似于该种类型);第3种为长方体,有限边长的目标除了球体外,均近似于此类(由于此目标的长宽比、埋深和厚度各不相同,所以表现形态也各异)。

1.3 磁异常分析

地磁场是由许许多多不同的成分组成的,其中地磁场偶极子成分远远大于其他成分,也就是说,地磁场的空间分布类似于位于地心的磁偶极子磁场,磁偶极子指向南半球,偶极轴(称作地磁轴)与地球自转轴(即地理轴)的夹角约为11°[4]。简化模型如图1所示。

1.3.1 铁磁体磁矩分解

建立如图2所示的坐标系,x轴为地理北,y轴为地理东,z轴为垂直向下。

将无限长圆柱体分割为无限个小体积dV,如果在dV中,任意点Q(x,y,z)处介质的磁化强度是=undefined(x,y,z),则可以求出dV内部的全部磁矩undefined,体积V外P(x′,y′,z′)一点的磁位可以写成:

undefined

式中,μ0为磁场空间磁导率;undefined为从Q点到P点的矢量,undefined;∇p表示对P点的坐标作梯度运算。

如果介质是均匀磁化,则undefined为常矢量,对式(1)利用由重力位计算磁位的泊松定理,再利用标量与矢量积的散度公式可得:

undefined

由于undefined0,所以式(2)右端第2项等于零[4]。将高斯公式应用于第1项,得:

undefined

式中,undefinedn、r和S均为x、y和z的函数。由undefined可以导出磁场undefined′沿x方向的分量undefined′x、沿y方向的分量undefined′y和沿z方向的分量undefined′z,在图2所示的坐标系中进行分解,分解过程如图3所示,分解结果如下:

undefined

1.3.2 地磁背景分解

水下铁磁体周围的磁场是其自身磁场和地磁背景场的合成。通常地磁背景场变化比较平缓,我们不妨设水下铁磁体所在处的局部地磁背景场是均匀恒定磁场,用undefined0表示。地磁偏角为D0,地磁倾角为I0,则空间一点的地磁背景场undefined0同样可以在3个相互垂直的轴向产生分量,称为地磁三要素[5],如图4所示。

地磁背景场三要素分别如下:

undefined

1.3.3 磁异计算

通过分析可知,坐标系的每个轴上都叠加着来自铁磁体和地磁背景场的两个分量。因此,可导出P处的总磁场为

undefined

由上式可得磁场总强度undefined的模量为

undefined

通过磁探测仪器,我们得到的即为磁场的总强度undefined,减去地磁背景场undefined0,就可以得到由铁磁体磁异常产生的磁场强度undefined′,

undefined

我们可以适当布置多个磁力仪探头,只要它们能捕捉到一次磁异常信号,就可以通过比较各个磁异常信号的微弱差异,基本上确定水下铁磁体的空间位置。

2 结束语

海底光缆探测是海洋工程中经常遇到的实际问题,对于海缆敷设和维护具有重要意义。本文从海底光缆自身的铠装出发,对磁异探测这种无源磁探测方法的原理进行了分析,并利用磁偶极子磁场模型推导出了海缆的磁场计算公式,为确定海底管线的精确位置奠定了理论基础,并为将来开展仿真和实验提供了依据。

参考文献

[1]任来平,欧阳永忠,陆秀平,等.水下铁磁体磁场特征平面[J].海洋测绘,2005,25(4):1-4.

[2]吕邦来.海底管线的地球物理探测技术探讨[J].水运工程,2009,(7):146-150.

[3]王闰成,王守国.水下铁磁体磁场特性[J].海洋测绘,2006,26(5):35-41.

[4]徐文耀.地球电磁现象物理学[M].合肥:中国科技大学出版社,2009.

[5]任来平,黄谟涛,翟国军,等.海底管线磁场计算模型[J].海洋测绘,2007,27(1):1-6.

探测仪器篇2

对人类已经开展的深空探测活动进行了回顾,简介了近期已开展和未来5年内将要开展的深空探测任务,以及未来主要航天国家的深空探测规划,提出了未来我国开展深空探测应掌握和突破的关键技术;介绍了我国深空探测的现状,对绕月探测工程和嫦娥1号进行了简介,重点介绍了探月工程二、三期的.思路和二期工程的立项论证情况和初步总体方案,同时简要叙述了正在论证中的中俄联合火星探测、夸父计划、硬X射线天文望远镜和空间太阳望远镜等项目的概况;给出了对我国未来深空探测发展方向的思考和展望.

作者：叶培建彭兢 Ye Peijian Peng Jing 作者单位：中国空间技术研究院,北京,100081 刊名：中国工程科学 ISTIC英文刊名：ENGINEERING SCIENCE 年，卷(期)： 8(10) 分类号：V475 V529 关键词：深空探测行星际探测多目标多任务中国探月工程

探测仪器篇3

关键词：医学虚拟仪器电子仪器技术运用

中图分类号：TN911 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）10（b）-0056-01

医学中使用的电子仪器是通过数据的输入、传输，然后得到反馈，进行信号处理和结果记录，最终在PC机上显示出来。这就需要提供数据的采集硬件，才能完成在PC机中的信号检测。对于需要反复试验的传统医疗仪器，如果可以实现仪器的软件化，就更有助于仪器的更新与升级。虚拟仪器则为医疗仪器的软件化、智能化提供了技术支持，为电子仪器更好的在医学中应用提供了一个很好的平台。

1 虚拟仪器的概念

1.1 虚拟仪器的定义

虚拟仪器是在计算机的基础上通过增加软件和硬件构建的，具有可视化界面的仪器。其实质是利用计算机，结合模块化的硬件和灵活的软件实现数据的采集、分析和出来，完成各种测试、测量，给我们带来了很多的便捷。虚拟仪器的先进之处在于，根据你需要的功能进行软件编程，完成测试。另一方面，可视化的开发工具应用到产品设计的每一个环节，从而提高了产品开发的效率。虚拟仪器还能够提供强大的数据处理软件包，智能化程度高，处理能力强，具有可操作性，方便快捷。

1.2 虚拟仪器的结构

虚拟仪器的系统主要是由计算机、硬件平台和应用软件组成的。计算机包括PC机、服务器和工作站等。计算机是虚拟仪器的核心，为软件开发提供了应用环境。传统的硬件系统由控制面板和内部处理电路组成，它对数据进行采集，然后检测，实现信号的数字化。它能够实现信号的预处理，对信号进行放大、整形、滤波，经过处理的信号进入数据采集卡进行再处理。数据采集卡与计算机的紧密结合，使得计算机的资源被充分利用，比传统的仪器更加灵活便捷。

软件部分在虚拟仪器中占着举足轻重的地位，主要包括虚拟仪器应用软件的开发平台、仪器的驱动程序和信号处理技术。

1.3 开发平台

作为虚拟仪器的开发平台，在软件开发中起着重要的作用。它作为一种图形化的编程系统，在医学实验室中应用最为广泛。在用虚拟进行编程时，不用写程序代码，而是选用流程图，更加方便快捷。流程图节点之间的数据流向决定了虚拟仪器的执行顺序，不需要程序语言来进行控制。使用图形可以让技术人员与开发人员之间的交流不存在障碍，更加面向用户终端，容易理解，且提高了工作的效率。

2 虚拟仪器的应用

随着科学技术的不断发展，虚拟仪器技术也应运而生，并得到广泛的应用，它在医学中的应用也逐渐被推广。国外已利用虚拟仪器生产动态心电图仪，对患者进行24 h信号监控，具有很强的快速检索及分析数据的能力，目前，在国内的一些大医院已经采用，取得了很好的效果。近几年，国内在医学电子仪器中使用虚拟仪器的研究也在不断发展，不断进步。

2.1 在医疗装备开发中的应用

医疗设备的开发生产需要进行反复的实验，验证它的功能是否可行，如果采用原始的硬件开发技术，在研发的过程中需要做大量的实验，这样既浪费时间，又提高了成本，对于医疗设备的开发很不利。如果选择虚拟仪器进行产品开发，可以通过修改软件程序来实现功能的更改，这样增加的软件的工作量，而对于工作人员来说，提高了效率，降低了成本，缩短了研发周期，这样就大大的促进了医疗设备的开发应用。

2.2 在信号处理系统中的应用

在医学信号的处理中，包括信号的预处理和再处理的过程。如果不进行信号的预处理，它的低频率和低幅值，会导致信号受到电磁波或其他信号的干扰，影响测量结果的准确性。虚拟仪器可以利用它的放大、滤波功能对输入的信号进行预处理，完成信号的分析、诊断、存储等。虚拟系统可以对强大的数字信号进行处理和分析，它具有直流交流成分分析、脉冲测量、振幅测量、信号提取、高级数学分析等功能，此外，它还能够对可视化的信号进行处理，涵盖积分、微分、导数等功能。利用此技术还能对含有噪声的心电信号进行处理，完成对信号的分析功能，为心电信号的处理提供了一种可靠的方法。

2.3 在信息数据库管理中的应用

病人的个人信息及病例等都需要进行保存，无论是传统的手工整理的信息，还是电脑里存储的信息，只能够起到保存的作用，不能够对数据进行分析比较，研究它们之间的相关性，从而不能进行有效的管理。因此需要虚拟仪器建立以数据库为中心的数据管理系统，对病人的各种信息进行有效的管理，并为以后病人的治疗提供可依据的方案。

2.4 在远程医疗诊断中的应用

随着社会的不断进步，人们对于远程医疗的需求越来越多，希望能够不去医院，在家中就可以进行病情的诊断。随着人们需求的增加，基于互联网的远程医疗诊断系统就应运而生。利用虚拟系统中强大的网络通讯功能，利用一项基于TCP/IP协议的技术，在网上实现数据测量和数据交换，再将测量的数据进行传导，这样一个远程医疗诊断系统就诞生了。目前，一些专家已经建立了这种远程医疗诊断的模型，利用互联网对病人的各项指数进行随时监控和诊断。

2.5 在扩展传统仪器功能方面的应用

采用虚拟仪器可以降低传统仪器更新的成本，使传统仪器更加的数字化、智能化。在传统仪器上应用虚拟仪器，可以提高仪器的效率，增加仪器本身的功能。一些专家在心电图监控系统上，利用虚拟仪器，加入微型计算机和数据采集卡，这样就可以对心电信号进行实时监控，并且对其数据进行小波处理，使得到的数据更加的精确，也能够对心率的变异进行分析，大大的提高了原有仪器的功能，更加直观、数字化。

3 结语

利用虚拟仪器与传统仪器结合，可以降低成本，提高效率，拓展传统仪器的功能，这在医学电子仪器的研究领域是一个重大的进步。虚拟仪器在医学界的应用，展现了它巨大的优越性与生命力，为我国医学电子仪器的发展提供了一个很好的契机。它的广泛应用也为人们的生活提供了便捷，展现了我国在医学界的伟大实力，为我国医疗事业的蓬勃发展提供了有力的条件。

参考文献

[1]郑旋，赖晓涛.虚拟仪器技术在医学电子仪器中的应用[J].黑龙江科学，2014，5（1）：171.

[2]刘艳，龙云玲，张文超，等.基于虚拟的医学电子仪器开发[J].医疗装备，2010，23（8）：5-6.

基于电容探测的智能液面探测技术篇4

关键词：智能液面探测技术,电容探测,单片机,单针探头,比较输出,探测灵敏度

0前言

液面探测系统是自动化学发光免疫分析测控系统的重要组成部分[1], 用于控制采样针探入液体的深度, 从而最大限度减少挂滴, 使自动加样过程稳定可靠。电容式液面探测技术[2]原理简单、成本低、易于实现, 是应用最为广泛的液面探测方法。本文主要通过对电容式液面探测技术进行改进, 阐述提高液面探测系统灵敏度、降低最少探液量以保持系统长期稳定工作, 降低其维护成本的方法。

1 电容式液面探测原理

金属采样针通过空间环境与电路系统形成空间分布电容, 利用时基电路产生脉宽调制输出[3,4], 当采样针与导电溶液接触时增加了空间分布电容, 输出脉宽变大, 检出此事件就可探测到液面接触信息。基本原理, 见图1。R1、R2、采样针与时基电路构成单稳态触发电路, 当外部触发时开始充电, 输出高电平, 当充电到VCC/3输出反转为低电平。脉冲周期由外部触发控制, 触发频率一般在20~100k Hz, 触发周期以略大于探测到液面最大空间分布电容情况时的最大脉宽为佳, 由最大探液量及应用环境决定。

2 检测方法

脉宽调制信息经二阶低通滤波器转化为准直流电平, 当探测到液面时电平跃变升高, 跃变电平与参考电平输入比较器得到液面探测脉冲信息图。具体电路, 见图2。由U2A线性放大提供略大于本底电平的参考电平, 由于迟滞电路有一定的延时和带宽, 使得比较电路在未探测到液面时输出低电平, 探测到液面时在一段时间内输出高电平。

3 智能化设计

用时基电路提供触发源, 结合上述电路可以实现全硬件电路的液面探测系统, 但液面探测脉冲在小液量时不易被捕获, 易受干扰, 不能实现稳定可靠的探测。图2中由迟滞电路提供的参考电平在实际应用中需要反复调试, 且由于季节、气候变化, 可调电阻触点老化等原因参考电平不能一直保持稳定, 往往每隔两三个月需要人工调节一次, 这无形中增加了维护成本。

引入单片机控制液面探测[5,6]可以有效提高探测质量。原理框图, 见图3。由单片机输出一路PWM信号提供稳定的触发频率, 触发信号自图1中2脚输入, 当低于VCC/3时, 触发器置位, 3脚输出高电平, 同时放电开关管关闭, 单稳态触发器进入充电过程。为不影响脉宽调制, 选取低电平时短PWM信号作为触发信号。

根据检测原理, 稳定的参考电平不应因是否探测到液面而发生变化。可通过单片机输出另一路PWM信号经二阶低通滤波器生成直流参考电平, 并经A/D转换对其进行实时监测, 通过自适应算法自动调节占宽比使其输出与设定值一致的稳定参考电平, 探测精度要求高时需要经D/A转换来提供稳定可控的参考电平。液面探测模拟电路, 见图4。

由外部控制本底信息采集, 本底采集时间为0.2 s, 经A/D转换 (ADC) 、256个数据循环池滑动平均得到平均值, 在此基础上加一个增量作为参考电平值, 此增量的大小决定了探测的灵敏度, 通过2个单片机引脚调节该增量并自动存储到单片机EEPROM中。系统中A/D、D/A转换分别为10位精度IC。表1为在测量点AINF处本底和各种液体容量的模数转换值与数字万用表实测电压值的关系。

注:表中电压数据由于人工介入测量引入一定环境电容改变, 其测量值仅作参考。

探测到液面时的比较输出是一个稳定的高电平。为提高探测的抗干扰能力, 单片机实时跟踪比较输出:当跟踪到持续的高电平信号时输出信号;当跟踪到脉冲干扰信号时单片机通过判断持续时间予以删除, 这是提高小液量探测灵敏度的关键。100μL液面探测示波器检测结果, 见图5。

4 结论

依据电容式探测原理, 经智能化处理后的液面探测系统的灵敏度得到了大幅度提高, 最小探液量可达100μL, 优于预期最小探液量 (150μL) , 有效提高了试剂最大使用量, 降低了样本的需求量。此设计方案已应用于临床检测的某自动化学发光免疫分析仪中。

参考文献

[1]朱险峰, 张阔, 曾思思, 等.全自动临床检验仪器中液面探测技术的进展[J].生物医学工程学杂志, 2010, (4) :949-952.

[2]纪国伟.AU5400生化仪液面探测原理分析[J].中国医学装备, 2010, (7) :52-54.

[3]李书旗, 沈金荣.液位测量传感器系统的设计与实现[J].计算机测量与控制, 2009, 17 (11) :2131-2133.

[4]招惠玲, 周美娟, 胡远忠.电容式液位测量系统的设计[J].传感器技术, 2004, 23 (3) :40-42.

[5]程剑锋.基于单片机的接触式液面检测系统[J].机械工程与自动化, 2009, (6) :48-49.

探测仪器篇5

用户单位负责人:

设备管理人:安装验收完成日期:

资产管理处制

填写说明

凡单价十万元以上或配套总十万元以上的仪器设备必须填写本.本是仪器设备档案的重要组成部分,列为长期保管范围,故必须用碳素墨水填写,要求字迹清晰,书写整齐.的测试资料(包括曲线,图纸,照片等)可粘贴在有关栏目内或加贴附页.本一式三份,一份交校档案馆存档,一份交资产管理处,一份由设备所在单位留存.一,外包装及开箱

设备名称

(中文)

国别

预计使用年限

(英文)

型号规格

生产厂家

供货商

合同编号

合同价格

(人民币)

合同价格

(美元)

生产日期

出厂编号

到货日期

外包装种类

纸箱木箱

到货数量

箱/件

运单号

外包装情况

开箱检

查情况

内包装情况

有无装箱单

装箱单与合同

是否相符

装箱单是否与实际到货相符

主机外观情况

备注

附件数量

说明书份数

安装地点

安装

负责人

技术职称

开箱

签字

供货方负责人

用户单位人

用户单位负责人

资产处人

资产处负责人

档案馆人

火星探测凭实力篇6

火星探测素来以难度大、失败率高而著称，是否拥有强大的科技实力主导着各国火星探索的成功与否。常人对火星探测的关注往往仅限于探测器的发射、探测器登陆火星以及探测器在火星上的新发现等。事实上，探测火星过程中的上述几个关键阶段，是对大量高精尖科学技术发展水平的考察与总结。轰轰烈烈的火星探测活动背后，是人类在航天、遥测、人工智能等尖端科技领域长期艰苦卓绝的探索。一个国家只有在这些领域的技术都过硬了，它勾勒的火星探索蓝图才能有顺利实施的保障。美国“勇气”号火星车的成功登陆再次向我们做出了证明。

41年来，在人类发起的30多次火星探测活动中，美国占了约一半。虽然其中多数以失败告终，但科学家在探测器发射、探测器能源供应、探测器着陆方式和技术以及火星环境探测等方面积累了大量宝贵经验，为“勇气”号成功登陆火星奠定了基础。相比之下，欧洲宇航局的“火星快车”探测器和日本的“希望”号火星探测器就显得有些“根基不稳”。

过去，欧盟航天业一直专注于卫星制造和商业火箭发射，避免参与美俄载人航天、外太空探测等项目的竞争。近些年来，尽管欧洲航天局在探月以及木星和火星探测方面取得了一些进展，但无论在技术上还是经验上都与美国存在相当大的差距，去年６月发射的“火星快车”探测器也只不过是欧洲航天局在火星探测方面迈出的第一步。从这个意义上讲，“火星快车”携带的“猎兔犬２”号登陆器遇到挫折并不意外。与此同时，日本“希望”号火星探测器的“半途而废”，也同样暴露出日本在技术与经验上的差距和不足。另外，环境监测卫星“绿色２号”报废和H2A火箭发射间谍卫星失败等也说明日本在航天技术领域还有很长的路要走。

在科学研究向纵深发展的今天，任何一项重大成果的出现都离不开强有力的经济支持。在高成本的航天研究领域，各国技术上的拼抢，实际上也是经济实力的竞争。高投入也许并非意味着绝对的高成功率，但成功的背后一定少不了足够的资金支持。

探测仪器篇7

2010年是中国仪器仪表学会医疗仪器分会第四届理事会的第一年, 就在4月召开的“中国仪器仪表学会2010年秘书长工作会议”上, 医疗仪器分会评为优秀分会。在春节前的京津地区理事联谊会, 新一届理事长及理事会对今年及本届理事会的工作做了计划及安排。在2010年及其第四届理事会期间, 我们要进一步做好学会的各项工作, 创造更大的成绩, 发挥优势以及推动经济社会发展、社会稳定中的作用。

“两岸三地2010年生物医学工程学术会议”是重要的学术会议, 望各位理事、各位会员收到征文通知后, 积极为会议撰写论文、报告并参加会议, 努力使本次学术会议举办成功。

中国仪器仪表学会医疗仪器分会

L波段高空气象探测资料审核探测篇8

1.1 系统台站基本参数的审核

L波段高空探测系统台站基本参数主要设置有本站常用参数和发报参数两种。L波段探测系统的常用参数包括台站名称、区站号、经纬度、海拔高度、气压表修改值等, 在设置时要认真输入各项参数, 确保台站基本参数的正确性, 以免影响到高空探测数据的精确处理;发报参数包括报文标志和名代号, 在设置时需要认真、仔细地选择和填写, 确保在软件运行的第一次就能够正确输入。在日后的工作中, 如果另有变动, 要及时修改, 严禁使用超检仪器, 防止处理后的资料出现错误。

1.2 L波段探空仪器序列号的审核

仔细检查探空仪器序列号, 认真核对序列号的参数是否与观测仪器设备厂家配发的系列参数一致, 认真核对d D0~d D5的数值, 查看T0和R0的读数是否正确、接近数值“2”的输入有无错误。一般情况下, R0的有效合格范围为:8.0 kΩ≤R0≤20.0 kΩ。

1.3 地面瞬间数据的审核

对干、湿球温度, 云, 辐射值, 能见度, 天气现象等地面数据要素最佳的读取时间应该控制在放球前、后的5 min内。认真观测、核对输入的数据, 确保数据的准确性, 避免观测、记录方面出现明显性错误。基值测定值与瞬间温湿度值相差较大, 却与瞬间气压值、附温值相差较小。正常的基值测定值和瞬间观测压值应该在0.5 h Pa以内, 附温差值在1℃内。如果基值测定值和瞬间观测压值相差大于1 h Pa, 附温大于2℃, 则认为记录有误。此时需认真检查地面人工采集和自动站的原始记录数据, 查看这两者是否一致、是否因天气变化而出现跳变误差;通过与地面站的自动记录进行比较, 判断读数是否有误, 并比较变化趋势, 判断相关影响因素。

2 放球点的放球资料审核

L波段雷达探测系统中的自动跟踪探空仪对放球的跟踪, 一般根据雷达较为有利的跟踪角度和方向进行选择。通常情况下, 台站有两三个默认放球点。为避免近距离气球过顶丢球情况的出现, 放球地点应尽量选择便于雷达自动跟踪的下风方向。如果没有在默认放球点放球, 则要在“空中风记录”这一备注栏中修改新的放球点参数。如果没有及时修改放球点参数, 会对0.5 min内量得风层的风产生影响, 导致高空风数据出错。一般情况下, 00 s与01 s方位相差应该保持在10°以下, 当地面风速大于6 m/s时, 方位差值将超出10°。施放瞬间采用近地面手动抓球, 如果不是手动跟踪, 可判定值班员未修正放球点。

2.1 放球时间

L波段高空气象探测的时间点应该严格按照规定时间放球, 将时间控制在北京时间01:15, 07:15, 13:15和19:15这几个时间点, 不得随意更改放球时间。如果遇到特殊天气影响正点放球时间, 此时可延迟放球, 但不能超过正点后的75 min。气球释放后要及时按“确定”键, 如果忘记按“确定”键, 则需要订正放球时间。预审时, 通过比较数据处理软件中的00 s和01 s的气压值来确定“放球”键是早按, 还是迟按。如果气压值没有发生变化, 则说明按键过早;如果气球升速在350~400 m/min, 计算气压在近地面0.6~0.8 h Pa之间变化, 说明迟按了“放球”键;如果00 s和01 s所显示的气压值大于1.5 h Pa, 说明放球值班员没有修正放球时间。

2.2 探空数据确认审核

L波段高空探测数据的审核主要是对删除飞点和超声速情况的处理。探空仪放球后, 容易受到雷达跟踪、天气异常现象或外来信号的干扰, 导致探测信号被削弱, 飞点增多。如果没有完全删除飞点, 会造成高度、温湿度等数据出现异常, 审核时要认真查看是否存在没有删除的飞点, 并自动或手动修改探空曲线。超声速是指从某一等压面内观测开始至观测结束, 气球的平均升速如果出现小于150 m/min或大于600 m/min的声速, 则说明超声速存在异常。此时, 应从终止层逐点下移, 直至升速控制在150~600 m/min之间为止。

2.3 测风数据审核处理

L波段高空雷达系统的测风数据是根据各个整点分钟数及前后2 s的平均数据计算得出, 主要是查看风层方向和风速变化之间的规律。通过查看每分钟内的斜距、仰角和方位之间的变化及整点分钟参与计算的5 s内记录是否有突变, 利用L波段数据处理软件内提供的图形检测功能, 对各量得风层的风数据进行检测, 并对量得风层的突变数据作删除处理, 然后手动输入正确数据, 保证计算量得的风层和风速的可靠性。

3 L波段高空气象探测资料的常见问题

3.1 探测仪无法实现放球自动跟踪

L波段高空探测系统能够实现地面放球自动跟踪作业。但是, 在大风天气或受到外界干扰控制时, 会在放球的过程中出现不能自动跟踪的情况。如果放球时天控开关处于自动状态, 跟踪仪容易出现天线死位或雷达下限位出现警报, 导致不能实现自动跟踪目标, 从而造成探空资料的缺失。针对这种情况, 可预先安排操作人员手动跟踪, 保证在放球前天控开关处于手动状态, 放球后可进行手动控制天线的方位和仰角, 利用摄像头对气球进行密切跟踪, 并持续10 s保持在屏幕中央。当气球出现仰角抬升, 可在气球稳定后转换天控开关到自动状态。

3.2 旁瓣跟踪分辨问题

在降雨、大雾天气等能见度较差的情况下, 在相机画面上气球不容易被清楚地观察到, 容易产生旁瓣跟踪问题。如果系统长时间处于这种状态, 可能会造成数据缺测, 甚至重新放球的可能。因此, 判断前瓣除了对4条亮线进行观测外, 还必须对高度、气高值进行观察。旁瓣跟踪产生的增益值一般在150~160 db之间, 这时高度与气高存在较大差值。夜间能见度较低, 无法显示气高, 高度值的增加值在350~400 m/min之间, 不论高低, 如果有旁瓣跟踪, 可将仰角升高10°, 然后实施天线扇扫, 可以快速发现旁瓣现象, 并及时修正。

摘要：L波段高空气象探测系统的使用为获取空旷气象资料提供了更加准确的依据。分析了地面人工采集审核及放球点放球资料审核的注意方法, 并提出探测资料中可能出现的问题, 希望引起工作人员的注意。

关键词：L波段,高空探测,资料审核,基本参数

参考文献

[1]戴丽琼, 黄祖辉, 吴立新.L波段高空气象探测资料审核要点[J].现代农业科技, 2007 (20) .

探测仪器篇9

1 雷达测试围岩松动圈基本原理

巷道围岩松动圈有许多测试方法, 其中使用地质雷达技术是目前最先进的, 目前矿井利用地质雷达对松动圈的测定越来越多[2,3,4,5]。地质雷达基于介质间的电导率、介电常数等电性差异, 以高频电磁波 (主频为数十兆赫至数百兆赫) 在电性界面的反射来探测地下目标体的。在地下一定深度内如果存在有异常物体, 并且其与周围介质间存在明显的电性差异时, 由地质雷达天线在巷道表面向巷道围岩发射的高频电磁波遇到异常物体与周围介质电性分界面时就会被反射回巷道表面被接收天线接收, 根据介质中电磁波传播速度和接收的反射信号及其双程走时, 便可确定围岩深部裂隙区域与较完整岩体分界面的位置和深度。

作为一种主动的电磁探测系统, 由计算机、控制面板、发射电路、发射天线、接收电路和接受天线6部分组成。其工作原理为:利用一个天线T发射高频宽频带电磁波送入围岩, 经深部较完整岩体与裂隙岩体的分界面反射回巷道表面, 被另一天线R接受, 如图1所示。它通过记录电磁反射波信号的强弱及到达时间来判定电性异常体的几何形态和岩性特征。从几何形态来看, 地下异常体可概括为点状体和面状体两类, 前者如洞穴等, 后者如裂隙、断层、层面等。它们在雷达图像上有各自特征, 点状体特征为双曲线反射弧, 面状体呈线状反射, 异常体的岩性可通过反射波振幅来判断, 如位置可通过反射波走时确定。算法如下:

式中:h为裂隙面深度;t为反射波的到达时间;x为天线间距;v为电磁波在岩土中的传播速度;c=0.3m/ns为电磁波在空气中传播的速度;ξ为介电常数, 可查有关参数或测定取得。由于相比地质体的埋深而言, 天线间距较小, 在计算中可忽略不计, 因此上式可简化为H=vt/2

实测结果表明, 电磁波在干燥的煤中传播速度为0.13~0.15m/ns, 在干燥的砂岩和石灰岩中, 约为0.11~0.13m/ns;地下巷道的围岩通常较为潮湿, 且在松动湿水后介电常数会发生较大改变, 不同的含水量和松动状况, 介电常数的改变量也会不同.试验现场观测到围岩的含水量较大, 个别钻孔中甚至有水渗出, 因此, 对电磁波的波速做出折减, 取平均波速为0.1m/ns。

2 测试设备特点介绍

一般而言, 地质雷达的探测深度与雷达天线频率成反比, 探测精度与天线频率成正比。这意味着, 地质雷达的探测深度与其探测精度之间有一定的矛盾。为拓展地质雷达的应用领域, 调和探测精度与深度之间的矛盾, 特配备了Ramac公司的全套雷达天线系统, 含10MHz非屏蔽天线、100MHz非屏蔽天线、250MHz屏蔽天线、500MHz屏蔽天线、1000MHz屏蔽天线。以实现雷达工作的各种工作方式。考虑到巷道内部金属物多, 电磁干扰多, 本次地质雷达测试特采用250MHz屏蔽天线对42采区变电所进行围岩松动圈探测。

3 地质雷达测试围岩松动圈测试断面布置

地质雷达测试时以围岩松动圈产生的宏观裂隙形成的物性界面为主要特征;在此范围内, 岩体为破裂松弛状, 地质雷达对巷道断面进行一周扫描, 发出的电磁波在其中传播时, 波形呈无序状态, 无明显同相轴;当电磁波经过松动圈与非破坏区交界面 (松动圈界面) 时, 则会有强反射, 则可根据反射波图像特征来确定围岩松动圈的范围。在试验中, 为了能够探测巷道内每个断面测区不同位置围岩的松动圈发育值, 在每个巷道断面两帮及顶板围绕巷道周边约间隔40cm选择一个探测点, 来探测巷道围岩松动圈厚度, 测试顺序是右帮→拱顶→左帮→底板。

4 变电所围岩松动圈雷达实测分析

测试结果如图2所示。因42采区变电所原支护采用金属棚式支护, 且巷道内多电器设备等, 在第1、5、13、25、37、40测点 (分别对应图中横坐标0、0.4、1、2、3、3.2处) 有电缆、水管、U型钢等障碍物的干扰。排除以上干扰, 可从图中看到在85ns处出现较密集的断续反射波。根据钻孔窥视仪的分析结果, 对应部位围岩松动破坏范围约为4.1m, 据此可得围岩中的电磁波速约为0.1m/ns, 与假设的电磁波速相同。

从雷达剖面图可看到在巷道底板有连续反射, 表明底板的围岩整体性良好, 破碎深度在1m内, 两帮、拱顶与肩窝在相近深度观测到断续反射, 表明松动范围相差不大, 在3~4m左右。根据地质雷达探测图像, 绘制变电所松动圈发育形态如图3所示。

由地质雷达实测结果可以知道: (1) 从实测图来看, 变电所围岩松动圈的范围较大, 最大达3.7m; (2) 同一断面不同位置松动圈尺寸不同, 顶部及左帮松动圈大, 底部松动圈范围较小; (3) 同一断面中, 强度高的岩体松动圈厚度较小, 强度低的岩体松动圈厚度较大。

5 结论

(1) 地质雷达可以方便、快捷有效地测出巷道围岩松动圈范围, 特别适合于用声波法难以测试的煤层、膨胀性泥岩等低强度软弱岩体的松动圈的探测。

(2) 采用地质雷达探测围岩松动圈, 探测结果符合实际, 测试结果准确, 精度较高, 能够预测松动圈的发展趋势, 可以有效指导支护设计、优化支护参数以及施工。

(3) 在煤矿井巷实际条件中, 金属物多, 电磁干扰大, 虽然可以采用屏蔽天线压制外界的电磁干扰, 棚架也可以避开, 但金属网、断面形状起伏难以回避, 故在松动圈探测中可采用低通滤波的数据处理手段有效的抑制断面起伏和金属网带来的干扰, 提高图像处理的精度。

(4) 杨河煤业42采区变电所受埋深、构造等因素的影响, 巷道围岩完整性较差, 现单纯的棚式支护无法满足支护需求, 可根据松动圈的探测结果, 有针对地进行锚杆和锚索的耦合支护, 并打设底角锚杆, 用以控制底板, 预防底臌的发生。

参考文献

[1]伍永平, 等.基于地质雷达探测技术的巷道围岩松动圈测定[J].煤炭科学技术, 2013, 3.

[2]宋宏伟, 等.用地质雷达测试围岩松动圈的原理与实践[J].中国矿业大学学报, 2002, 31 (4) .

[3]龙景奎, 等.巷道松动圈地质雷达探测应用研究[J].山东大学学报 (工学版) , 2009, 39 (s2) .

[4]杨永杰, 等.巷道围岩松动圈的地质雷达探测及应用[J].工程地质学报, 1997, 9.

探测仪器篇10

关键词：测控技术与仪器专业,精密仪器及机械,课程群

一、测控专业人才培养的主要内容

测控技术与仪器专业的培养目标是德、智、体全面发展, 从事信息检测和控制领域有关精密机械设计及测量技术、传感器与工业参数检测技术、过程控制与智能化仪器设计、机电一体化系统集成等方面的高级工程技术人才和管理人才。主要的业务培养要求是通过系统的学习和专业训练, 使毕业生具有较强的外语及计算机应用能力;具有宽厚坚实的专业技术基础理论知识, 主要包括精密机械设计、精密仪器设计、传感器与检测技术、计算机与信息处理、过程控制及自动化等方面的知识, 并具有合理的知识结构;掌握本专业发展的前沿和主要趋势;具有较宽广的知识面;具有本专业所需的仪器设计、分析计算、实验测试等基本技能。测控专业涉及到的主干学科是仪器科学与技术学科, 仪器科学与技术学科下设两个二级学科, 精密仪器及机械和测试计量技术及仪器。与测控专业相关的其他学科有光学工程学科、机械工程学科、电子信息工程学科、计算机科学与技术学科、控制科学与工程学科、信息与通讯工程学科等。由于涉及的学科范围广, 知识点多, 所以在人才培养过程中, 必须结合各个学校自身的特点, 有所侧重。由于我校测控技术与仪器专业依托机械工程学院, 所以办学特色侧重于精密仪器及机械。

二、精密仪器及机械课程群建设

测控技术与仪器专业知识体系由通识教育、专业教育和综合教育三大部分组成, 各部分教育中都包括相应的理论教学和实践教学。下面就介绍一下精密仪器及机械的课程群框架体系。如图1所示, 精密仪器及机械课程群分为四个层次, 第一层次为学科基础课, 涉及进行仪器设计和精密机械设计的最基础的理论知识, 包括工程制图、工程力学、工程材料与仪器设计;第二层次为专业基础课, 涉及进行精密仪器设计和制造的基本知识, 包括精密机械设计、精密机械制造技术基础;第三层次为专业必修课, 涉及进行精密测量和仪器设计的专业知识, 包括互换性与技术测量、检测技术及综合性专业课精密仪器设计;第四层次为选修课, 作为精密机械与仪器课程群的有益补充和深层次延伸, 包括精密加工技术基础、“CAD/CAM技术”、专业前沿讲座、测控专业创新性设计等, 讲解现代设计、制造、测量新技术及发展趋势等, 特别是在本科教学中增加学科前沿讲座是本课程群建设的一大特色。

以精密仪器设计为例, 在总结前续课程教学内容的基础上, 将仪器设计的理论和相关技术进行总结和综合运用, 通过对仪器的精度设计理论与工程设计任务分析, 让学生掌握仪器主要结构参数、技术指标的设计方法, 掌握仪器的可靠性与故障诊断技术。同时, 课程设有课内实验, 包括精密导轨实验、光电检测实验、坐标测量实验等。精密仪器及机械课程体系清晰、完整, 群内课程在教学内容上保持了很好的继承性, 前期课程是后续课程的基础, 后续课程是前期课程的深化和应用, 彼此之间没有重复和疏漏, 突出夯实学科基础课, 强化整合专业课, 并将学科前沿的新理论和新技术, 渗入到了各门课程的学习当中, 教学内容得到进一步深化和升华。课程群的教学方法也进行了改革, 要求在理论性较强的课程中, 通过不占用学时的课外大作业, 对学生的学习情况进行评估, 重点在于工程设计、分析、计算、绘图、实验操作等综合能力的培养。根据不同教学内容, 要求学生采用读书报告、资料查新、自学知识点总结及PPT专题汇报等形式进行学习效果汇报和交流。

三、实践教学的拓展与深化

课程群的建设不仅在于培养学生的理论基础, 更重要的培养学生的工程实践能力, 因此在精密仪器及机械课程群中高度强化实践环节, 引导学生认真完成实践环节, 在完成项目的过程中, 锻炼自己的才干, 培养创新精神和工程素质。我校的专业培养方案中, 总学分为185, 其中实践学分为55, 课内实验和独立实践占全部总学时的30%。图1所示各门课均设有课内实验, 其中基础课的课内实验学时数不低于总学时数的10%, 专业课的课内实验学时数不低于总学时数的20%;独立实践包括课程设计、实习、毕业设计等, 其中工程制图、精密机械设计和精密仪器设计都有课程设计, 实习环节包括金工实习、毕业实习。前者能对教学内容进行验证, 让学生加深对课堂教学内容的理解, 后者是培养具有扎实的基础和实践能力强的创新型人才的重要渠道。我们建立了创新训练体系, 从大一开始就进行有针对性的创新型人才培养与训练, 开展暑期夏令营, 建立课外兴趣小组, 建立了大二打基础、大三做实战、大四带大三参加科技竞赛获奖的基本模式, 将毕业设计与竞赛无缝衔接, 本科生在省部级以上科技竞赛的获奖比例达到全部学生人数的50%以上。启动大学生创新性实验计划, 在教学与科研密切结合的学术氛围和环境下, 系统地对学生进行综合素质教育、专业意识教育和创新思维教育, 使得学生在创新思维、研究方法、创业能力等各个方面均取得优异成绩。

我们采用灵活多样的课堂教学方法, 建立了完备的教材、教案、课件、作业等数字化资源和教学网站, 通过设计具有开放性、研究性、综合设计性的实践教学项目, 培养学生的创新意识和能力, 近三年的学生考研率逐年递增, 就业能力显著提升, 获奖能力与水平不断增强, 都证明了我们课程群建设的教学效果十分好。

参考文献

[1]刘文文, 吴晔, 洪占勇, 等.测控专业控制类课程群建设与实践[J].电气电子教学学报, 33, (1) , 2001:13-16.

[2]林玉池, 毕玉玲, 马凤鸣, 等.测控技术与仪器实践能力训练教程[M].北京:机械工业出版社, 2009.

[3]隋修武, 杜玉红, 岳建锋, 谢望.提高高等院校实验教学效果的新探索[J].中国校外教育, 2009, (1) :60.

[4]隋修武, 桑宏强, 李大鹏, 张建业.测控技术与仪器专业人才培养模式的新探索[J].教育教学论坛, 2011, (12) :42-43.

用声音探测世界篇11

先声如何夺人

人同利用声波探测世界的历史同样悠久。

据《墨经》记载，2000多年前，守卫城池的将士已知道将罂(肚大口小的坛子)埋在地下，然后令耳聪者“伏罂而听”，再根据从地下传来的振动，判断敌人是否在挖地道。无独有偶，古代欧洲人打仗时，也有在地下埋空瓦罐的做法。负责监听的人，发现瓦罐中振动异常时，立即发出警报，以提前做好战斗准备。因为人类祖先早己发现，声音沿地面传播的速度，比在空气中来得快。

在通讯技术不发达的年代，养护铁路的老工人，常将耳朵贴在铁轨上倾听，以判断是否有火车从远方来。因为沿铁轨传来的机械振动，比从空气中传来的声音率先抵达。这种“先声夺人”的传播模式，触发了英国科学家奥尔得姆的灵感。所以，他在1906年发现地震波在地核中传播速度比地壳中慢时，很快做出地核可能呈液态的大胆判断。其依据是声波在固体中传播比液体中快。奥尔得姆的理论虽不完备，但毕竟是第一次从科学角度揭示了地球的层面结构。这一观点，为后来提出的、关于地磁场形成的发电机模型，奠定了基础。

利用声音探测世界

由于地质灾害，如地震、滑坡、海啸的产生原因十分复杂，所以，人类至今仍不能准确预报。俄罗斯科学家决定别出心裁，重新为古老的“伏罂而听”法注入新鲜血液，使其脱胎换骨，以期在灾害预报课题上有所突破。现在，他们在莫斯科市西南100千米的奥布林斯克市，在北高加索山城基斯洛沃茨克市，在勘察加半岛上的彼得罗甫洛夫斯克市，已先后钻出几口深100多米的“孔洞”，在“孔洞”内配备了由电脑控制的“声波传感仪”，以长期监听、记录地层中各类振动的重要参数。俄罗斯科学家认为，将这些参数与地质灾害现场所获得的数据进行比较时，很可能发现带有普遍性、规律性的东西，从而为准确预报各类地质灾害工作，探索出一条新路。

为清除冷战时埋在地下的1000多万颗地雷，美国科学家豪普特和同事，正在研究一种新型激光探雷器，以实现远距离发现这些暗藏的“魔鬼的种子”。豪普特等科学家的出发点是，声波遇到物体将产生回声，对不同的物体，回声的振动性质不一样。所以向雷区发射高强度声波后，地雷、岩石和其他物体反射回的声波性质完全不同。当这些振动传到地面，进入豪普特研制的激光探雷器后，马上显示出各自波形。科学家只需比较波形特点，便能区分哪些是地雷?其构造特点如何?它们分布在哪里?

初步实验表明，这种激光探雷器能迅速发现开阔地下面的地雷。只是在地形复杂或植被覆盖率高的地方，其探雷效果仍需改进提高。

设在维也纳的“吉布提监听站”，是联合国监听全球性“核试验禁令”执行情况的网络中心，是全球最灵敏的监听秘密核爆炸的装置。虽说“吉布提监听站”成立时间并不长，但是成绩骄人：1998年印度与巴基斯坦的秘密核试验；2000年俄罗斯“库尔斯克”核潜艇爆炸沉没；2003年“哥伦比亚”号航天飞机返回地球时突然分裂解体；2004年12月26日印度洋大海啸；2006年朝鲜进行的地下核试验所产生的振荡波，均被设在吉布提的监听装置收听到，并一一记录在档。

声波信息中继站

科学家正在研究利用声波来传递电子邮件等信息。虽然声波传送信息慢，仅300KB/s，无法和我们常用的1MB/s、10MB/s调制器相比。不过，这可能是迈向成功的第一步。

2000年，美国海军和本索斯公司的科学家联手，统筹兼顾了声音在水中和无线电波在陆地传输的特点，研制出一种“声学解调调制器”。虽说一个“声学解调器”只是一只宽4英寸、长26英寸的微型浮标。可是，当水面大量分布这种微型浮标时，效果就如同许多水陆信息中继站了。当这些中继站将接收到的卫星信号转换为声波集合体，传送给在海底游弋的潜艇时，潜艇便可在不浮出水面，不升出天线的情况下，收听卫星上的无线电信号、快速上网、收发电子邮件。

2000年底，美国海军利用声波信息中继站，成功演示了有史以来第一份海底电子邮件。

在生理科学方面的运用

利用声音探测世界奥秘方面，医学专家、心理学家均有卓著表现。

2006年底，美国科学家在权威杂志上撰文说，将来医生为病人检查癌细胞是否扩散时，只须听听细胞的振动就可确知。而且这种方法灵敏度高，送检的血液样本中，只要不少于10个癌细胞，就能在30分钟内被诊断出来。

因为他们研制的“光声检测技术”，可监听黑色素瘤细胞在血液中产生的特殊振动，从而能在癌细胞扩散前做出诊断。研究人员说，当黑色素瘤细胞中的黑色素颗粒吸收激光释放能量时，黑色素瘤细胞将随着膨胀和缩小，于是发出特有的“噼啪”声。计算机能根据声音，将癌细胞与正常细胞区分开来。

近几年来，心理学家发现善于用右脑的人，听声音可以辨别颜色，或浮现图像、闻到气味等。心理学家称这种现象为“联觉”，这是右脑具有的潜能。最常见的“色听联觉”，是低音引起深色，高音引起浅色。心理学家兰菲尔德所做的“色听联觉”实验表明：对同一个人来说，不同音符引起不同的色觉，而且音调和颜色联系相当稳定，如c音符与红色，d音符与紫色，f音符与粉红色，b音符与非常明亮的铜色相互对应。

世界上的万事万物，小到微观世界的分子、原子、细胞、细菌，大到宏观世界各式各样的生命、风风雨雨、地震、火山爆发，甚至宇宙中的行星、恒星和黑洞，都能发出或大或小，高低不同的振动声，所以，我们可以利用声音探测丰富多彩的世界，揭示大千世界的种种奥秘!

探测仪器篇12

在数字化摄片 (Digital Radiography, DR) 中, X线能量转换成电信号是通过平板探测器来实现的, 所以平板探测器的特性会对DR影像质量产生比较大的影响。平板探测器成像质量的性能指标主要有两个:量子探测效率 (Detective Quantum Efficiency, DQE) 和空间分辨率。DQE决定了平板探测器对不同组织密度差异的分辨能力;空间分辨率决定了对组织细微结构的分辨能力。考察DQE和空间分辨率可以评估平板探测器的成像能力。DR平板探测器可以分为两种:非晶硒平板探测器和非晶硅平板探测器。非晶硒平板探测器的空间分辨率高, 主要用于乳腺检查;非晶硅平板探测器DQE高, 常用于乳腺以外其他部位检查。

2 平板探测器成像质量影响因素

DR平板探测器的DQE和空间分辨率主要决定于平板探测器材料、结构、工艺, 这说明一个平板探测器自生产出来就有着一定的DQE和空间分辨率。但在日常使用中DR平板探测器受到环境温度、平板探测器坏点等因素影响, 所得到DR影像会出现伪影, 或者影像的分辨率、空间分辨率、对比度、均一性变差或降低, 导致影像质量变差, 不能把病灶和正常组织有效区分开来, 容易使医生对患者病情的诊断造成误导。

3 平板探测器的校准

以Trixell公司生产的非晶硅平板探测器为例, 探讨平板探测器的校准。平板探测器校准由关键操作员执行, 关键操作员一般是指医学工程部门的工程师或受到相关培训的设备操作员。在执行平板探测器校准 (Detector Calibration) 之前, 要求DR设备连续开机 (平板探测器工作) 4 h以上。平板探测器校准包括偏置刷新、暗度校准和X线校准。

3.1 偏置刷新 (Offset Refresh)

偏置刷新校准每天进行1次, 大约需要5 min。偏置刷新校准用一系列Offset images (偏置图像, 探测器未曝光时的本底图像) 来清除由于环境变化或高剂量曝光后图像残留造成的伪影。偏置刷新校准也更新坏点图。

3.2 暗度校准 (Dark Calibration)

暗度校准每月进行1次, 大约需要25 min, 在这个过程中没有X线产生。暗度校准是通过校准获取一系列Offset image, 把这些图像平均后计算得到一个参考图像。暗度校准主要作用是执行平板探测器本底校准, 保证了探测器的均一性。如果平板探测器第一次被安装并且没有被校准, 一定要在X线校准之前进行暗度校准。

3.3 X线校准 (X-ray Calibration)

X线校准每月进行1次, 大约需要30 min, 在这个过程中要进行15次X线曝光。X线校准包括增益校准 (Gain Calibration) 和坏点图 (Defect Map) 更新。增益校准是在特定剂量下交替获得偏置和X线图像, 在这个过程中实现对探测器电路增益校准。坏点图就是在维修模式下, 探测器板空曝图像, 这种图要比正常的DICOM图要丰富, 包括一些肉眼看不到的坏点, 坏点图更新是一个获取偏置和X线图像计算坏点图过程。X线校准, 进行15次X线曝光, 共用到6个不同的剂量 (为平板探测器吸收剂量) 。曝光剂量和曝光次数关系, 见表1。

从表1可知, 使用5 m Gy剂量共进行10次曝光, 用它来进行增益校准;其他5个剂量分别进行1次曝光, 用它来识别平板探测器的坏点。

在X线校准结束时, 程序自动计算出探测器坏点的评价值 (ECV) 。ECV的值一般在27000左右, 越低越好。当ECV的值<240000, 探测器校准通过;当ECV的值>240000, 探测器校准失败。若多次校准都失败, 这说明探测器坏点太多, 需更换新的探测器。同时对检测出的坏点通过算法补偿, 使之不会对影像造成影响。从上可知X线校准主要作用是保证平板探测器所得影像的分辨率、空间分辨率、对比度等。

4 平板探测器校准中的注意事项

有时因为室内温度波动超过5℃, 设备会要求立即执行平板探测器校准, 所以要保证尽量室内温度的恒定;在X线校准过程中, 要保证在准直器和探测器之间没有遮挡的物体, 同时保证准直器视野已开到最大 (43 cm×43 cm) 。如果没有达到上述要求将会导致校准失败, 这时有剂量太低 (Dose too low) 的提示信息, 需按要求重新进行X线校准。

5 小结

通过对DR平板探测器定期校准, 可以消除因为DR平板探测器的因素对影像质量的影响, 清除由于环境变化或高剂量曝光后图像残留造成的伪影, 保证了探测器的均一性, 保证平板探测器所得影像的分辨率、空间分辨率、对比度等。

参考文献

[1]赵明信.实现数字化X射线摄影的几种技术及发展[J].医疗设备信息, 2004, 19 (11) :38-39.

[2]刘林栋, 蒋红兵.基于平板探测器校准的DR质量控制管理[J].中国医疗设备, 2011, 26 (10) :124-126.

[3]周正干, 滕升华, 江巍, 等.X射线平板探测器数字成像及其图像校准[J].北京航空航天大学学报, 2004, 30 (10) :699-701.

[4]耿西亮, 刘建军, 徐勤.数字X线摄影平板探测器校准及维护[J].中国医学影像技术, 2009, (s1) :195-196.

[5]王吉东, 林永强.飞利浦DR平板探测器的日常维护[J].医疗装备, 2013, (3) :83-84.

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