瞬态效应论文

瞬态效应论文（精选3篇）

瞬态效应论文 篇1

听觉是麻醉诱导时最后消失,麻醉清醒时最早恢复的感觉,也是接受术中事件的最重要通道[1]。自KEMP 1978年首次描述瞬态诱发耳声发射(transient evoked otoacoustice emissions,TEOAE)以来,因其测试方法具有快速、无创、客观且能敏感地了解内耳外毛细胞主动微机制的功能状态的特点[2],已成为临床听力学常规测试之一,但是麻醉药物对TEOAE影响的研究尚少且存在争议。本研究利用目前临床常用的全身麻醉药丙泊酚诱导过程不同效应室浓度下检测TEOAE相关指标,旨在探索在不同麻醉深度下听觉系统声学指标的改变,可能为临床麻醉状态下耳功能检测的研究及麻醉深度与听觉关系的研究提供思路。

1 临床资料与方法

1.1 一般资料

拟气管插管全身麻醉下行胸部以下的择期手术患者15例,ASAⅠ或Ⅱ级,年龄18~49岁,体重指数(BMI)18.5~25.0(kg/m2)。听力正常且无先天性耳聋家族史,无近期耳毒性药物应用史,无长期噪声接触史,否认有耳鸣、耳聋、眩晕史。受试前均经耳镜检查,外耳道、鼓膜正常,除去外耳道内耵聍。纯音听阈测试(Madsen MM633)语言频率(0.5、1.0和2.0kHz),平均听阈在15 d BSPL以内。声导抗(Madsen Z0901)鼓室导抗图均为“A”型,声反射均正常。

1.2 丙泊酚麻醉

麻醉前30 min肌肉注射阿托品0.01 mg/kg,肌肉注射安定10 mg,入手术室平静10 min监测血压、心率及脉搏血氧饱和度(SpO2)。测量放松清醒状态下患者右耳TEOAE。连接TCI注射泵,靶控输注异丙酚效应室靶浓度分别为1.0、2.0、3.0和4.0μg/m L,达到靶浓度后平稳2 min,测量每个效应室浓度的TEOAE。

1.3 TEOAE记录的方法

采用SmartOAE(3.X版本HIS公司美国)耳声发射分析测试系统。测试在手术室内进行,患者平卧手术台上,选择合适的耳塞连接耳声发射测试仪并沿鼓膜方向插入患者外耳道,双耳应用防噪音耳罩(E-103型安徽蚌埠市护聪防护用品有限公司)以降低环境噪音的影响。声刺激强度为80 dB SPL,刺激方式为非线性模式,叠加平均次数为1 024次。测试前先行探头校准,将探头放入外耳道内密封。记录诱导前及诱导过程中不同麻醉深度各频带(1.0、1.5、2.0、3.0和4.0 k Hz)TEOAE相关参数。不同效应室浓度代表不同麻醉深度。患者均以麻醉诱导前TEOAE的总反应幅值、总重复率、相同频带TEOAE的反应幅值及信噪比为自身对照,研究不同麻醉深度下TEOAE的各参数变化。

1.4 统计学处理

数据采用SPSS 13.0统计软件分析,计量资料以均数±标准差表示,组间、组内相同频带与诱导前的比较采用重复测量的方差分析。P<0.05为差异有显著性。

2 结果

诱导前与诱导过程中不同麻醉深度各频带TEOAE幅值反应稳定,不同麻醉深度总反应幅值、总重复率变化没有统计学意义(P>0.05),见表1。

诱导前与不同中心室浓度相同频带TEOAE的幅值变化没有统计学意义(P>0.05),见表2。

诱导前与不同中心室浓度相同频带TEOAE SNR的比较没有统计学意义(P>0.05),见表3。

注:诱导前与不同效应室浓度TEOAE总反应幅值、总重复率的比较差异无统计学意义

注:诱导前与不同效应室浓度不同频带TEOAE的反应幅值的比较差异无统计学意义

注:诱导前与不同效应室浓度不同频带TEOAEE SNR的比较差异无统计学意义。

3 讨论

耳声发射(otoacoustic emissions,OAE)是声音刺激耳蜗外毛细胞产生的能量,通过卵圆窗推动听骨链引起鼓膜振动,能够在外耳道被记录到声能信号,它直接反映了耳蜗外毛细胞的功能状态,是检测耳蜗功能早期损害的敏感指标之一[3]。研究表明:当外毛细胞排列紊乱、数量减少或缺失时,OAE的幅值可以下降[4];TEOAE总重复率、幅值的大小主要反映了耳蜗外毛细胞功能状态,其测值越小,说明耳蜗整体功能越差,受损越重,各频段重复率、幅值和信噪比反映的是不同频率部位耳蜗外毛细胞的功能状态,可作为评估耳蜗相应频段功能状态的观察指标[5~7],因此本实验选取总反应幅值、总重复率及各频带相应TEOAE的反应幅值、信噪比作为TEOAE特征的主要参数加以研究,以期找到麻醉对TEOAE作用的特点。本研究过程中为防止效应室浓度增加导致的血流动力学不稳定干扰内耳供血供氧,从而对TEOAE产生影响[8],笔者根据情况适当调整6%羟已基淀粉速度并补充晶体,使患者血流动力学各项生命指标维持在正常水平。

本研究发现:诱导前与诱导过程中不同麻醉深度总反应幅值、总重复率及各频带TEOAE幅值反应稳定,但不同麻醉深度总反应幅值、总重复率及各测试频带反应幅值及信噪比的变化差异没有显著性(P>0.05)。可见丙泊酚不同效应室浓度TEOAE信号没有明显改变,说明丙泊酚对外毛细胞功能的影响不大,TEOAE主要参数并不能判断麻醉深度。有研究表明[9,10],正常神经张力下中枢不参与且不影响OAE的产生和形成;戊巴比妥钠在正常麻醉剂量时对大鼠脑神经元无选择地抑制,并不影响耳蜗的功能,TEOAE幅值并无明显影响,与本试验结果基本相同。

也有文献报道[11,12]OAE在测试耳的对侧施加声刺激,特别是宽带白噪声刺激,会导致同侧OAE反应抑制(橄榄耳蜗束反射)。并且多种麻醉药物分别以不同的的作用方式[13~15]对OAE产生影响。理论上如橄榄耳蜗束反射的存在,麻醉药物就可能对此传导通路或者中枢相联系神经通路进行作用,会导致耳声发射相关声学参数发生改变。但是,本研究发现在没有对侧噪声刺激的情况下,不同麻醉深度对TEOAE信号并没有产生明显的影响,因此耳声发射在内耳的产生及受神经支配的确切机制尚待进一步研究。

转子的瞬态响应特性研究 篇2

大型汽轮发电机转子的断裂事故中很多是由于转子裂纹或内部缺陷所引起。因此大型汽轮发电机转子无论在设计阶段, 还是在服役期间都要考虑这类应力集中的影响, 既要考虑转子首次投入使用时发生一次脆断的可能性, 又要考虑在振动和疲劳应力作用下发生裂纹扩展至断裂的可能性。转子由于裂纹而引起应力的变化, 转子刚度不对称, 振动频率也发生变化。转子运行表明, 由于系统的复杂性, 已有的一些动力学特点并不为裂纹转子所独有。因此对转子瞬态动力学的研究及裂纹转子振动的研究有可能为其提供辅助的诊断手段[1]。

大型汽轮发电机组转子在起动时, 存在角加速度, 在转子内部引起惯性载荷, 在裂纹转子内部引起应力重新分布。转子承受随时间变化的载荷作用时, 其惯性力和变形存在对应关系。利用预应力法[2]分析转子在受到瞬态惯性载荷冲击时的响应特性, 以达到控制转子振动水平的目的。谐响应分析是确定转子在给定转速 (预应力状态) 下的共振频率, 并进一步观测峰值频率对应的应力等。谐响应分析是一种线性分析, 但在分析中可以包含非对称系统矩阵。谐响应分析的非线性局限性及载荷必须按正弦规律变化的要求, 可以通过瞬态动力学分析来拓展谐响应分析的范围。

1 转子的瞬态响应分析

考虑转动离心效应, 对应的转子动态平衡方程[2]为:

上式可变换为:

式中:[M]t为单元质量矩阵;[Mr]为单元惯性矩阵。转子受到惯性载荷作用时, 转子上对应存在预应力。通过设置预应力, 在模态分析的基础上, 进一步计算转子瞬态响应。

2 基于预应力的谐响应分析

有预应力的谐响应分析用于计算有预应力的转子的动力学响应, 可求得转子的临界转速。振动方程如下[3,4]:

在有限元求解过程中, 应考虑设置陀螺效应, 其他略。在此基础上, 运用谐响应分析方法进行耦合, 求出临界转速。

3 算例

例:某汽轮机转子模型长1.104 m, 轴的直径0.035 m;在轴长度方向0.335 m, 0.456 m, 0.577 m, 0.698 m, 0.819 m位置装有5个直径0.30 m, 厚0.05 m的圆盘;轴承位于转子0.20 m及0.954 m处 (以下计算中忽略油膜作用效应) 。横向裂纹位于第二个圆盘的左侧, 裂纹长0.003 m, 寛0.000 1 m, 深0.002 m。

3.1 瞬态响应分析

利用Ansys10.0软件, 进行了瞬态响应分析, 得到转子横向变形曲线。设转子开始时角速度ω=100 (弧度/秒) , 角加速度ε=10 (弧度/秒2) 。加速度变化如下:

转子中心瞬态横向位移曲线见图2。

3.2 谐响应分析

利用Ansys10.0软件, 在预应力 (ω=314, ε=10) 计算的基础上, 再利用谐响应方法计算了裂纹转子在起动时横向位移对频率的响应曲线 (参见图3) 。

3.3 转子裂纹处最大应力及临界转速

裂纹转子最大应力σmax (Mpa) 随起动速度的变化, 应力集中系数约为2.5。计算中仅设置惯性效应。转子裂纹处最大应力计算结果见表1、表2。

以上临界转速的计算, 仅考虑转子的正进动。

4 结论

(1) 利用预应力法分析转子的瞬态响应特性是可行的。在转子加速转动时, 转子上存在转动惯性载荷, 设置预应力对应, 再 (与模态振型相关) 计算瞬态响应。在起动惯性载荷突变时, 裂纹转子横向变形也随着变化。参考公式 (1) 、 (2) , 计算了裂纹转子中心瞬态横向位移响应曲线, 参见图2。

(2) 裂纹转子横向谐响应图 (图3) , 其2阶振动横向位移响应大, 是由于计算时选择的响应点位于轮盘2, 且轮盘2左侧轴上有裂纹。利用公式 (3) 并利用预应力法计算了裂纹转子临界转速的变化, 见表3。转子存在裂纹, 降低了转子的刚度, 与无裂纹转子比较, 裂纹转子临界转速下降。进一步计算可以表明:起动时, 转子的临界转速不变。

(3) 应力集中系数见表1、表2, 表明了裂纹转子在起动及匀速运行阶段裂纹处最大应力的变化情况。起动角加速度越大, 应力越大, 并影响到转子的强度。裂纹应力集中系数约为2.5 (计算略) 。匀速运行时, 应力较小。转子上裂纹位置不同, 应力变化也不同。

参考文献

[1]Gasch R.A survey of the dynamic behavior of a simple-ro tating shaft with a transverse crack[J].Sound and Vi bration, 1993, 160 (2) :313-332.

[2]姚学诗, 周传荣.基于应力法的转子不平衡响应研究[J].振动与冲击, 2005, 24 (4) :84-86.

[3]钟一锷, 何衍宗, 王正.转子动力学[M].北京:清华大学出版社, 1989.

喷雾流量瞬态特性的试验研究 篇3

随着经济的发展, 环保已成为人类文明进步中关注的首要问题, 农业信息化的发展使更多的设备代替了人力, 对农作物的喷药也由机器取代了劳动者, 减少了药物对人体的危害。但是, 如果没有根据种植面积和受损程度进行合理喷施, 会因农药的不合理使用而对周围环境造成污染。因此, 对农药流量瞬态特性的研究成为变量喷施的关键问题。

国外许多学者已进行了较多的研究[1,2,3,4], 这些成果为后来的进一步发展提供了较好的基础。为了实现喷雾量的精确控制, 以单片机为核心的变量喷雾控制系统得到广泛的研究[5,6,7]。近几年, PLC控制器因其精度高、稳定性好、故障率低等优势在自动化系统中得到广泛的应用, 本文主要在PLC控制下, 完成对喷雾流量的瞬态特性的研究。

1 系统设计

1.1 硬件组成

本试验中的硬件系统主要由控制部分、动力部分、调节部分和执行部分组成。其中, 控制部分采用S7-200 SMART型PLC控制器和SIEMENS SMART型触摸屏, 其间采用网线传输数据, 具有响应快、稳定性好等优点。

1.2 系统控制流程

为了不浪费农药、减少对环境的污染, 在试验过程中主要用自来水来代替药液。

系统启动后, 泵运行并将水箱中的水输送到平衡阀, 再由平衡阀调节其输出液体的压力后, 将水再输送到数字流量阀, 由数字流量阀调节通过喷头的输出流量后完成喷雾。该系统喷头输出液体的流量主要靠数字流量阀开口度大小实现调节;喷头位置安装有流量传感器和压力传感器, 用于反馈实际输出液体的流量和压力, 以此来检测并校正输出精度。数字流量阀开口度的大小通过步进电机的脉冲实现变化, 并由PLC程序完成对步进电机的输出控制。触摸屏作为人机交互部分, 可视化和可触摸的界面可以很方便地完成PLC控制任务操作, 并能直观显示反馈的输出流量和压力数值。其主要控制流程如图1所示。

在触摸屏中设定了不同的流量调节范围, 通过人工操作触摸屏实现整个系统的启动及PLC控制程序的运行。工作时, 可通过选用不同的流量变化范围, 调节比例流量阀开口度完成喷头流量的输出;由流量传感器和压力传感器将喷出液体的流量数据和压力数据反馈到触摸屏的显示模块, 并在不同的时间点上保存相应的数据。具体的触摸屏界面如图2所示。

系统中共用了4个喷头, 对不同的喷头可选择不同的流量变化范围, 以实现不同的输出。其中, 在程序设计中, 通过调节数字流量阀开口度, 使得每2s流量变化0.5L/min。

2 喷头的选用及布置

2.1 数字流量阀的结构与工作原理

流量阀主要靠节流口的开口度大小改变流量, 不同形式的节流口对输出流量的损失和精度起决定性的作用。常见的节流口结构形式有针阀式、偏心槽式、三角槽式、旋转槽式和缝隙式[8]。通过综合比较, 本系统选用了缝隙式型节流口阀, 主要由步进电动机、滚珠丝杠、阀芯、阀套、连杆和零位移传感器组成, 如图3所示。

1.步进电动机2.滚珠丝杠3.阀芯4.阀套5.连杆6.零位移传感器

步进电动机接收到PLC输出点动作, 即转过△θ的角度, 滚珠丝杠随即将△θ转换为轴向位移△x, 并直接驱动阀芯开口度大小。阀套上开有2个节流口, 当阀芯左移时先开启右边的节流口, 移动一段距离后打开左节流口, 此时两节流口同时通流使得开口增大;步进电动机利用转过的步数控制开口度, 从而实现输出流量的控制。

2.2 喷头的选用

作为喷雾系统执行元件, 喷头的灵敏性和精确度直接决定整个系统的性能[9,10]。由于喷头输出的流量需要流量阀开口大小实现控制, 而且流量阀开口度流量特性并非线性, 存在回程误差[11]。所以, 在阀门增大和减小情况下确定开口度与喷雾流量之间的关系, 可为PLC控制器提供控制依据。试验中分别配置N11053型喷头和N6014型喷头, 在采样频率为10Hz、滤波系数为1的条件下, 记录流量增大和减小过程的开口度;为消除测量误差, 重复此过程3次并取平均值, 测量并记录数据。将实际开口度除以阀门全开时的开口度, 并分别在开口度增大和减小两种情况下, 得到数字流量阀开口度与喷雾流量关系曲线, 如图4所示。

由图4分析可知:N11053配置下开口度在0~38%变化时, 对应的流量调节范围为0~5L/min达到流量饱和;N6014配置下对应的流量调节范围为0~3.8L/min达到流量饱和。综上分析, 本试验选用N11053型喷头配置流量调节阀。

2.3 喷头的布置

液体流过不同结构的管道, 会导致损失的能量和压力也不相同, 为了尽量降低由喷杆导致的压力和能量损失, 本文采用了图5所示的布置样式[12]。

3 流量影响因子的理论分析

液体流过流量阀和喷头时, 由于结构和流通面积的原因, 会造成压力和流量损失, 在阀芯和阀座间的能量损失H为[13]

其中, H为单位质量流体经流量阀的能量损失;g为重力加速度;p1、p2为入口、出口压力;ρ为液体密度。

在流量阀开口度和液体密度不变的条件下, 单位质量液体流经流量阀的能量损失为

其中, ξ为流量阀阻力系数;q为流量;A为面积。由式 (1) 和式 (2) 可得流量方程式为

由式 (3) 可知, 在A和△p/ρ不变时, 流量q随阻力系数ξ不同而变化。在测定稳定流量时, 主要考虑阻力系数对实际流量的影响。

4 喷雾流量瞬态特性试验

当喷雾流量改变时, 系统的延时[14]和摩擦等因素将影响喷雾的均匀性, 并产生脉动冲击。因此, 研究喷雾流量的瞬态特性, 可以掌握流量达到稳定值的响应特性和稳定性。

4.1 定量喷雾精度试验

研究稳定流量下实际喷雾量的差异, 可为喷雾流量的瞬态特性奠定基础。参照图4的曲线, 设定了0.5、2、3.5、4.5L/min 4个流量数值, 用水代替农药, 按照调大和调小流量的方向分别测量10次。每设定好目标流量, 待其稳定后进行采集并取平均, 得到表1所示的数据。由表1可看出:流量变化越大, 达到稳定值所需的时间越多, 本试验中最多用时1.31s;实际输出的流量均小于设定的稳定流量值, 而且设定的稳定流量值越大, 损失的流量值也越大, 说明能量损失的越多。本试验中与理论流量值差别最大为0.044L/min。

4.2 变量喷雾流量的瞬态特性

在定量喷雾试验的基础上测量喷雾动态变化的瞬态特性, 选取了测量流量的范围为:0.5~2.5L/min和2.5~4.5L/min两个变化范围, 每个范围分为5个流量阶段, 待初始值达到稳定状态后, 分别在增大和减小的情况下进行测定瞬间流量;每0.2s记录该点的流量值, 一次试验记录10s, 在直角坐标系内内将所测量的值用平滑曲线连接起来, 并和实际值进行对比, 结果如图6所示。

由图6可看出:该系统在喷雾流量增大和减小两种情况下均未出现超调现象, 流量波动也较小;当流量增大和减小变化0.5L/min时, 实际达到稳定状态所需的时间最多均为0.6s;随着输出流量的增大, 实际的测量值与基准值差距增大, 最大达0.049L/min, 响应速度较快, 可实现稳定输出。

5 结论

在触摸屏上设定了不同的流量调节范围, 利用PLC控制器实现对数字流量阀的开口度进行精确控制。根据流量可调范围大小选定了相应的喷头, 对喷出液体的流量和压力数据进行反馈, 在不同的时间点测定相应的数据。

通过流量增大和减小两个过程, 对定量和变量下的响应精度分别进行测定:定量下, 达到稳定状态所需的时间最多为1.31s, 流量差别最大为0.044L/min;变量下, 变化0.5L/min并且达到稳定状态所需的时间最多为0.6s, 流量差别最大为0.049L/min。

摘要：选用SIEMENS SMART型PLC控制器和触摸屏, 实现对喷雾流量系统的控制和参数检测。通过检测喷头的可调比、开口度-流量关系, 选定了N11053型喷头。利用设定的4个流量数值, 分别在流量增大和减小的两个过程中, 测定达到稳定值所用的时间和流量最大差值分别为1.31s和0.044 L/min。选取了0.5~2.5L/min和2.5~4.5L/min两个流量变化范围, 对其响应性能分别进行测定, 每变化0.5L/min并且达到稳定状态所需的时间最多为0.6s, 流量差别最大为0.049L/min。