频率变化率（精选7篇）
频率变化率 篇1
0 引言
国内外电网运行经验表明:在电网内装设低频减负荷装置是防止系统崩溃、避免长时间大面积停电的基本措施[1]。低频减载方案的设计需要考虑负荷频率特性[2]、系统模型及相关动态变量之间的关系[3]等重要因素。好的低频减载方案对维持系统安全、稳定和经济运行起着至关重要的作用。目前低频减载方案主要有三类,即传统方案、自适应方案和半适应方案[4]。
传统的低频切负荷装置整定的方案往往是依据系统运行经验和事故统计,决定出最大功率缺额,由系统各大机组运行危险点决定最小频率。根据经验决定切负荷装置动作级差,多数是等差排列[5]。这种整定切负荷方案的方法没有考虑到发电机的调速特性,也没有考虑到由于事故功率缺额与整定方案不同对切负荷效果所造成的影响,所以不具有针对性,往往容易过切或切负荷量不足,与发电机调速特性缺乏配合还可能会导致严重超调,这在电力市场下,会造成巨大的经济损失,也给广大电力用户带来不便。而自适应及半适应方案将频率差变化率作为了切负荷方案设计的依据之一,通过频率差变化率与系统功率缺额之间的关系来整定系统切负荷量,从而使得切负荷方案更加合理,系统切负荷频率特性及运行经济性得到提高。
本文采用计及调速器的经典模型,推导出汽轮机模型下,频率差变化率与系统功率缺额的定量关系,设计了基于实时频率差变化率的切负荷自适应方案,并与传统方案和半适应方案分别比较,分析了自适应方案的优越性。最后,将不同自适应方案之间做了对比,总结出设计整定中应遵循的规律。
1 计及调速器的发电机经典模型
摇摆方程决定了电机转子的运动,并建立了惯性转矩与在转子上机械转矩和电磁转矩合成量的关系式,如式(1)所示[6]:
式中:J为加在旋转轴上所有转动部分的转动惯量;为对应一个固定参考轴线的转轴的机械角速度;Ta是作用于转轴上的加速转矩。
由于功率P与转矩T存在如式(2)关系:
结合摇摆方程,可以推导出功率偏差与转轴角速度的关系,可建立如图1的传递函数[7]:
其中:H为系统惯性常数;D为发电机负荷阻尼常数;H与D的大小取决于发电机特性与结构。
计及发电机调速器,以某再热汽轮机为例,可以得到分析系统频率响应的发电机经典模型(图2)。
图2中,各参数均为标么值,M=2H。由于标么值下f=ω,所以∆f=∆ω。通过分析∆ω的变化来分析∆f的变化。ω0为同步角速度,∆ωr为当前转速的偏离值,也等于当前系统频率与稳态频率(50 Hz)的差值。当∆ωr为正时,系统频率高于稳态频率值,∆ωr为负时,系统频率低于稳态频率值。R为发电机组的调差系数[7],R的值决定了发电机稳态转速-负荷特性。可以用转速偏差∆ωr(或频率偏差∆f)与阀门位置(∆Y)的比值来计算。R的大小取决于发电机调速系统。
图2中Load reference(即∆PLR)为发电机额定带负荷指标,在系统发生失机或联络线跳闸等大型事故引起频率变化时,由于事故发生后频率下降较快,所以一般保持不变,可以认为等于零。∆PL为发电机端负荷相对于稳态值的功率变化,事故时,认为等于功率缺额。∆Y为调速器在机端频率差值闭环反馈下对汽轮机的调整。∆Pm为发电机输出在事故时的变化,当∆Pm=∆PL时,说明发电机输出变化等于机端负荷变化,即发电机输入输出平衡,频率即达到稳定值。图中各参数取值可参见文献[7]。
当系统发生事故,导致发电机输入与输出不平衡,引起频率下降或上升。闭环的负反馈引导调速器动作,调节汽轮机汽门,从而调节发电机出力,最终达到平衡。但是由于事故发生后,系统频率快速变化,发电机的调速系统来不及完全动作,为了防止频率崩溃,就要投入切负荷装置,通过投切适量负荷,减小∆PL的值,加速达到平衡。
2 ROCOF与系统功率缺额的关系
ROCOF(rate of change of frequency),即系统频率差变化率[8],表征了系统发生事故的严重性,通过ROCOF的计算,可以较为准确地估计系统功率缺额。
从图2可以得到系统频率变化表达式(3):
由于实际系统中,Load reference一般保持不变,即∆PLR=0,系统功率缺额在两次变化之间保持常数,即为阶跃函数,拉氏变换后为:∆PL/s。所以式(3)可以化简为式(4):
考虑时间t→0时,即s→∞,可以近似地认为N=0,式(4)可以化简为式(5):
拉氏反变换式(5)得到时域表达式(6):
对式(6)求导,即得到ROCOF式(7):
考虑t→0时的值可得:
根据式(8),若测知t=0时刻系统的ROCOF,就可以算出此时系统的功率缺额。基于这一理论,发展了半适应(semi-adaptive)和自适应(adaptive)的低频切负荷方法。
3 与传统方案和半适应方案的比较
根据文献[1],半适应的方法是:通过测定系统t=0的ROCOF,用式(8)计算得出当前系统功率缺额(即发电机调速器为动作时,系统的功率缺额),调节继电器,在一定的时间或频率下,一次性切除较大百分比的总功率缺额,接下来就按照传统方案的方法整定继电器按照频率绝对值切除预先整定的功率值。自适应方法与半适应方法的不同在于,计算出t=0时刻系统功率缺额以后,整定继电器在不同的频率点处,按照功率缺额的百分比来切负荷。可以看出,自适应切负荷的方法最有针对性,而且避免了由于选择切负荷总量的不同造成的不利影响。以下将讨论上述三种方法,表1为上述方法的整定方案。文中所用到的最低频率、下降时间、恢复时间、稳态频率[9]等定义见附录。
3.1 功率缺额为0.15时(图3)
由图3可以看出,三种方案都只动作了一步。其中传统方案切负荷0.08大于半适应和自适应的方案(50%ΔP),但与调速器缺乏配合,造成超调,虽然稳态频率接近50 Hz,但显然是不理想的。半适应和自适应切负荷量低于传统方案,所以与调速器配合良好,未造成超调,但由于第一步的动作值相同,所以曲线重合。另外这两种方案稳态频率大于49.5 Hz,满足电力系统安全运行的要求。
3.2 功率缺额为0.25时(图4)
功率缺额为0.25时,三种方案都是动作了一步。传统方案切负荷量仍为0.08,低于半适应和自适应方案的50%∆P,所以最小频率低于这两种方案,另外,由于和调速器缺乏配合,出现超调。半适应和自适应的方案由于切除同样负荷量,曲线重合,稳态频率同样满足系统要求。
3.3 功率缺额为0.35时(图5)
从图5看出,传统方案动作了三步,共切负荷0.2,最小频率低于另外两种方案。半适应方案共切负荷约0.235,自适应方案切负荷约0.245,可见自适应方案切负荷量略大于半适应方案,其恢复时间和稳态频率指标也好于半适应方案。
3.4 功率缺额为0.45时(图6)
功率缺额为0.45时,曲线与功率缺额为0.35时相似。但由于此时自适应方案切负荷量0.315,大于半适应方案0.235,所以曲线高于半适应方案,调整时间和稳态频率均明显优于半适应方案。
3.5 分析比较
传统方案中当功率缺额较小时,其首轮切负荷量决定了其低频减载的效果,如图3、4;当功率缺额较大时,其总的切负荷量决定了减载的效果,如图6;当方案实际切负荷量与功率缺额接近时由于调速器的作用容易产生频率的超调,如图3。半适应方案记及了频率差变化率,通过计算初始时刻功率缺额来确定首轮切负荷量,因此功率缺额较小时切负荷效果较好,如图5;当功率缺额较大时切负荷特性与传统方案类似。自适应方案完全按照计算的初始时刻功率缺额来整定各轮切负荷量,其切负荷效果受功率缺额变化的影响较小,因此在各种事故下均具有良好的低频减载特性。
4 不同自适应方案的比较
以下讨论不同的自适应方案在低频减载中的作用,表2为几种自适应的整定方案。
由表2可以看出,方案1与方案2的动作频率相同,不同在于每一频率对应的切负荷百分比不同;方案2与方案3的切负荷百分比相同,但是动作频率值不同,下图为不同功率缺额时,以上三种方案作用下,系统的频率响应。
4.1 功率缺额为0.15(图7)
从图7中可以看出,三种方案都只动作了一步。方案1和方案2在频率降到49.4 Hz之前曲线重合,在频率为49.4 Hz时,由于切负荷量的不同,曲线变化也不同,由于方案1切负荷50%,大于方案2的33.3%,所以曲线明显高于曲线2,稳态频率高于曲线2,调整时间也较短。方案2、3的曲线比较接近,从表2可见,两方案下切负荷总量相同,所以稳态频率几乎相等,但是由于方案3在频率为49.6 Hz时就切除负荷,早于频率为49.4 Hz时动作的方案2,所以其最低频率略高于方案2。
4.2 功率缺额为0.25(图8)
由图8可见,曲线1动作了一步(共切负荷50%),曲线2、3各自动作了两步(共切负荷53.3%)。可见,曲线2、3下,由于切负荷总量大,恢复频率高于曲线1,且两者相近。但是由于动作频率的不同,动作频率高的方案3的最小频率高于方案2,且未出现超调,性能优于方案2。
4.3 功率缺额为0.35(图9)
可以看出,当系统功率缺额较大时三种方案之间的差异变得不明显。但仍可以看出,曲线2、3的稳态频率几乎重合,而与方案1的稳态频率略有差异。并且在频率下降期间,曲线3略高于曲线2。
4.4 分析比较
不同自适应方案在功率缺额较小时切负荷特性差异较大,如图7、8,但在功率缺额较大时差异就不明显了,如图9。通过比较不同自适应方案低频减载特性曲线可以看出:在一定范围内,首轮切负荷量及动作频率的值越大其切负荷效果越好,但这样也增加了频率超调的几率,同时也可能影响系统运行的经济性。
5 结论
从自适应方案与传统方案和半适应方案的比较可以看出以下规律:
1)传统方案由于切负荷量固定,当实际功率缺额与方案整定的切负荷量偏差较大时,其切负荷效果将变得较差(如图3、5、6)。半适应方案中第一轮考虑了ROCOF,对实际功率缺额进行了计算,首轮切负荷量与实际功率缺额一致,因此切负荷效果有所改善。自适应方案各轮切负荷量均与实际功率缺额一致,切负荷效果较半适应方案更好。
2)功率缺额较小时,传统方案与调速器的配合不如半适应和自适应方案好,容易出现超调(如图3);半适应方案与自适应方案切负荷频率特性基本相同(如图3、4)。功率缺额较大时传统方案容易出现切负荷不足,且频率下降严重;半适应方案由于只是第一步根据功率缺额动作,第二步切负荷按照整定值,所以对功率缺额较大的事故切负荷的效果不如自适应方案。
3)不同的自适应方案也会影响切负荷的效果,从文中第四部分的分析可以看出:相同动作频率时,切负荷量大的方案下,曲线最低频率高;切除负荷量相同时,动作频率值大的,曲线最低频率高;总切负荷量相同时,曲线的稳态频率接近。考虑经济性和频率恢复特性,方案动作频率和切负荷量应当相互合理地配合。另外,切负荷量大小的影响要高于动作频率值高低的影响。由于通过分析t→0时刻系统ROCOF的值,可以在较短时间内计算出系统的总功率缺额,从而做出响应处理,这在防止事故恶化、系统崩溃上有不可取代的重要性。
综合上述分析,可以看出:自适应方案与类似条件下半适应方案和传统方案在切负荷规律上有一定的相似性,比如:切负荷量大,切负荷时动作频率高则最低频率高。但比较不同功率缺额下,三种方案切负荷效果时,差异明显。总的来说,半适应和自适应方案性能好于传统方案,在功率缺额较小时,两者很接近,但功率缺额较大时,自适应方法对频率特性的恢复效果明显好于半适应方法。
附录
现定义文中用到的几个参数[9]。
1)最低频率
见图10,定义最低频率为频率下降所至最低并开始回升点,即fmin。
2)下降时间
定义下降时间为频率从50 Hz降至最低点的时间,即图中tmin。
3)调整时间
定义调整时间为系统频率值到达稳态值(±5%)的最早时间,即图中tregulate。
4)稳态误差
定义稳态误差为系统频率稳态值f∞与额定频率50 Hz的差值:∆f=50-f∞。
5)最大超调量
定义最大超调量为暂态期间输出超出输出稳态的百分数:。
超调量考察的是切负荷方案与调速器配合的情况。
6)总切负荷量
总切负荷量指所切负荷的总量,体现了切负荷整定方案的经济性。所切负荷量越少,说明损失负荷较少,方案经济性能越好。这在电力市场下,是尤为重要的。
摘要：通过分析计及调速器的发电机经典模型,推导出频率差变化率与系统有功功率缺额之间的定量关系。简要介绍了基于上述关系的自适应和半适应低频减载方案。设计了基于实时频率差变化率的切负荷自适应方案,并通过在不同负荷缺额下进行切负荷仿真来比较和分析自适应方案与半适应、传统方案的切负荷性能差异。总结出了在不同功率缺额下三种方案的切负荷特性。为更深入研究计及频率差变化率的低频减载效果,单独对不同的自适应方案进行了仿真分析。给出了计及频率偏差变化率的自适应方案在低频减载中的优势,由此得出低频减载方案设计整定中应遵循的规律。
关键词：ROCOF,低频减载,自适应方案,半适应方案,电力系统
参考文献
[1]Delfino B,Massucco S,Morini A,et al.Implementation and Comparison of Different Under Frequency Load-Shedding Schemes[A].in:Power Engineering Society Summer Meeting[C].2001.307-312.
[2]熊小伏,周永忠,周家启.计及负荷频率特性的低频减载方案研究[J].中国电机工程学报,2005,25(19):48-51.XIONG Xiao-fu,ZHOU Yong-zhong,ZHOU Jia-qi.Study of Underfrequency Load Shedding Scheme Based on Load Frequency Characteristics[J].Proceedings of the CSEE,2005,25(19):48-51.
[3]陈俊山,洪兰秀,郑志远.电力系统低频减载研究与应用发展[J].继电器,2007,35(14):79-82.CHEN Jun-shan,HONG Lan-xiu,ZHENG Zhi-yuan.Investigation and Application of Under-frequency Loading Ahedding[J].Relay,2007,35(14):79-82.
[4]杨博,解大,陈陈,等.电力系统低频减载的现状和应用[J].华东电力,2002(9):14-18,72.YANG Bo,XIE Da,CHEN Chen,et al.Current Status of Low Frequency Load Shedding in Power System and Its Application[J].East China Electric Power,2002(9):14-18,72.
[5]余虹云,顾锦汶.华东电力系统低频减载方案的整定[J].浙江电力,1995(1):29-31.YU Hong-yun,GU Jin-wen.Underfrequency Load Shedding Schemes’Design for East China Electrical Power System[J].Zhejiang Electrical Power Press,1995(1):29-31.
[6]安德逊P M,佛阿德A A.电力系统的控制与稳定[M].北京:水利电力出版社,1979.9-15.Anderson P M,Fouad A A.Power System Control and Stability[M].Beijing:Water Resources and Electric Power Press,1979.9-15.
[7]Kundur P.电力系统稳定与控制[M].北京:中国电力出版社,2002.581-626.Kundur P.Power System Stability and Control[M].Beijing:China Electric Power Press,2002.581-626.
[8]Huang S J,Huang C C.Adaptive Approach to Load Shedding Including Pumped-storage Units During Underfrequency Conditions[A].in:IEE Proceedings-Gener,Transm,and Distrib[C].2001.165-171.
[9]曹柱中,徐薇莉.自动控制理论与设计[M].上海:上海交通大学出版社,2003.75-79.CAO Zhu-zhong,XU Wei-li.Automatic Control Theory and Design[M].Shanghai:Shanghai Jiao Tong University Press,2003.75-79.
频率变化率 篇2
摘要：国内外有研究表明，全身振动训练法（WBV）对增加皮肤血流量（ SBF）有影响 。但特定频率振动或不同振动持续时间对皮肤血流量的影响相关研究并不清楚，本研究目的：探讨不同振动频率下，前臂血流量变化是否存在差异，不同振动持续时间对皮肤血流量的影响变化。方法：选取22名普通高校学校生随机分入两组分别为30 Hz组与50 Hz组，每名受试者前臂被动振动10 min，观察振动期间及振动后恢复阶段10 min皮肤血流量变化情况。结果：1）30 Hz组和50 Hz组在振动训练开始的前4 min内前臂皮肤血流量均有显著性变化（P<0.05)。2）30 Hz组和50 Hz组SBF均在振动训练开始后5 min达到峰值，在振动的5～10 min中，两组皮肤血流量均保持较高值。3）在恢复期，30 Hz组皮肤血流量低于初始基线值，而50 Hz组皮肤血流量保持高于初始基线值。结论：30 Hz组与50 Hz组皮肤血流量在5 min内均有显著性升高，50 Hz组升高更加明显，并且在振动结束后恢复阶段血管收缩速度减慢，皮肤血流量加速现象保持持久，50 Hz振动可能对于加强训练者循环功能有更好的作用。
关键词：振动训练；频率；皮肤血流量
中图分类号：G804.2文献标识码：A文章编号：1007-3612(2008)07-0929-03
全身振动训练法（WBV）作为一种新兴的训练方法正被越来越广泛的运用。全身振动训练法是通过对人体全身或局部施加低频振动的方法激活肌梭特别是初级Ia传入神经纤维兴奋性反射性引起梭外肌纤维收缩在肌肉主动收缩的前提下，最大限度募集运动神经单位活动。全身振动训练法是一种动态的训练方法，能以相对较小的负荷达到训练的效果。国内外近十年有许多学者从不同角度对振动训练法进行了研究，研究方向主要包括训练振动对肌肉力量和爆发力、纵跳高度、代谢变化、激素水平和身体成分等。除了研究健康和运动人群以外，振动训练目前还应用在多发性硬化症，帕金森氏等疾病康复领域。
目前国内外关于全身振动训练法对于循环系统的研究比较少，仅有少数对血压及心率变化的报道，而全身振动训练法对皮肤血流量影响的文章寥寥可数。目前还不清楚全身振动训练法对皮肤血流量变化的影响机理，特定频率振动或不同振动持续时间对皮肤血流量的影响情况也不清楚，本研究通过实验的方法测定振动10 min以及恢复期15 min30 Hz与50 Hz频率受试者前臂皮肤血流量的变化影响，了解振动训练频率与持续时间与皮肤血流量变化的关系，并进一步探讨导致不同频率振动训练导致皮肤血流量变化可能性机制。
1研究对象与方法
1.1研究对象
本研究选取22名普通高校健康学生志愿者，包括男性受试者13名，平均年龄（20.4±2.6）岁女性受试者9名，平均年龄（20.1±1.9）岁，通过问卷调查的方式要求参与实验的受试者无中枢神经问题，无参与神经肌肉类治疗，无心血管等慢性疾病，所有受试者均自愿参与本次研究。
1.2研究方法
1.2.1实验法把受试者随机均分入两组，30 Hz振动训练试验组与50 Hz振动训练试验组。
1.2.2测试方法
1.2.2.1振动训练试验采用Power Plate pro5 HP（Best Alliance Trading Co.Ltd）进行振动训练，该训练仪可以进行30～60 Hz的振动训练，本实验选择高频50 Hz与低频30 Hz分别对受试者前臂进行10 min振动训练，每一分钟结束后振动停止10 s进行皮肤血流量测定。选择10 s振动间歇进行测试是因为多普勒激光仪是根据光纤光学原理对皮肤血流量进行测定，无法在振动期对皮肤血流量进行准确测定。为了防止实验过程中测试部位重量导致X、Y、Z轴的振动位置偏离或测试部位放置于振动板不同部位影响实验结果。首先使用加速感应器进行了振动试验的预实验，使用5～90 kg重物在振动板上进行振动试验，通过加速感应器记录振动过程中重物的位移情况，结果发现在X、Y、Z轴上重物振动范围很小，30 Hz实验（偏离度：X=1.1%, Y=1.5% Z=1.3%），50 Hz实验（偏离度：X=1.8%, Y=1.4% Z=2.7%），重物放置在振动板不同位置实验发现，30 Hz实验（偏离度：X=1.6%, Y=1.3% Z=0.8%），50 Hz实验（偏离度：X=1.7%,Y=1.4% Z=0．5%）。预实验证明测试部位重量与放置位置对实验过程不会造成影响。
1.2.2.2皮肤血流量测试采用激光多普勒血流图像仪进行所有血流量的测试。试验前30 min对图像仪预热，对感应器与放大器进行相关调试校正。由于人体上肢组织的个体差异可能会影响到测试结果，通过预实验我们将测试位置选定在距离肘横纹2.5 cm，肘内测距离尺骨3.5 cm处，每个受试者在该位置进行无创伤标记。
1.2.3测试过程22名受试者被随机均分入两组，实验前两小时内要求不得进食，受试者要求身着轻松舒适的服装，测试房间温度22～25℃,每名测试者测试前休息10 min,测试时站立于振动仪前右前臂置于振动仪上,手掌向下,肘曲大概120°。
实验组分为30 Hz组与50 Hz组,两组受试者分别进行10 min振动训练,频率30 Hz与50 Hz,在每一分钟间隔10 s,使用激光多普勒血流图像仪测试血流量,振动结束后测试恢复期15 min内血流量变化。
1.2.4数据处理以测试第一分钟平均血流量作为基线值,每分钟测得数据均转化为对基线值百分比进行比较，所有数据均以“均数±标准差"表示。统计分析使用SPSS for windows12.0版统计分析软件完成,组间两两比较使用双因素方差分析,使用独立方差T检验比较性别间血流量变化差异,显著性差异水平P<0.05。
2结果
2.1振动期各时间阶段血流量通过了解不同频率振动训练训练期间血流量的变化情况对比，可以发现振动训练对于人体血流量变化影响的时间变化规律，对比不同频率对血流量影响的效果，有助于不同项目运动项目专项化训练及不同康复计划的制订与监控。
实验结果发现在振动训练期间及恢复期间,虽然50 Hz组皮肤血流量增幅明显大于30 Hz组，但两组之间血流量并无统计学差异(P>0.05)。在振动训练的第2和3 min，30 Hz组的血流量分别是基线值的206%和218%，50 Hz组为基线值的323%和445%。
振动训练的第4 min，30 Hz组与50 Hz组相对于基线值均有显著性增加30 Hz组为256%，50 Hz为428%（P=0.03）。从第4 min持续到第10 min训练结束，皮肤血流量均保持显著性增加（P<0.05）。皮肤血流量在训练第5 min达到峰值，30 Hz组为392%，50 Hz组为539%。两实验组血流量的第二次峰值出现在第8 min。在训练的第9～10 min，皮肤血流量显著性下降(P<0.01)（表2）。
2.2恢复期各时间阶段血流量在以往的研究中，尚无对于不同频率振动下恢复不同时间阶段血流量的研究，而了解恢复阶段不同时间阶段血流量的变化阶段有利于更清楚的了解频率对于血流量变化的影响关系以及振动训练时间强度的监控都有指导作用。
在振动训练结束后的恢复阶段,30 Hz组血流量在第8 min恢复到基线值,从第9 min后血流量开始低于基线值，并在15 min时达到最低点78%。而50 Hz组在恢复阶段的15 min内始终保持高于基线值。恢复阶段测试结束的第15 min为135%。
3分析与讨论
振动训练能激活肌肉的本体感受器，反射的引起不随意收缩的肌肉产生收缩，在电生理学上把这种反射定义为张力性振动反射。
在国际上目前被广泛运用于神经生理学与电生理治疗当中，国外学者利用肌电图对外周神经冲动进行研究，发现在适宜的振动频率下，神经冲动的发放频率加快同步性增强，肌肉出现共振现象，附加振动组的肌点活性平均比对照组高25%左右。在柔韧性反应研究方面振动训练可以提高痛觉阈，肌肉激活，本体感受器兴奋，肌肉温度及血流加速提高柔韧性素质。在国外的研究中，还有的学者通过振动实验反县可以振动训练可以有效的改善平衡控制能力和预防跌倒的风险。在康复医疗领域发现对偏瘫患者的康复具有比较好的效果，并且可以通过振动训练改进中老年妇女骨质疏松和骨矿结构。而对于代谢系统，从最大摄氧量、血流量、体成分、内分泌等领域的研究发现，振动训练对于提高最大摄氧量的值、增加血液循环，提高睾酮水平等均有一定效果，而国内的研究主要集中在振动训练法对于力量训练的训练效果行，而对于其它相关领域的研究还非常少。
振动训练主要受振动强度、振动频率、振动方向等因素的影响，在实际训练中，要注意振动强度的控制，加速度太小，对人体影响效果不明显，而振动时间过长会导致人体不适应反应产生。一般以50 Hz作为界定高频与低频的界限，50 Hz以上的振动，大部分振动能量以波的形式通过组织传播，而60 Hz以上的振动，会引起眼球共振，人体会出现神经失调，内分泌紊乱等症状。所以在设置振动训练计划时需要充分考虑到影响到振动训练结果的限制性因素。
根据文献报道，在以往的振动试验研究中，有学者发现高频对血流速度和肌力都有负面作用，低频对肌力量有增加作用，振动训练后，可以提高大小腿血流量显著性提高，平均血流速增加，阻力因素明显减小。本实验结果发现30 Hz与50 Hz振动训练均可以显著改变前臂血流量，与文献报道结果相符合。在振动训练过程中，30 Hz与50 Hz训练对与血流量的影响没有显著性差异，说明不同频率的振动训练均可作为提高血流量的运动方式。从运动医学角度，通过改善局部受伤的部位的血液循环状况可以促进由神经系统损伤导致的循环系统障碍溃疡症状的恢复。本次研究发现了振动训练对于血流量影响的变化规律，在振动训练开始的前5 min，血流量有显著性变化并在第5 min到达峰值，在5～10 min的过程中，血流量持续保持高于基线值，但始终没有超过5 min的峰值，说明5 min的振动训练可以引起最大限度的血流量变化。长期振动训练对于血流量变化的影响目前还不清楚，可以在今后的研究中继续探讨。
目前有许多促进血流量的运动康复方式，但都有其不同的弱点，如热疗可能会导致皮肤烫伤，药物疗法会有副作用，许多人无法进行日常的运动训练。振动训练法具有适用人群范围广，训练方式简便等特点。参与实验的所有受试者在实验过程中均没有任何不适的症状。而且本次实验发现仅需要5 min的振动训练，血流量的改变即可达到峰值，适合于很多没有时间专门进行体育锻炼人群进行健身活动。
4结论
30 Hz与50 Hz振动训练均可以显著性提高皮肤血流量，振动训练的效果至少可以持续9 min以内。30 Hz与50 Hz振动训练对血流量变化影响无显著性差异，但50 Hz振动训练对血流量影响速度更快。在恢复阶段15 min内，50 Hz血流量始终高于基线者，而30 Hz在恢复阶段很快就下降到基线值以下，说明50 Hz的振动训练对于提高训练者的血流量可能更为持久有效。振动训练法可能是一种较好的促进局部血液循环，提高血流量的康复手段。振动训练法对于循环系统如最大摄氧量，体成分，内分泌等方便的研究有待进一步开展。
参考文献：
［1］ 宋佩成，李玉章，尹殿和，等.振动训练研究进展［D］.第八届全国体育科学大会论文摘要汇编（一），2007.
［2］ 陈谦.振动训练国内外研究近况［D］.浙江省第十三届运动会体育科学论文报告会论文集，2006.
［3］ 彭春政，危小焰，张晓韵.振动力量训练的机制和作用效果的研究进展［J］.西安体育学院学报，2002（3）.
［4］ 田宇瑛，秦丽娜，张维波.不同拔罐负压对皮肤血流量影响的初步观察［D］.2006全国砭石与刮痧疗法学术研讨会论文汇编，2006.
［5］ 王建宏，钱蕴秋.多普勒超声定量血流量准确性的实验研究［D］.中华医学会第六次全国超声医学学术年会论文汇编，2001.
［6］ 许龙顺，陈绍宗，乔骋，等.负压对创面血流量影响的实验研究［D］.中华医学会第六届全国烧伤外科学术会议论文汇编，2001.
［7］ Dolny DG,Reyes GF Whole body vibration exercise: training and benefits.Curr Sports Med Rep，2008 May-Jun，7(3):152-7.
［8］ Bruyere O, Wuidart M, Di Palma E et al: Controlled whole body vibra- tion to decrease fall risk and improve health-related quality of life nurs- ing home residents. Arch Phys Med Rehabil,2005，86:303-7.
［9］ Abercromby AF, Amonette WE, Layne CS, McFarlin BK, Hinman MR, Paloski WH.Vibration exposure and biodynamic responses during whole-body vibration training.Med Sci Sports Exerc，2007，39(10):1794-800.
［10］ Rittweger J, Beller G, Felsenberg D: Oxygen uptake in whole-body vi- bration exercise: in?uence of vibration frequency, amplitude, and ex- ternal load. Int J Sports Med,2002，23:428-32.
［11］ Kvorning T, Bagger M, Caserotti P, Madsen K.Effects of vibration and resistance training on neuromuscular and hormonal measures.Eur J Appl Physiol. 2006 Mar，96(5):615-25. Epub 2006 Feb 16.
［12］ Di Loreto C, Ranchelli A, Lucidi P et al: Effects of whole-body vibration exercise on the endocrine system of healthy men. J Endocrinol Invest,2004，27:323-27.
［13］ 曾纪荣，瑞泽.振动训练时发展肌肉力量效果影响的实验研究［J］.北京体育大学学报，2007，30(10)：1439-1440.
［14］ Cardinale M, Pope MH. The effects of whole body vibration on humans: dangerous or advantageous? Acta Physiol Hung. 2003;90(3):195-206. Review.
［15］ Delecluse C, Roelants M, Diels R et al: Effects of whole body vibration training on muscle strength and sprint performance in sprint-trained athletes. Int Journal of Sports Medicine, 2005，26:662-68.
［16］ Related Articles, Links Fossum E, H?ieggen A, Moan A, Rostrup M, Nordby G, Kjeldsen SE.Relationship between insulin sensitivity and maximal forearm blood flow in young men.Hypertension，1998，32(5):838-43.
频率变化率 篇3
物体相对运动速度的变化会引起频率漂移, 而相对运动加速度的变化则会带来频率随时间的改变, 也就是频率变化率。例如低轨卫星、高速飞机、海上剧烈颠簸的渔船因为运动速度和方向的时变都会带来瞬时的频率偏差, 对于通信来说如果不考虑频率变化率的影响则有可能造成通信的故障甚至中断。我们需要在估计频率偏差的同时估计频率变化率的大小, 这是一个二维参数估计的过程[1]。我们通常在接收信号中插入一段已知序列用来进行基于数据辅助的载波同步。
这些参考序列通常被称作引导码, 一般有两种插入方式[2]:
块插入方式:
间隔式插入方式:
块插入方式将引导码x集中插入在数据d前端, PL和 (P-1) M分别为引导码和数据的位数, 如图1, 卫星通信中通常采用这种方式。而间隔式插入是将引导码分散地插入数据块当中, 地面第二代移动通信GSM中使用了这种方式。图2是将PL个引导码分成P段, 即x0、x1…xp-1, 每段长度为L位, 均匀插入数据块d0、d1…dp-2中, 数据块d0、d1…dp-2每段长度为M位。第二代数字电视标准DVB-S2就是首先发送90个前导序列, 然后在长度为1440的数据块中间隔插入32个引导码[3]。
基于数据辅助的频率偏差估计通常有三种方法:最大似然估计法、相位增量法和参数遍历法[4]。这三种常用估计方法都适用于块插入以及间隔式插入的引导码结构, 但大部分文献都是对于块插入结构的引导码分析, 原因主要是:
块插入方式适用于流处理的信号处理, 通过一定长度的序列分析就可以得到接下来一整包的频率参数估计;
块插入方式的引导码相位连续, 可以通过对引导码进行相位增量分析得到频率的偏差值。
而对于间隔式插入的引导码结构通常适用于块编码的成帧结构, 例如Turbo和LDPC编码, 因为只有接收到一整包数据之后才能对整包的参数进行估计, 这时候有可能间插的引导码会发生相位折叠, 相位增量法就不再适用了, 通常都是基于最大似然准则和遍历法来估计频差, 现在基于间插式引导码结构的研究越来越多, 原因如下:
间插式引导码将引导码分散地插入数据块中, 对于参数估计理论来讲通过拉长引导码之间的距离增加了先验的时间参数信息。
引导码之间间隔了相同长度的数据, 等效采样率降低, 频率分辨率提高。
基于块编码的方式越来越多地应用到了通信当中, 例如Turbo编码和LDPC编码, 这种块编码结构本来就需要先存储再译码, 比较适合开环估计。
以上所说都是基于频率偏差的估计方法, 如果引入了频率变化率那么就是一个二维估计的过程。在这方面的文献很少, 一般都是基于相位增量计算或者是遍历搜索二维参量的方法进行估计。相位增量法由于受限于相位估计的精度在低信噪比下精度急剧恶化, 而二维搜索参量法需要消耗大量的时间, 对于实时通信来说也不可行, 所以本文给出了一种1比特间插帧结构和基于FFT的频率和频率变化率估计的方法, 在低信噪比下仍能保持较好的性能。
1 信号模型
假设采用MPSK信号调制方式, 帧结构采用图2的结构, 包含PL个引导码, 通过成型滤波p (t) 后, 其复基带的信号表达式为[2]:
其中fc表示载波固定频率偏移, a表示频率变化率, Ф为载波相差, Ts为符号速率, w (t) 为零均值高斯白噪声, 功率谱密度为N0/2。如果考虑到通过匹配滤波则接收端的信号模型为:
其中为零均值高斯白噪声通过匹配滤波后的序列表示。将接收到的x (k) 与本地的引导码共轭复乘后得到
其中v (kTs) 为统计特性与相同的随机序列。由此可见, 数据辅助的载波频率和频率变化率估计等同于在高斯白噪声下对带有频差和频率变化率的正弦波的估计。式 (1) 、 (2) 、 (3) 中kK (28) 0, ..., L-1, L (10) M, ..., 2L (10) M-1, 2 (L (10) M) , ..., PL (10) (P-1) M-1}
2 间插式帧结构及估计算法
图2中如果将L设为1, 也就是每隔M个数据比特插入1个引导码字, 总共P个引导码。则kK (28) 0, M (10) 1, 2M (10) 1, ..., (P-1) M (10) 1}, 对式 (3) 中的z (k) 作FFT, 则得到z (k) 的频域表达式为
对Z (f) 进行峰值搜索, 得到最大值, 即是所要估计的频偏:
基于FFT的频率估计算法主要是通过观察最大值谱线的位置来判断频偏的大小, 进行FFT的数据点数一般为2的整数次幂。在低信噪比的情况下, 信号频域可能会出现多个峰值, 真实的峰值被掩盖住了, 这时候通过插值算法可以提高谱线的分辨度。但如果叠加了频率变化率的影响后, 信号的频谱就会出现平台的现象, 如图3所示为符号速率为9.6ksps, EbN0为-4d B, 引导码长度为256的情况下频偏为200Hz、频率变化率分别为0和40Hz/s情况下的FFT谱线图。由此可见, 叠加了40Hz/s的频率变化率以后, 频谱分辨率急剧下降, 谱线混叠严重, 对于频偏的估计造成很大影响。
这时候如果单纯通过增加引导码的长度来提高符号能量效果不明显而且会降低帧效率, 理想的方法是先估计出频率变化率, 消除其影响再估计频偏, 所以本文提出了一种1比特间插引导码的帧结构, 这种结构有两个好处:
第一, 等效采样速率降低了M倍, 如果采用相同点的FFT则谱线的精度即谱线之间的分辨率增加了M倍;
第二, 拉长了引导码之间的距离, 使得频谱的变化涵盖了整个数据包的长度, 有利于估计频率变化率的大小。
本文采用的算法是将P段引导码分成P/2段, 分别估计前半段和后半段的频率值。由于前后两段固定频差一样, 将前后半段频率值相减后, 只剩下频率变化率的影响, 从而可以估计出频率变化率的粗值, 再计算固定频差的粗值, 然后在消除固定频差的粗值以后, 再计算频率变化率的细估值, 计算后再估计固定频差的细估值, 两到三次迭代之后, 估计的精度会变得很高, 具体实现流程图如图4。
3 性能及仿真
图2中, 如果L=1, M=9, P=256, 即帧结构如图5。
按照符号速率为fd=9.6ksps, 编译码采用1/3Turbo的情况下, 报头符号信噪比EbN0=-2db, 频偏freqoff=200Hz, 频率变化率freqrate=40Hz/s下估计的频率误差见图6。
误码率曲线如下图7, 其中信噪比是整个帧结构的符号信噪比。 (相应的引导码信噪比需要减去Turbo译码增益) :
由上面的仿真结果可以得到频率误差精度在±1.5e-5的水平, 频率变化率估计精度在±3e-3, 在Es N0=2db误码率在10-3的水平。验证了在低信噪比的环境下, 这种帧结构可以获得很好的频差、频率变化率估计性能, 并具有较低的误码率。
4 结论
本文首先分析了基于块状帧结构和间插式帧结构的参数估计方法, 然后根据间插式帧结构给出了一个1比特间插的模型和算法流程, 进行了仿真, 结论证明这种帧结构可以有效地估计频偏和频率变化率, 并且可以采用开环估计的方法来进行参数估计, 同步精度高、同步时间短, 具有很好的工程效益。
摘要：针对高动态环境下频率和频率变化率的估计问题, 本文分析了常用的载波同步的帧结构及方法, 并在此基础上为满足估计频率变化率的要求提出了一种间插式帧结构及算法, 仿真表明此算法有很好的估计精度和性能。
关键词：高动态,频率变化率,间插式帧结构
参考文献
[1]李素芝, 万建伟.时域离散信号处理[M].北京:国防科技大学出版社, 1997.
[2]郑涛, 王丹志, 施璟, 等.基于FPGA的软件无线电接收平台设计[J].软件, 2013, 34 (4) :26-28.
[3]黄艳艳.动中通卫星通信信号载波同步技术研究[D].北京:解放军理工大学, 2011.
[4]Joseph M.Palmer and Michael Rice.Frequency Estimation Using Multiple Disjoint Plilot Blocks in Burst-Mode Communications[J].IEEE Transactions.2011, (59) :10-1109.
[5]Luca Giugno, Marco Luise.Carrier Frequency an Frequency Rate-of-Change Estimators with Preamble-Potamble Pilot Symbol Distribution.Communications[J].IEEE International Conference.2005 (4) :10-11.
[6]Yan Wang, Erchin Serpedin, and Philippe Ciblat.Optimal Blind Carrier Recovery for MPSK Burst Trasmmions[J].IEEE Transactions Communications.2003 (51) :9.
频率变化率 篇4
关键词：尘肺,肺泡灌洗术,发音频率
国内外许多研究表明,肺泡灌洗术对尘肺患者有一定疗效,尘肺患者发音频率的改变与肺部的病变相一致。为探讨肺泡灌洗术后尘肺患者发音频率变化规律,我们于2009年5月—2011年6月对尘肺患者行肺泡灌洗术前后的发音频率进行了检测。
1 材料和方法
1.1 检测仪器
计算机音频分析仪(二十五音分析仪)由上海鼎生医疗器械有限公司生产。国家强制性产品认证证书(3C)编号为2005010901149513。
1.2 方法
选择进行肺泡灌洗术的40例男性成年尘肺患者,年龄38～65岁,其中Ⅰ期尘肺20例,Ⅱ期20例。经单因素方差分析,Ⅰ、Ⅱ期尘肺患者平均年龄差异无统计学意义。
发音频率检测方法:用二十五音分析仪对患者在治疗前3天进行第1次检测,分别于治疗后1、2、3和4周进行检测,患者每次测试3次,以第3次的检测结果输入数据库。受测患者每次均发“宫、商、角、徵、羽”5个音[1],每个音读2字,共10个音,40个人术前共发400个音,术后共1 600次,以出现频率最多的读音作为检测结果。五音分类参照《改并五音类聚四声篇海》及清代江慎修撰写的《河洛精蕴》[2]。
1.3 统计学分析
用统计软件SPSS 17.0对检测数据进行统计分析。手术前后患者发音构成进行χ2检验,以P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 肺泡灌洗术前后尘肺患者发音的比较
尘肺患者术后发音在商音区的构成比低于术前(χ2=10.44,P<0.05),在角音区构成比高于术前(χ2=5.40,P<0.05),其余各音区的构成比差异无统计学意义。尘肺患者肺泡灌洗术前后在5个音频区的分布比较见表1。
2.2 肺泡灌洗术后不同期别尘肺发音的比较
术后Ⅰ期尘肺患者的发音频率在商音区构成比高于Ⅱ期尘肺患者,差异有统计学意义(χ2=4.01,P<0.05)。术后不同期别尘肺发音在5个音频区的分布比较,见表2。
2.3 肺泡灌洗术后不同年龄段尘肺患者发音的比较
低年龄组尘肺在角音区的构成比高于高年龄组(χ2=2.56,P>0.05),在羽音区的构成比低于高年龄组(χ2=1.06,P>0.05),其余各音区的分布差异亦均无统计学意义。术后不同年龄段尘肺患者发音在5个音频区的分布比较,见表3。
3 讨论
《黄帝内经》认为五脏脾、肺、肝、心、肾相应于五音宫、商、角、徵、羽,也就是说五脏均具有一定的振动频率,而这些频率相应于宫、商、角、徵、羽五声音阶的频率。而五声音阶的频率早在几十年前就已经由物理声学界确定,并有国际公认的测定标准。五脏相音与脉诊、脏象、视诊同为传统中医的主要检测手段[3],可以根据人们声音的变化,诊断和治疗疾病。寻找尘肺患者肺泡灌洗术后肺部发音变化的规律,在临床工作中为诊治尘肺提供客观依据具有现实意义。
尘肺患者术后在商音区的构成比低于术前,其原因可能是肺泡灌洗促进肺内粉尘、炎细胞、尘细胞及其代谢产物、致纤维化因子的排出,改善了肺功能。施建莉[4]、韩吉平等[5]研究也表明肺灌洗前后尘肺患者症状改善差异有统计学意义。
郭锐等[6]研究发现Ⅰ期、Ⅱ期老年尘肺病人相对健康老年男性均有发音偏向于商音为多的情况,尘肺患者发音频率的改变与肺部的病变相一致。本次研究发现术后Ⅰ期尘肺患者的发音频率在商音区平均次数高于Ⅱ期尘肺者,可能与肺灌洗术对Ⅱ期尘肺的疗效比Ⅰ期尘肺显著有关。
高年龄组在羽音区的构成比高于低年龄组,但差异无统计学意义,其原因可能是羽音相对于肾脏,而本次研究对象均为男性,且最低年龄为38岁,接近《素问·上古天真论》所指的男子肾气开始衰弱的40岁(虚岁)。高也陶等[7]既往的研究也表明正常男性越是年龄增长,越偏向对应于肾脏的羽音。
参考文献
[1]韩宝强.音的历程——现代音乐声学导论[M].北京:中国文联出版社,2003:306-312.
[2]高也陶.阴阳二十五人的经络调理[M].北京:中医古籍出版社,2003.
[3]高也陶,李捷玮,潘慧巍,等.五脏相音—《黄帝内经》失传2000多年的理论和技术的现代研究[J].医学与哲学(人文社会医学版),2006,27(9):51-53.
[4]施建莉.支气管肺泡灌洗治疗尘肺的近期临床观察[J].中国工业医学杂志,2006,19(5):19-20.
[5]韩吉平,吴戈,周国品.支气管肺泡灌洗治疗矽肺的临床观察[J].中国职业医学,2002,29(1):43-44.
[6]郭锐,杜平,陈先友.老年男性尘肺患者的五脏相音检测研究[J].江西中医学院学报,2007,19(3):41-43.
频率变化率 篇5
虽然充液管道系统应用越来越广泛, 但管系中存在液体的压力脉动和管壁的结构振动, 以及外界振动源造成的管系共振, 会引发严重的噪音污染, 严重时甚至导致管系或机器损坏, 保证管道输送的安全对于国民经济和社会稳定是十分重要的。 本文利用Matlab GUI编制了可计算充液直管道固有频率和振型的可视化界面, 基于单一变量法, 通过更改充液管道各参数, 测试相应的固有频率, 然后对比分析, 探索了在测试条件下, 充液管道各参数变化对固有频率的影响。 通过采取措施, 改变充液管道的固有频率, 或者禁止与充液管道固有频率相近的振动源接近管道, 对于管道保护和减少噪音污染具有重大的现实意义, 可以直接应用于水利电力、石油天然气管道工程等各管道领域。
1 传递矩阵法应用程序GUI开发
依据现在较为成熟的充液管道传递矩阵法理论, 使用Matlab GUI编程, 开发一种非常直观的可视化界面, 方便不懂Matlab的技术能够应用Matlab程序计算充液管道的前三阶固有频率, 并得到前三阶振型。 本文GUI界面适用以下三种情况:①中间有弹簧支撑铰支充液直管道;②中间弹簧支撑固定充液直管道;③两端弹簧支撑充液直管道。
在本文的接下来部分, 将上面所说的三种管道分别用A型、B型和C型表示。
①适用于A、B型管道的GUI界面 ( 图1、图2) 。
②适用于C型充液直管道的GUI界面 (图3、图4) 。
2管系参数变化对频率及振型的影响
管道在设计阶段, 能够确定输送介质、管道材料和输送量, 而输送量确定后, 管道内径和外径也会在此时确定下来, 这些参数是无法改变的, 本文仅采用单一变量法, 测试管道长度、弹簧位置和弹簧刚度单独变化时, 管系固有频率相应的变化。 本文以A型充液直管段为例, 以管道长度10m, 管道内径0.72m, 管道内径0.69m, 密度7850kg/m3, 弹性模量210GPa, 泊松比0.3, 液体密度1000kg/m3, 弹簧刚度7000k N/m, 弹簧在管道中点为基准。
2.1 充液直管道长度对固有频率的影响令管道长度从10m以0.1m的增幅递增至10.9m, 测试对应状态下的固有频率, 得到表1。
结论:当前状态参数下, 随着管道长度的增大, 管道的固有频率减小。
2.2 充液直管道弹簧位置对固有频率的影响令管道长度20m, 并令弹簧位置x从1m以1m的增幅递增至10m ( 当弹簧位置大于10m时, 状态开始重复) , 测试对应状态下的固有频率, 得到表2。
结论:约束点在振型的节点上, 对该阶的振型和频率影响不大, 反之, 约束起作用, 系统的固有频率升高。
2.3 充液直管道弹簧刚度对固有频率的影响令弹簧刚度k从0 到10k N/m, 然后以10 倍的增幅递增至108k N/m, 测试对应状态下的固有频率, 得到表3。
结论:在当前状态参数下, 当弹簧刚度的数值在区间[103, 108]时, 对系统固有频率的影响较大, 且随着刚度的增大, 固有频率增大。 当弹簧刚度小于102k N/m, 弹簧刚度变化时, 固有频率不变, 说明刚度过小, 影响可以忽略不计。弹簧刚度大于106k N/m, 这时的f1 在数值上恰好是之前的f2, 此时管道状态相当于两端铰交, 中点固定, 管道中点振动位移为零。
通过截取当弹簧刚度分别为0, 105k N/m, 106k N/m, 108k N/m时的管道振型, 如图5 可以发现振型发生了很大的变化: 弹簧刚度k大于106k N/m时的一阶振型为k小于105k N/m时的二阶振型, 这与它们的固有频率变化相呼应。
取当弹簧刚度取0 时, 管道状态相当于仅两端铰交, 中间部分无弹簧支撑; 而当弹簧刚度取到108k N/m时, 管道状态相当于两端铰交, 中点固定, 管道中点振动位移为零。 这两种极端情况已经改变了之前定义的管道状态, 故振型会有非常大的变化。
3 研究结论及相关应用
3.1 研究结论利用单一变量法原则, 测试了各参数变化对充液管道固有频率及振型的影响, 得到以下结论, 即在测试条件下:①充液管道长度增大, 固有频率减小。②充液管道弹簧刚度增大, 固有频率增大。 ③对于A、B型而言, 随着弹簧越靠近管道中点, 管道的f1 越大, 而f2、f3 基本不变。弹簧位置变化时, 如果支撑点在振型的节点上, 对该阶的振型和频率影响不大, 反之, 则约束起作用, 系统的固有频率变大。 ④对于A、B型而言, 在各参数相同的情况下, B型的固有频率始终要大于A型。 这是因为B型管系的两端不但位移被约束, 转角也被约束。
3.2 相关应用存在于充液管道中的流固耦合作用机理非常复杂, 并且管系中常含有橡胶软管、泵等流固耦合元件, 这就使得充液管道的振动分析涵盖了多种领域的动力学综合问题。 作者认为在已研究成果的基础上, 可以从以下方面开展进一步的研究:①本文建立的模型相对简单和理想化, 只能推测出一个大致的变化趋势, 技术人员可以考虑通过有限元建模, 针对异型管段及现实安装方法进行更加深入的研究, 使得充液管道传递矩阵模型和Matlab算法更加精确可靠。②根据研究结果发现各参数对管道固有频率的影响, 有利于对管道的保护。 如已知外界的振动源频率, 可以在设计时考虑改变管道相关参数或者安装方式以达到管道固有频率远离振动源频率的目的。或者推算出管道的固有频率, 以管道保护法为依据, 禁止与管道固有频率相近的振动源接近管道。
参考文献
[1]金长明.充液管道振动特性分析及其减振控制[J].硕士论文, 2010:25-35.
[2]周云, 刘季.管道振动及其减振技术[J].哈尔滨建筑工程学院学报, 1994, 27 (5) :108-114.
频率变化率 篇6
关键词：微变化研究法,频率,英语语音,纠错,作用
1. 引言
笔者是一名高校的英语教师, 在教学生语音的过程中, 发现学生普遍对/s/和/θ/的发音存在一定的问题。为了寻找到帮助学生纠正语音的好方法, 笔者咨询了多位老师, 也和学生做了讨论, 大家普遍反映练习是一个不错的办法。但练习究竟能起到多大作用, 真正有效地解决学生的发音问题, 笔者就此展开了研究, 而频率又是练习中重要的因素之一, 所以对频率的研究势在必行。
本文用了微变化研究的方法, 这种方法能够观察到更加微小的变化, 能够使研究者进行更细致入微的分析, 从而得出较为精确可信的结论。
2. 研究背景
2.1 微变化研究
微变化研究法不是现在才有的方法, 早在70年前Vygotsky和Werner就提出了这一研究方法的基本构想 (Miller&Coyle, 1999, Wen, 2003) 但是直到20世纪80年代才有人付诸实践。它是认知心理学领域中的一种研究方法, 但是实际上在二语习得领域也可以被广泛地使用。
微变化研究法必须具备三个基本要素, 分别是: (1) 观察的周期要恰当, 覆盖变化的全过程; (2) 观察的频度要高。研究者只有高频度地观察变化的过程, 才有可能发现变化的关键时刻; (3) 数据分析要精确, 从质和量两方面进行精确的分析。 (Siegler&Crowley, 1991) 。
微变化研究的优势很明显, 它可以考查变化的不同方面。比如Siegler (1995) 就提出了变化的五个维度:路径、速率、广度、变异性和根源。变化的路径是指受试者在实验过程中生理及心理上的变化过程;变化的速率是指变化的速度快慢;变化的广度是指在某次实验中产生的变化是否具有延伸性和广泛性;变化的变异性是指由于受试者的个体差异, 他们在实验中的表现也各有不同;变化的根源是探讨变化产生的真正原因。
在实验中, 实验者用微变化研究的方法可以细致地观察受试者在整个实验中的表现, 据此得出较为可靠的结论。
2.2 频率研究
《朗文语言教学及应用语言学辞典》 (Richards, et al, 2002) 曾对频率下这样的定义, 频率是指语言项目在语段或语言材料中出现的次数, 不同的语言项目在说和写中有不同的出现频率。而在过去的二语习得研究中, 研究者们也普遍认为频率所起的作用不可忽视。Skinner在行为主义心理学领域对频率效应做出比较详细的研究。而Anderson (1983) 在他的ACT (Adaptive Control of Thought) 模型中也指出语言习得依赖于频率研究。Nick Ellis曾发表主题论文Frequency Effect In Language Processing, 提出“频率是语言习得的关键”假说 (文秋芳2003) 。以上种种皆说明, 频率是二语习得研究中很重要的一个研究方面。
笔者把频率细化成了输入频率和输出频率。输入频率, 即受试者从外界接收语言刺激的频率, 在本实验中是指受试者听听力材料的次数;输出频率, 即受试者向外发出语音的频率, 在本实验中是指受试者朗读听力材料的次数。笔者希望通过此实验研究出频率对英语语音的纠错所起的作用有多大。
3. 实验设计
3.1 实验研究目的
笔者将本实验设计成两大部分。第一部分主要研究两个问题: (1) 输入频率与输出频率对英语语音纠错上的不同效果。 (2) 频率在不同语境 (这里指文本) 下对英语语音纠错作用的差异。第二部分主要研究五个问题:变化的根源、路径、速率、广度和变异性。
3.2 受试者
由于微变化研究费时费力, 因此本实验只选择了某高校经济管理专业的四名学生作为受试者, 两人为一组。Student 1与Student 2学习较好且英语水平相当, 她们主要参与实验的第一部分。Student 3与Student4水平有明显差距, Student3水平较差, Student4水平较高, 她们二人主要参与实验的第二部分。由于本实验比较费时间费精力, 因此需要参与者能够热爱英语, 保持旺盛的精力, 并且积极配合实验, 这四名学生符合这些要求。
3.3 实验材料
本实验的语音材料分别来自于《现代大学英语语音教程》的第五单元和第六单元, 以及英语学习网站上的材料。总共有三个单词表, 一个句子表和两篇短文。这些材料都有语音和文字材料, 能够满足实验所需。在三个单词表中, 每个单词表都各有含/s/音和/θ/音的五对单词。句子表中有含/s/音和/θ/音的五对单词。短文1和短文2中各有含/s/音和/θ/音的四对单词。在给受试者记成绩时, 每个单词、句子或短文都让其读两遍。如果在这两遍中, 某一单词都读对了, 那么得一分, 否则就不得分, 两遍都读错不倒扣分。
3.4 实验步骤
Part One (实验第一部分)
(1) 测试输入频率与输出频率对英语语音纠错的不同效果
受试者为Student1和Student2, 她们都知道/s/和/θ/的发音规则, 但是在实际发音中经常出错。
使用单词表1
Student1只听两遍单词表1, 然后朗读两遍。Student2只读两遍单词表1, 然后朗读两遍。分别记录下二人的成绩。此次实验各进行5次。
对测试结果作出图表如下:
以上图表为Student 1的成绩
以上图表为Student 2的成绩
从实验中可以看出, 如果在只有输入频率或只有输出频率的情况下, 输入频率对英语语音的纠错效果就更好一些。究其原因, 是在有语音输入的情况下Student1可以对比录音中的正确发音和自己所学到的发音规则, 就此发出正确的音;而只有语音输出的学生只能听到自己的发音, 无法对比, 只能在一遍一遍朗读的过程中自己摸索正确的读音, 所以正确率较低, 纠音效果较差。但因为/s/和/θ/音不断被重复, 所以两个受试者的成绩还是在不断上升的。
(2) 频率在不同语境 (文本) 下对英语语音纠错作用的差异
受试者仍为Student1和Student2.
这里实验材料为单词表2、句子表、短文1和短文2。实验如下:
Student1与Student2分别听单词表2、句子表、短文1、和短文2各一遍, 然后分别朗读单词表2、句子表、短文1和短文2各一遍, 然后让两名受试者各朗读两遍, 分别测二人的成绩。这里短文1与短文2是有区别的。短文1只要求学生在听完之后朗读即可, 而短文2在让学生听材料之前告诉她们, 听完后需要复述短文的意思。
对测试结果作出的图表如下:
从图表中我们可以看出, 学生读单词表2、句子表、短文1和短文2的正确率呈递减趋势。在之后通过对学生的访谈得出结论如下。在听读单词时因为是单个的词, 学生能够把注意力集中在单词的发音上, 所以正确率较高。在听读句子和短文时, 其他单词干扰了学生对含有/s/和/θ/单词的注意, 所以正确率下降。尤其是在听读短文2时, 由于学生知道要复述短文的意思, 有一部分注意力被分散到了理解短文及记忆短文的意思上了, 因此正确率比短文1还要低一些。由此可以证明, 频率在不同语境 (文本) 下对英语语音纠错作用是不同的。越是简单的语境, 简单的文本, 纠错作用越好, 越是复杂的语境, 纠错作用就越差。这也提醒老师们在训练学生发音时, 注意选择合适的文本材料。
Part Two (实验第二部分)
变化的根源、路径、速率、广度和变异性
实验第二部分的受试者为Student3和Student4。两人在英语水平上有明显差异, 其中Student3不知道/s/和/θ/的发音规则, 而Student4知道。本次实验使用的材料为单词表1、2、3。
在实验开始之初, 先用单词表1测出两人的原始成绩 (Test1) 。在接下来的五天中, 两人每天进行一次实验, 都是分别先听两遍单词表2, 读一遍单词表2, 然后让两名受试者朗读两遍单词表2, 测两人的成绩, 总共记录5次成绩 (Test2-6) 。在第六天, 让两人分别朗读两遍单词表3, 然后测两人的成绩 (Test7) 。最后比较Test1与Test7两人的成绩差别。此实验共进行了六天, 符合微变化研究对实验频率与周期的要求。
现将测试结果画出图表如下:
笔者根据图表对变化的根源、路径、速率、广度和变异性分析如下:
(1) 变化的根源
实验前笔者曾采访受试的学生, 学生反映尽管她们在一定程度上知道/s/和/θ/的发音规则, 但是由于在母语中并没有/θ/音, 因此她们在遇到英文单词时还是很容易发成/s/。这也可能是造成/s/和/θ/发音问题的根本原因。但是我们也可以发现, 通过不断练习, 发音是可以得到提高的。产生这种变化的根源就是输入频率和输出频率。这就提醒老师, 平时应该让学生多听多读, 从输入和输出两方面提高学生的发音能力。
(2) 变化的路径
从图表中可以看出, 学生在持续地输入和输出练习中成绩是不断上升的, 其中本来就知道发音规则的学生进步更快一些。因为她是在不断检验自己语音知识的过程中逐渐进步。而不懂发音规则的学生需要先摸索出发音规则再检验实践, 所以进步较缓慢, 但毋庸置疑, 受试的学生成绩都是在上升的。
(3) 变化的速率
受试的学生在语音方面提高的速度是比较快的, 通过图表我们可以发现, 她们在语音方面变化的速率还是较高的。
(4) 变化的广度
通过Test7我们可以发现, 受试者有把所学到的知识进行扩展的能力。在Test1中, 两名受试者成绩普遍偏低, 随着输入与输出的增加, 两人的成绩呈上升趋势。把Test7与Test1的成绩相对比, 虽然单词表3是两名受试者都没读过的新单词, 但是两人成绩普遍都比Test1的成绩要高很多。这说明两人通过前面的练习掌握了/s/和/θ/的发音技巧, 并且把它们应用于新的材料中, 这就说明变化是有相当的广度的。
(5) 变化的变异性
尽管受试者的总体成绩都在进步, 两者的发展趋势相同, 但是由于每个人的个体特征不同, 因此她们的变化是有一定差异的。对Student3来说, 她不懂/s/和/θ/发音规则, 所以她首先要做的事情是在不断地输入练习和输出练习中总结出发音规则, 然后检验并实践发音规则, 所以进步较缓慢;而Student4本身就知道/s/和/θ/的发音规则, 那么她只需在练习中检验即可, 所以提高较快。总之, 由于个体的差异, 即使是在相同的条件下, 个体产生的变化也是不同的, 这就是变化的变异性。
4. 实验结论及启示
在本文中, 笔者运用微变化研究法, 通过实验得出了如下结论:
4.1 在对英语语音的纠错过程中, 输入频率与输出频率都有效果, 但是输入频率的效果要更好些。
4.2 在不同的语境 (文本) 中, 频率对英语语音的纠错作用有所不同。文本越简单, 频率的纠错作用就越明显。
4.3 输入频率和输出频率是造成学生语音变化的根本原因。由于受试者的不同, 她们的语音变化是有差异的, 但是总体来说通过练习, 成绩都呈上升趋势, 而且受试者有把发音规则扩展使用的能力。
这些结论对高校英语教师来说是有一定的启示作用的。比如我们在平时的教学过程中可以让学生多听多练英语材料, 以此潜移默化, 让学生的能力得以提高。再比如教师在选择材料时应该注意材料要与学生目前的水平相适应, 不应太难, 让学生无所适从, 但也不应太简单, 让学生没有学习的动力。另外学生之间的差异性也提醒教师要因材施教, 用不同的方法教育不同的学生。比如在教授发音的过程中, 有些学生要听多于练, 而有些学生要练多于听。
频率变化率 篇7
1 如何使用SPSS统计风向频率
SPSS(Statistical Product and Service Solutions,意为统计产品与服务解决方案),与SAS被并称为当今最权威的两大统计软件。SPSS[1,2]统计和数据分析功能强大,界面友好,使用方便,SPSS因其强大的数据准备与统计分析功能,方便的图表展示功能,以及广阔的兼容性、界面的友好性满足了广大用户的需求,目前是非统计专业人员应用最多的统计软件。本文将使用SPSS11.5中的basic tables报表功能按照需要统计风向频率。
建立如图1所示的数据文件。其中第一列为day(日期),第二列为hour(时刻),第三列为wd(风向,按16方位),第四列为wv(风速)。SPSS可直接输入或复制数据建立新数据文件,也可导入多种格式的文件,如常用的.txt、.dat和.xls,还可与数据库相连。
在菜单栏上选择Analyze→Tables→Basic Tables,则出现Basic Tables主对话框(图2a)。其中Summaries框选入需要进行分析的变量,因本例中只需要统计出现频率,可以不选,也可以选入wv;Down框将day选入,则输出结果的行按日期分布;Across框将wd选入,即输出结果的列按风向分布;Format对话框中将空单元格的显示方式改为0(即zero)。Statistics为Summaries对应的统计参数选项,可同时选入多个,本文仅选Row%(行百分比,即每天的风向频率),且将对应的Format改为ddd.dd,保留一位小数,图2b。
设置完毕,按OK键,则得到该月逐日(1～31日)风向频率,表1,结果可直接导出存为.txt、.xls、.doc等格式。同理,若在Down选项中选入hour,则将得到该月逐时(0～23时)风向频率。若在Statistics中同时选入Row%和Mean,则可以得到不同风向的出现频率和对应的平均速度。
2 如何使用Surfer绘制风向频率随时间变化图
Surfer[3,4]是在Windows和NT操作系统下最强大的、最灵活的和较易使用的绘制等值线图及三维立体图软件,广泛应用于地质和气象等领域,本文将使用Surfer8.0的等值线功能来绘制风向频率随时间变化图。
首先将由SPSS统计得到的1～31日每天不同风向的出现频率,处理成如下格式:
其中第一列为日期,第二列为风向,此处静风不写入;第三列为风向按16方位从正西方向开始的编号(至于风向为何从正西开始,是因为2004年10月新垦偏西风出现频率较低,可根据实际情况调整);第四列为风向频率值。处理好后将文件存为xkwf.dat,然后打开Surfer软件,在菜单栏上选择“网格→数据”,选择文件xkwf.dat,点确定,则出现网格化数据主对话框(图3)。在X中选入列A,即日期,间距设为0.5;在Y中选入列C,即风向编号;在Z中选入列D,即(X,Y)处的风向频率,间距设为0.5;网格化方法选气象上常用的克里格;点确定,则生成xkwf.grd文件。
在菜单栏选择“地图→等值线图→新建等值线图”,打开“xkwf.grd”,则得到风向频率逐日变化图,图4a;同理,也可以得到风向频率逐时变化图,图4b。通过修改图形的各项参数,可以使图形更加美观,如图4所示。图形可以通过菜单栏上的“文件→导出”另存为.tif、.jpg和.bmp等多种常用图片格式,值得提出的是将“每英寸点数”修改为1200可以大大提高图片的精度,使输出图形更加美观。
3 分析实例
图4给出了2004年10月广州市番禺区新垦风向频率变化图(a.逐日变化;b.逐时变化),图5给出了日平均风速和静风频率逐日变化图,下标黑线则表示在此期间受冷空气影响。由图4和图5可知,2004年10月冷空气影响期间,新垦风速明显增大,主要为偏北风,静风频率显著下降;冷空气过后,风速明显减小,日平均风速在2m/s以下,静风频率增加;9～17日、22～23日和28～31日偏北风频率较低,午后至深夜盛行偏南风SE、SSE和S,静风频率非常高,17、31日静风频率都在90%以上。由上面的分析可知,与传统的风玫瑰图相比,风向频率随时间变化图可以非常直观的反映当地的风向变化特征,是一种较好的分析方法。
4 小结
本文简要介绍了统计软件SPSS和专业绘图软件Surfer,然后介绍了如何综合使用SPSS的报表功能和Surfer的等值线绘制功能绘制风向频率随时间变化图,并给出了2004年10月广州市番禺区新垦风向频率的分析实例。SPSS和Surfer这两个软件功能强大,界面友好,完全采用菜单和对话框的操作方式,绝大多数操作过程仅靠鼠标点击即可完成,简便易学,易于操作;尤其是统计软件SPSS功能强大、易学易用易普及,气象中常用的统计分析与预报方法(如描述性统计、统计报表、相关分析和典型相关分析、线性回归分析和非线性回归分析、聚类分析和判别分析、主成分分析和因子分析、对应分析、时间序列分析等)都能轻松实现。统计软件SPSS在气象业务和科研中有着广阔的应用前景,若熟练运用SPSS则将大大提高气象工作者的气象统计分析和预报能力,若SPSS得到充分利用则将在气象业务、科研、拓展气象部门业务服务领域和提高多轨道服务能力等方面发挥巨大的作用。
参考文献
[1]张文彤,闫洁.SPSS统计分析基础教程[M].北京:高等教育出版社,2004:1-366.
[2]张文彤.SPSS统计分析高级教程[M].北京:高等教育出版社,2004:1-424.
[3]王建,白世彪,陈晔.Surfer8地理信息制图[M].北京:中国地图出版社,2004:1-235.
[4]曾志雄,陈慧娴.如何使用Surfer8.0画等值线图[J].广东气象,2006(3):64-65.