准确测试（通用5篇）
准确测试 篇1
1 前言
水泥的生产是个相对粗放的过程, 目前的水泥生产过程普遍具有温度高、负压大、粉尘浓度大、工况波动大等特点, 水泥生产系统中配备的各种精密测量仪器不可避免地受此影响。比如, 水泥企业常用的温度测量仪窑尾热电偶经常因受到结皮的包裹而变得不灵敏;预热器C1出口的热电偶和气体成分在线测量仪也会由于粉尘含量大而难以准确测量窑的运转参数。鉴于成本原因, 多数水泥生产企业不会频繁更换这些测量设备, 在这种条件下, 水泥回转窑热平衡测试成为当前全面了解水泥窑系统运行参数的重要手段, 测试数据可为窑日常生产、窑系统改造提供理论依据和数据基础。水泥窑的热平衡测试是个复杂的测试过程, 测试项目主要划分为温度、气体流量、物料量和气体成分等四大类, 涉及到的影响因素较多。《水泥回转窑热平衡测定方法》标准及各种热工测量书籍中给出的是测试过程中可以采用的各种测试方法, 但未明确各种方法的适用对象及优缺点, 经验不丰富的测试人员无法选择最优的测试方法。笔者结合水泥生产系统的独有特点, 根据多年的水泥回转窑热平衡测试经验, 对目前各个项目通常使用的测试方法进行了利弊分析, 对各方法中容易导致结果出现偏差的情况进行了总结, 给出了目前操作性较强的适用于水泥生产系统的测试方法, 供广大研究、测试人员借鉴。
2 气体流量测定
水泥生产过程中的气流有温度较高、流量不稳定、含尘量高、风管截面积大且不规则等特点, 目前常采用的是速度式流量测定法, 采用的设备有皮托管、倾斜式微压计和数字式风速仪, 其中利用皮托管和倾斜式微压计测试的优点是测点布置合理, 测试准确, 受粉尘、温度影响相对较小;缺点是测量和计算过程都较为繁琐。采用风速仪测量风速和测算流量的优点是速度快、效率高、测点数量可随意选取;缺点是数值波动大、平均值的代表性差。由于水泥企业的风管大多数截面积较大, 速度分布不均匀, 风管中风速呈现中间速度大、四周速度小的特点, 加上气流的波动, 直接利用数字式风速仪测试, 会导致不同点的测试数值相差较大, 平均值的代表性变差。因此, 目前在水泥回转窑热平衡测试中推荐使用的气体流量测试设备是皮托管和倾斜式微压计, 测试原理见图1[1]。
依据工作原理, 可以推出公式 (1) :
式中:
Pd——流体的动压, Pa
ρ液——液体密度,
g——重力加速度, m/s2
K为微压计的倾斜系数。
这里容易引起测试偏差的是, 目前我国生产的倾斜式微压计弧形架上的倾斜系数K值是以酒精液重度这一特定值和F1、F2及各种角度α的固定值, 用式 (2) 计算的特定值来刻度的, 法定计量单位为9.8×10-3N/cm3。例如, 微压计读数为35mm, 倾斜系数为0.6时, 动压值Pd=0.6×9.8×10-3N/cm3×35mm=205.8N/m2=205.8 Pa。部分测试人员容易忘记将倾斜系数的单位计算在内, 导致计算结果的偏差。同时只有在微压计测量液密度为0.81g/cm3的酒精的情况下, 才可直接用微压计上的K值进行动压计算。若为其他液体, 则需对倾斜系数进行折算后方能使用。测点位置也是影响测量数据准确性的重要因素。正确选择测量点断面, 确保测点在气流流动平稳的直管段, 避免因湍流引起的测试偏差, 对测试气体流量的准确性有着至关重要的作用。气体流量测点位置通常要求, 上方直管道的长度至少应为孔径的八倍, 下方为三倍。在我国新型干法水泥生产线中, 受场地限制, 除C1出风管、少数企业窑头的部分出风管能够满足要求外, 多数企业的篦冷机进风管及其他风管的测点位置都难以满足上述要求, 因此选取合适的测点对热平衡测试的准确性非常重要。考虑到水泥生产企业的特殊性, 测点位置尽量选取在离来流方向的弯头、变径异形管等局部构件大于P普4倍管道直径处, 离下游方向的局部弯头、变径结构大于2倍管道直径处, 同时避开变径、拐角、分支、并入O等节点。如果上述条件无法满足, 测试数据的准确性就需要斟酌。表1为某水泥企业窑头入收尘风管的风量, 因其中第一次、第二次的测点位置设在了并入节点附近, 第三次、第四次的测点位置设在了直管道上, 数据显示测试结果出现了较大差别。
根据实测经验, 气体流量测试过程中需要注意的其他事项还有:对于篦冷机风量的测定, 在条件允许的情况下, 不应在鼓风机入风口直接测量, 因为在入口处风速不稳定, 测试结果偏差较大;同样为避免测试结果的较大偏差, 也不能采用中控显示的风机开度和标牌风量直接估算。对于C1出风管风量的测定, 部分企业的风管管径较大时会面临两个问题:一是皮托管长度不够, 不能满足测试布点要求, 二是皮托管太长, 容易影响测试方向的准确。解决这一问题的常用方法是在两个垂直方向上分别测试半个截面上的风量, 然后计算平均值。由于风速的相对不稳定, 倾斜式微压计的读数不会固定在某一个固定数值上, 通常是在一定范围内波动, 取值时应注意读取中间值。
3 气体成分的测量
在水泥生产企业热平衡测试中, 目前主要采用化学分析法和全自动气体分析仪器法。
化学分析方法常采用的仪器有奥氏气体分析仪, 原理是利用不同的化学试剂按照不同的顺序分别吸收气体中的成分。其优点是结构简单, 价格便宜, 维修容易, 受水泥生产现场高温、高粉尘条件的影响较小, 测试数据可靠。其缺点主要有三个:一是操作复杂、效率低、容易出现误差。由于必须对气体进行人工取样, 然后在实验室进行分析, 且化学分析操作复杂, 工作量相对较大, 因此在有限的测试时间内, 只能减少测试样本数量, 同时该方法采用手动分析仪, 分析人员的操作技能和责任态度对分析的精确度有很大影响。二是精确度不高。奥式气体分析仪最小量程为1%, 对于含量较低的CO或者SO2, 在几百ppm时几乎测不出来。三是受分析环境条件影响。焦性食子酸的碱性液在15~20℃时吸氧效能最好, 吸收效果随温度下降而减弱, 0℃时几乎完全丧失吸收能力, 故吸收液的温度不应低于15℃。
常用的全自动分析仪有热导式气体分析仪、电化学式气体分析仪、红外线吸收式分析仪、紫外线吸收仪等。上述分析仪器在水泥热平衡测试中也有一定范围的应用, 如Testo、Ecom等电化学式气体分析仪系列产品, 优点是全自动分析仪可在现场直接测量, 且操作简单, 测试效率高, 可以加大测试样本的数量;缺点是会受到水泥生产现场高温、高粉尘检测条件的限制。目前我国市场上使用的各种全自动分析仪是测试气体成分的通用设备, 还没有专门针对水泥生产现场高温、高粉尘这种测试环境的专用设备, 如果没有合适的降温和过滤装置, 高温高粉尘不仅容易损坏仪器, 也会影响测试结果的准确性。根据多年的热平衡检测经验, 笔者认为目前相对可靠的测试方法是将奥式气体分析仪和全自动分析仪相结合。对于低温低粉尘的测点位置, 可先采用全自动分析仪进行测试, 然后用奥式气体分析仪对部分样本进行验证, 最后将两者的测试数据进行对比。当出现较大偏差时, 需要增加测试样本的数量, 且最终以奥式气体分析仪为准。对于高温度高粉尘的测点部位, 如果没有合适的降温过滤措施, 需将气体用气囊取回实验室用奥式气体分析仪测量。将这两种测试方法相结合既可提高工作效率, 又可解决全自动分析仪器受测试条件影响容易出现偏差的问题。
此外, 目前许多水泥生产企业的在线分析仪经过一段时间的运行, 测量准确性会不同程度地受到影响, 尤其是在窑尾和分解炉出口, 因此不能完全参照其分析仪上的数据作为热平衡测试的基础数据进行计算。绝大多数企业设备经过多年的运行, 孔洞缝隙较多, 漏风严重, 气体分析容易受到漏入的空气影响, 其中窑尾最为常见。如果取样不正确, 试样没有代表性, 分析就失去意义。以窑尾为例, 表2给出了利用奥式气体分析仪测得的某企业窑尾不同取样点的气体成分的差别。数据显示, 测点A和测点B受到了漏入空气的影响。
因此在测试窑尾烟室的气体成分时, 取样点位置较为重要, 要求取样管伸入气流中, 取样点不应在气流的停滞区 (死角) 和有漏风的地方。
4 温度的测量
在水泥回转窑热平衡测试中用到的温度测量仪按照测量方式不同可分为接触式和非接触式两大类。
接触式测温法常用的设备是水银温度计, 其优点是结构简单, 使用方便可靠, 价格低廉且测量准确;缺点是测量上限和精度受玻璃质量的影响, 且仪器一般较小, 测量设备内部温度时测量和读取不能同步进行, 测量结果也不能自动记录和远距离传送, 存在先测温、后读数的误差, 同时还受耐高温材料的限制, 不能应用于很高的温度测量, 主要用来测试温度较低且流速较缓的气体、物料、水的温度, 如环境温度、窑头余风温度、入窑生料温度、入篦冷机冷却风温度等。目前在水泥窑热平衡测试中应用的设备还有利用物体电气参数随温度变化的特性来检测温度的热电阻、热敏电阻、电子式温度传感器和热电偶等, 其中使用较多的是热电偶, 热电偶主要用来测量温度较高且流速较快的气体。热电偶属于接触式测量仪器, 在现场检测中主要有测量精度高 (可直接与被测对象接触, 不受中间介质的影响) 、测量范围广、构造简单、使用方便等优点, 适用于水泥生产系统的现场检测条件;缺点是价格相对较高, 且容易损坏, 测量低温时容易出现偏差。热电偶目前可用来测量C1出风管气体温度、窑头去发电风温度、窑头去煤磨风温度、各级预热器管道风温度、窑尾烟气温度、三次风温度等。
非接触式仪表测温是利用物体的表面热辐射强度与温度的关系来检测温度, 具有测温范围广、测温元件不需与被测介质接触等特点, 在水泥窑热平衡测试中经常使用的有红外测温仪和光学高温计等设备。其优点是不受测温上限的限制, 不会破坏被测物体的温度场, 反应速度比较快, 测试效率高, 节约时间;缺点是受到物体的发射率、测量距离、烟尘和水气等外界因素的影响, 测量误差较大。在水泥窑系统表面散热的测试工作中, 需要选取大量的测试点, 且可以近距离测试, 因此红外测温仪一般可用于测试水泥窑系统表面温度。考虑到这种测试方法易受外界因素的影响, 应尽量缩短测温仪与被测物之间的距离。由于出窑熟料温度较高 (1000℃以上) , 且测试位置难以放置热电偶, 因此目前一般采用光学高温计来测试窑熟料温度。
需要特别提出的是出篦冷机水泥熟料温度的测量, 常用的是红外测温仪法和保温桶法。红外测温仪优点是方便、简捷, 效率高, 可以自由选择测点且选取的样本量大, 测试范围大;缺点是只能测试熟料颗粒外表温度, 无法测试其内部的温度。保温桶法是先测试水的重量和温度, 然后将熟料和水进行热交换, 再测试水的温度, 根据温差计算熟料的温度。其优点是经过充分的热交换, 可测得其内部和外部的平均温度, 缺点是相对于红外测温仪, 工作量较大, 样本数量有限。测试工作实践表明, 保温桶法测试的温度一般高于红外测温仪。表3给出了采用两种试验方法对10个企业出篦冷机熟料温度的测试结果。
根据表3数据可知, 采用保温桶法和红外测试仪测试的出篦冷机熟料温度差别一般在10~100℃范围内, 而且呈现出温度越高, 差值越大的趋势。经过分析, 原因在于红外测温仪测试的是水泥熟料颗粒外表面的温度, 而外表面温度比内部温度相对要低, 且受测试条件的限制, 大部分水泥熟料温度的测试是在拉链机上进行, 因此利用红外测温仪测试容易出现测得的温度偏低的现象。在条件允许的情况下, 笔者建议采用保温桶测试出篦冷机熟料温度。
5 物料量的测定
熟料产量也称为窑产量, 是水泥窑热平衡测试中的一个重要指标, 也是一个综合性指标, 可以间接反映生产系统诸多指标值的优劣。测试值是否准确会直接影响到其他热平衡参数取值的准确性。《水泥回转窑热平衡测定方法》标准中未给出详细的测定方法, 不同的测试人员采用的方法也不同。目前, 测定熟料产量的方法主要有实物测量法和生料折算法。实物测量是在固定的核算时间段内计量熟料的产量, 具体的操作办法有:在核算前先将熟料库清空, 将在核算时间段内生产的熟料用计量器具计量, 比如, 用汽车装载后用衡器计量;若工厂配有水泥粉磨站, 也可采用配料站的熟料皮带秤直接计量, 需要提前掌握热平衡测试时专用的熟料库和水泥配料站熟料库的库位情况[2]。这种方法的优点是直接、准确, 但操作繁琐, 且受工厂场地、计量设备准确性以及人员配合等客观环境的限制, 在协调不一致的情况下有可能影响生产线的正常运转, 因此在各方面均能配合协调一致的情况下, 采用此法才合适。生料折算法是用水泥窑的生料下料量除以料耗得出熟料产量。生料下料量目前采用的是企业中央控制室的数据, 料耗来源也各不相同, 需要根据各个企业的具体情况选择合适的计算方法, 可以选取半年生料消耗量和熟料产量的日常生产统计数据, 计算后得到料耗, 也可以采用入窑生料烧失量、入窑煤粉灰分和入窑回灰量来计算料耗。生料下料量受生料皮带秤准确性的影响, 料耗受统计数据准确性的影响。在我国很多老旧的水泥企业, 现场计量器具偏差较大, 导致中控数据有时和实际数据相差较大, 对熟料折算产生误导。因此, 采用生料折算法标定熟料产量, 需要确保企业生料计量秤的准确性;在后期进行数据处理时, 如果出现不平衡的状况, 应对其进行修正。
粉尘含量是影响水泥窑产量的重要因素, 可以根据预热器C1出风管的含尘量计算C1旋风筒的分离效率。粉尘含量测量准确与否, 会影响到物料平衡计算的准确性。目前采用的测试仪器从原理上可以分为两类:一种是利用抽气设备, 将管道中含尘气流通过等速取样管控制在一定速度下抽入过滤器, 将尘粒收下, 而经过滤筒的洁净气流由流量计计量, 然后排入大气;将收下的粉尘在天平上称量, 最后根据流量计上所得气流流量进行计算。另一种是利用光学的方法, 即利用光束通过含尘气流时光强度产生变化来确定含尘浓度。鉴于水泥生产系统的气流波动、界面分布不均匀等特点, 目前大多是利用上述第一种方法测量粉尘和烟尘含量。比如全自动烟尘采样器, 因具备测量氧含量、湿度、温度、压力、气体流量等传感器, 所以能够测量动压、静压、大气压、烟气流速、含湿量、烟道温度、采样流量、空气过剩系数、烟气排放量等在内的参数。
6 结语
热平衡测试作为目前全面了解水泥窑系统运行参数的重要手段, 其测试的准确性受到多方面因素的影响。测试人员不能仅仅依靠《水泥回转窑热平衡测定方法》标准中给出的方法, 还需要结合各个水泥窑系统的实际生产情况, 综合考虑各种测试方法的优缺点, 将各种影响因素考虑周全, 选取最优的测试方法, 减少误差出现的几率, 获得的测试数据才能更加真实准确, 才能为水泥窑系统运转改进和改造提供有效依据。
参考文献
[1]梁振山, 隋秀兰, 赵小朵.毕托管测试技术[J].华北电力技术, 1999 (11) :24-25.
[2]王景龙.回转窑系统热工标定的准备工作及经验[J].水泥, 2010 (5) :21-24.
准确测试 篇2
1。海绵先生决定鼓起勇气向心仪已久的草莓小姐告白，当时他所说的是―― 和我交往吧!→2 我喜欢你 →3
2。情投意合的两个人终于要约会了，你觉得他们会选择哪里作为第一次约会的场所―― 儿童乐园 →4 水族馆 →5
3。约会当天草莓小姐迟到了二十分钟，你觉得海绵先生会对她说―― 以开玩笑的语气说“你迟到了”→6 我好担心 →5
4。你认为他们最先玩的是―― 云霄飞车 →7 摩天轮 →8
5。他们来到了水族馆，你觉得他们会选择什么地方照相―― 海豚前 →8 企鹅前 →9
6。他们两人又到了动物园，你认为海绵先生会在贩卖纪念品的商店中买什么送给草莓小姐―― 动物玩偶 →9 动物图案的t恤 →7
7。草莓小姐特别亲手做了些点心，你觉得是―― 饭团和煎蛋 →10 三明治和炸鸡 →11
8。最后他们来到了餐厅吃饭，他们会点―― 咖喱饭 →12 意大利面 →11
9。在咖啡店中海绵先生点了汉堡，那草莓小姐点了―― 汉堡 →10 水果圣代→13
10。海绵先生和草莓小姐的感情稳定的发展着，两人感情越来越好。你觉得海绵先生会送草莓小姐什么作为订情之物―― 手表 →14 慢跑鞋 →15
11。有一天海绵先生参加比赛输了，觉得很沮丧，你认为草莓小姐会说什么来安慰他―― “我知道你已经尽了力”→16 “没关系，下次还有机会嘛”→17
12。约会两周后就是海绵先生的生日了，草莓小姐会送他―― 帽子 →15 演唱会门票 →16
13。这次的机会地点在海绵先生的房间，你觉得他们会―― 听听cd看看录影带 →17 一边吃天使派一边聊天 →14
14。有一天突然不得不搬到很远的地方去，你觉得他们会采取什么方式来维系感情―― 一星期打一次电话 →c 每两天写一封信 →d
15。两人感情虽好，但也会有吵架的时候，你觉得原因是―― 海绵先生吃醋 →c 海绵先生和别的女生走得近→a
16。两人的初吻终于发生了，你觉得会是在―― 海绵先生的房间 →a 傍晚的公园 →d
17。两人交往了一阵，无可避免地进入了倦怠期，你觉得接下来―― 两个人会好好沟通找出解决的方法 →b 两个人暂时不要见面 →d
解答： a一认识就能马上燃起爱火，热情如火的爱情 一遇到自己喜欢的人，你似乎一下子就陷进去了，也就是说一见钟情的几率特别高，只要遇到令你心动的对象，你便毫不犹豫地说出来，因此两情相悦的可能性蛮大的，但是要注意不要被冲昏了头，学业和朋友也都
b来得快去得也快? 三分钟热度的恋情 只要觉得对方不错，你便会很快的投入，行动颇积极大胆，常常处于主动的位置，只是你似乎缺乏耐心，只要恋爱一出现障碍，你便急着放弃而再去寻找下一段恋情，如此一来虽然恋爱经验丰富，却很难遇到真爱。
c热情两字注定与你无缘? 细水长流的恋情 你的恋情看在他人的眼里，可能会觉得有些无趣，即使和情人走在一起，也不会表现得太亲密。但是这只是表面，私底下的你也有令人意想不到的一面，会和你谈恋爱的，可能原本就是认识的朋友，初恋情人可能就是结婚对象。
准确测试 篇3
進确率比匿生还高手机测试癌症App出现手机应用可以裣測出播症, 比E生的拾測还要专让快速。智能手机的出现改变了人们的生活, 除了沟通这项基础功能外, 各类应用又赋予了手机新的意义, 它是我们的钱包、数码相机、书籍、地图, 甚至是获取外界信息最重要的工具。科技的迅速发展, 手机也变得更加全能, 比如记录步数、测量心率等等。不过, 现在智能手机的功能可能要再加一项, 那就是癌症检测。来自休斯顿大学的研究人员表示, 他们已经开发了一款手机应用, 可以检测出一种名为黑素瘤的皮肤癌, 准确率要比医生还高, 比医生的检测还要专业快速。这款应用名为Dermo Scan�Dermo Scan的使用方法并不难, 只要对准皮肤上的疑似癌症斑点拍下一张照片, 应用马上会自动分析您处在黑素瘤皮肤癌的哪个阶段, 别看它过程这么简单, 但实际上准确率比医生用肉眼判断还要高。初步测试表明, Dermo Scan检测皮肤癌的准确率约达85%, 与皮肤科医生的准确性相同;而在诊断黑素瘤上比初级护理医师的准确率还高。不过, 先别急着去App Store下载这款应用, 它还需要一款特殊的放大镜才能完成工作。而这款放大镜价值500美元, 价格与传统的检测方式差不多。手机中健康应用的种类不算少, 虽然测试疾病的应用早就有了, 不过它们中的多数主要用于宣传医疗知识、筹集捐款等, 不仅准确率无法保证且会给用户带来较大的心理伤害。像Dermo Scan这样准确率如此之高的应用还是第一次出现, 这对于医疗较为落后的发展中国家来说非常实用, 只要一部手机和一款配合使用的套件, 就能造福一大批等待治疗的患者了。新轚聚丙孀酰胺共鬵物的研究一英子PH载轚高支牝鬵芮燏酰胺的研究利用we"射线辐射聚合方法制备的新型聚丙烯酰胺共聚物·并经蝥合作用将金属离子负载到聚合物链上, 能有效抑制离子对聚合体系的影响·从而制得具有离子负载高支化聚丙烯酰胺共聚物与均聚聚丙烯献胺相比, 该接枝共聚物富含离子且具有较大的流体力学半径, 萦凝作用明显提高:, 尤适于高稳定性洗煤尾水的絮凝, 并可实现同步投药, 流程简化, 絮凝高效的应用目的3立足现有沉降设施可满足达标排放和闭路循环要求。应用效果良好C本项目产品已在我省龙煤集团七台河洗煤厂应用处理洗煤尾水的吨用霣为2-5ppm, 费用为0.1-0.15元。洗选尾水累计处理总量达4亿吨, 企业増收近亿元降低设备腐蚀耗损及提高循环洗水利用率等间接效益显著, 环境效益巨大-单位名称:黑龙江省科学院技术物理研究所单位地址:哈尔滨市南岗区科研街26号单位网址:www.tpjhas.com联系电话:0451~86694185电子信箱:Hljswls@163.com
准确测试 篇4
有创血压监测是经动脉穿刺置管后直接测量动脉腔内压力的方法, 因其准确性高, 且能直接、持续、动态地检测被测者的血压变化, 具有很重要的临床价值, 因此被广泛应用于重症监护、急救、心血管外科等领域。有创血压监测设备测得的血压值将影响医生对危重病人生理状况的判断, 所以对有创血压监测设备压力测量准确性的检测意义重大。
在我国医药行业标准YY0783-2010《医用电气设备第2-34部分:有创血压监测设备的安全和基本性能专用要求》 (以下简称《标准》) 中, 对有创血压监测设备的压力测量准确性有着明确的规定, 《标准》中给出了测试方法, 测试过程中需要用到液体管路、信号发生器、功放驱动器、示波器、压力测试仪等多种设备来实现, 涉及仪器设备众多, 操作复杂, 测试准确度难以达到《标准》要求。有鉴于此, 本文提出了一种有创血压监测设备压力测量准确性测试系统, 该系统采用上下位机结构, 下位机基于嵌入式ARM开发, 上位机为基于Lab View的软件平台, 上下位机通过USB进行数据传输, 实现了对有创血压监测设备的压力测量准确性测试。
2 测试系统设计
2.1 系统总体设计
系统结构如图1所示, 测试系统由上下位机构成, 上位机为基于PC平台的Lab View开发的控制软件。用户通过上位机的Lab View软件设置测试系统各项工作参数、控制系统工作状态, 用户设置的各项参数通过USB传输到下位机。下位机工作时压力传感器采集的数据通过USB实时传输到上位机, 由Lab View软件描绘液体管路中的压力变化波形, 并提供各种压力参数给用户, 实现系统的人机交互。
下位机以嵌入式ARM为控制核心, 负责控制静态压力调节、动态压力调节和压力信号采集三部分电路的工作。
静态压力调节:由步进电机调整静态压力调节活塞的位置, 来改变液体管路中的静态压力。
动态压力调节:由波形发生电路产生正弦或三角波形, 再经过功放电路驱动扬声器产生振动, 推动活塞往复运动, 从而在液体管路中产生压力变化, 完成动态压力模拟。
压力信号采集:由压力传感器采集液体管路中的压力值, 经16位AD转换器后传给嵌入式ARM, ARM比较测得的压力和预置压力差异来调节压力, 精确控制压力变化曲线, 有效提高有创血压模拟的精度准确度。
2.2 主控芯片介绍
系统采用STM32F103处理器作为控制器, 该处理器由意法半导体公司出品, 基于ARM公司的Cortex-M3内核, 是32位标准RISC (精简指令集) 处理器, 最高72MHz工作频率, 高达512K字节的Flash存储器, 最大64K字节的SRAM, 具有丰富的通用I/O端口, 自带USB 2.0接口, 在多种领域如电机驱动、医疗、手持设备、编程控制器 (PLC) 等方面具有广泛的应用。该ARM处理具有低成本、高性能、片上资源丰富的特点, 能够胜任本系统各功能电路的控制和上下位机数据传输要求。
2.3 静态压力调节电路
调节静态压力的步进电机用TA8435H驱动芯片来驱动。TA8435H是步进电机专用驱动芯片, 用于驱动二项步进电机, 采用该芯片的驱动电路简单, 工作可靠。
步进电机驱动电路如图2所示。EN为使能控制, CW控制电机转动方向, CKl、CK2为输入时钟, 控制时钟的频率, 即可控制电机转动速率。M1和M2的值决定电机的转动方式, 本系统设定Ml=1、M2=1, 电机按l/8步细分方式运转, 一个脉冲周期, 电机最大旋转0.255°, 能够满足静态压力调节中0.01mm Hg的要求。步进电机接口需要使用快恢复二级管 (D2-D5) , 用来泄放步进电机的绕组电流。主控芯片STM32F103与电机驱动芯片TA8435H之间加入隔离电路, 由TLP521-4和TLP521-2光电耦合芯片, 将STM32F103的控制信号与步进电机驱动电路进行隔离和电平转换, 能够提高系统的可靠性和抗干扰能力。
2.4 动态压力调节电路
标准要求, 动态压力变化为正弦波形或三角波形, 本系统采用直接数字频率合成器 (DDS) AD9834来产生所需波形。AD9834是一款最高75MHz、低功耗DDS器件, 能够产生高性能正弦波和三角波输出。AD9834提供相位调制和频率调制功能, 频率寄存器为28位, 时钟频率为1 MHz时, AD9834可以实现0.004 Hz的分辨率。达到本系统频率分辨率0.01Hz要求。主控芯片STM32F103通过串行外设接口 (SPI) 与AD9834通讯。
AD9834的输出为信号频率为
其中∆P是系统设置的频率寄存器的值, fCLK是AD9834外部时钟频率,
以设置1Hz信号为例, ∆P为整型变量, 设置为268 (10进制数) 时, f=0.998378Hz, 理论误差为0.0017 Hz, 达到本系统频率误差0.01Hz要求。
AD9834产生系统所需的波形, 先由第一级放大器初步放大, 再经功率放大器后驱动扬声器, 带动活塞往复运动, 在液体管路中产生动态压力变化。
本系统的功放电路选用了集成音频功放芯片TDA8920CTH, TDA8920CTH是飞利浦公司生产的一种高效、低功耗的双通道D类音频功率放大器, 供电范围为±12.5 V至±32.5V。本系统对TDA8920CTH采用±30V供电, 单个通道输出功率为110W, 若用桥接负载的方式者输出功率达到220W。功放电路如图3所示。
2.5 压力检测电路
系统需要实时检测液路中的压力, 根据压力变化曲线, 修正步进电机或信号发射电路的工作参数, 同时将压力值将通过软件描绘压力变化波形, 并显示各项参数。本系统选用高精度压力传感器, 将压力转换成0至5V的电压输出, 然后由AD7607完成模数转换。AD7607是一款完全集成的多通道数据采集解决方案, 采用5V单电源供电, 可实现16位无失码性能, 在高噪声电源条件下也能保持这一性能。
2.6 系统软件设计
上位机软件使用Lab VIEW作为开发平台, 其主要的功能是对系统的集成与管理, 这其中包括: (1) 用户在上位机软件中设置压力参数、测试方案, 发送用户参数到下位机; (2) 接收下位机实时数据, 描绘压力变化波形, 并显示系统的各项参数, 如静态压力、收缩压、舒张压、频率等, 方便用户的实时监控; (3) 实现数据的记录, 方便用户查询历史数据并加以分析。
3 实验结果
实验采用TS110压力变换器和Tektronix的DPO5054B示波器来测量本系统的输出压力, 以此验证系统可重复性和精度。TS110压力变换器的测量范围是-600mm Hg~600mm Hg, 测量精度0.15%, 输出电压0~5V。测试结果表明, 本系统的静态压力范围为-80mm Hg~400mm Hg, 误差±1 mm Hg;动态压力的变化范围0mm Hg~250 mm Hg, 误差±1 mm Hg;动态压力变化频率1Hz~10Hz, 误差±0.01Hz。10Hz的正弦压力相对于1Hz信号衰减不超过0.3d B, 各项参数均达到标准要求。
4 结论
本文依据最新有创血压监测设备性能标准, 设计了有创血压监测设备的压力测量准确性测试系统, 用步进电机带动活塞产生静态压力, 用DDS芯片产生正弦或者三角波信号, 经放大后驱动扬声器振动, 推动活塞往复运动, 从而在液体管路中产生动态压力变化。系统下位机基于嵌入式ARM开发, 上位机基于Lab View的软件平台设计, 能实时监控液体压力变化, 并将液体压力波形显示出来。实验证明了设计方案的可行性, 较好地按照《标准》要求模拟静态、动态血压, 有精度高、波形显示速度快的特点。为按照《标准》要求检验各种有创血压监测设备的性能提供了良好的平台。
参考文献
[1]胡祥芹, 王春梅.有创血压监测的研究进展[J].护理研究, 2008, 22 (1) 193-195.
[2]YY0783-2010, 医用电气设备第2-34部分:有创血压监测设备的安全和基本性能专用要求[M].北京:中国标准出版社, 2010.
[3]张团善, 张娜, 武玉婷.基于增强型STM32驱动双极步进电机的研究[J].电子测量技术, 2010, 33 (10) :16-18.
[4]刘亮, 朱璐闻, 艾颖梅等.基于STM32和AD5933的多通道阻抗测量仪的设计与实现[J].计算机测量与控制, 2014, 22 (5) :1661-1663.
[5]王玮, 陈毕双, 杨捷顺.基于TA8435H驱动的步进电机的单片机控制[J].机电工程技术, 2009, 38 (07) :34-37.
准确测试 篇5
1 标准要求及试验方法
超声诊断仪的M模式强调运动(Motion),可以单独构成M型超声诊断仪,现多内含于B型超声诊断设备。M模式显示的是一维空间组织的运动轨迹,强调的是运动幅度和运动周期。典型应用是心动图。
M模式显示原理如下:换能器在固定位置和固定方向对人体发射并接受超声波,将回波信号幅度对显示器做亮度调制,在显示器上形成从上到下的一条亮暗不等的扫描线。扫描线的起始处即为发射脉冲时刻,一次显示一个亮点,此后的扫描线光点亮度将取决于回波信号的强弱,大的反射源在扫描线上形成的亮点较强,而较小的反射源对应的光点较暗[1]。
2 检验工作需求
GB10152-2009《B型超声诊断设备》中4.2.10条M模式时间准确度要求:具有M模式的B超探头,应进行M模式时间显示误差的性能测试。性能指标应符合制造商在随机文件中公布的指标[2]。
试验方法见YY/T0108《超声诊断设备M模式试验方法》中第4.2.3条,测试靶的技术要求见YY0448-2003《超声多普勒胎儿心率仪》的附录B。
为了满足日常注册及抽样检测工作需要,我们自行研制了M模式时间准确度测试仪。
3 设计要求
本测试仪的总设计要求为运动靶在满足测量精度的基础上,B超机屏幕上具有清晰的、对比度较高的波形。
(1)反射靶的运动精度
经过调研发现,B超机中M模式的时间显示分辨率通常为0.1 s,部分机型的分辨率为小数点后第2位,即0.01 s,还有一些B超机是以bpm(burst per minute)即每分钟心跳数为单位来显示频率。因此运动靶的分辨率要达到0.01 s,即可满足测试精度需求。
(2)反射靶的运动特性
反射靶在超声诊断仪屏幕上显示的运动轨迹应无毛刺、无抖动、无漂移。在诊断仪上的成像应为周期等腰三角波。
(3)反射靶的运动频率点
YY/T0108标准中5.6.1中M模式时间准确度的试验方法并未规定试验频率[3]。由于M模式主要针对患者的心脏测量,故参考心电监护仪的测量标准,设计了0.5 Hz(30 bpm)、1Hz(60 bpm)、2Hz(120 bpm)三个测量频率点,并增加微调按钮以便调整精度或设置新的测量频率点。
4 总体设计原理与结构
由平台框架、反射靶、试验容器、驱动单元、可编程微控制器以及电源模块组成,见图1。
试验时,试验容器内放入蒸馏水,放于平台上。平台开有矩形孔作为超声声窗。电机在微控制器的精确控制下,驱动反射靶在水中上下往返作周期运动。超声探头透过平台上的声窗与容器底部接触,测量水中运动靶的运动周期。
5 M模式时间准确度测试仪的关键点分析
测试仪原理虽简单,但涉及声学、机械与电子工程学,其中需要注意的关键细节较多。下面分别进行介绍。
(1)反射靶的材料及控制
实际调试中总结出:反射靶和连杆应使用刚性材料制成,重量、尺寸应满足电机驱动能力,不能过大或者过小。重量大造成反射靶在运动轨迹两端由于惯性而发生抖动,其直接影响是在超声诊断仪屏幕上波峰或波谷点产生毛刺。严重的会导致波形呈现为不规则梯形,并在梯形的上下底边出现振荡波。反之,重量也不能过轻或者尺寸过大,否则反射靶在水中运动时受到阻力发生漂移,不能完成垂直直线运动,不能保证运动的周期性。以上两种情况都会影响测量精度。
目标靶运动频率越高,速度越快,对整个系统的运动精度要求越高。需要综合考虑的因素包括:减小靶在水中的阻力、降低靶的质量、提高电机转动的控制能力(即扭矩)。
YY0448附录D推荐反射靶由钢球或者声阻抗在为0.6*106 kgm-2s-1~3.5*106 kgm-2s-1范围内的材料制成。反射靶材料的声特性阻抗与背景中水的声特性阻抗相差大,有助于超声波在反射靶表面的反射。本测试仪仅测量时间精度,只要保证反射靶反射的超声回波信号足够强就可以了。我们选取铝质反射靶。
(2)试验容器的材料
为了得到清晰、对比度高的图像,使反射靶反射的超声波要足够强的同时,尽量衰减在容器中发生散射的超声波,降低噪声。
根据波动理论,超声波在媒质中传播遇到另一种媒质,当两种媒质的声阻抗不同,就会发生反射与透射。原理见图2。其中U0为入射波,遇到障碍物后,生成反射波U1,并发生入射现象。入射波进入障碍物后,一部分在障碍物内部被衰减、吸收,另一部分在障碍物的另一面,声特性阻抗发生变化,再次生成反射波U2与透射波U3。因此,试验容器的理想材料能够使的U1尽量小,打在容器壁上的超声波能量大部分被吸收或衰减。
YY0448推荐试验容器为塑料,并在容器内部加装吸声材料[4]。目的是减少超声波在容器内的反射。
测试媒质为蒸馏水,根据以上声波传输原理,需要使容器的声特性阻抗与水接近,才可减少超声波在容器壁上反射。聚丙烯材料的声特性阻抗在常见材料中与水较接近。所以选取聚丙烯。同时在桶壁包裹聚酯纤维材料的吸声棉,进一步降低超声波反射,提高对比度。
6 使用效果
将B超机切换到B+M模式,运动靶频率设置在1 Hz(60 bpm)。屏幕上便显示对应频率的三角波。运动靶移动的两个端点分别对应于图像中三角波的波峰点与波谷点。图像如图3所示。
在实际测试中,通过B超机M模式的时间测量功能,分别在两尖峰点进行测量,并将读数与运动靶实际频率比较,即可得出偏差结果。
7 计量校准
根据实验室质量体系要求,试验仪器需要定期计量校准。本仪器主要测试项目为B超机的M模式时间准确度。时间(频率)是其唯一指标。
根据以上原理可得出:不论微控制器波形准确度如何,最终都应以运动靶为计量目标,以运动靶的时间准确度为整台测试仪的准确度。为此,使用一个光电传感器并配合示波器来确定运动靶的时间精度。运动靶在每周期内均触发一次光电开关。将运动靶的周期,通过光电转换器转换为电平开关信号发送至示波器,即可测量运动靶的运动频率。
简单讲,就是在计量时将实际测试中的诊断仪替换成示波器。将运动靶的频率溯源至示波器。
2 Hz(120 bpm)的计量结果(示波器中波形)见图4。
8 总结
从图3中可以看出,三角波形边缘分明,无毛刺,无杂波,说明运动靶与控制电机的配合较好。屏幕中三角波的边缘较清晰,具有较高的波形对比度,满足设计要求。
图4为计量时,通过传感器转换的运动靶作2 Hz(120 bpm)周期运动的测试图。计量中使用了安捷伦示波器MSO7054A,带宽为500 MHz,采样率为2.5 GHz,时间测量精度高于本M模式时间准确度测试仪的精度,可用于对其进行计量。实测频率为2.000 0 Hz,精度满足0.01 s的要求。
目前通过该设备累计完成注册检验设备9台,省抽检设备3台。包括29个探头、46个频率点的M模式时间准确度测试。注册检验中出现不合格产品1台,企业均现场确认,并使用该仪器完成整改。
综上所述,该测试仪满足GB10152-2009中M模式时间准确度测量的要求,达到设计要求。
参考文献
[1]冯诺.超声手册[M].南京:南京大学出版社,1999.
[2]GB10152-2009B型超声诊断设备[S].
[3]YY/T0108-2008超声诊断设备M模式试验方法[S].