有效时间不确定性研究

有效时间不确定性研究（通用3篇）

有效时间不确定性研究 篇1

人为老化文件制成时间的检验鉴定一直是文检界研究的十分重要的课题, 其中浸泡法人为老化文件是一种简便、常见的伪造手段。浸泡法伪造文件是将文件放入某种溶液中浸泡, 烘干后, 纸张和文字色料均发生相应变化, 以此达到做旧文件的目的。研究溶液浸泡人为老化文件, 目的是通过系统实验, 探索溶液浸泡老化文件的内在机理、变化规律并与自然老化文件对比分析, 找出识别浸泡法人为老化伪造文件及其制成时间的方法, 为鉴定此类文件提供依据。

1 浸泡法伪造文件机理

1.1 纸张老化机理

纸张是由植物纤维磨碎后制成纸浆, 再添加各种填充料经压光形成。当纸张受到光、热、化学试剂等作用时, 会出现发黄现象。原因有三:一是纸浆漂白时生成的多糖降解产物的分解, 促使多糖尾酸的生成;二是纸张中微量的金属特别是铁和铜, 与漂白浆中的羰基生成不稳定的络合物;三是纸张中含有多种能引起光敏化作用的物质, 如木质素、脂肪、游离氯、盐酸等。纸张老化后对蓝—紫光谱区反射能力普遍降低, 在黄绿和红色区域变化不大。这种反射能力在光谱上的重新分配, 使得纸张看起来发黄。

1.2 色料老化机理

多数色料含有有机染料和一些无机填充料, 当色料书写到纸张上以后, 随着外界条件的变化, 会对某些分子的分子间作用力、键能及极性平衡产生影响, 使色料的色泽、溶解性、化学组成和分子结构发生变化。如, 强烈的光或热作用会使色料的部分成分挥发、沉积、改变有机分子基团的极性, 加速色料的氧化、交联、聚合, 使色料的颜色加深变黑, 被溶解能力下降。当外界能量达到一定程度时, 可使色料成分发生光分解或热分解作用, 破坏了有机物的官能团, 使色料的化学组成和成分的分子结构改变, 色料会变得灰暗浅淡、甚至完全消失。

2 浸泡法伪造文件研究实验

2.1 实验材料和设备

2.1.1 实验材料

(1) 纸张:单面有光纸、复印纸、信稿纸、笔记本纸、记账凭证纸、收据纸。

(2) 色料:纯蓝、蓝黑、碳素墨水、圆珠笔、含碳签字笔、无碳签字笔、复写纸、印泥、印油。

(3) 试剂:水、盐酸 (浓度为5%、10%、15%、20%) 、硫酸 (浓度为5%、10%、15%、20%) 、硝酸 (浓度为5%、10%、15%、20%) 、氢氧化钠溶液 (浓度为5%、10%、15%、20) 、无水乙醇、茶水、氯仿、丙酮、二甲基甲酰胺、50%乙醇。

2.1.2 实验设备

1000 ml烧杯若干、蒸汽熨斗、秒表、压力机、SJV-6文检仪、MST-2文检仪、显微镜。

2.1.3 样本制备

用各种色料在各种纸张上书写字迹, 标注好色料及纸张的种类, 并按实验需要配置好各种不同浓度的浸泡溶液。

2.2 基本操作过程

(1) 用同一种色料写在不同种类的纸张上, 分别放入装有同一种溶液的不同烧杯中浸泡同等时间后, 取出晾干。

(2) 用制备好的写在同一种纸张上的不同色料书写的文件, 分别放入装有同一种溶液的不同烧杯中浸泡同等时间后, 取出晾干。

(3) 用写在同一种纸张上、同种色料书写的文件, 分别放入装有同一种溶液的不同烧杯中, 浸泡不同时间后, 取出晾干。

(4) 用写在同一种纸张上、同种色料书写的文件, 分别放入装有不同溶液的烧杯中, 浸泡相同时间后, 取出晾干。

(5) 选择用同一种色料书写在同一种纸张上的文件, 采取将多张文件重叠以及将一张文件折叠的方式浸泡在溶液中, 取出晾干。

(6) 观察并记录下上述几种实验条件下文件的表观变化特征, 并用数码相机拍照固定。

(7) 取经浸泡后的文件, 用熨斗无蒸汽熨干, 记录熨干后的文件的特征, 并与自然晾干的文件作横向比较。

(8) 准备好用同种色料书写在同种纸张上的文件样本, 用熨斗蒸汽熨烫, 并通过设定不同的温度档、熨烫不同的时间长度的方法, 研究影响老化的因素。

(9) 用SJV-6文检仪检测通过上述方法制成的人为老化文件发荧光的情况。

(10) 用MST-2高级光谱成像仪比较浸泡前后各纸张的反射光谱特征。

(11) 溶压转移法检测色料在老化前后的转移量。

3 实验结果及相关影响因素分析

3.1 纸张对溶液浸泡文件的影响

3.1.1 实验结果

(1) 经浸泡后纸张的表观特征。

经浸泡后, 对于所有的实验纸张, 平滑度下降, 变的粗糙;耐折度下降;伸缩性变小, 产生皱缩现象, 边角翘起;白度、清洁度降低, 灰度增大。经茶水浸泡后, 纸张正反两面均明显变陈旧、变黄。经盐酸浸泡后的纸张明显变薄, 易被碾碎, 变黄程度不均且带有一些黄绿色, 边缘较黄;从装有无水乙醇的烧杯中拿出时, 明显变硬, 晾干后却变薄变软, 但颜色不变。

实验还发现, 同等实验条件下, 笔记本纸厚度最大, 其变化程度最小;而厚度相对较小的信稿纸、单面有光纸的变黄程度较大;白度最大的复印纸, 其纸张的变黄程度也最大。

(2) 荧光变化。

纸张浸泡前, 由于加入了荧光增白剂, 所以在紫外灯照射下, 发出明亮的蓝白色荧光。经茶水浸泡后, 荧光变强;经盐酸浸泡后, 荧光变弱;经无水乙醇或水溶液浸泡后, 荧光强度无明显变化。

(3) 纸张的反射光谱特征。

未老化与溶液浸泡老化后的纸张在反射光谱曲线特征的表现有差异, 经溶液浸泡后纸张的光谱反射率都下降 (以盐酸溶液浸泡2小时前后的反射光谱为例, 见图1~6) , 只是下降的程度有区别。在690nm波段光激发时有最高反射率, 反射率下降如下:复印纸25.9%, 笔记本纸14%, 信稿纸22.6%, 记帐凭证纸33.4%, 单面有光纸26.9%, 收据纸31.0%。

3.1.2 不同种类的纸张对溶液浸泡文件的影响

不同种类的纸张由不同的成分组成具有不同的物理性能和化学性能, 因而在经过溶液浸泡后, 性能就会发生不同程度甚至不同类型的变化。纸张的紧度影响纸张的机械强度和光学性能, 紧度越大则纸张的吸墨性能相对下降;纸张的厚度影响溶液浸泡人为老化的进程, 纸张越厚, 溶液就需要越长的时间进入纸张的内部;纸张本身的ph值, 也决定了其能够更容易与哪些溶液发生化学反应, 如显酸性的纸张就比较容易与显碱性的溶液反应从而被老化。此外, 纸张的施胶度、伸缩性、白度等性能等都不同程度地影响着溶液浸泡人为老化的结果。

3.2 色料对溶液浸泡文件的影响

3.2.1 实验结果及经浸泡后色料的表观特征

(1) 纯蓝墨水:刚把纯蓝墨水书写的文件放入溶液 (茶水、盐酸或水溶液) 时, 蓝色染料开始从纸张上褪去并悬浮于溶液中;五分钟后, 字迹几乎全部褪净;浸泡完毕将其晾干后, 发现样本材料的字迹变得极为浅淡, 只留下字痕。但是无水乙醇对纯蓝墨水色料基本无影响。

(2) 蓝黑墨水:用茶水浸泡的整个过程中, 墨水字迹颜色先是由蓝转黑;后墨水的鲜艳性逐渐消失, 给人以陈旧感;最后, 字迹变为灰黑色, 且颜色浓淡不均;但笔画仍然保持清晰, 分辨率没有明显下降。用盐酸浸泡后, 色料扩散现象严重, 字迹变成蓝色, 清晰度下降。用水浸泡时, 刚把样本材料浸入水中, 即发现蓝色的染料开始部分溶解并浮于文字的上方, 取出样本材料并晾干后, 发现字迹蓝色鲜艳程度明显降低。经无水乙醇浸泡后, 字迹色料基本没有变化。

(3) 碳素墨水:碳素墨水稳定性强, 经浸泡后字迹基本不褪色, 但失去光泽。

(4) 圆珠笔:经水溶液浸泡后, 色料基本没有变化;经茶水浸泡后, 字迹不褪色, 但黯淡无光泽;经盐酸浸泡后, 字迹变为绿色;用无水乙醇浸泡过程中, 发现字迹色料有部分被溶解, 溶液由无色变为淡蓝色, 字迹颜色变浅淡无光泽, 字迹周围有蓝色色料的扩散沉淀现象, 原笔画中的各种细微特征消失。

(5) 含碳签字笔:含碳签字笔和碳素墨水相似, 稳定性强。经浸泡后字迹基本不褪色, 只是失去光泽。

(6) 不含碳签字笔:不含碳签字笔墨水的性能不稳定, 遇酸、碱易变色。将签字笔书写的样本浸入茶水或水溶液中时, 立即有紫色的色料析出悬浮于溶液中, 干燥后, 试样字迹由原来的黑色变为浅棕灰色, 字迹的笔画变粗, 分辨率下降, 字迹周围有明显的色料扩散现象。经盐酸浸泡后, 字迹周围有蓝色染料的扩散, 黑色字迹变浅淡。

(7) 复写纸色料:用水浸泡后字迹周围有蓝色色料扩散现象;用茶水浸泡后字迹的颜色、浓淡、色泽依然没有变化;用盐酸浸泡后字迹变为蓝绿色;用无水乙醇浸泡后字迹褪色现象严重, 颜色浅淡, 浸泡溶液从无色变为蓝色。

(8) 印泥:经水浸泡后, 色料基本没有改变;经茶水、盐酸溶液浸泡后, 印泥印章颜色变得稍浅, 显得鲜艳;经无水乙醇浸泡后, 印章褪色严重, 颜色变浅淡, 溶液从无色变为橙红色。但无论经何种溶液浸泡, 都会失去因色料堆积形成的立体感。

(9) 印油:经水溶液浸泡后, 印油色料稍稍扩散, 颜色略微鲜红。经盐酸溶液浸泡后色料没有多大的变化。经茶水浸泡后, 印油色料由暗红色变为鲜红色。经无水乙醇浸泡后, 色料稍有褪色。

3.2.2 色料对溶液浸泡法伪造文件的影响

色料对溶液浸泡老化文件的影响, 主要是以色料的组成成分和浸泡所选择的溶液之间是否产生化学反应或者产生什么样的化学反应来决定的, 即由它们的化学性质决定。所以, 不同的色料和不同的溶液组合起来, 会对此类文件带来多种多样的表观特征。

3.3 浸泡时间对溶液浸泡文件的影响

3.3.1 实验结果分析讨论

随着浸泡时间的延长, 蓝黑墨水字迹的颜色逐渐变淡, 浸泡0.5小时后字迹周围有色料扩散痕迹, 而浸泡5小时后此现象基本不可见, 但字迹褪色;纸张的泛黄现象也逐渐加深, 清洁度逐渐降低;纸张的光滑度降低, 浸泡0.5小时纸张仍比较光滑, 但浸泡7小时后纸张已明显变粗糙。

3.3.2 浸泡时间对浸泡法变造文件的影响

随着浸泡时间的延长, 溶液与纸张、色料的相互作用的时间就越长, 即对文件材料的“损坏”程度就越严重。对于纸张, 其褐变程度会逐渐加深, 清洁度逐渐下降, 光滑度、耐折度、透光性能也逐渐降低;对于色料, 其字迹的颜色会逐渐变浅淡, 可辨读度逐渐降低, 若能发生色料洇散的, 洇散现象也会逐渐增强, 直到浸泡到一定时间到达某一个临界点后不再变化。

3.4 溶液浓度对溶液浸泡文件的影响

3.4.1 实验内容

以复印纸为承载纸张, 以蓝黑墨水为书写色料:

(1) 选择硝酸为浸泡溶液, 浓度分别为5%、10%、15%、20%, 将样本文件分别放入四个烧杯中, 浸泡时间均为10分钟。

(2) 选择氢氧化钠为浸泡溶液, 浓度分别为5%、10%、15%、20%, 将样本文件分别放入四个烧杯中, 浸泡时间均为10分钟。

3.4.2 溶液浓度对浸泡法伪造文件的影响

第一组实验:随着溶液浓度的逐渐增大, 纸张的光滑度逐渐下降, 粗糙起毛现象逐渐显现, 色泽逐渐变暗。对于色料, 经5%硝酸浸泡后, 字迹颜色由原来的蓝黑色褪变为蓝色;10%硝酸浸泡后, 字迹色料再度变浅, 难于辨读, 从表观上看几乎只留下字痕;但经15%硝酸浸泡后, 字迹颜色又较前者深;经20%硝酸浸泡后, 字迹褪色严重, 颜色极为浅淡。

第二组实验:随着溶液浓度的逐渐增大, 纸张的“泛黄”程度逐渐增大, 粗糙程度也逐渐变大, 逐渐变厚变硬, 光滑一面逐渐出现起毛现象。经20%氢氧化钠溶液浸泡后, 纸张的厚度、硬度几乎是经5%氢氧化钠溶液浸泡后纸张的两倍。但是四份样本材料都出现泛黄不均匀的现象, 有些地方出现深于纸面颜色的黄色斑纹。对于色料, 其颜色由蓝黑色逐渐变为灰暗的红色。

结论:对于稳定性不是特别强的书写色料, 其颜色会随着溶液浓度的增大而变浅;纸张也会随着溶液浓度的增大而变黄老化程度加重。

3.5 浸泡、干燥方式对溶液浸泡文件的影响

3.5.1 浸泡方式对浸泡文件的影响

(1) 纸张折叠浸泡。

把纸张折叠后浸泡的方式对溶液浸泡老化文件的影响很大, 纸张陈旧性特征呈局部性分布, 褐变不均, 但纸张的边缘都泛黄。对于用不稳定色料书写的文件, 色料扩散、溶解析出、字迹转印现象明显, 容易使原文件内容难于辨读。

(2) 多张纸重叠浸泡。

对于纸张来说, 最上面的一页纸正面变黄程度最大, 其次是最下面一页纸的背面。但最上的一页纸的泛黄现象不及最下一页的均匀。中间几页纸张除纸页边缘变黄以外, 基本上与原色接近。同时, 晾干后重叠的五页纸都有皱缩现象。

对于较稳定的色料, 如碳素墨水、含碳签字笔墨水, 基本上没什么影响;对于不稳定的色料, 如纯蓝墨水、无碳签字笔墨水, 上面的字迹色料变化大, 中间页上的字迹变化小。

3.5.2 干燥方式对浸泡法伪造文件的影响

(1) 自然晾干。

经浸泡后自然晾干的文件, 纸张会发生皱缩, 不平整, 边角翘起。

(2) 用熨斗无蒸汽熨干。

浸泡后直接用熨斗无蒸汽熨干, 纸张可以变得很平整, 但容易产生碾压痕迹。同时纸张变硬、变脆, 有时出现裂纹。浸泡后先自然晾干, 再用熨斗无蒸汽熨干, 纸张无皱缩、边角翘起现象, 无碾压痕, 纸张变硬、变脆的现象不明显。

3.6 熨斗蒸汽熨烫对文件老化的影响

对于纸张, 熨斗蒸汽熨烫可以使纸张变黄, 随着蒸汽温度的升高, 或者随着熨烫时间的加长, 纸张的变黄程度也逐渐加深。但是此种褐变现象在纸张上分布不均匀;纸张平整, 但变硬、变脆。对于色料, 经蒸汽熨烫后, 字迹色料没有多大变化, 无论是稳定的还是不稳定的色料, 没有出现色料洇散、扩散现象;但若稍熨得久些, 则字迹会被磨掉一些色料颗粒。

4 浸泡法伪造文件制成时间的检验方法

溶液浸泡人为老化的文件与自然保存老化的文件之间必然存在某种差异。因为文件的自然老化是一个相对漫长的过程, 伪造若干年前的旧文件, 伪造者都会想方设法将文件做旧, 就会在文件上留下种种人为的、不正常的痕迹。因此, 浸泡法伪造的文件是可以被检验鉴别的。实践中可以采用以下几种检测手段。

4.1 表观特征鉴别

从纸张层面上, 浸泡法伪造的文件与标称的文件在纸张的发黄程度上因保存年限、保存条件不同而存在差异, 表面往往过分发黄。对于一些较厚的纸张, 用小刀轻轻刮掉纸张的表面一层, 可发现纸张内部仍然是白色的。此外, 自然保存文件的纸张机械性能与溶液浸泡老化后的文件相比, 变化甚小。溶液浸泡后, 纸张皱缩, 平滑度下降, 纸张变硬变脆。文件纸张留有水浸痕迹等。

对于溶液浸泡人为老化后的文件, 书写色料的扩散与褪色 (或变色) 现象往往同时发生。如含有各种染料的无碳签字笔墨水浸泡后色料被溶解析出, 字迹变色严重, 有时模糊难辨;经水溶液浸泡后, 蓝黑墨水只有暗灰色浅淡文字, 而自然保存文件很少如此;圆珠笔油墨一般不扩散, 但经盐酸浸泡后会由蓝色变为绿色, 经无水乙醇浸泡后字迹褪色变浅淡, 这些现象都与自然老化的书写色料的变化不同。

自然保存的文件, 字迹笔画老化与纸张老化有一定的相关性, 通常是同步老化, 而溶液浸泡老化往往破坏了这种相关性, 结果导致纸张变化与色料变化不同步。另外经过溶液浸泡的文件会留有溶液的某些气味, 如茶香、盐酸的刺鼻味等, 但这种气味会随着时间的延长而减弱并逐渐消失。

4.2 荧光检测

经过人为浸泡老化后的文件, 荧光的强度和颜色会有不同程度上的改变。对于大多数不太稳定的色料, 由于在浸泡过程中部分被溶解, 字迹扩散、洇散、褪色, 若本来发荧光, 浸泡后由于色料的减少而荧光强度减弱。实验发现, 印泥印文、无碳签字笔墨水、蓝黑墨水笔画处的荧光强度下降明显, 圆珠笔油墨的荧光改变较小, 但个别种类的圆珠笔油墨浸泡后其荧光强度反而增加。

对于溶液浸泡人为老化文件与自然老化文件之间的荧光差别, 应综合纸张和色料的荧光变化现象总和来讨论。如自然保存老化的文件纸张的荧光表象不会有太大的变化, 因为正常的保存条件一般只是受湿度的影响, 而文件周围空气的ph值等很少明显改变。而对于色料的荧光, 可以从浸泡引起字迹扩散导致荧光范围扩大但强度变弱变模糊或由于浸泡后色料的成分有变化而导致荧光颜色改变等方面比较。

4.3 溶压转移法

溶压转移法判定浸泡法伪造文件的原理是文件形成条件的客观性和文件的某些特征随时间流逝的渐进性, 以及老化伪造文件的反常性。它是运用溶剂溶解并辅以一定的压力, 从转印量的多少来判断文件是否经过人为老化。正常情况下, 墨水书写到纸张上后, 时间越长, 则字迹越干燥, 即色料本身发生氧化、交联、还原等反应, 转印量随书写时间增加逐渐减少。此外, 由于空气中的水蒸汽等诸多气体或离子的影响, 墨水向纸张内部渗透或与纤维结合程度随时间延续而增加, 使墨水被溶解能力减小, 转印量减少。

被溶液浸泡的文件, 文字色料会因溶液的种类不同而有不同的变色或褪色现象。即书写色料有机物的官能团被破坏, 其溶解能力明显降低, 有时甚至不溶解。所以溶压转移后, 其转移量会减少。浸泡法伪造的文件在外观上看似成文时间较早, 但由于其涉及了二次溶解的问题, 所以其与真实的自然老化文件之间存在差别, 对此可以用此方法对此类伪造文件作定性的判断。

对溶液浸泡老化文件的鉴别检验, 还可以采用薄层色谱扫描法, 必要时还可以进行化学分析或仪器分析, 检验纸张的成分以及有无溶液的成分。同时, 在与自然老化文件比较检验的时候, 提供的自然老化的样本必须与待检检材纸张、色料的种类及成份相同, 保证两者之间的可比性。

摘要：本文阐述了文件老化的机理和确定溶液浸泡变造文件的基础, 以纸张、水溶性或油溶性书写色料为实验对象, 在茶水、酸、碱、有机溶剂等溶液中进行不同时间、不同叠放方式、不同干燥方式的平行性和对比性浸泡实验, 全面系统地研究了影响溶液浸泡老化文件形成的相关因素, 探明了溶液浸泡伪造文件的检验方法, 为检验鉴别伪造同类文件的制成时间提供了依据。

关键词：溶液浸泡,伪造文件,制成时间,老化规律,检验方法

参考文献

[1]L.F斯图尔特, 张呜, 毛焕庭.文件的人为老化[G]//文件检验参考资料 (二) .沈阳:中国刑事警察学院, 1985.

[2]李德营, 鲁宇.人为老化证据的综合检验及应用[G]//第四届全国文检学理论与实践研讨会论文集.中国公共安全杂志社, 2003:333-335.

[3]杨群英, 葛存友.1例人为老化文件的鉴定[J].刑事技术, 2002 (4) :41-42.

[4]暴仁, 王世全, 林红.人为老化文件初探[C]//中国文件检验专业建设40年学术讨论会论文集.北京:警官教育出版社, 1996:511-515.

有效时间不确定性研究 篇2

在电弧焊过程中,焊接电源作为供电提供者为电弧提供能量,而电弧是电弧焊接的热源,作为供电对象,电弧消耗能量以保持连续燃烧,构成电源—电弧系统。在这个系统中,弧焊电源外特性影响电弧燃烧的稳定性,而电弧是否稳定燃烧又直接影响焊接工艺参数的稳定性,最终影响焊缝质量,即电源-电弧系统的稳定性决定焊接质量水平的高低。

1 电源-电弧系统稳定性的量化模型[1]

图1为电源-电弧系统示意图。电源-电弧系统稳定性的内涵包括两个方面:一方面,系统在无外界因素干扰时能够保证电弧在给定工艺电压与电流下维持连续放电并稳定燃烧,保持系统的静态平衡,这是系统最理想的目标性稳定平衡;另一方面,在实际焊接过程中,系统不可避免地受外界因素干扰,诸如工件焊区表面的凸凹不平、操作的不稳定、送丝速度的较小变化、电网电压的波动等因素,会破坏系统的静态平衡,这就要求系统在外界干扰因素消失后,能自动恢复或达到新的静态平衡,使得焊接工艺参数重新得以恢复并保持稳定[2,3]。

1.1 系统的静态模型

系统无外界因素干扰时能保证电弧在给定焊接工艺参数下连续稳定燃烧,保持系统的静态平衡,系统的电特性应有如下关系:

Uy(It)=Uf(It)+URtoa(t) (1)

Rtoa(t)=Rcab(t)+Rl(t)+Rliq(t)+Rwir(t) (2)

Iy(t)=If(t) (3)

式中,Uy、Iy分别为焊接电源输出电压与电流的稳定值;URtoa为焊接电源外回路的电阻总电压;Uf、If分别为电弧电压与电流的稳定值;Rtoa为焊接电源外回路的总电阻;Rcab、Rl、Rliq、Rwir分别为电缆、电感、液态熔滴、焊丝(条)的等效电阻[4]。

电源-电弧系统工作状态如图2所示,曲线1、2分别为电源的外特性曲线和电弧的伏安特性曲线,两曲线交点A0对应的电流与电压分别为If y、Uf y,Iwd为稳态短路电流,U0为电源空载电压,点A1、B1分别为电源和电弧的静态工作点[3,4]。

1.2 系统的动态模型

在实际焊接过程中,系统会受到外界因素的干扰,因而电源输出电流Iy(t)与输出电压Uy(It)以及电弧电流If(t)与电弧电压Uf(It)等都会发生变化,系统的动态平衡方程为

式中,It为系统每个瞬间的焊接电流;L为电感。

每一时刻的焊接电流可以采用静态焊接电流If与相对电流偏差Δif(t)之和加以描述:

It=If y+Δi′f(t) (5)

It=If(t)=Iy(t) (6)

式中,Δi′f(t)为t时刻相对于A0点对应的If y的焊接电流偏差值[5,6]。

联立式(4)、式(5),系统的动态平衡方程又可转化为

1.3 系统的稳定系数与动态电流偏差因子Δi′f(t)模型

基于微分思想,由于在Δi′f(t)不大的范围内(一般为-10～10A),外特性曲线1与电弧静特性曲线2在点A0附近区域内可各自看成微小线性直线,并且与点A0的各自切线重合,则有

联立式(7)～式(9)得

式中,k′w为系统的稳定系数。

令

It=If+Δif(t) (12)

这里,If为静态平衡的焊接电流,即设定的焊接工艺规范参数;Δif(t)为相对于静态焊接电流的每个瞬时的电流偏差值,即相对于焊接工艺规范参数的实际动态电流偏差,如图2所示。

通过电流偏差的相对转换,联立式(5)、式(12),然后代入式(10)中,并考虑初始条件t=0时,Δif(t)=ΔIf=max(Δif(t)),解一阶微分方程式(10),得Δif(t)的动态量化方程:

式中,ΔIf为外在因素干扰时产生的实际电流偏差最大值;katt为实际电流偏差衰减子系数。

令Δif(t)=0,代入式(13),即得到系统使实际动态电流偏差Δif(t)衰减为零时所需的时间:

2 系统稳定性的定性与量化分析

2.1 系统稳定性的理论分析

根据式(13),由于L总是正值,要使Δif(t)在干扰消失后随着时间推移不断减少,直至误差消除即其值为零,则必须使k′w>0,故电源-电弧系统稳定的基本条件为k′w>0。k′w正值越大,Δif(t)衰减消失的速度越快,衰减为零需要的时间t*越小,系统稳定性越好。依据式(11),若

则k′w>0,因此,电源-电弧系统稳定的最优条件为kw>0,即在电源外特性曲线与电弧伏安特性曲线的交点A0处,电弧伏安特性曲线的斜率要大于电源外特性曲线的斜率。

Δif(t)衰减为零需要的时间t*主要取决于Rtoa(t)、kw、katt、ΔIf、L。Δif(t)衰减过程对应的曲线如图3所示,一方面,在其他因素不变的情况下,随着Rtoa(t)增大,kw增大或两者同时增大而使k′w增大,t*减小;随着If增大,katt增大,t*减小;当Rtoa(t)>k′w时,随着Ify增大,katt增大,t*减小;当Rto a(t)<k′w时,随着Ify减小,katt增大,t*减小。上述情况都会使t*减小,对应的衰减曲线由2变为1,电源-电弧系统的稳定性提高率esta为

式中,S2为图3中阴影区域面积,S1为图3中空白区域面积。

在其他因素不变的情况下,若产生的ΔIf较大,则t*相对增大,但此种情况一般不影响系统稳定性;L减小,t*减小,系统稳定性得以提高,但L又不能太小,否则,电弧不能连续燃烧,稳定性变差。

2.2 系统稳定性的实验分析[7]

实验条件:焊丝牌号ER-50-6;焊丝直径d=1.2mm;电感L=120μH;焊接电流If=250A;焊接电压Uy=34.5V;焊接速度为42cm/min;送丝速度约为3.85m/min;焊炬高度为15mm;CO2气流量为12L/min;焊机型号为Panasonic KR-II-350,采用弧焊过程智能检测系统[8]。

实验中,图4a、图5a对应的外电路总电阻为Rtoa(t),图4b、图5b对应的外电路总电阻为R′toa(t),且Rtoa(t)>R′toa(t),其余实验条件都一致。从焊接电流波形上看,图4a波形波动较小,说明外界干扰因素造成的电流误差衰减的速度快,误差消除所需的时间少,体现在波形非规律畸变非常弱,说明较大的Rtoa(t)对应的系统稳定性较强;反观图4b,对应的系统稳定性较差。从电弧电压波形上看,图5b波形波动较大,且波峰波谷峰值较大,间隔出现频率也高,这说明由于外界干扰因素造成的电流误差衰减的速度慢,误差消除所需的时间长,体现在波形正常畸变大且比较频繁,这说明较小的R′toa(t)对应的系统稳定性较差[9,10]。

3 结论

(1)依据电源-电弧系统静动态模型,推导出系统稳定系数k′w的表达式,提出了系统稳定的基本条件与最优条件,定性分析了系统的稳定性。

(2)采用误差相对转换方法,建立了动态焊接电流偏差因子Δif(t)模型,分析了影响Δif(t)衰减因素与衰减时间的关系。通过k′w和实际电流偏差衰减子系数katt,刻画了Δif(t)衰减时间t∈[0,t*],进而通过t*量化了系统的稳定性。

(3)实验结果表明,相比t*2,较小的t*1能使系统的稳定性相对提高。

参考文献

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有效时间不确定性研究 篇3

在高中数学教学中,发现有很多不同类型的学生.成绩优秀的学生和学习困难的学生相比较,他们的学习习惯和学习方法差异有很多,其中对课堂自习时间的把握是很重要的一个方面.那么,在课堂教学中教师和学生应该如何对待自习时间,才能改变学习困境,稳步提高高中学生的数学成绩呢,总结自己的教学经验,可以从3个方面入手.

1 教师预设

学生在听完课之后,如何安排课后的大量自习时间,老师起着很关键的作用.例如:学生在面对9门课程的时候,优先选择哪一学科的作业主要是看老师是否认真检查,是否落实到位.学生会优先选择认真检查作业的老师的科目进行复习、写作业;假如某学科老师经常不布置作业,或不检查作业,学生有可能课后对该学科不复习,也不写作业.所以老师应该对学生的课外和课内的自习时间安排进行指导.

1.1 准备内容要详实

教师对每节课的每一个环节都应该认真对待,要明确3个“www”:做什么(what),为什么做(why),怎么做(how).因此,教师要在规划的自习时段,准备针对上课所学内容的适量练习,让学生有具体事情可做,通过行动发现问题,培养兴趣,并巩固课堂教学内容.

1.2 关注学生要全面

不是每一个学生都会学习,所以教师有必要对学生进行学习方法的指导,结合学生的实际情况,建议他们迅速从听课状态转入练习状态,有效利用课堂自习时间.虽然所提出的学习方法不一定适合所有的学生,但是一定适合大多数的学生,至于少数的特优学生和特困学生要单独谈话、交流,让他们也有满意的收获.

1.3 安排自习要明确

没有具体目标,学生会迷失方向,自主学习能力欠缺的学生会不知道干什么,他们会去说话或看课外书,做些与上课无关的活动.一般情况下,一节课是45分钟,教师的授课时间应该掌握在20分钟到30分钟之间,剩余的时间会留给学生自习,这时老师要明确告诉学生:①本节课所讲到的重点、难点,学生要掌握的做题方法、做题技巧;②针对本节课布置作业、练习;③下节课要讲的内容.如果下节是新课的话要求学生预习,那么上课的自习时间或者课外时间学生会有针对性地进行预习.如果下节课要处理练习题,学生会在课堂或者课外时间提前处理练习题.这样不但会使下节课进行得很轻松,也会使学生有事可做,不会浪费宝贵的自习时间.

1.4 承诺话语要兑现

针对学生学习中出现的某些问题提出来的改进方法,不是随心所欲、想当然的,这些方法一定要切合实际,让学生们够得着、做得到,这样才不会影响后面的教学计划.当然,我们也不能随意改变自己的教学计划,出现意外情况要提前通知学生.假如说好的事情在上课后突然变化,会让学生无所适从,而且影响教师的信誉度,经常不遵守承诺,学生就会逐渐地不再跟随你的计划进行学习.

2 问卷调查

针对我们的自习课情况,对学生做了几个具体问题的调查:

2.1 被打扰时的反应

对于“自习课的时候你在专心做题,突然有同学问你题,你理不理他(她)?”这个问题,我们班的75位同学,70位同学都回答说“理”,只有5位同学选择不理.当然,理与不理以及怎么理,也应该视具体情况而定.但是,自习课是锻炼独立思考能力的宝贵时间,学生们碍于情面不得不说话是自主学习时间不能有效利用的一个重要原因.

2.2 无干扰时的表现

对于“你自习的时候是不是注意力集中?”这个问题,有82.7%的同学答案都是集中,但是自习的时候我发现班里只有10多个同学不会被外面的声音、突发事件影响,半数学生在自习的时候,会有左顾右盼、转笔等注意力不集中的表现.好奇之心人皆有之,但是作为学生,注意力集中与否是学习事半功倍或事倍功半的关键因素,直接影响着学生自习时间的有效利用以及自习的效果.

2.3 遇问题时的行为

对于“你在做题时碰到问题,你是独立思考,还是问老师或者同学?”这个问题,有回答“独立思考”的,有“问老师或同学”的,也有“先独立思考,想不出来再问老师或同学”的,还有“感觉太难就放弃”的.教师素来欢迎学生问问题,不会反对学生问问题,但是我要求学生在问问题的时候必须熟悉题目,对题目有一定的了解.如果有的学生在问题的时候,我说到题目的已知条件时,他竟然问“为什么?”我是一定会批评的.所以学生在进行了必要的思考之后还不明白,选择问老师是最有效的学习方法.至于同学们之间的讨论完全可以在课下,或者老师不在身边的时候进行.

2.4 用答案时的习惯

对于“你做数学题时,直接抄过手边的答案吗?”这个问题,回答抄过答案的学生人数最多,占77.3%.做习题的时候,几乎所有的学生都会把答案放到手边,这样的习惯虽然有利于自己参考答案,但是无形中也会影响自己的思路,稍微有点儿难度,就会去参考答案,影响自己的学习质量.看见学生这样做,我会说:“你们不是在做题,你们只是数学课上的搬运工.”简单地将答案搬运到资料上而已.

自习时间本来就不长,老师在的时候,最好不说话、不讨论问题,遇到难处理的习题要问老师,不要把大量宝贵时间用到讨论上.如果老师不在教室,有问题可以下课讨论,这样可以有效利用自习时间进行学习.

3 学生改进

教师为学生自习时间做好充分的思想和具体内容的准备,对学生利用自习时间的实际情况也进行了调查分析,那么,学生应该如何改变自习的不良习惯,更加有效利用自习时间呢?

3.1 把握课内的自习时间

每节课的自习时间首要任务是有针对性地学习,针对课堂的内容,进行复习、练习,没有熟练掌握这节课的内容的时候暂时不要学习其他的东西.教学中所有的任务完成以后再去进行练习,处理老师布置的作业,以及处理本节课对应的辅导资料.

自习课进行的顺序一般是:复习———做题———预习.每节课都坚持这么做,学习的效果会有很大提高.每节课课内自习的时候,发现学生会迫不及待地直接去做布置的作业,碰到不会的知识点会往前翻课本.因此,我要求学生首先把上课的内容整理完,记清楚,然后再去做题,这样的做题才是对知识的加深,这样做以后,知识点在一个星期,甚至一个月、几个月都不会忘记.

3.2 把握课间的自习时间

课间很多同学会出去玩,等上课铃响才慌慌张张地进教室、拿课本,要好几分钟才能静下心来听课,而这时候老师已经复习完毕,本节课有用的知识在强调的过程中你错过了,显然会影响本节课的听课效果.课间10分钟,正确地安排方法是:处理自己的问题———上厕所、学生交流等,然后拿出下节课的课本,复习上节课或者再看一下老师要讲的内容,看看哪些是自己要认真对待的部分,以便有针对性地听课.

3.3 把握在家的自习时间

中午或晚上回家以后的自习,首要任务是回顾学过的内容,整理并加以思考,然后是处理剩余的作业.根据心理学中的艾宾浩斯遗忘曲线,这样及时复习可以加深一天内学习内容的印象,加强学习效果.

3.4 把握周末的自习时间

每一周末是一个总结的时间,任务是总结一星期所学习的内容,并且针对自己遗忘的部分进行复习、再记忆.长此以往,良性循环下,学习的效果会越来越好.俗话说“师父领进门,修行在个人”.教师只是外因,关键还是要看学生自身所付出的努力.所以,学生要在老师的指导下加强自我管理,完善自己的自习习惯,再加上良好的学习方法,才能水到渠成.相信天道酬勤,通过师生共同努力,一定能取得更好的数学核心素养的发展.

总之,高中学生对自主学习时间的利用率是学生学业成绩形成差别的原因之一,学生正确把握并有效利用自主学习时间需要教师全面、详实地准备与认真、细致地落实.经过调查,高中学生的自主学习时间利用存在盲区,有学生尚未意识到自己的低效甚至无效学习行为;教师应该指导学生改进课内外自习时间的利用习惯与方式,优化教学效果,提高学生学习的有效性.

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