电位差计范文

电位差计范文（精选12篇）

电位差计 第1篇

电位差计是一种精密测量电位差 (电压) 的仪器, 它的原理是使被测电压和已知电压相互补偿 (及平衡) , 其准确度可达0.001%, 它的应用广泛, 可用来测量电池势、电压、电阻、电流等, 电流差计中所采用的补偿法原理, 还常用在一些解电量的测量仪器及自动测量和控制系统中, 先进的比较式电位差计的准确度可达10-7, 电位差计也叫电势差计, 因其工作电流微弱, 因此其各个部分之间虽然已有金属, 但仍应在各个部分方向保持相当的绝缘电阻, 否则将在各个部分之间出现泄漏电流 (绝缘电阻与工作部分的电阻并联, 从而造成工作电流的分流) , 进而引起测量误差, 从其工作原理分析, 直流电位差计, 可分为五部分。 (1) 电位差计; (2) 标准电池电路; (3) 标流计电路; (4) 被测电流电路; (5) 被测电压电路。在 (1) ~ (4) 部分中, 任何两个部分之间的绝缘电阻, 当采用的是高电位差计时, 不低于100MΩ, 当采用的是低阻电位差计时, 不低于10~20MΩ, 第 (5) 部分因素了虽电电路, 因此它与上述 (1) ~ (4) 部分中任何一部分之间的绝缘电阻, 对高阻电位差计不得低于10000MΩ, 对低阻电位差计不得低于100~100MΩ, 但如果在被测电压电路内按有104MΩ以上的被测电阻时, 即使是低电阻电位差计, 其绝缘电阻也不得低于1000MΩ。

2 确定屏蔽区域

为了可靠地保证高达10000MΩ的绝缘电阻, 在适当高绝缘水平的同时, 采用等电位屏蔽将获得十分满意的效果, 为了对直流电位差计进行屏蔽, 首先要确定屏蔽保护的区域, 要确定哪些节点、元件、电路等, 流向外界的泄漏电流是“于己”“于人”所不容的。

“于己”就是说哪些节点、元件、电路的电流微弱, 是不容许分流的工作电流, 是标准电流 (电压) , 因而不容许它们有漏电流往外泄漏, 万一泄漏出去, “于人”的影响可能并不严重, 但“于己”则是不容许的, 属于“于己”不容许的有电位差计本身的电路, 标准电池电路, 拉流计电路、标准电阻与被拉电流表Ax的电路, 分压器和被拉电压表VX的电路。“于人”就是说哪些节点、元件、电路的电流比较大, 漏掉一点电流“于己”无妨, 但泄漏出去的电流却可能“于人”带来不良影响。原则上讲“于己”“于人”两种泄漏电流都应该用屏蔽措施加以防护, 能防护“于己”不利的泄漏电流的屏蔽措施, 一般也能防护“于人”不利的泄漏电流, 因此在装设屏蔽时, 就可不需区分所装屏蔽为何目的, 显而易见, “于己”不容许的所有各个电路都是屏蔽保护的区域, 而“于人”不容许的电路是交替工作的 (电流电路工作时, 电压电路不工作, 反之亦然) , 每一个时间内实际和只有一个“于人”不容许的电路, 对一个测量装量进行屏蔽时, 可以留下一个电路不作屏蔽, 一般就是电流电路, 因为对于延伸很长, 布线零乱, 复杂的电源电路进行屏蔽实际上是不可能的。由上述讨论, 直流电位差计的屏蔽保护区域为电流、电压、源电路以外的全部“于己”不容电路。

3 分析泄漏点

由图 (1) 确定节点的数目, 从而按元件的无形等效电路由每个节点引出一个泄漏电阻, 进而可估计这些泄漏电阻对电位差计的影响, 但从实用角度看, 电位差计内部的泄漏电阻基本上已固定, 而不能外界加以改变, 电位差计的工作电流电压一般也不高 (5.7~6.4V) , 本身已经由绝缘材料的绝缘隔离将泄漏电流限制在范围内, 因此, 可以将电位差计 (及其配套的标准电池, 标准电池电路的拉流计) 的节点数压缩为只有两个节点A、B或A'B', 直流电压源和分压器共有三个节点B、C、D。以上A、B、C、D再加上“地”, 共有五个节点、十个可能泄漏电阻 (C22=10) , 其中四个泄漏电阻由A、B、C、D四点分割对“地”作无形连接, 其余六个泄漏电阻是A、B、C、D四点任两点之间的泄漏电阻 (C42=6) , 例如A、B之间的R'AB, A、C之间的R'AC, A、D之间的R'AD

将图 (2) -a中的四个泄漏电阻化为等效的六个“等边形”电阻, 并于后面作“等边形”连接的六个电阻并联, 最终得到作“等边形”连接的六个电阻, 如图 (2) -b中, RAB、RAC、RAD、RBC、RBD、RCD。现在分析“等边形”连接的六个电阻为测量电路的影响。RAB、RBC均系较低阻在的电阻相并联, 其影响在设计和制造时已作考虑, 从使用角度看, 不必顾及:RAC原则上讲不并常来误差, 固它与拉流的C2并联, 可能使电路灵敏就有所降低, RCD系与电压源相并联的只是略为增加了电压源的一些负载, 对测量电路并无影响, RBD系与分压器的高电阻部分相并联, 会导致分压系赚的误差, 应加以注意, RAD是按于A、D两点之间的泄漏电阻, 是相当有害的, 因为高压电的电压源通过RAD加到对电流十分灵敏的拉流计C2上, 泄漏电路引起拉流计C2的错误偏转, 而为了在直观上使C2增零又需调变A、B之间的一段测量电阻, 因而这样得到的测量电阻值和它所对应的电位差计的电位和直势必含有系统误差, 这两个电阻的下标表明A、B、D三点应加以屏蔽, 使其不改有泄漏电流流出, 从而两个电阻的共有下标“D”看出, 由D点流出去的泄漏电流是最有效的。但D点固处于电压电源的一端要使D点没有泄漏电流流是十分困难得, 例如, 采用高压的蓄电池作电源时, 电蓄电池的D点行至分压器的直个连线可能相当长, 要想防止这部分线段不产生漏电流是十分困难得;又如, 用直流数压器作电压源时, 元件聚多, 体积原大的直流数压器输出电路, 对外部的运作电阻一般都不高, 因而不可避免地逊在较大的泄漏电流, 因此大都采用何种电压源都可能还有一套电压简装设备都很难保证这套调节设备对外部有高的绝缘电阻, 因此, 要隔离D点使其没有泄漏电流流出是不现实的。于是, 对电阻RAD和RBD的屏蔽, 就只能是对A点和B点的屏蔽。

4 单端屏蔽电极的教法

由以上分析可知, 各以上说对A和B点屏蔽实际上是扩展到整个直流电流差计的屏蔽, 理论上可以做寸时A、B点进行等位屏蔽可实际上A、B两点的电位都在变化, 因此实现等位屏蔽很麻烦, 因A通常采用单端屏蔽, 以切断流量A、B两点的泄漏电流。

一般屏蔽电极可能有三种方法, 按于A点和C点, 但必须遵守以下原则:第一, 屏蔽电极的点位固定, 应按在相对功率较大的强力电源上 (一般按在生产泄漏电流的那个电源上) 。第二, 考虑屏蔽电极上还会有泄漏电流流过, 屏蔽电极尽量不按在测量电路内工作电流流量的部分。滞留电位差计在调整工作电流时, 其“未知”电路与电压源 (或电流源) 一般都要断开, 这时点位差计和电压源 (电流源) 之间失去电的联系, 也就是屏蔽电极与其屏蔽对家之间, 不在存在固定的电位差, 屏蔽因而失去作用, 应将电位差计的屏蔽电极按在它自己的辅助电池E1上, 从而电源差计自成一个“封闭”的系统, 因此, 直流电位差计的屏蔽系统有三种方法, 即检验直流电流电压表, 检验直流电流表和调定工作电流。

摘要：本文介绍了直流电位差计的等电位屏蔽, 以及其原理在实际生产中的应用。

关键词：电位差计,等电位,屏蔽

参考文献

[1]丁慎川.无力试验教程[M].北京:清华大学出版社, 2002.

电位的词语造句 第2篇

2、总之本质上，它们负责调节动作电位,它们做到这一点通过协助制造,并控制细胞内的电位梯度。

3、前庭诱发筋电位检查(一项检查内耳技能的神经生理学检测技术)可以显示出SCDS的异常特性。

4、因而箭头是从高电位指向低电位，并且与假定的电流正方向一致。

5、在该薄板的电场中，电压的分布以及电流的流动，均取决于电位定律。

6、建立了固定床内超电位沿床层厚度方向的一维分布方程。

7、虽然这项技术是用来采集人的心电信号的，但EPIC电位集成电路的开发商说它也可以很好的检测骨骼肌的电活动，包括控制眼睛的活动。

8、如果溶液远离这个等电位点，那么蛋白质会是高度可溶的`因此表面张力梯度就无法形成;如果太接近这个等电位点，蛋白质会析出沉淀。

9、实验结果表明，电磁搅拌器所产生的磁场对氟的吸附及电极电位测定均有一定的影响。

10、目的研究脑诱发电位在精神运动性癫痫病人的应用。

11、前优势杂志编者在告诉你关于电位合夥人之上的玛格丽特罗伯逊。

12、目的：探讨联合应用运动诱发电位(MEP)、肌电图(EMG)和神经传导速度(NCV)对运动神经元病(MND)的诊断和鉴别诊断及分型的价值。

13、研究人员说，EPIC电位集成电路可以为神经，肌肉和假肢提供非侵入性的接口，帮助截肢人员的截肢部位可以像正常肢体一样做出反应。

14、氢气压力与电位的关系符合能斯特方程;

15、用食管导联系统和体表直角导联系统检测12例射频消融术后病人的心室局部延迟电位。

16、它们就能够向突触后细胞发出激动或抑制的信号来改变它的电位，这种电位改变可以在突触后细胞持续几毫秒到几分钟不等。

17、方法：采用智商(IQ)、事件相关电位(ERP)测试的方法对70例IDA、30例正常小学生的认知功能进行对照测查。

18、建立了罐底外侧阴极保护电位分布的数学模型，模型中考虑了介质的不均匀性。

19、本研究使用事件相关电位(ERP)方法探讨个体对情绪刺激的反应差异是否与神经质水平有关。

20、目的：探讨脑诱发电位(BEP)在诊断急性脊髓炎同多发性硬化关系中的作用。

21、本文用电生理学方法研究了乌鳢球状囊微音器电位。

22、根据直接滴定法的原理，应用电位滴定法测定了葡萄酒中的还原糖含量。

23、阴极性镀层：电极电位的代数值比基体金属大的金属镀层。

24、应用该模型进行了火花半径、接地体冲击地电位分布、电流波形及冲击接地电阻的计算。

25、锌的标准电位比铁负，对钢铁而言是阳极性镀层，可提供可靠的电化学保护。

三通道钾钠进出，四极化电位变化 第3篇

关键词：极化电位 动作电位 运输方式

一、三通道钾钠进出

钾离子通道供钾离子以协助运输方式进出细胞，钠离子通道供钠离子以协助运输方式进出细胞，钠钾泵通过主动运输方式运输膜内外的钠离子和钾离子。以上三种离子通道都具有以下共性：①它们的化学本质都是蛋白质，都要在适宜的温度、酸碱性条件下才可起作用；②它们所处位置都是细胞膜，故三者都与细胞膜通透性有关。

二、四极化电位变化

四极化电位变化包括：①去极化：钾离子通道闭合，钠离子通道打开，钠离子内流，膜电位由外正内负变为零；②反极化：钠离子继续内流，膜电位渐渐变为外负内正。当膜内外电势差达到最大值，动作电位形成；③负极化：钠离子通道闭合，钾离子通道打开钾离子外流，膜电位变为外正内负；④超极化：a是静息电位的绝对值变大。b是静息电位的负值增大。c是细胞膜内的负电荷增多。这就是超级化和去极化的概念和产生原理：

笔者以神经细胞为实验对象，绘制了超极化和去极化（如图1所示）。

可见，超极化和去极化是细胞膜电荷朝着相反的两个方向变化的结果。如果结合图1，用静息电位绝对值的增大和减小来定义超极化和去极化，也能使学生理解和接受这一知识点。去极化的发生是细胞兴奋的前提，而动作电位是细胞兴奋的标志；超极化的发生是细胞抑制的前提，和去极化的膜电位变化方向相反，背离了动作电位发生的方向，所以细胞无法兴奋而受到抑制。

三、例题分析

在初步了解了神经调节中膜电位变化机制后，笔者以例题讲解的形式深化了学生的理解。

1.极值与离子浓度的关系

例1. 图2为正常神经元和受到一定药物处理后的神经元膜电位变化，此药物作用机理为（ ）

A.阻断部分Na+通道

B.阻断部分K+通道

C.阻碍了部分神经递质释放

D.阻断了部分神经递质作用

解析：神经元未受刺激时，神经细胞膜对K+的通透性增大，K+大量外流，导致膜内外电位表现为外正内负；神经元受刺激时，神经细胞膜对Na+的通透性增大，Na+大量内流，导致膜内外电位表现为外负内正。用药物处理后，动作电位小于正常时动作电位，可推知Na+内流减少，进一步推测该药物可能阻断了部分Na+通道。故正确答案是选项A。

2.由恢复时长得知运输耗能

例2. 图3为神经兴奋过程O2浓度与膜电位变化关系，判断a、b曲线对应氧气浓度。

解析：在前三极化过程中两图像几乎重合，这是因为协助运输不消耗能量。而在超极化过程中，应用了主动运输方式，需消耗能量。当获得能量较少，离子运输速度较慢，恢复时间较长，b用时长于a，故b所对应氧浓度少。

3.静息电位和动作电位的生理基础

例3. 图4表示某时刻神经纤维膜电位状态，图5表示电位随时间变化曲线。下列相关叙述错误的是（ ）

A.丁区域的膜电位一定是K+外流形成的

B.甲区或丙区可能刚恢复为静息状态

C.将图A神经纤维置于低Na+环境中，静息电位将变大

D.若图A的兴奋传导方向是从左到右，则乙处电位可能处于③→④过程

解析：丁区域的膜电位表现为外正内负，属于静息电位，是K+外流形成的，故A项正确；甲区或丙区可能刚恢复为静息状态，故B项正确；静息电位与K+外流有关，低Na+环境不影响静息电位，故C项错误；若图4的兴奋传导方向是从左到右，则乙处电位处于超极化状态，可能处于③→④过程，故D项正确。

四、注意事项

首先，膜电位图像的截距。注意测量神经细腻膜电位时电极摆放位置，然后根据外正负判断截距正负；其次，膜电位的增减。膜外电位降低，膜内电位升高；最后，离子浓度大小。细胞内钾离子浓度恒大于钠离子浓度，膜外则相反。

自动补偿式数字电位差计设计与开发 第4篇

1 补偿原理及电位差计

由于所有电池 (源) 和电压表均存在一定的内阻rE0和rV0, 所以利用电压表直接连接电池两端无法测量电池电动势Ex, 电路中的电流在电池内阻上产生的电压降将影响测量结果的准确性, 利用如图1所示测量电路就可以消除这种影响。

图1中, Ex是电动势为Ex的待测电池, E是可调电源, G是灵敏检流计, V是电压表。当a、b两点间存在电位差时将有电流流过灵敏检流计G;通过调节可调电源E的输出电压V使得a、b两点间的电位差为零时, 流过灵敏检流计G的电流亦将为零, 此时由于流过Ex的电流为零, 所以

这就是电位差计的工作原理。[1]

2 自动补偿式数字电位差计设计思路

本系统采用以STC89C52为核心的单片机作为控制模块。将单片机产生的模拟信号与待测电池的电动势进行补偿对比, 从而得到待测电动势的大小, 同时液晶显示。[2]此方案优点是能实现自动测量, 操作简便, 测量精度较高。具体设计如下:

2.1 控制模块, 通过STC89C52单片机完成对此模块的设计。

2.2 DAC数模转换模块, 通过TLC5615十位数模转换芯片来实现。

2.3 ADC模数转换模块, 用TLC1543来把两个电压监测点的电信号转化为数字信号, 送到单片机里处理。

2.4 比较器选用LM393来实现功能。

2.5 恒压源通过PID算法来实现。

3 自动补偿式数字电位差计系统硬件设计

此设计采用STC89C52单片机作为控制系统的核心。STC89C52是一个低功耗、高性能CMOS8位单片机。如图3所示。单片机控制模块电路如图4所示。

通过51单片机的控制, 产生恒压源、A/D的检压、对输出电压与待测电动势对比判断等操作, 电路简便, 不易出错, 设计主要通过程序完成。

4 自动补偿式数字电位差计系统程序设计

在系统加电后, 主程序首先完成系统初始化, 其中包括A/D、D/A、串行口、中断、定时/计数器等工作状态的设定, 给系统变量赋初值等。然后检测获得基准, 产生稳定电压源, 通过对比检测模块得到待测电池电动势, 加以显示。如图5所示。

5 结论

本文结合各种技术设计出一种基于单片机芯片STC89C52的自动补偿式数字电位差计。对未测电动势的测量结果表明, 该自动补偿式数字电位差计具有较高的精度和稳定度, 基本满足设计要求。

参考文献

[1]王宏波, 曹文, 冯玉芹.大学物理实验[M].哈尔滨:东北林业大学出版社, 2004.

电极电位的测量实验报告 第5篇

一． 实验目的

1.理解电极电位的意义及主要影响因素 2.熟悉甘汞参比电极的性能以及工作原理

3.知道电化学工作站与计算机的搭配使用方法

二． 实验原理

电极和溶液界面双电层的电位称为绝对电极电位，它直接反应了电极过程的热力学和动力学特征，但绝对电极电位是无法测量的。在实际研究中，测量电极电位组成的原电池的电动势，而测量电极电位所用的参考对象的电极称为参考电极，如标准氢电极、甘汞电极、银-氯化银电极等，该电池的电动势为：

E＝φ待测－φ参比 上述电池电动势可以使用高阻抗的电压表或电位差计来计量

在该实验中，采用甘汞电极为研究电极，铁氰化钾/亚铁氰化钾为测量电极。在1mol的KCl支持电解质下，分别用10mM摩尔比1:1和1:2的铁氰化钾/亚铁氰化钾溶液在常温（27℃）以及45℃下测量，收集数据，可得到相同温度不同浓度的两条开路电位随时间变化曲线、相同浓度不同温度的两条开路电位随时间变化曲线。可以用电极电势的能斯特方程讨论温度对于电极电势的影响

三． 实验器材

电化学工作站；电解池；甘汞电极；玻碳电极；水浴锅

铁氰化钾／亚铁氰化钾溶液（摩尔比1:1和1:2）（支持电解质为1M KCl）；砂纸；去离子水

四． 实验步骤

1.在玻碳电极上蘸一些去离子水，然后轻轻在细砂纸上打磨至光亮，最后再用去离子水冲洗。电化学工作站的电极也用砂纸轻轻打磨

2.在电解池中加入铁氰化钾／亚铁氰化钾溶液至其1/2体积，将玻碳电极和甘汞电极插入电解池中并固定好，将两电极与电化学工作站连接好，绿色头的电极连接工作电极，白色头的电极连接参比电极。

3.点开电化学工作站控制软件，点击 setup—技术（technique）—开路电压—时间，设置记录时间为5min，记录数据时间间隔为0.1s，开始进行数据记录，完成后以txt形式保存实验结果。

4.将电解池放入45度水浴锅中，再重复一次步骤2和步骤3。

5.将电解液换成铁氰化钾／亚铁氰化钾溶液（1:2）后重复一次步骤2至4 6.实验结束后清洗电极和电解池，关好仪器设备，打扫卫生。

五． 实验数据处理及分析

1.在同一个图中作出相同温度不同浓度的两条开路电位随时间变化曲线 1)常温（25℃），铁氰化钾/亚铁氰化钾溶液(摩尔比1:1和1:2)条件下：

2)45℃，10mM铁氰化钾/亚铁氰化钾溶液(摩尔比1:1和1:2)条件下

2.在同一图中作出相同浓度不同温度测量的两条开路电位随时间变化曲线；

1)

10mM铁氰化钾/亚铁氰化钾溶液摩尔比1:1，常温（25℃）：45℃条件下： 2)10mM铁氰化钾/亚铁氰化钾溶液摩尔比1:2，常温（25℃），45℃条件下：

3.应用能斯特方程讨论温度和浓度对开路电位的影响。

分析：在常温下，开路电压随着铁氰化钾：亚铁氰化钾的比例的的增加而降低。上述电极反应的能斯特方程为：E=EΘ+ RT/F *ln(Fe3+/Fe2+)Fe3+:Fe2+的比例由1:1变为1:2，而其他条件保持不变，故电极电势下降,此时EFe(CN)6]3−:Fe(CN)6]4−=1:2 < EFe(CN)6]3−:Fe(CN)6]4−=1:1。

分析：在铁氰化钾和亚铁氰化钾的比例为1:1和1:2的情况下，常温的开路电压都比高温的开路电压要高。因为随着温度的升高，电极电势降低。在相同浓度时，0ln(a[Fe(CN)6]3-/a[Fe(CN)6]4-)由于活度比是负值，所以T越小，减去的值越小.此处的开路电压是Fe3+／Fe2+电极与饱和甘汞电极电极电势的差值。六，讨论与思考：

电位差计 第6篇

关键词：建筑工程；高层建筑；电气工程；等电位联结；安装

等电位联结安装技术是当今高层建筑工程施工中的重点内容，它的科学、合理利用有效确保了工程施工質量、功能和品位，也为居民提供了舒适、安全、温馨、方便的室内环境，因此而逐渐被人们青睐。就实际工程项目而言，高层建筑等电位联结工程的开展目的在于减少建筑物雷击损害，确保建筑物的施工安全。下面，我们就高层建筑物等电位联结安装施工技术要点做简单分析。

1、等电位联结概述

电气工程作为当今高层建筑工程项目中不可或缺的内容，而等电位联结却又是电气工程中的重要组成部分，因此在施工中我们有必要对这一内容给予重视。究其原因，是等电位联结将建筑外部的可导电物与内部的到导电物体联结，从而形成电位相等的电气连接网，达到保护建筑物整体性与安全性的目的。目前，我国高层建筑物中对等电位联结施工给了明确的规定，这样的工程施工主要在于减少建筑物内外电位差，确保建筑工程的用电安全，同时减少因为雷击而造成的建筑危害。

1.1、建筑物总等电位联结

从建筑结构整体上进行来看，等电位联结已成为一个普遍且有常见的内容，但是在具体的工程项目中却经常会受到设计、工艺以及其他方面因素的影响。在具体安装施工中联结工艺和施工方法还有待完善，在过去施工中通常都是将建筑物内部的接触点与外界金属连接形成同等电位差的过程，这样便可以有效的减少人们用电隐患。同时在施工中还会涉及一定的配电箱、进线管等，也只有这样才能真正的实现人工接地的协调，实现建筑结构整体安全保护。

1.2、等电位辅助联结

这种连接方法的应用是通过将外露的金属部件和导线连接的过程，利用导线辅助的方式将外露金属部件中存在的各种电离子引入地下，确保建筑物整体安全与用电安全。

1.3、局部等电位联结

所谓的局部等电位联结就是在局部范围内将露在外面的金属物件同导线统一连接成为一个系统，通过电位联结的方式将母线、干线以及其他的一些局部金属构件连接在一起，通过局部等电位联结的方式进行串联。目前的工程施工中，这一方面的内容主要应用在卫生间、厨房等部位，由于这些空间相对来说比较潮湿且容易发生漏电现象，这个时候我们可以通过金属管线和水龙头等金属部件连接，从而实现等电位联结，减少不必要的导电和触电伤亡事故的发生，也有效的避免了各种危险事故的产生。

2、具体的安装施工技术要点

近几年来，高层建筑已成为工程施工领域的重要组成，在此过程中各种新工艺、新技术层出不穷，这对于建筑工程的稳定性、电气安装工程都提供了完善的环境，也给电气安装工作所需要的规范提出了规范化、统一化标准。其中，等电位联结作为目前高层建筑工程领域最基本的组成方式，越来越被人们重视，具体的施工技术要点如下。

2.1、总等电位联结安装技术

在具体的间汉族工程项目中，总等电位联结安装中所选择的材料普遍都是以镀锌钢管为主的，从而实现管道直接接地的连接方式，且在安装施工中还要及时的找到电气设备的连接状态以及需要防范的内容，在工作中提前做好导线的连接、管道的焊接等工作内容。端子板的厚度和材料形式的连接需要做到科学合理。而且，联接方式主要应该以螺栓连接为主，这样才能保证总等电位联接安装的科学性和高效性。

2.2总等电位联接

在端子箱的连接和处理中，应该根据施工的情况来选择相应的尺寸，可以在某些方面做好检修和施工的工作。公用设施的金属管道主要包括热力或者是燃气管等等。在人工接地引线设置的过程中应该对接地故障进行消除，尽量避免出现接触电压对人体造成的严重伤害。不仅如此，对于金属管道来说，采用抱箍联接的形式所应用的镀锌扁钢结构需要将其尺寸和大小进行严格地控制。不仅如此，还应该在螺栓两侧加设相应的弹簧垫圈，这种措施是为了保证连接处的稳定性和可靠性。

2.3辅助等电位联接安装

在建筑物进行总等电位的联接过程中，伸臂范围的可外漏导线或者是其他的导线部分之间需要加设导线的附加联接形式。这样才能使其更加接近科学电位。在这一过程中，需要做好辅助电位的连接，连接线的最小截面以及各种类型的导线等需要进行严格地控制。一般情况下，铜芯导线要尽量控制在2.5mm的范围内，即使不在机械保护的状态下也需要将铜芯导线控制在4mm之内。

2.4局部等电位联结。

在建筑物基础接地装置施工完毕，利用卫生间或其近的柱内一根主筋与基础接地装置采用圆钢跨接连接作为卫生问局部等电位连接引下线，此引下线应连续接至高层卫生间地面止。在有卫生间的楼层结构底板钢筋施工完毕，采用与底板钢筋等直径的圆钢将底板钢筋跨接焊成不大于lm×lm的等电位网格，形成地面等电位网。等电位网格应不少于2处与卫生间圈梁一根主筋用圆钢跨接，圈梁主筋四角应采用10圆钢跨接，形成闭合回路。

3、建筑物等电位联结安装注意事项

3.1建筑物等电位联结干线应从与接地装置有不少于2处直接连接的接地干线或总等电位箱引出，等电位联结干线或局部等电位箱间的连接线形成环形网路，环形网路应就近与等电位联结干线或局部等电位箱连接，支线间不应串连连接。

3.2当等电位联结线采用钢材焊接时，应采用搭接焊且满足如下要求：a圆钢的搭接长度不应小于其宽度的两倍，三面施焊。（当扁钢宽度不同时，搭接长度以宽的为准）。b.圆钢的搭接长度不应小于其直径的6倍，双面施焊。（当直径不同时，搭接长度以直径大的为准）。C圆钢与扁钢连接时，其搭接长度不应小于圆钢直径的6倍，双面施焊。

4、等电位联接的要求

4.1所有进入建筑物的外来导电体均应做等电位连接。当外来导电体、电力线、通信线在不同地点进入建筑物时，宜设若干等电位连接带，并应就近连到环形接地体、内部环形导体（均压环）或此类钢筋上。它们在电气上是贯通的并连通到接地体，含基础接地体。

4.2穿过防雷区界面的所有导电物、电力线、通信线均应在界面处做等电位连接。应采用一局部等电位连接带做等电位连接，各种屏蔽结构或设备外壳等其它局部金属物也连到该带。用于等电位连接的接线夹和电涌保护器应分别估算通过的雷电流。

5、结语

在建筑电气安装中，等电位联结安装技术作为一项新的技术措施，在使用申由于种种原因会受到很多的问题，诸如：等电位的连接端子配套问题，施工中一些非标箱体质量控制问题，施工质量评定问题等，这些问题的存在影响着建筑物功能的发挥。因此在施工中，施工人员需要不断地探索问题，发现问题和解决问题，及时总结经验，使等电位联结施工质量得到有效保证，以满足人们现代生活环境对电气的安全要求。

参考文献：

[1]邓昌华.等电位联结在建筑电气施工中问题探讨[J].科技资讯.2009（02）

[2]黄志荣.浅谈等电位联结与预防电击[J].广东水利水电.2009（03）

电位差计 第7篇

埋地管道通常采用防腐蚀涂层和阴极保护进行联合保护。防腐蚀涂层在搬运、施工过程中易被破坏,长期使用会产生老化,不能长期有效地保护管道。阴极保护作为管道的第二屏障,可以经济有效地延长管道寿命。然而,如果阴极保护电位设置不正确或测试方法不当,会导致其保护效果不良。目前,对保护电位准则的理解及保护效果的判断存在片面性,尤其是选择保护电位准则时存在一定的盲目性。本工作理论结合实践,比较了- 850 m V和- 100 m V两大准则的适用性,总结了常用的阴极保护电位测试方法,以为现场电位测试与阴极保护的有效评价提供参考。

1 保护电位准则

1. 1 准则

NACE RP 0169 - 96“埋地或水下金属管线系统的外部腐蚀控制”对阴极保护电位准则的规定可归纳为- 850 m V和- 100 m V两大准则:

( 1) 施加阴极保护后,被保护对象的电位相对铜/饱和硫酸铜参比电极( CSE,文中电位若无特殊说明,均相对于此参比) 至少为- 850 m V,电位测量必须考虑消除电解质中IR降的误差; 阴极极化电位相对于CSE参比电极至少为- 850 m V。

( 2) 被保护结构表面与接触电解质稳定的参比电极之间的阴极极化值最小为- 100 m V。这可用于极化的建立过程,也可用于极化衰减过程。

其中,- 850 m V电位准则方便直观,应用较普遍。

假设地下金属自然腐蚀电位Ecorr= - 550 m V,采用- 100 m V准则,施加阴极保护后,阴极保护电位Ecp= - 650 m V,根据腐蚀电化学原理,有如下公式[1]:

式中Jcorr未施加阴极保护时,保护对象的自腐蚀电流密度,A/cm2

Ja施加阴极保护后,保护对象的自腐蚀电流密度,A/cm2

βa保护对象阳极溶解Tafel斜率

ΔE电位极化差值,m V

铁在不同湿度和结构的土壤中,其常用对数的Tafel斜率ba= 0. 06 V[2],ba= 2. 303βa,所以 βa= 26 m V。将ΔE = - 100 m V和 βa= 26 m V代入式( 1) 中得:

由此可见,- 100 m V电位值使保护对象的腐蚀速率降低98% 。若采用- 850 m V准则,ΔE = - 300 m V和 βa= 26 m V代入式( 1) 得:

由此可见,- 850 m V电位值使保护对象的腐蚀速率降低99. 999% ,根据保护度P = ( Jcorr- Ja) /Jcorr可知,虽然- 850 m V电位准则提高了保护度,但降低了保护效率[3]。

1. 2 例证

以Q235 钢为基材,电化学试样尺寸为1 cm 1 cm 1 cm,一面为工作面,另一面焊接铜导线,非工作面用环氧树脂密封,工作面依次用400,600,800 号水磨砂纸打磨至平整光滑,丙酮除油,蒸馏水清洗、干燥。将其浸入成分为2. 0% 碳酸氢钠( 质量分数,下同) + 0. 1% 硫酸钠+ ( 0. 1% ,0. 5% ,1. 0% ) 氯化钠的土壤模拟液中。

采用PARSTAT2273 电化学工作站测试极化曲线,以上述Q235 钢试样为工作电极,辅助电极为铂电极,参比电极为饱和甘汞电极( SCE) 。采用DJS - 292A恒电位仪进行阴极极化: 试样在不同Na Cl浓度土壤模拟液中室温极化至不同电位准则下的电位,约2 h后,腐蚀电流基本稳定,断开恒电位仪,瞬间测试阴极极化曲线。极化曲线扫描速率为1 m V/s,扫描范围为相对自腐蚀电位 ± 250 m V,负向扫描; 阴极极化曲线扫描速率为1 m V/s,扫描范围为自腐蚀电位至- 1. 0 V,负向扫描。通过Tafel外推法得到碳钢的腐蚀速率[4]。

失重试样尺寸为50 mm 25 mm 5 mm,分别测试了试样在开路电位及2 种阴极保护电位准则电位保护下在土壤模拟液中的腐蚀失重,取2 组测试的平均值。试验在室温下进行,试验周期14 d。

图1 为Q235 钢在不同Na Cl浓度土壤模拟液中的Tafel曲线。由图1 及Tafel外推法可知: 随着Na Cl浓度增加,自腐蚀电位负移,自腐蚀电流密度增大; 当Na Cl浓度为0. 1% 时,自腐蚀电流密度为3. 461μA / cm2; 当Na Cl浓度为0. 5% 时,自腐蚀电流密度为4. 290 μA / cm2; 当Na Cl浓度为1. 0% 时,自腐蚀电流密度为13. 700 μA/cm2。

图2 为Q235 钢在不同Na Cl浓度土壤模拟液中极化至不同电位准则下的阴极极化曲线。从图2 可以看出: 随Na Cl浓度增大,各极化电位下的阴极极化曲线出现不同程度的左移,表面阴极极化反应受到抑制; 在0. 1% Na Cl环境中,- 100 m V极化过电位和极化- 780m V( vs SCE,约为- 850 m V vs CSE) 电位都使腐蚀电流密度降低,且降低幅度相近; 在0. 5% Na Cl环境中,- 100 m V极化过电位下电流密度大于极化- 780 m V( vs SCE) 电位下电流密度; 在1. 0% Na Cl环境中,-100 m V极化过电位下电流密度小于极化- 780 m V( vs SCE) 电位下电流密度。

表1 为Q235 钢在3 种不同自腐蚀电位下,- 100m V极化值和- 850 m V电位值下的腐蚀失重。

注: P = ( Δm0- Δm1) /Δm0,Δm0为自腐蚀失重,Δm1为保护电位下的腐蚀失重。

由表1 可知: 0. 1% ~ 0. 5% Na Cl溶液中,Q235 钢的自腐蚀电位相对较正( - 400 m V左右) 时,- 100 m V极化值和- 850 m V电位值的保护度都较高,其中,- 850 m V电位值下的保护效率较低; 当自腐蚀电位较负( - 800 m V左右) 时,- 100 m V极化准则和- 850m V电位准则对保护对象的极化值接近时,二者保护度均较自腐蚀电位较正时有所下降; 当自腐蚀电位超过- 750 m V时,- 100 m V准则极化值仍是- 100 m V,而- 850 m V准则极化绝对值小于100 m V,保护度明显低于- 100 m V极化准则的,说明此时,即使阴极保护电位低于- 850 m V,管道仍会发生腐蚀。

综上,在自腐蚀电位较正的情况下,虽然- 850 m V电位值比- 100 m V极化值获得更大的极化电位,但- 100 m V极化值与- 850 m V电位值下取得的保护效果差别并不明显; 当自腐蚀电位很负时,- 100 m V极化值下保护效果优于- 850 m V电位下的。

2 保护电位测试方法

2. 1 地表电位法

图3 为地表电位测试示意[5]: 将参比电极置于管道正上方土壤表面,施加阴极保护电流,测量管道对电解质( 土壤、水) 的电位; E( 测试) = E( 极化) + IR降。其中,IR降是管道极化电位、破损点面积、参比电极距破损点距离、土壤电阻率等多个变量的函数,评价阴极保护效果时,必须考虑其对真实极化电位的影响。如实测中电流密度为10 m A/m2,土壤电阻率为50 Ωcm2,参比电极距管道距离1. 5 m,此时IR降仅为3 m V; 若土壤电阻率为5 000 Ωcm2,则IR降超过300 m V,若此时测试管地电位为-850 m V,则管道可能处于欠保护状态。

地表电位测试操作简单、费用低,对设备及人员要求小,但受IR降影响较大,适用于阴极保护过程中的日常监测管理,但对保护效果有效性评价误差较大。

2. 2 瞬间断电法

瞬间断电法是测试电位瞬间断开时保护对象上的所有电位,此时由于没有电流,IR降变为零,而管道的去极化需要一段相对较长的时间,测量的电位不包含电流引起的IR降。NACE TM0497 - 2002“埋地或水下金属管道系统阴极保护准则的测量技术”规定,测试断电电位需要具备以下条件: 测试对象无接地保护装置,无杂散电流影响,如有牺牲阳极也需同步断开; 在实际应用中对电源设备、测试仪器要求较高,尤其对城市在役旧管网而言,由于其地下结构复杂,干扰问题突出。因此,瞬间断电法在城市管网中的应用受到限制[6]。在断电瞬间,管道电位会出现短暂的电涌,作用期一般小于0. 5 s,结合实际经验,在0. 5 s后读取读数是合理的。

2. 3 试片断电法

在测试点处埋设一材质与管道相同的辅助试片,通过电缆与管道连接,通过管道上的电流使其极化,试片处相当于管道防腐蚀层破损点。测量时只需切断试片和管道的连接电缆。因此,测量时应将参比电极埋在试片附近,以减少极化误差,且使测试不受接地保护装置和牺牲阳极系统的影响。试片断电法在国外得到广泛的研究与应用,到1991 年止,用于阴极保护电位测量的试片达8 000 多处[7]。表2 为新疆某输油管道阴极保护试片及管道断电电位[8],试片规格为100 mm 100 mm。由表2 可知,管道断电电位与试片断电电位基本一致,因而可以通过试片极化电位及腐蚀失重判断管道保护状态和保护效率[7]。

2. 4 极化探头法

极化探头法是在试片断电法基础上发展起来的,探头内通过盐桥将参比电极和试片导通,最大限度地降低由参比距离引起的误差。图4 为极化探头结构[7]: 外置绝缘外壳能有效地降低外部杂散电流的干扰。若管道周围无杂散电流干扰,极化探头法与试片断电法测量的断电电位理论上是相同的。极化探头法测试在杂散电流区域电位中应用广泛,所测电位与真实极化电位接近。极化探头法与其他测试方法相比,能最大程度地降低IR降,为测量管道阴极保护真实极化电位提供了较理想的手段[9]。

3 实例

浙江某在役埋地管道总长约130 km,其中庭院管线( 50 ~ 100 mm) 总长约70 km; 市政管线( 100 ~300 mm) 约60 km。管道防腐蚀层采用聚乙烯胶带,其绝缘电阻率为826 ~ 8 218 Ω/m2,土壤平均电阻率为29Ω / m2。采用区域性外加电流阴极保护,管道末端试片通/断电位见表3。由表3 可知,由于在役旧管网防腐蚀层质量较差,通电保护电位存在较大的IR降,若仅凭通电电位是否达到- 850 m V判定保护状态则各桩均未被保护,这是不全面的。此时,结合- 100 m V极化电位准则可知,各测试桩位置管道均受到保护,不仅满足工程需要,而且能实现经济效益最大化。

4 结论

( 1) - 850 m V通电电位准则虽直观方便,但在实际运用时,有可能导致管道处于欠保护状态。

( 2) - 100 m V极化电位准则在工程中应用较少,与- 850 m V电位准则看似相互矛盾,实则不然,- 100m V极化准则能有效降低保护对象的腐蚀速率。

( 3) 在自腐蚀电位很正的情况下,虽然- 850 m V电位值比- 100 m V极化值获得更大的极化电位,但- 100 m V极化值与- 850 m V电位值下取得的保护效果差别并不明显; 当自腐蚀电位很负时,- 100 m V极化值下保护效果优于- 850 m V电位值下的保护效果。

( 4) 对城市在役旧管网追加阴极保护时,考虑受现场条件限制,如绝缘条件、杂散电流、恒电位仪同步断电、输出电流等,可采用地表参比法监测管道防腐蚀层状况,并根据工程实际情况采用断电法( 瞬间断电法、试片断电法或极化探头法) 及- 100 m V准则判断阴极保护效果。

参考文献

[1]曹楚南.腐蚀电化学原理(第2版)[M].北京:化学工业出版社,2004:94~113.

[2]托马晓夫.金属腐蚀及其保护的原理[M].北京:机械工业出版社,1965:274~275.

[3]常守文,张莉华.地下金属构筑物阴极保护效果评价准则的研究进展[J].材料保护,2007,40(1):43~45.

[4]Barbalat M.Electrochemical study of the corrosion rate of carbon steel in soil Evolution with time and determination of residual corrosion rates under cathodic protection[J].Corrosion Science,2012,55:246~253.

[5]GB/T 21246-2007,埋地钢质管道阴极保护参数测量方法[S].

[6]胡士信,熊信勇,石薇,等.埋地钢质管道阴极保护真实电位的测量技术[J].腐蚀与防护,2005,26(7):297~301.

[7]秦莺,宋伟,郑志受,等.辅助试片法管道阴极保护电位的精确测量[J].计量技术,2008(11):35~38.

[8]黄腾飞.埋地管道阴极保护电位参数及电位测试技术研究[D].成都:西南石油学院,2004:115~116.

电位差计 第8篇

1 资料与方法

1.1 一般资料

选择2010年3月～2012年3月我院收治的27例接受手术治疗的胸椎结核病患者,男16例,女11例;年龄50～73岁,平均60.4岁;发病部位:胸椎(T2～10)18例,胸腰段(T11～L2)9例;单个椎体破坏10例,两个椎体破坏15例,3个或3个以上椎体破坏2例;病程2～8个月,平均5.5个月;临床表现:低热、盗汗,不同程度的鞍区或下肢感觉、肌力异常,脊柱后凸畸形,椎旁脓肿或腰大肌脓肿;手术方式:T2～7采用经后路病灶清除植骨融合、后路钉-棒系统内固定术[4];T7～12行一期前路结核病灶清除加植骨内固定手术[5,6];T7～10结核采用开胸手术。

1.2 麻醉方法

诱导麻醉常规采用咪达唑仑0.1 mg/kg,异丙酚1～1.5 mg/kg,顺阿曲库铵1 mg/kg,芬太尼0.04～0.06 mg/kg。麻醉维持采用异丙酚[4～8 mg/(kg·h)]+小剂量顺阿曲库铵[≤0.05mg/(kg·h)],开胸手术患者加用七氟醚或地氟醚(<1 Mac)。

1.3 监测方法

采用美国尼高力(Nicolet)Endeavor CR IOM术中监护系统、CSEP+TES-MEP模式监测脊髓感觉和运动功能。在手术非关键阶段,如对患者施行诱导麻醉后,尚未切皮之前;脊柱暴露,术野内椎旁肌及椎旁软组织被剥离之后,尚未进行器械操作和矫形;手术结束,伤口缝合阶段;每10分钟监测1次,设定脊柱暴露到椎板时的信号作为基线。病灶清除、截骨、减压、放置内固定器械、矫形等手术操作阶段,进行连续监测。

CSEP刺激与记录:用波宽0.2 ms,频率为4.1～5.4 Hz的电脉冲刺激双侧内踝后侧方的胫后神经,刺激强度25～30 mA,带通范围30～2 000 Hz,输入阻抗均小于5 kΩ,极间阻抗均小于2 kΩ。根据国际脑电图学会制订系统(10～20系统),将记录针电极放置在Cz、Cv点,参考针电极放置在FPz点。监测结果平均100次,若波形无法识别则叠加200次。所记录的参数包括P37-N45、P31-N34、峰峰波幅值及潜伏期。

TES-MEP刺激与记录:两个螺旋电极分别置于C3、C4位置,互为阴极或阳极,阳极为刺激极。选择双侧胫前肌、腓肠肌、拇收肌、大鱼际肌或小鱼际肌记录,输入阻抗均小于5 kΩ,极间阻抗均小于2 kΩ。滤波20～1 000 Hz,5个串脉冲刺激,刺激间隔为4 ms,刺激强度由小变大(200～400 V),以引出MEP为标准,单次刺激,无需叠加。将一侧正中神经和大鱼际肌作为四联刺激肌肉收缩实验(train of four twitch test,TOF)的刺激神经和和电位记录。根据手术情况不定期监测。将TOF第1个和第4个波的波幅比值维持在0.3以上。

1.4 判断标准与处理[7]

(1)CSEP:潜伏期延长≥10%或波幅下降≥50%;(2)TES-MEP:当一侧肢体以上的MMEP波幅下降50%,或刺激强度值高于初始强度100 V时仍未出现TES-MEP波形,排除麻醉、血压和设备等非手术因素影响后重复或加大刺激强度仍记录不到MMEP时,术者应小心操作,10 min内仍无法恢复。上述观察指标单一异常即认定阳性,可马上向术者报警,停止手术操作,若TES-MEP或CSEP的波形和(或)波幅无改善,寻找原因,针对可能的原因采用松解、减少矫形角度、取出植入物等操作。

2 结果

CSEP监测成功率为100.0%(27/27),TES-MEP监测成功率为92.6%(25/27),联合监测成功率为92.6%(25/27);CSEP阳性1例,TES-MEP阳性7例,其中CSEP+TES-MEP均为阳性的1例,CSEP阴性而TES-MEP阳性6例,术后神经功能损伤1例。双下肢均未获得TES-MEP波形者2例,患者术前即有神经损害,双下肢肌力术前均低于3级。术后脊髓功能损伤1例,为胸椎结核患者经前路行全椎体切除截骨时引起CSEP下降约40%,TES-MEP波形下降50%,停止手术操作20 min后CSEP基本恢复,但TES-MEP波幅仍然下降>50%(图1),术后检查双足背伸肌力从5级降至3级。

3 讨论

胸段椎体结核因其位置高,病变连续累及椎体数目多,同时合并有胸椎后凸畸形,胸髓受压,加之结核病本身致病菌作祟的特点,导致患者全身情况差。本病致残率高,并一直是脊柱外科治疗中较为棘手的问题[8]。手术的主要目的是彻底清除病灶、解除神经压迫和恢复脊柱稳定性。胸段椎体结核并发症主要有气胸、大血管损伤及脊髓和神经根损伤[9]。气胸和大血管损伤可以通过清晰暴露术野、明确解剖关系及避免暴力操作进行预防,但手术操作对脊柱的机械性拉伸、压迫、缺血造成的脊髓损伤风险很大。连续监测脊髓和脊神经功能,可及时发现神经系统损伤,采取处理措施,从而降低手术并发症,过去常用术中唤醒试验(wake up test,WUK),目前常采用CSEP联合运动诱发电位(moter evoded potential,MEP)监测。

CSEP直接反映脊髓后索薄束与楔束深感觉传导功能,虽然由于脊髓前、后索相邻,又为一体的软脊髓包绕,CSEP也能间接反映前索及侧索情况,但术中若只是单纯监测CSEP,存在敏感性低、叠加时间较长、信号较小且有一定的变异性的缺点,不能反映即刻脊髓功能状态尤其是脊髓运动功能状态等。本组中TES-MEP阳性,而CSEP阴性的患者比例,达22.2%。术中1例CSEP波幅下降为40%,未超过报警阈值,即暴露后基线波幅的50%,且在手术结束时基本恢复,但术后患者仍然出现了肌力下降,可反映出CSEP监测对反应脊髓运动功能状态的弊端。

TES-MEP主要反映脊髓前索及侧索运动传导功能,更能直接监测脊髓运动传导功能,术中无需叠加波形,单次串刺激即可获得监护波形,可灵敏、及时地反馈脊髓缺血、脊髓受压或牵拉等机械操作对脊髓神经功能的影响。本组中有7例TES-MEP阳性,仅1例术后出现神经功能损伤。TES-MEP对脊髓运动功能判断的灵敏度达100%,但其监测原理决定其对脊髓感觉功能监测的特异度有限。

根据监测结果,笔者对本组手术治疗胸椎结核采用CSEP和MEP联合监护的影响因素分析为如下:一方面为非手术影响因素包括(1)术前肌力水平:本组TES-MEP采用的是经头颅电刺激,在肌肉上记录的方法。国内陈裕光等[10]报道,术前肌力与麻醉后TES-MEP检出率成正比,肌力为3级的检出率为7.4%,肌力2级以下的无法检出。本组2例术前未能引发TES-MEP波形的患者均有术前神经损害,肌力低于3级。(2)麻醉剂影响:肌松剂对由头皮记录的CEP无直接影响,反而可以抑制肌肉收缩所产生的杂波来提高CSEP的记录质量。而肌松剂对TES-MEP产生的影响非常显著,使用剂量不当,易造成假阳性。为避免不良后果,笔者采用的是全静脉麻醉+低剂量顺阿曲库铵泵入的方法,大部分患者效果都很好。由于T7～10结核采用开胸手术,为防止呛咳的发生,笔者加用了1%的七氟醚或4%的地氟醚,效果较好。由于麻醉剂对多突触传递的大脑皮质神经元集中部位记录的信号如Cz-Fz远比从单一突触传递的传导束包括脊髓、皮质下结构记录的信号如Cv-FPz的抑制要大得多,因此,还可通过同时观察Cz-FPz和Cv-FPz的变化来判断是否存在麻醉剂的影响,即若仅出现Cz-FPz信号改变,而Cv-FPz稳定,则可能是麻醉剂的影响;若Cz-FPz和Cv-FPz的变化同步,则要考虑是否手术操作导致。(3)患者体温:体温降低,减少了神经递质的释放,降低了突触传递过程,静息膜电位降低,波幅下降,神经动作电位反应时间延长,神经传导速度下降。体温每下降1℃,外周神经传导和中枢神经传导相应延迟5%和15%[11]。为排除体温的影响,胸椎结核术中应采用电热吹风设备保持患者体温稳定。另一方面为手术影响因素,包括将结核病灶清除需要进行椎体截骨时或者并发脊柱侧弯进行脊柱矫形时作为监测的关键时期,必须进行连续监测。本组中2例胸椎矫形,2例椎体截骨时出现TES-MEP波幅下降>50%但波幅仍可观察到,而CSEP未达报警标准提醒术者进行角度纠正或者停止手术操作,10 min内TES-MEP波幅基本恢复,术后并没出现神经功能损伤。

谈等电位联结的作用 第9篇

1 防护间接接触电击的等电位作用

在电气设计工作中, 一般将导体分为三类, 一类是正常工作情况下, 电气设备的载流导体, 它是为风机、水泵、空压机等负荷正常工作而输送电能的;一类是正常工作情况下, 电气设备的非载流导体, 即电气设备外露导电部分, 例如:控制柜的金属外壳、配电线路的钢管、金属桥架、设备安装底座等;还有一类是电气装置外的导体, 如建筑物的金属构件、水管、通风管等。

当人体不小心触及电气设备的正常情况下载流导体时发生的电击, 称为直接接触电击。这种电击的防护就是通过遮拦或外护物阻挡人体接触载流导体;或者将导体置于人体的伸臂范围以外;也可使用绝缘物覆盖载流物, 以防触电。

电气设备外露导体和电气装置外的导体在正常情况下是不带电位的, 在设计中通常将它们与大地连接, 使其呈现地电位。但是当正常载流导体因绝缘损坏, 与不带电的导体发生接地故障, 就会致使原本不带电的电气设备外露导电部分或其他非电气设备的金属导体带上故障电压, 人体触及此类带故障电压的导体, 就会遭到电击, 这种电击称为间接接触电击。

在工程设计中必须采取措施防护间接接触电击, 措施的采用与电气设备本身的防电击类别应相互结合。比如0类设备的工作场所与地绝缘或者接受隔离变压器等分隔电源供电;Ⅰ类设备通过外壳接地来降低接触电压, 同时在电源线路上装设保护元件, 使其在规定时间内切断故障回路的电源;对于Ⅱ类和Ⅲ类电气设备, 间接接触电击的防护可以在产品设计和制造中予以配置, 比如将用电元件设计为双重绝缘, 或者用小于安全电压的特低电压为其供电。

Ⅰ类电气设备只有一层基本绝缘, 但其外露导电部分上配有接地端子。设计中将接地端子通过PE线与地连接, 这样当基本绝缘损坏发生接地故障时, 一方面因为外壳上的接地端子经PE线与地连接, 大大降低了接触电压, 另一方面PE线为故障电流提供返回电源的回路, 这样电路上的保护元件就可以检测到故障电流, 在规定的时间内切断故障回路的电源, 消除故障。

当保护元件灵敏度不够或因故没有动作时, 接触电压的降低就很重要。除了接地, 等电位联结更能有效地降低接触电压。

等电位联结就是让电气设备外露导电部分和电气装置外的导体电位基本相等的一种连接, 根据联结位置的不同, 可分为总等电位联结、局部等电位联结和辅助等电位联结。

总等电位联结就是在电源进线处设一接地母排, 将以下可导电部分与接地母排联结[1]:

进线处的PE (PEN) 母排或PE (PEN) 干线;接地极引入线;水道干管;燃气干管;通风空调干管;建筑物的金属构件。

等电位联结可以不接地, 但是为防电击而设的等电位联结一般都接地, 以便使接触电压尽量接近地电位, 有利于人身安全。所以总等电位联结带都与接地极连接, 称为接地母排。

做了总等电位联结后, 建筑物内正常情况下非载流导体之间的电位就近似相等, 这样无论电气设备发生接地故障引起的危险电位, 还是装置外导体因故导入危险高电位时, 整个建筑物内的电位都趋于接近, 从而避免许多电气危险。

TT接地系统内, 电气设备的保护地与电源地在电气上没有连接, 二者各自通过接地装置直接与大地连接。这样发生接地故障时, 故障电流是通过大地返回电源的, 回路上阻抗很大, 故障电流很小, 为满足灵敏度要求, 一般选用动作灵敏度很高的漏电保护开关, 只要有毫安级的漏电, 也能立刻切断电源。很显然, 在TT系统内, 因为漏电保护开关的灵敏度很高, 同时也不存在电源处的接地故障沿PE线传导到建筑物内电气设备的危险电压, 降低接触电压的意义不是特别大, 但是当开关因故不动作或者沿电气装置外的导体引进危险电压时, 等电位联结就能显著降低接触电压。没有总等电位联结时, 接触电压是相对于保护地的大地, 电压降包括设备外壳到接地极的PE线上的压降和接地极的压降;做总等电位联结后, 接触电压就是相对于总等电位点, 接触电压就只有连接到总等电位点的PE线上的电压降, 到总等电位点的PE线距离短, 阻抗相对于接地极的接地电阻微乎其微, 根据串联电路分压的原理, PE线上的电压降很小, 也就是说接触电压很小。假设保护接地电阻4Ω, PE线0.5Ω, 按照等效电路进行计算, 可知总等电位联结后, 预期接触电压在只有保护地的基础上又下降了85%[3], 这一点亦被实际测量所证实, 因此总等电位联结十分重要。

TN接地系统内, 电源地通过接地装置直接与大地连接, 电气设备的保护地是通过一根专用的PE线与电源地连接。发生接地故障时, PE线为故障电流提供返回电源的回路, 此时, 故障回路的阻抗与电源处的接地电阻的大小没有关系, 主要包括相线、PE线和变压器的阻抗, 阻抗值很小, 故障电流大, 可选用断路器或熔断器的过电流保护兼做接地故障保护。当线路太长或别的原因, 故障回路的阻抗大, 保护元件的灵敏度不能满足在规定时间内切断故障回路时, 故障电压存在的时间就长, 电击的危险性就加大, 因此必须采取措施, 减小故障回路的阻抗, 使保护元件能迅速切断电源。选用零序阻抗小的变压器、加大相导体和PE线的截面、将架空线改为电缆敷设等都可以减小回路阻抗, 但是这些措施在实际工程中很难操作, 因为具体设计时, 很少有人计算每个回路的接地故障电流, 即便计算了, 也会发现加大截面对于小截面的电缆还能起到减小阻抗的效果, 对于大截面的裸干线作用却很小;架空线改为电缆敷设虽然可降低阻抗, 增大单相接地故障电流, 但是投资却增加很多, 有时是不可行的。当然也有设计人员干脆一律选用带接地故障保护脱扣器的断路器防护接地故障, 这种办法技术上虽然可行, 但是性价比低, 业主一般不接受。最好的办法就是等电位联结, 它投资的仅是几根导线, 而且又很容易实现且不需要维护, 却能大幅度降低预期接触电压。

假如发生了接地故障, 当只有电源地时, 预期接触电压是相对于此地而言, 这时接触电压就是进户前PE线上的电压降加上户内PE线的电压降;如果在进户处电源地做了重复接地, 接触电压就是相对于重复地而言, 这时接触电压就是重复接地电阻和户内PE线上的两个电压降之和, 它比只有电源地的接触电压降低了;如果做了总等电位联结, 接触电压就只有户内PE线上的电压降, 假设重复接地电阻10Ω, 电源接地电阻4Ω, 通过等效电路的分析和计算, 可得出结论:在电源地的基础上做总等电位联结接触电压下降值是重复接地下降值的3.5倍, 显而易见总等电位联结降低接触电压的效果非常明显[3]。其实总等电位联结已经实现了接地电阻小使用寿命长的重复接地, 因为总等电位联结的建筑物金属构件、水道干管、通风空调干管本身就是很好的自然接地极。以前做设计时, 比较强调电源地在进户处做重复接地, 根据上述分析, 做总等电位联结后, 重复接地就没有必要, 当然有可利用的自然接地极时, 还是做重复接地, 以便使发生故障的电气设备外壳的电压尽量接近地电位, 如果没有条件可利用, 就不需要花力气做人工重复接地。

当末端回路发生接地故障时, 因为故障点距离总等电位点甚远, 接触电压就有可能超过安全电压限值, 这时就应该做局部等电位联结或辅助等电位联结。局部等电位联结就是按总等电位联结的做法, 在末端配电箱或分配电箱近旁设一局部等电位端子板, 用几根联结线将局部场所内的PE线和各种金属管道互相联接, 将接触电压限制到安全电压限值以下。辅助等电位联结其实就是特殊的局部等电位联结, 它是将发生接地故障的设备外露导电部分做局部等电位端子板, 与伸臂范围内可同时触及的水管等导体联接。理论上辅助等电位联结后, 将不存在接触电压, 但是在工程实现上, 辅助等电位十分繁琐, 而且当该电气设备被撤走后, 与之做辅助等电位联结的导体将失去等电位点, 与周围其他电气设备也没有局部等电位联结, 因此大多数情况下, 选用局部等电位联结。

接地系统不一样, 接地故障采用的防护元件也不一样, 但是无论何种接地系统, 在可能的范围内, 都应做等电位联结。

2 防止雷击效应的等电位作用

2.1 雷电感应

自然界发生大气雷云对地面物体放电时, 会在附近的金属管线上产生静电感应过电压, 这种过电压会导致金属管线之间产生火花放电, 如果是在危险环境中火花放电就可能导致火灾或爆炸, 因此在设计中应采取措施消除这种静电感应过电压, 通常的做法就是采用起等电位联结作用的金属线跨接间距小于100 mm的两根金属管线。当一根金属物的距离较长时, 连接处过渡电阻大于0.3Ω时, 连接处也应用金属线跨接[2]。

雷电产生的强大瞬变电磁脉冲会在电子信息设备中产生感应电压和感应电流, 这种感应电压是电子设备工作电压的105倍, 会对电子器件产生破坏性损伤。当今世界, 电子技术日益渗透到工业和民用的各个领域, 由雷电浪涌带来的破坏也更加严重, 因此应从电子设备的制造、建筑物防雷设计、电子信息系统的设计等各方面互相配合, 防止雷击电磁脉冲的干扰。

屏蔽是降低电磁脉冲干扰的主要措施, 建筑物内可以分为若干防雷区, 每个防雷区的电磁环境要求也各不相同, 应按照电磁环境的要求, 在其外部利用建筑物的钢筋、金属框架、安装龙骨支架等形成一个笼式或板式的大空间屏蔽体, 局部区域电磁环境要求甚高时, 可在该房间四周墙体内埋入网络状金属材料进行屏蔽, 以降低电磁脉冲的干扰。

做等电位联结可以减小防雷空间内各系统或金属体之间的电位差。所有进入建筑物的外来导电物 (如各种金属管道) 、电力线、通信线都应在防雷区的界面处做等电位联结。首先是LPZ0A或LPZ0B与LPZ1区界面处, 因为该界面处雷击电磁脉冲的干扰最为明显, 为避免形成过大的感应环路, 最好在同一位置进入并做等电位联结, 若不在同一位置进入, 宜设若干等电位联结带, 这些联结带应就近连接到建筑物内部或外部设置的环形水平接地体上。各后续防雷区界面处的等电位联结和LPZ0与LPZ1区界面处的联结原则相同, 在界面处设一局部等电位联结带, 穿过界面的水管、通风管、汽管、热力管、通信电缆、电力电缆以及各种屏蔽结构等均应与局部等电位联结带相连通。

防雷区内部需要做等电位联结的内容, 一个是防雷区空间内正常情况下的非载流导体, 一个是电子系统的等电位联结。防雷区空间内的大尺寸导电物 (如电梯轨道、吊车、金属地板、金属门框架、设施管道、电缆桥架等) 应以最短路径连接到最近的等电位联结带, 各导电物之间宜附加多次互相连接;电子系统的所有外露导电物应建立等电位联结网络, 有三种方式, 一种是采用S形单点等电位联结网络和接地, 主要用于频率较低且范围不大的系统;一种是M形的多点接地等电位网络, 主要用于频率高延伸范围大的系统;当系统复杂时, 结合S形和M形的优点形成组合型的两种等电位联结网络[1]。电子系统的等电位联结网络有条件的情况下应与建筑物的共用接地系统连接, 一般在防雷区的界面处进行。

2.2 直接雷击

当雷电直接击中地面物体及防雷装置, 强大的雷电流流经防雷接地装置时, 会在引下线及接地体上产生一极高的瞬态过电压, 这种过电压可能对其他与接地极未作等电位联结的接地金属物体闪络放电。另一面, 放电过程中引下线上产生的极高瞬态过电压, 会对引下线周围不满足安全距离且未作等电位联结的金属物体反击放电[2], 因此等电位的联结必不可少。

3 结语

等电位联结投资的不过几根联结线, 且不需要复杂的维护管理工作, 却能够大大消除电击事故, 有效减少雷闪电磁脉冲对信息设备的干扰, 还能防止雷电流在接地极上产生的高电位向建筑物跳击放电, 避免引发事故。因此, 设计中必须做好等电位联结的设计。

以上仅是对等电位联结的粗浅认识, 在实际设计工作中, 必须依据国家标准和设计手册, 认真做好具体的等电位联结。

摘要：结合自身工作经验, 从防护间接接触电击和防止雷击效应两方面阐述了等电位联结的作用, 同时对等电位联结设计作了介绍, 并指出在实际项目中必须做好等电位联结系统的设计, 以确保供电安全。

关键词：等电位联结,间接接触电击防护,雷电感应,直接雷击

参考文献

[1]中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册[M].北京:中国电力出版社, 2005.

[2]《钢铁企业电力设计手册》编委会.钢铁企业电力设计手册[M].北京:冶金工业出版社, 1996.

[3]王厚余.低压电气装置的设计安装和检验[M].北京:中国电力出版社, 2003.

暂态地电位测试新方法 第10篇

暂态地电位测量法是一种新的技术方法, 高压电气设备发生局部放电一般分为外部放电和内部放电2种[1]。外部放电是指放电量往往先聚集在与接地点相邻的接地金属部位, 形成对地电流, 通过设备的金属外壳表面传到地下;内部放电是指放电量聚集在接地屏蔽的内表面, 电压、电流脉冲沿GIS金属外壳的内表面传播, 同时产生一个暂态电压[2]。因此, 如果屏蔽是连续时, 很难检测到放电信号, 但屏蔽层通常在绝缘部位、垫圈连接、电缆绝缘终端等部位出现破损而导致不连续, 高频信号从这些部位传输到设备屏蔽外壳而被检测出来。

鉴于此, 本文基于暂态地电位、局放测量技术, 设计并制作暂态地电位测量传感器。然后使用信号发生器和示波器, 对该传感器的性能和灵敏度进行测试, 根据测试数据分析, 对传感器加以改进。应用该传感器对GIS的局放信号进行测量, 并对测量结果进行记录和分析。

1 暂态地电位测量特点

暂态地电位测量技术已经在国内外受到了越来越多的重视及运用。总的来说, 该技术具有以下的特点。一是故障发现及时性。能够及早发现局放现象, 进而采取有效的维护处理措施, 可有效避免停机故障发生, 避免设备损坏。二是检测方便易行。能够在设备带电运行的状态下进行, 在线或者离线的局放监测都无需将设备停机, 只要在设备承受工作电压的情况下即可进行监测, 提高设备可用率, 提高用户供电可靠性。三是故障定位准确。在线监测与离线监测的结果相同, 准确的定位可显著缩短维修时间, 对于降低维修成本具有重要意义[3]。四是抗干扰性。监测灵敏度大大提高, 抗干扰能力强, 能够识别故障类型。

暂态地电位测量法能够实现对于封闭式高压开关设备进行局部放电信号的在线监测, 与传统的测试方法相比, 更能够提高发现设备绝缘缺陷的概率, 同设备巡视进行局放监测相结合, 更体现出巡视有效性, 发现缺陷并及时消除, 为最终实现长周期巡视提供技术方案和技术支持, 为以后设备状态检修提供可靠的数据分析和理论依据, 确保设备常态化运行, 保证供电安全[4,5]。

2 暂态地电位测量原理

暂态地电位测量法是一种新的技术方法。局放发生时, 外部放电量往往先聚集在与接地点相邻的接地金属部位, 形成对地电流, 通过设备的金属外壳表面传到地下。局放引起脉冲沿GIS金属外壳的内表面传播, 当屏蔽是连续时, 放电信号很难传出。但遇开口、接头等处的缝隙时就会传出设备, 此时电压、电流脉冲信号沿着金属外壳的外表面传播至大地。其特征为:瞬时电压值变化范围在毫伏到伏之间;存在时间较短;上升时间为纳秒级[6]。依据这些特征, 故采用电容性探测器来检测放电脉冲, 将探头放在正在工作的GIS外面。此暂态地电位法检测法为非侵入式检测局部放电活动, 其工作原理如图1所示。

3 暂态地电位测量设计方案

项目的设计方案主要包括3个方面, 一为传感器设计方案, 二为传感器性能试验方案, 三为GIS试验设计方案[7]。

3.1 传感器设计方案

3.1.1 传感器结构。

GIS金属外壳表面本身涂有一层绝缘涂膜 (如绝缘油漆等) , 即可作为绝缘薄膜, 根据外复电极法的原理, 外壳与金属电极之间要形成小电容, 所以在绝缘薄膜外再敷设一个薄铜片作为金属电极, 以满足外复电极法的基本原理 (见图2) , 该金属电极与绝缘薄膜之间形成一个小电容C0。当局放电引起的脉冲信号通过小电容C0耦合到设置的检测阻抗R0上 (见图3) , 再经过放大检查出来, 而小电容C0和监测阻抗对低频信号起到一定的隔离作用, 通过电容测量到的信号是泄露出的流动波所产生的电压差。此方法由于检测阻抗一段接电容, 另一端接地, 形成大环路, 易受外界干扰。改进方法是将2个电容传感器置于绝缘体的一侧, 一个与绝缘薄膜之间形成一个小电容C0, 另外一个形成耦合电容C1 (见图4) 。

为了方便设计制作的传感器在GIS上的应用试验, 可以用粘合剂 (AB胶) 把铜片粘在一段长约25cm的粘条上, 由于粘条较窄, 可以将2条并列粘在铜片上, 中间约5mm的缝隙恰好可以留出焊点位置, 这样传感器就可以更方便地固定在GIS表面。同时, 为了对GIS上放电信号进行测量, 就必须能读取信号, 为此对传感器结构进行改造。首先, 在铜片中央粘条缝隙处用锡焊上一条导线, 导线另一头伸入一小金属罩内, 并与金属罩的一端已固定好的BNC接头输入端相连。其次, 把电容C1焊接在BNC接头的输入端与地端之间。这样测量信号就可以通过BNC接头直接接入示波器, 便于实验数据的读取, 如图4所示。

3.1.2 传感器的参数设置。

根据外复电极法的原理, C0为绝缘薄膜与金属电极之间的等效电容, 其电容值大小与金属电极面积 (铜片大小) 有关。C0的值与金属电极面积 (铜片大小) 成正比, 金属电极 (铜片) 表面积越大, 则C0的值越大, 接收电信号越强, 效果就越好, 但此时C0上分压U0太小, 易受外界干扰, 不容易被测量到且测量误差较大。但如果铜片表面积太小, C0的值就越小, 此时杂散电容的影响较为严重且很难消除。因此, C0的值应取适当的值, 既能使电压大小满足测量的要求, 又能较好地避开杂散电容的影响。根据经验, 项目可取铜片表面积为5cm×10cm。为方便计算, 将传感器结构图合理科学地表示为等效电路图, 如图5所示。

由串联电容分压公式得出:

综上所述, 基于暂态地电位技术的基本原理, 绘制了传感器的结构图及其等效电路图, 并计算出了传感器的材料参数, 由此确定了传感器的设计方案。

3.2 传感器性能试验的设计方案

项传感器根据以上设计方案制作, 并对传感器性能试验设计, 对其性能进行测试, 以便满足GIS实验的要求。本设计方案主要包括三方面的内容, 一是设备选型, 二是信号测量和收集, 三是数据处理分析。具体的方案如下。

3.2.1 设备选型。

基于实验精度和数据分析方便性的要求, 本试验选用的设备仪器有SPF40型函数信号发生器 (100μHz~40MHz) 、RIGOL DS1102E型数字示波器及BNC头鳄鱼夹测试线。

3.2.2 信号测量和收集。为了提高传感器的适用性, 本方案分为正弦信号和脉冲信号两部分。两者分别采用函数信号发生器输入50K~30MHz的正弦扫频信号和上升沿与脉宽都较短的脉冲信号, 并测量传感器对一般适用性的正弦信号和模拟局放的脉冲信号的传输特性与灵敏度, 并对数据进行存储。

3.2.3 数据处理与分析。

首先, 用MATLAB软件对3.2.2中存储的信号数据进行快速傅立叶变换 (FFT) , 并对变换结果进行判断。若数据的FFT结果符合实验要求, 则予以采纳;否则, 查找原因并返回3.2.2的相应步骤, 重复测试该数据。然后, 根据FFT结果, 绘制出传感器基于正弦信号的传输函数的幅频特性和相频特性或者输入输出关系特性, 并进行分析总结。

3.3 暂态地电位传感器在GIS上的应用设计方案

在初步完成对传感器的性能测试, 并对所设计制作的传感器的各方面性能有所把握以后, 该传感器将被进一步应用于GIS上进行测试试验。具体的设计方案包括: (1) 根据实验原理, 结合实际情况, 选择相应的实验设备, 并设计线路连接方案; (2) 根据暂态地电位信号产生的原理, 在GIS上选择若干测试点, 进行正弦信号和脉冲信号的测试; (3) 使用示波器记录下实验数据, 并用MATLAB软件对数据进行处理。

4 结论

该设计方案较为合理, 能满足实验的要求。方案中对传感器性能的测试是整个实验的基础, 对于后期传感器在GIS上应用实验结果的优劣有相当重要的作用。采用函数信号发生器在GIS上产生正弦及脉冲信号后, 使用改造后的暂态地电位传感器对GIS表面的电信号进行测量, 进而得到该传感器在GIS上的特性曲线和频带宽度。用MATLAB软件对数据处理与分析, 并对变换结果进行判断。

参考文献

[1]李文书.封闭式组合电器GIS在线监测系统的设计与研制[D].北京:清华大学, 2005.

[2]卢毅, 松浦土.GIS局部放电的非接触在线监测[J].高电压技术, 1997 (13) :6-8.

[3]李晓春.传感器信号调理电路电磁兼容性研究[D].哈尔滨:哈尔滨理工大学, 2008.

[4]王胜辉.变压器局部放电在线监测高数数据采集系统的研究[D].北京:华北电力大学, 2003.

[5]张丽娜, 李广达.GIS局部放电检测仪的在线检测技术[J].电气制造, 2008 (8) :60-63.

[6]邱向群.GIS中局部放电检测技术[J].电工技术杂志, 1994 (1) :2.

电位差计 第11篇

【关键词】小儿；脑瘫痪；脑干听觉诱发电位

【中图分类号】R742.3 【文献标识码】A 【文章编号】1004-7484（2013）05-0659-01

小儿脑瘫是出生前到生后1月内各种原因引起的非进行性脑损伤所致的综合症，主要表现为中枢性运动障碍及姿势异常，是造成小儿运动功能伤害的主要原因之一。此外，还可伴有智力低下、抽搐、行为异常、视听障碍等损害。脑干听觉诱发电位（BAEP）是由声刺激引起的神经冲动在脑干听觉传导通路上的电活动，能客观敏感地反映中枢神经系统的功能。本文对95例脑瘫患儿进行BAEP检查结果进行报道，旨在了解脑瘫患儿脑干听神经通路损伤情况及脑干听觉诱发电位在临床诊断中的价值。

1资料和方法

1.1 临床资料

95例为我院2007年3月至2012年10月脑瘫康复住院患儿，年龄4个月～2.5岁，平均年龄1.5岁。其中男45例、女30例。诊断标准与分型参照1988年7月在佳木斯制定的标准。75例中，痉挛型57例，共济失调型6例，弛缓型8例，混合型7例；四肢瘫45例，双瘫17例，双重瘫18例，偏瘫5例。病因：新生儿窒息35例，感染史20例，早产7例，高胆红素脑病8例，不明原因14例。95例均常规做头颅CT检查。

1.2判定的标准

脑瘫的分型标准：①四肢瘫：四肢及躯干均受累，上、下肢严重程度类似； ②双瘫：四肢受累，但两下肢受累较重，上肢及躯干相对较轻；③双重瘫（包括偏瘫）：四肢均受累，但左、右两侧肢体的严重程度可以不一致。

1.3 检测的方法

患者有异常动作行为者入院检查后即进行BAEP检查。3岁以下患儿服用50%水合氯醛催眠，取仰卧位，用丹麦公司产KEY-POINT型肌电诱发电位仪，采用单极导联，记录电极置于颅顶中央，参考电极置于同侧乳突，刺激强度120dB，左上肢前臂接地，电极间阻抗小于5K/z，一侧耳通过隔音罩给予短声刺激。在标准短声刺激下，记录头皮获取的听觉传导通路平均电位活动。主要分析Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ波的峰潜伏期、波间期、波幅及Ⅴ/Ⅰ波幅比值。

1.4 BAEP异常判断标准

①各波潜伏期、峰间期延长≥正常对照组的2个标准差；②Ⅲ～Ⅴ波间期/Ⅰ～Ⅲ波间期>1.0；③Ⅴ波潜伏期两侧之差>0.3ms；④Ⅴ波幅/Ⅰ波幅<0.5。根据史玫[1]等介绍的标准，轻度异常为Ⅰ～Ⅴ波存在，但部分主波潜伏期和峰间期延长超过平均值的2个标准差；中度异常为仅Ⅰ、Ⅴ波存在，全部间期延长，波形不整；高度异常为Ⅰ～Ⅴ波分化不清或消失。

2结果

本文95例BAEP正常34例，异常61例，异常率64.21%。其中Ⅴ波波幅小于Ⅰ波0.5的5例，未见Ⅴ波2例。Ⅴ波潜伏期延长45例，其中同时伴Ⅲ-Ⅴ波间期延长的和Ⅰ-Ⅴ波间期延长的17例，同时伴Ⅲ-Ⅴ波间期延长14例。

95例中头颅CT未见异常47例，异常48例。未见异常47例中BAEP正常11例，异常36例。新生儿窒息引起脑瘫患儿35例中 BAEP 异常14例，影像学异常12例。早产7例中 BAEP 异常2例，影像学异常3例。感染史20例中BAEP异常15例，影像学异常13例。新生儿脑病8例中BAEP异常7例，影像学未见异常。原因不明 14例中BAEP异常7例，影像学异常6例。

此外，痉挛型57例中，BAEP异常者43例，占75.44%，而非痉挛型14例中，BAEP异常7例，占50%，两者相比有显著性差异（P<0.05），有统计学意义。

3讨论

在进行BAEP检查时是耳机发放短声刺激后10ms内记录到的6-7个阳性波。这些波存在多位点复合性起源可能性，但也可简单地认为Ⅰ波是听神经动作电位，Ⅱ波起源于耳蜗神经核，Ⅲ波来自脑桥上橄榄复合核与斜方体，Ⅳ波代表外侧丘系，Ⅵ波与Ⅶ波是丘脑内膝状体和听放射的动作电位波形。所以，Ⅰ、Ⅱ波实际代表听觉传入通路的周围波群，其后各波代表中枢段动作电位。Ⅰ波潜伏期代表听觉通路的周围性传导时间，而波Ⅰ～波Ⅴ波间潜伏期（IPL）系脑干段听觉中枢性传导时间，也代表脑干功能的完整性。

常规测试中，波Ⅰ～波Ⅴ等前5個波最稳定，其中波Ⅴ波幅最高，可作为辨认BAEP各波的标志。正常情况下，波Ⅱ与波Ⅰ，或波Ⅵ与波Ⅶ常融合形成复合波形。

测定95例脑瘫患儿的BAEP，异常48例，异常率50.53%。Ⅴ波异常即：Ⅴ波潜伏期延长，Ⅲ-Ⅴ波间期延长，Ⅴ波波幅小于Ⅰ波0.5或缺失，也就是提示脑干受损。而痉挛型组异常率较高，以Ⅴ波潜伏期、Ⅰ～Ⅲ、Ⅲ～Ⅴ波 间潜伏期延长和Ⅲ～Ⅴ/Ⅰ～Ⅲ波间潜伏期比值升高、Ⅴ/Ⅰ波幅比值降低为主，主要累及上橄榄核以上的高位脑干神经传导系统。脑瘫患儿中常并存听路损害，并多见脑干损害。所以测定脑瘫患儿BAEP可了解患儿的听路损害属周围性或脑干性，还可从脑干性受损的异常波型，结合临床，来协助对小儿脑瘫的诊断[2-3]。脑干听觉传导通路与脑干其他结构的发育基本一致，故BAEP检测不仅可反映脑干听觉功能的发育而且在一定程度上可反映出整个脑干功能的发育状态，用BAEP研究和临床诊断脑瘫患儿中枢神经系统发育有无异常也是可行的。

本文95例患儿的CT检查为阴性的47例，其中BAEP异常36例，尤其是8例病因为新生儿脑病的患儿影像均为阴性，而BAEP均异常，脑干有损。胆红素在新生儿血脑屏障受损情况下易通过该屏障在细胞膜处聚集、沉积，使神经元受损，阻滞细胞膜电位传导，影响脑细胞功能状态降低脑细胞能量代谢。脑干听觉通道对胆红素毒性作用特别敏感。未结合胆红素不但可在内耳毛细胞耳蜗核沉积，还可损害整个脑干组织，造成中枢神经听觉传导通路异常。而CT表现阴性，可能是：①、损伤较轻②、损伤部位比较隐蔽，如中脑。因此应用BAEP检查新生儿高脑病引起的脑瘫患儿其异常率高于其影像学。本文认为在脑瘫诊断中 BAEP和影像学可互补[4-5]。

4 结论

现阶段脑瘫的诊断主要是依靠围产期史及临床症状及体征，缺乏敏感性很高的检查方法。而脑瘫性患儿的早期诊断和干预是患儿预后的关键。大家都知道，通常功能性的改变往往先于解剖结构的改变出现，有时在临床症状尚未出现时即能检出。脑诱发电位检查方便、易行，对脑瘫的早期诊断、观察疗效、判断预后均具有很高的实用价值。

参考文献：

[1] 史玫，方红，阮卫红，等. 脑干听觉诱发电位在脑瘫患儿诊断中的意义[J]. 中国现代医生. 2008（26）

[2] 朱苏月，李勇. 脑干听觉诱发电位在早产儿脑损伤早期诊断中的意义[J]. 中国医药指南. 2011（31）

[3] 罗元芝，胡南，刘勇，等. 脑干听觉诱发电位检测在新生儿窒息脑损伤诊断中的价值[J]. 医学临床研究. 2008（02）

[4] 班亮阶，李雪斌.脑电图、脑干听觉诱发电位、视觉诱发电位在小儿脑性瘫痪早期诊断中的对比分析[J].中国医药导报。2012年23期。

[5] 冒青，杨冰竹，李同欢，等. 脑干听觉诱发电位在儿科的临床应用分析[J]. 遵义医学院学报. 2009（02）

作者简介：

李江雁（1984—），女，云南大理人，助理实验师，从事外科学、神经电位学及神经电生理方面研究；

基金项目：

大理学院科学与技术处资助校级青年项目（NO：QN2011028）；

通讯作者：

诱发电位仪系统设计实现方案 第12篇

诱发电位是对人体的特定部位施加一个刺激(声、光或体感刺激)所引起的人脑的微弱电位变化,又称诱发反应、事件相关电位[1]。诱发电位仪对于神经系统功能性异常的疾病有独特的检测诊断能力,是客观评价神经功能的重要手段,是现代临床医学诊断、科研、教学、法医学及预防医学等领域中不可缺少的仪器[2,3,4,5]。诱发电位信号极其微弱,通常只有0.3～20μV,由于容易被较强的环境干扰、电路板自身内部噪声淹没,同时人体的肌电信号、脑电信号、眼电信号等多种电生理信号的干扰更增加了诱发电位信号采集的难度。

目前,尤其在欧美、日本等发达国家,诱发电位研仪发技术较为成熟。文献[6]提出来了一种便携式、高集成度、超低功耗的听觉诱发电位设计。文献[7]采用LED刺激器、ADC模块、基于FPGA的信号处理器、采集模块、传输模块和多媒体控制系统的稳态视觉诱发电位仪方案设计。大量阅读国外文献集发现,国外诱发电位仪主要性价比性能较高,如输入阻抗在G欧姆数量级,等效输入噪声在0.1～2μV之间,共模抑制比在110～120 d B之间等。但国外产品价格昂贵,维修不便,操作较为复杂,而且核心技术垄断[8,9,10]。在国内,在硬件电路上从事诱发电位研发的为数不多。文献[11]论述了一种以FPGA为核心的微刺激器设计方案,这种微刺激器利用DDS技术,能够输出多种参数可调刺激电流,但是这种设计功能单一并且安全保护性不够理想。文献[12]采用USB控制器CY7C68013控制放大器、A/D采样、刺激器、与PC机通讯等整个系统,采用两级放大器电路,最大放大倍数60 000,A/D采用16位的AD976,采样率最高为100 kHz,采用光耦IL716和IL715进行信号隔离,该方案没考虑信号采集的实时性和同步性。文献[13]提出将信号采集控制、处理、传输、刺激信号产生等功能集成在一块FPGA芯片上的设计方案,但微伏级诱发电位信号信号检测不够理想,而且实现难度较大。

针对上述问题,本文采用微伏级信号检测技术,多导联高速数据同步采集技术和恒流电刺激技术,结合以双核控制器、刺激器、采集器为核心的硬件平台,设计诱发电位仪系统的方案。

1 系统总体设计框架

1.1 诱发电位仪设计指标

诱发电位仪主要功能有:体感诱发电位(SEP)检测,即电刺激,听觉诱发电位(AEP)检测,视觉诱发电位(VEP)检测。刺激参数如刺激频率、刺激强度、刺激持续时间、刺激脉冲宽度可控可调。放大器的共模抑制比大于等于105 dB,输入阻抗大于100 MΩ,频率下限范围0.01～10 Hz,频率上限有10 kHz、30 kHz两项可选。电流刺激器要求0～100 mA的输出电流,可以0.1 mA步进调节,刺激持续时间0.01～1 ms,刺激频率0.1～100 Hz。声音刺激器刺激声强范围0～135 dB,脉冲持续时间0.1～1.0 ms,视觉刺激强度范围20～1 000 ms,调节步进10 ms。

1.2 诱发电位仪系统框架

系统总体设计框架图如图1所示。诱发电位仪系统的总体框架主要包括五大部分:刺激器、数据采集电路、主控制器和PC机的数据处理四大部分。前两个部分的功能是产生刺激源以刺激人体,从人体检测提取诱发电位信号并对诱发电位信号进行三级放大、高低通滤波和实现对电路的控制调节等;能对噪声和干扰进行有效的抑制和消除,检测提取诱发电位信号,这是成功采集微伏级诱发电位信号的关键。后两个部分是以诱发电位信号处理为核心的数字电路,负责诱发电位信号的数模转换、接口通信、数据传输处理和显示等,以及计算机外围设备的传输控制。其中数据采集和数据的传输部分采用TI公司的TMS320VC5509处理器来完成,该部分是数据采集传输与刺激信号实时同步的成败关键;主控制器负责整个系统的控制调节;而本系统的PC机的数据处理是通过ARM控制的USB接口上传数据,由上层软件完成,在上位机中对下层模块进行控制和接收数据。

2 系统硬件电路设计

2.1 核心模块电路

(1)双核主控制器

主控制器采用双CPU结构:DSP数据采集系统和ARM数据管理系统,2个系统通过双口RAM实现通信,能够实现高速数据的实时通信。在主控制器电路中,DSP作为从处理器,负责数据实时同步采集和控制信号的传输,以实现对A/D,SPI接口,串并转换器NJU3718等电路的控制,从而实现对放大、滤波、刺激的控制。ARM采用LPC1850作为主处理器,负责系统的整机控制、通信管理与人机接口功能,以及实现对外围电路如刺激器,USB,通信接口等模块的控制,并向下层传输控制信号和控制参数,数据传输通过ARM的USB控制器将诱发电位数据传输至PC上位机,由上位机应用程序实现诱发电位信号的后期处理、显示、存储等功能。LPC1850两个高速USB2.0接口保证了ARM与上位机数据通信的可靠、高速。

(2)基于双口RAM的双核主控制器的实时通信

在本设计中,应用DSP采集数据,把采集到的数据传输到ARM,ARM与上位机通信,同时ARM也会传输上位机控制信息给DSP进行通信,因此解决DSP和ARM之间通信方式成为关键。串行通信方式通信速率不高,而且通信量不大;并行数据传输速度快,适用于短距离通信,但是并行传送方式对时序的要求很高,若时序与时钟不合拍,就会导致传输错误,时钟频率高容易引起信号线间的相互干扰,因此,并行方式难以实现高速化;直接存储器存取是DMA控制器从CPU完全接管对总线的控制,数据交换不经过CPU,而直接在内存与设备之间进行;DMA方式一般用于高速地传送成组的数据,但是两个处理器不能同时访问存储器;共享存储器的方式通常采用双口RAM来实现,它提供两套完全独立的端口,独立的地址、数据和控制线,两个处理器可以同时访问双口RAM。

针对本系统交换的数据量比较大且实时性要求比较高的特点,本系统采用基于双口RAM作为ARM与DSP的共享存储器来实现数据交换。IDT7026高速静态双口RAM,最快存取速度可达到15 ns,而且数据传输量大,可以实现高速实时的数据交换。双口RAM通信原理图如图2所示。

利用中断处理,双口RAM的实时通信等,采用ARM和DSP相结合的核心控制器硬件架构设计大大改善系统的实时处理数据性能和控制能力,提高了数据采集传输的实时性与稳定性,具有同步可控,易于实现,集成度高的特点。

2.2 刺激器电路

刺激部分分为听觉刺激器、视觉刺激器和体感电刺激器,分别受主控制器和上位机控制,并产生相应的外界源刺激信号,对人体进行刺激。刺激器的各项参数,如刺激模式、刺激强度、持续时间、频率等可调可控范围大。

(1)电流刺激器设计

本文重点介绍电流刺激器,电刺激器原理框图如图3所示。设计的电流刺激器是一个可独立的模块,它亦受操作面板和上位机的控制,其接口电路如图4所示,上位机修改配置或操作面板调控,通过主控制器与刺激器接口传输给刺激器以实现对其控制。

本系统设计电流刺激强度可以0.1 mA步进进行调节大小,最大输出电流100 mA,刺激持续时间0.01～1ms,刺激频率默认值1 Hz,可调范围0.1～100 Hz。为了保证刺激信号的恒定、可调,恒流电刺激器采用12位低功耗的DAC7541控制的电刺激电路,其量化误差仅为±1/2LSB。

电流刺激器设计安全最为重要,因此本系统采用光电隔离设计,实现人体的电气隔离,不但保障了人体的绝对安全,而且消除了地线中的干扰电流,另外还设计了刺激脉冲频率脉宽限制电路和过流保护电路,以充分保障刺激器的安全可靠。

(2)听视觉电路设计

听视觉刺激设计的基本设计思路类似电刺激器,听觉刺激器的主要工作原理即是数字频率合成的原理,即利用微电子化的数字频率合成实现的,主处理器控制听觉刺激的各项参数。

视觉刺激器也采用独立模块设计,不同之处在于视觉刺激器刺激方式多样,如字符,图像,棋盘格,LED闪光灯等,视觉刺激器的控制方式和电刺激器基本一样。视觉刺激器如图5。

2.3 放大采集电路设计

诱发电位信号放大采集部分包括诱发电位信号的放大、滤波、模数转换、通道选择、光电隔离、数据预处理和数据传输处理等电路结构,放大采集电路如图6所示。该部分电路实现了对放大倍数、滤波、选择通道、A/D采样频率和SPI通信等的控制,通过合理接地、屏蔽、去耦、系统内部干扰抑制等方法,有效地减少外部环境干扰和系统本身内部的噪声,抗干扰能力强,能够有效地采集到诱发电位信号,并对其进行放大和滤波,将放大滤波后的诱发电位信号转换成数字信号,通过SPI接口传入主控制器。

(1)放大滤波电路设计

诱发电位信号幅值很小,背景噪声和干扰即可将其淹没。在放大诱发电位信号的同时,若不能对这些噪声和干扰进行很好地抑制、消除和滤波,噪声也被放大,那么就无法采集到诱发电位信号。为了满足诱发电位的采集要求,设计电路使用隔离电路将放大滤波与采集电路分开,放大电路有很高的共模抑制比,很高的输入阻抗,并有高低通滤波电路滤除噪声。

本系统的放大电路分为三级,前置放大级、中级选择放大级和级联放大级,分别放大3l倍、1/1250～8倍和20.616倍,最大放大可达80 000倍,中级增益可调。同时在前置放大级和中间放大级之间设置高通滤波,高通滤波范围0.01～10 Hz,在级联放大级之后设置低通滤波,放大滤波后的信号经过A/D转换,送入光电隔离器及采集控制电路,放大滤波电路整体框图如图7所示。前置放大电路采用差动电路的结构,是为最大限度地提高输入阻抗及共模抑制比,该放大电路具有110 dB共模抑制比,高达100 MΩ的输入阻抗。采用低噪声高精度放大器和多级带宽滤波的放大滤波电路不仅可以降低系统自身噪声,而且可以有效限制干扰和抑制噪声。本设计可以满足微伏级诱发电位信号采集的要求。

(2)数据采集传输电路设计

诱发电位信号的采集电路采用一款16位单通道高精度A/D转换器LTC1609,采样频率最高可达200 kHz,LTC1609有一个高速串行接口,可以与DSP处理器进行SPI通讯,可准确、实时、高速传输采集数据,保证了四路的数据不会丢失。采用SPI传输协议形式是因为SPI是一种高速的、全双工、同步的通信总线,并且在芯片的管脚上只占用四根线,节约了芯片的管脚,电路设计简单,为PCB的布局上节省空间,提供方便。DSP提供的多通道缓冲McBSP(Muhichanneled buffered Serial Port)接口,功能强大,通过对其相关寄存器进行配置,可以与A/D模块可实现SPI总线方式的数据传输。作为一种高速串行接口,SPI的最高传输速率可达10Mb/s左右,而与A/D通信需求的通信速率是3.2Mb/s,因此满足通信速率的要求。电路原理框图如图8所示。

放大滤波电路的控制信号是由DSP通过串并转换器来实现的,控制信号由DSP串并输入串并转换器,串并转换器并行输出控制信号,实现对放大、滤波的控制,如放大倍数的选择,高低通滤波器控制。四选一的选择器控制放大器的四通道的选择。由于放大滤波器的控制信号多达60位,因此采用具有20位输出的串并转换器NJU3718三个串联,它高工作频率可达5 MHz,驱动能力强,较宽噪声容限,这样的设计可保证了每个通道的控制信号及时、完整、极少误差的传输。

(4)数据采集传输与刺激信号的实时同步

数据采集同步与实时处理是本系统设计成败的关键。DSP从处理器控制信号选择一路模拟信号,每隔3.08μs产生一次定时中断,即控制启动A/D转换,采样时间间隔为3.08μs。在进行数据采集的同时,DSP从处理器检测刺激反馈信号的状态,当检测到刺激反馈中断信号,DSP从处理进行中断记录,并将采集到的数据进行打标,送上层处理,PC机读取数据包的标记信号,以打标点的时间作为时间的起点对信号进行实时处理。采集频率最大200 kHz,刺激频率最大仅有100 Hz,刺激频率远远小于采集频率,在一个采集时钟周期内,只可能发生一次刺激事件或者没有刺激事件。DSP的主要工作是进行周期性的数据采集及刺激反馈信号的记录存储,利用DSP的快速中断响应机制,记录刺激器反馈中断信息只需要二十个时钟周期(不到0.1μs),这样可以保证刺激器反馈中断不会影响到正常的周期性采集定时器中断,又可以保证有足够时间进行记录刺激器的反馈信号,从而保证数据采集同步与实时处理。

3 软件设计

系统软件设计主要包括下位机程序设计和上位机应用程序。上位机和下位机软件设计流程如图9所示。

下位机程序设计:下位机的软件设计主要包括双核系统运行主程序、采集传输控制、通信接口等子程序。在系统上电后,主控板执行保存在FLASH存储器的程序,系统进行初始化,主控板进行初始化,从PC机下载主程序到主控板的SRAM存储器。

上位机程序设计:诱发电位仪的软件部分主要包括对诱发电位信号的数字滤波、工频干扰陷波、心电和眼电等干扰的滤除、诱发信号的叠加提取、刺激源部分的参数设置和功能参数控制以及诱发电位波形的图形显示界面等方面。

为了使用户可以在电脑上对设备进行操作控制的同时对采集到的数据信息进行显示,通过VC设计系统软件界面。上位机软件主要为接口软件,包括下达指令和数据传输,并将接收到的数据以文件形式保存。

4 结语与展望

为了检测本设计是否能满足设计的要求,分别进行了电刺激与采集放大电路测试。通过测试得到了以下结果。

图10是输入的电刺激波形。其输入电流的幅值、频率、脉宽可控可调。从这里可以证明该电刺激达到了设计要求,能够满足电刺激波形,并且电流参数可调的目标。图11是电刺激信号经过上层软件叠加处理后图形,在幅值与波形改变的情况下也可以输出稳定波形。本设计的电刺激器能够稳定输出所需的各种刺激信号。

图12和图13是四通道的采集放大器采集放大后的信号,其输入信号分别为50μV和100μV,从波形图中可以看出,采集到的信号频率接近5 Hz,幅值符合输入信号的幅值。即采集放大器的设计基本满足了设计要求。