平台压力范文

平台压力范文（精选4篇）

平台压力 第1篇

根据美国足部医学会统计,人一生行走的距离约为地球周长两周半以上,步行时足部所承受的地面反作用力达到体重的1.5倍[1]。据美国足踝整形外科学会统计,每六个人中就有一人脚部健康有问题,导致行走不便[2],因此足部健康值得人们关注。

通常,步态分析主要涉及4个方面:临床分析、动力学分析、运动学分析以及动态肌电图评估[3]。其中,动力学分析主要研究行走时足底和支撑面之间的相互作用力,即足底压力状态,由此可揭示人体在不同状态下的足底压力特征,即运动过程中足的动力学特性。事实上,该措施是对步态加以量化评估的关键环节,已逐渐成为现代医学中用以诊断病理足与评定足部康复过程的一种重要的生物力学方法[4]。

众所周知,糖尿病足部病变是其最常见的并发症,15%以上的糖尿病病人会发生足溃疡或坏疽,而其中14%~24%需要截肢治疗[5],这给家庭和社会带来了沉重的负担。足溃疡发生的最显著特征之一是病人足底压力异常增高和异常分布[6]。研究表明,足底压力增大可用于预测糖尿病足溃疡,二者之间的相关性高达70%~90%[7]。为采取有效措施预防糖尿病足发生,近年来有关糖尿病足的研究已从过去局限于周围神经病变和血管病变的研究,逐步向足底压力研究扩展,糖尿病患者的足底压力分析受到了日益广泛的关注。

此外,运动性疲劳[8]、脑性瘫痪儿童平衡能力[9,10,11,12]以及畸形步态[13]等,都在足底压力上有所体现。通过对足底压力的测量分析,可更准确地反映患者自然步行时的步态,从而为科学指导锻炼、减少运动损伤提供参考。

关于足底压力测量方法的研究,经历了如下几个发展阶段:对足底压力及分布做出定性判断的足印技术,基于光学反射原理的足底压力扫描技术,以及利用传感器的测力技术等。随着新型传感器技术的发展和计算机技术的广泛应用,足底压力测量技术逐渐成熟,指标越来越丰富,测量精度也有所提高,在临床医疗诊断及康复中的应用逐步普及。它能为临床足疾患者(如糖尿病足、畸形步态等)和特殊人群(如孕妇、老年人、小儿麻痹症患者等)的足底压力测量和步态特征分析提供技术支持,为足疾的功能康复、疗效评定和手术后效果鉴定提供客观评价。因此,对足底压力的研究由于测量技术的进步已逐步成为热点。

与此同时,可对人体健康状况进行实时监测的移动医疗(M-Health)技术正日益受到重视[5]。近年来,科学技术的发展显著改善了社会的医疗卫生状况,然而,根据世界卫生组织(World Health Organization)的报告[14],诸如心脏疾病、中风、癌症、呼吸道疾病以及糖尿病等慢性病,至今仍是引起死亡的最主要原因。大量的慢性病患者和比例不断增长的老年人口以及日益增加的医疗费用,将会给医疗事业带来巨大的压力,尤其对发展中国家更是如此。此外,随着人们健康意识和保健要求的不断加强,随时关注自身的身体状况已成为一种很普遍的需求。于是,提供一个能随时探测自身健康的环境,即移动医疗技术,就显得越来越重要[15]。

移动医疗技术通常包含传感器,用户终端以及服务器等。近年来,计算机和互联网在全球范围内已广泛普及。越来越多的移动计算设备,诸如智能手机、掌上电脑、便携式计算机等,可以通过可穿戴式传感器采集和处理数据,并借助声音或图像界面与用户进行交互。而且这些设备的尺寸、重量、价格也日益符合大众需求。其中,手机的普及率最高。根据工业和信息化部运行监测协调局2010年4月26日发布的报告[16],全国移动电话用户合计超过7亿7千万,移动电话普及率达到58.4%。而且,手机拥有简单可靠的用户交互界面,已经在一定程度上取代一些常用设备如手表、闹钟、日历等。以手机为交互载体,将其与个人健康检测相结合,可为患者及关注自身健康的人群提供十分便捷的途径。由于手机普及率高,直接应用可大大降低由此带来的成本,而其功能的日益强大也为这种结合提供了可能。

综合以上因素,本文通过集成蓝牙功能的单片机控制电路模块,将置于鞋内的压电传感系统与研制有Windows Mobile软件的手机建立连接,实现足底压力数据的实时无线获取及传输,可实时显示动态压力曲线,并将数据存储以及查看历史曲线等。该系统利用常见移动设备与用户交互,易被广大用户接受,且利于数据的管理,并可借助手机的通信功能对系统作进一步拓展,已展示出一定的临床及日常应用前景。

1 单片机控制电路模块简介

本文所述足底压力监护系统是在集成蓝牙功能的单片机控制模块工作基础上完成的。该模块的硬件电路如图1所示,可在处理器芯片控制下,通过数据采集模块采集生理数据,并将其存储于数据存储模块中,其通信接口包含与PC通信的miniUSB接口以及可与手机通信的蓝牙模块。

2 系统实现

2.1 传感器及A/D转换电路

系统所使用的传感器内部是一组半桥应变片(图2)。使用方法可以有以下三种:使用一只传感器配合外接电阻组成全桥测量,量程为一个传感器的量程50 kg;使用两只传感器组成全桥测量,量程为两只传感器的量程之和,即100 kg;使用四只传感器组成全桥测量,量程为四只传感器的量程之和,即200 kg。为确保量程,本文使用两只传感器接成全桥测量。

文中采用的A/D芯片型号为HX711,是一款专为称重传感器而设计的24位A/D转换器芯片。该芯片集成了稳压电源和片内时钟振荡器。通道A的可编程增益为128或64,对应的满额度差分输入信号幅值分别为±20mV或±40 mV。通道B则为固定的64增益,用于系统参数检测。

半桥式传感器与A/D连接的单层PCB板设计板如图3所示。该电路可直接与现有控制和蓝牙模块连接,由此实现压力数据的无线发送接收(图4)。

2.2 Windows Mobile系统蓝牙通信

Windows CE支持基于两种传输技术的个人局域网(Personal Area Network,PAN)连接:红外和射频[17],其中射频网络标准为蓝牙标准。典型的Windows Mobile设备提供的蓝牙功能包括对象交换、文件传输和免提或者无线耳机的服务。

2.2.1 蓝牙协议栈

蓝牙协议栈体系结构如图5所示。它是由底层硬件、中间层以及应用层三大模块组成。底层模块是蓝牙技术的核心模块,其与上层(软件)模块之间的消息和数据传递通过蓝牙主机控制器接口(HCI,Host Controller Interface)完成。主机运行HCI层以上的协议软件实体,而HCI以下的功能则由蓝牙设备来完成。

应用程序可采用两种方法和蓝牙协议栈进行交互:Winsock API和虚拟串口。采用Winsock API时,应用程序使用标准的Winsock函数来打开和蓝牙协议栈相关的套接字,通过WSAxxx系列函数完成控制。数据传输采用标准的套接字send和recv函数。应用程序操作蓝牙的另一个方法是通过虚拟串口。通过这个方法,应用程序加载一个蓝牙独立串口驱动。对协议栈的控制通过对COM驱动的DeviceIoControl调用来完成。调用WriteFile和ReadFile函数,通过COM端口从蓝牙连接读写数据。

另外,Windows Mobile系统提供设备和服务发现的功能,可直接加以利用。

2.2.2 通过虚拟串口进行蓝牙通信

使用Winsock和虚拟串口操作蓝牙协议栈均要求其中一个设备是服务器,而另外一个设备是客户端。服务器的职责包括加载驱动程序、打开驱动程序、决定指派给端口的RFCOMM通道等。Windows Mobile系统可直接为蓝牙设备分配串口,简化了步骤。

在分配好虚拟串口后,与一个串口交互涉及打开串行设备驱动程序以及与其通信。与传统的大部分现代操作系统一样,Windows Mobile中的应用程序是通过文件系统API访问设备驱动程序的,使用的函数包括:CreateFile,ReadFile,WriteFile和CloseHandle。

(1)打开和关闭串行端口

串行端口使用CreateFile函数打开。关闭串行端口时调用CloseHandle函数,与关闭文件句柄用法相同。

(2)配置串行端口

利用CreateFile成功打开串口后,还必须对串口的波特率、字符长度等进行配置。一般使用GetCommState和SetCommState来实现。另外,可以用SetupComm函数来设置串口内部的输入和输出缓存。

(3)设置端口超时值

超时值是指在ReadFile和WriteFile函数自动返回之前,Windows Mobile等待读或写操作的时间长度,控制函数为GetCommTimeouts和SetCommTimeouts。

(4)读写串行端口

成功打开串口后,读写串口使用Re a d Fi le和WriteFile函数。

值得注意的是,由于Windows Mobile不支持重叠(Overlapped)I/O,因此若尝试从主线程或已经创建了一个窗口的线程里读写大量串行数据,这些线程负责处理的其他窗口消息队列将被相对较慢的串行读写操作阻塞。操作中应使用单独的线程来读写串口。

(5)多线程异步串行I/O

虽然Windows Mobile不支持重叠I/O,但可以使用多线程来实现相同功能的异步操作。

在使用单独的线程来处理读写串口之外,Windows Mobile支持WaitCommEvent函数,其功能是阻塞一个线程直到某预先设定事件发生。要等待某一事件,首先需要通过SetCommMask来设置事件掩码,该函数参数是串行设备的句柄以及一些事件标志的组合。

2.3 蓝牙通信软件实现

在本研究中,将串口通信相关函数封装为CSeria类,主程序采用对话框方式实现,实现了串口设置、连接、断开、读取数据的存储、双缓冲区波形显示以及数据采集的暂停和继续以及压力过大报警等基本功能。

3.3.1 串口类封装

为简化串口操作,本研究将以上所述串口操作封装为CSerial类,提供了较简单的操作接口。

(1)打开串口

CSerial类中,将打开串口以及对串口进行配置的相关函数放入Comm_Open函数中:

该函数形参为串行端口序号以及与端口配置相关的参数,如波特率、校验、数据位等。调用该成员函数时,实际完成的工作包括检查串口是否已打开、打开串口、设置缓冲区、配置串口、设置串口超时值和清空串口缓冲区,其中完成这些功能的函数都单独封装成类的成员函数。打开串口函数在串口打开和配置成功时返回值为TRUE,否则显示相应错误提示信息,并调用Comm_Close函数关闭串口。

(2)串口数据处理

当串口接收数据成功时,若数据需要进行预处理或与其他线程进行通信,可调用Comm_Process函数,对数据进行格式转换,用SendMessage函数发送消息等。

(3)清除串口缓冲区内容

BOOL CSerial:Comm_Clear(DWORD dwFlags);该函数调用PurgeComm函数,清除当前串口输入和输出缓冲区。

(4)关闭串口

void CSerial::Comm_Close(void);该函数在检查串口已经打开的前提下调用CloseHandle函数,若关闭失败,则将串口句柄置为INVALID_HANDLE_VALUE。

以上概要阐述了如何对串口类进行封装,通过CSerial类的封装接口,简化了对串口的相应操作过程。

3.3.2 主程序实现

为实现压力数据传输的实时文字和波形显示,并尽量完善软件功能,设计友好软件界面,主程序采用对话框(CPressureMonitor类)方式,具体实现如下。

(1)成员变量

使用CSerial类的对象作为CPressureMonitor类的成员变量,以便于程序内部对串口进行操作。

(2)串口设置

在Windows Mobile系统中为温度监护蓝牙设备分配好串口后,主程序中可设置串口相关参数,该功能通过CDlgCommSet对话框类实现。

(3)串口连接

在完成设置后,可通过指定串口与蓝牙设备进行连接,并将设置参数传递给CSerial类中的串口配置函数。由于本文研制程序的目的在于实时记录蓝牙传送数据,故在串口连接成功后,应创建文件,文件名为当前系统时间,以防覆盖其他数据。

(4)串口数据读取

据前文所述,串口数据读取操作应采用多线程的方式实现。在串口连接成功后,创建串口数据读取线程CommReadThread。在该串口读线程中,首先通过SetCommMask函数设置事件掩码。本程序中将事件掩码设置为EV_RXCHAR,即事件为接收到一个字符。然后用WaitCommEvent函数等待事件发生,即等待串口接收到一个字符。读取成功后,便可调用Comm_Process函数对接收到的数据进行格式调整。格式化后,向主线程发送WM_COMM_RECV消息,以进一步处理。

以上过程一直循环直至串口被关闭。

(5)压力数据处理和显示

主线程捕捉到由串口读取线程发送的W M_COMM_RECV消息后,响应OnMyRecv函数。该函数中,将接收到的字符作为形参传递给RecvShow函数,

RecvShow函数主要实现数值和曲线的实时显示。对于曲线显示,本程序界面只显示最新30秒压力曲线,并同时允许用户拖动查看历史曲线。

本程序显示的波形界面要求实时更新曲线,并且界面中应包含坐标刻度以便及时观察和读取数值。为实现以上功能并防止出现绘图闪烁的情况,本文采用了多缓冲区的方法。

在本研究中,由于除了曲线本身,还需要绘制格子便于读取数值,故应创建两个内存DC。将绘制好的曲线图形添加到一个DC上,即得到包含格子与曲线的波形图,再将其复制到屏幕DC上,即完成整个波形绘制过程。另外,坐标轴的坐标范围可根据当前屏幕显示内容自动调整。

(6)压力数据存储及历史数据浏览

本研究通过边采集边存储的方式,实现压力数据的存储功能,存储的文件以开始采集时的时间为文件名。在软件界面中,可以用打开数据文件的方法,浏览采集到的历史数据波形和数值。

3 实验数据采集和初步分析

该压力传感模块需要对采集的数据进行定标。由于该传感器的响应一般呈线性,故可通过测量若干不同质量物体的传感器响应,来标定响应曲线。

我们对三种不同质量的物体进行了测量,所得结果如表1。

在传感器压力为0时,其响应值应为0(在本研究中,由于传感器本身存在一定漂移,导致系统在压力为0时,需要经过一段时间后,响应值才可稳定在0左右)。根据上表所测数据,可近似得到压力传感器的响应曲线方程如下:

M=1.2G10-5 kg

其中,G为响应值,M为所测质量。

确定响应曲线后,即可进行足底压力数据采集。

根据初步实验采集到的足底压力数据显示,正常步行与跑步时的足底压力存在明显区别,如图6所示。从中不难看出,压力幅度较大、波峰较密集处代表跑步过程中所测得的数据。注意跑步时波形中出现有压力值突变的情况,此为跑步姿态发生改变所致。于是可根据压力值变化情况来判断步态是否正确,从而为体育运动或康复训练等的效果评定提供一种十分便捷的依据。

4 讨论

本研究中,足底压力分析系统所使用的压力传感器本身存在一定的漂移现象。系统启动后,当传感器所受压力为零时,传感器响应需经过一定时间后才可稳定为0。同时传感器体积稍大,今后需进一步采用微型化传感器代替。另外,临床足底压力分析涉及足底多个不同部位,而本系统仅为单点压力,此方面功能有待进一步研发。

研究显示,新型器件可应用于糖尿病足、运动性疲劳、脑性瘫痪儿童平衡能力以及畸形步态等的研究。而目前临床上的足底压力测试系统尚无法对患者正常步行时的足底压力进行动态连续监测。本文提出的方法将压力传感器置于鞋底或鞋垫内,对人体无任何干扰,患者可自由步行,且数据可通过蓝牙进行无线传输到手机中予以直观显示,从而更准确、方便地反映患者自然步行时的步态。

5 小结

平台压力 第2篇

6月24日，叶春荣告诉《IT时代周刊》，为了帮助东莞台商转型，进入大陆内销市场，东莞台协决定设立一个批发大卖场，建立共同的销售平台。叶春荣说他目前正在负责筹备此事。

依据规划，叶春荣的批发大卖场选址东莞道溶镇，且已经与当地政府谈妥了一块200亩的土地，目前正在面向台商公开募股，有意向的台企都可以选择加人。而大卖场在建成以后将集中销售台湾的产品，包括从台湾进口的商品，及大陆台商用于转型内销的商品。叶春荣的想法是这样的批发大卖场能够在大陆成立10个左右。

东莞台商协会希望借此举帮助当地那些缺乏自有品牌的台资企业推销产品，转型内销。如果成功，这种模式将有望推广到全国。

“如果再不想办法找出路，一些在东莞的台资中小企业情况将持续堪忧。”叶春荣说。

必须抱团

“2007年，大陆多次调整出口退税，人民币升值20％，再加上2008年《劳动合同法》的实施，一系列政策叠加，对外销企业造成很大冲击。眼下，原材料不断涨价，富士康又在近日两次涨薪，不少口袋不深的台企已过不下去。”叶春荣告诉本刊记者。

据了解，全球第二大代工企业伟创立在珠海的代工厂近期也出现了罢工。富士康二次加薪的第二天。深圳富士康附近的台企美律电子厂1000多名工人就因不满加班要求而集体罢工。

在罢工的员工看来，他们的诉求很简靳艮直接：我们要有与富士康一样的薪资。但富士康负担得起的薪资，其他厂商则不一定。

郭台铭的加薪，让大陆台商的产能转移和转型更显迫在眉睫。而从出口走向内销，被视为台商转型的重要路径之一。

正如此前艾美特电器副董事长蔡正富所说：“如果昨天没有做内陆市场，今天就一定要做；如果今天不做，明天就要后悔。”

为了试探内销市场是否对口台湾商品，台企先后在天津、东莞举办了两场名品博览会，面向大陆的批发商、渠道商及普通老百姓。结果令所有台商兴奋，天津和东莞两地市场对其作出了超乎寻常的积极反应。

叶春荣说，尝试集体销售是台商转型中的重要一步，下—步就要看大卖场了。

与港商相比，在大陆的台商约80％属于加工制造业，且小企业众多。“小企业转型，谈何容易，要面对品牌建设的成本、渠道的成本等。而小企业既没钱又没人，怎么办?”叶春荣认为现实的出路就是，台企要转型。必须抱团走，而且要分步走。建造批发大卖场，就是中小台企在大陆抱团前进的—个策略。

东莞广声五金塑胶制品有限公司也参股了批发大卖场。“很多台企都已经人股了。”该公司董事长翟所领认为，大卖场给想做内销，但还没有能力创立自己品牌的工厂—个很好的机会。“大家在这里不必担心销售渠道的问题，也不必担心繁琐的售卖程序。大卖场是现金交易，资金回笼也很快。”翟所领说。

相对中小台企匆忙间转型，对于少数具有实力的大企业来说。它们早已开始谋划自己的内销模式。东莞台商协会上一任会长、台异国际集团董事长郭山辉，在东莞台商圈子中被公认是转型最为成功的典范，据台异国际的工作人员透露，他们已经成立了内销团队，且由郭山辉直接统领。

更早人局者还有家电行业的艾美特。自1993年开始，艾美特就开始了转型之路，从5070的内销比例做起，投入3000万元人民币建立研发中心。如今，内销已占据该公司年销量的半壁江山，每年自行开发新产品超过200种，2008年企业销售收入高达8亿元人民币。

回流成为话题

生产线西进也是台商面对人工成本上升，进行产业调整的手段之一。

英业达是惠普笔记本电脑的主要代工厂商，英业达董事长李诗钦表示。工厂将加速移往内陆，英业达重庆厂区的建置顺利进行，估计11月即可进入量产阶段。

在大陆雇有3.5万名员工的全球最大电脑键盘制造商群光电脑，也准备前往重庆觅地建厂。该公司执行副总经理吕进宗告诉本刊记者：“人工成本上升。是中国经济发展的必经途径，我们当然会受冲击，但是要赶快调整。”

将生产线复制到西部毕竟是被动做法。台北经营管理研究院院长陈明璋称，台商必须承认。转型升级是不得不走的路。企业应该早下苦工夫，不断创新产品，这样既能摆脱微利的压力，又能创造价值，自定游戏规则。

有企业向内陆人力成本更低的地方转移，另有一部分企业也在考虑是否回台湾发展。据台湾岛内媒体报道，目前，有意回台投资的电子企业至少有3家，就连鸿海集团也要岛内经济主管部门协助寻找新厂址，发展高阶生产线。一时间，台商会否大批回流成为岛内舆论话题。

6月10日。台湾裕隆集团总裁严凯泰在“2010台湾浙江经贸文化合作论坛”上表示，企业的经营不是只看薪水而已，外界最近一直在讨论大陆员工加薪潮，认定台商都该撤离大陆市场，这种论调“很肤浅”。

台湾工商协进会理事长黄茂雄也表示，现在台湾的薪资还是比大陆高，他不认为大部分台资企业会回流。

惊动国台办

台资企业面临的转型压力正在引起国台办的高度重视。据知情人士介绍，国台办已于日前发文给各地台办要求他们进行台资转型专题调研，试图为决策部门寻求第一手资料。

调研显示，转型与转进已经成了传统制造型台资企业的两条腿。迁移阵地也是很多台资企业存活必由之路。目前，很多台资企业正在向内地和东南亚转移。但是，新工厂所在地的人力资源及基础设施和市场都将发生很大变化，使得台资企业集体转移还存在巨大困难。

台资企业并没有出现从沿海向内地集团军式的整体迁移，一些向东南亚转移的台资企业也是雷声大雨点小，包括正在越南投资的富士康的资本金也没完全到位。“当地找不到足够的熟练工人和配套的基础设施，以及完善的产业链，这些都制约了他们的转移步伐。”分析人士表示。

清华大学台湾研究所台资企业研究中心近期相关研究报告则显示，台资企业转型存在分化现象。以电子IT产业为主的台资企业转型压力相对较小，昆山的台资电子企业甚至没有减产转型迹象。“不过，它们(台资电子企业)的研发投入在增加，现在很多在大陆的台资企业跟它们在台湾的母公司研发投入都达到了5：5，这在过去是没有的。”清华大学台湾研究所台资企业研究中心主任李保明认为这是好现象。

6月18日，台达电位于苏州吴江的科研大楼揭幕。据称，这座科研基地除了拥有国家级实验室，还将会吸纳集中更多研发与技术能力于其中，以提升台达电在大陆整体科研水平。

与上述本身属于高科技产业的电子台资企业相对照的是，一直处于低端的众多传统中小型制造业台资企业正面临着生死存亡之境。

平台压力 第3篇

在人体行为及运动研究中,在不考虑器械和重力的情况下,地面支撑力是唯一的外力,是人体实现各种运动的动力。准确获取地面支撑力(ground reaction force)有着极其重要意义[1]。目前,检测地面支撑力的测试系统主要有测力平台(板)系统和鞋垫系统,其中又分为只检测垂直地面反作用力的单向检测系统,能够同时检测人体所受垂直、侧向及前后方向地面反作用力的三维测力平台系统。三维测力平台系统依据采用不同的力传感器而划分为压电式与应变式2类测力平台[2,3]。当今国际上测力平台的主流产品来自Kistler、AMTI、Bertec等3家公司[4,5,6,7],国内产品来自于大连理工大学体育科研所和合肥智能机械研究所2家研制单位。其中,大连理工大学体育科研所的DLUT6040-1压电式测力平台因具有良好的动态性能,已应用于生物力学、工程学、医学研究等诸多领域,其相关研究在动态力测试分析中有众多成果发表[1,3,8]。

压力中心(center of pressure,COP)是指物体间接触时因外力产生压力的合力作用点位置,是一个想象中的虚拟点。人与地面接触时,压力中心表现为人体向地面施加压力的作用点。已有研究表明,压力中心轨迹的变化与下肢关节周围肌肉的变化及整个身体重心运动相关联,人体双脚的压力中心曲线直接反映了踝肌肉的神经控制和施力模式[9]。通过检测设备获取人体压力中心的变化,可以提供有关常态或病理状态下人体对姿态控制的相关信息,在评价人体站立平衡、步态分析中尤为重要[2,4]。目前,检测人体运动时的COP已成为测力平台具有的一项重要功能,同时,测试的信度和精确性又是评价测力平台的一项重要指标。压力中心相关研究在国外非常普遍[10],近年国内也有所报道,但对于应用测力台检测压力中心的精确性和敏感性的检验国内尚未见报道。本文从COP应用视角分别以静态和动态2种方式在测力平台表面不同位置施加外力,将加载力的数值及对应位置与测力平台系统输出变量等相关数据,通过对比分析,验证DLUT6040-1压电式多分量测力平台系统COP算法的精确度,检验压电式测力平台评定压力中心的信度,为其推广应用提供参考依据。

2 研究对象与方法

2.1 系统原理及COP算法

如图1所示,测力平台系统主要工作原理是当外力作用在平台时,通过压电传感器的感应输出与力值大小成线性关系的电荷量,经电荷放大器放大处理转化成相应的电压量,通过A/D采集卡把电压值转化成可识别与计算的数字量,通过标定获取精确的瞬态数值。然后由测力平台软件分析系统对通道数据进行力学计算与分析,获得力、力矩、扭矩、力角、冲量和力作用点等数据,在此基础上即可计算压力中心,给出各种结果数据的曲线图,可非常直观地分析人体的运动过程中各变量的变化特征,为人体运动分析提供科学依据。

结合图1先分析压力中心的算法。由于力作用点P(x,y,z)在力台表面,所以Pz=0,只需要求出Px和Py。利用测试原理推导出力台平面上力作用点P(x,y)的x轴坐标、y轴坐标见式(1)和式(2)。式中,az为常量,是力台表面到4个传感器所在平面的距离,因为力台的类型不同而有所不同,此处az=6.3 cm。式中Fz不为0,当Fz=0时,力台空载,没有力作用点。

从式(1)、(2)中可见,力的作用点位置坐标值也就是压力中心,仅与三维力数值大小及力矩有关。

2.2 试验方法

为了避免人体站立对地面施力时肌肉及神经系统的调节影响,本研究选用专用设备在测力平台表面加载恒定外力,分别以静态和动态2种方式在测力平台表面不同位置施加不同数值力,力求客观验证。测量其实际位置、加载力数值与测力平台系统输出的Px、Py及各方向力数值等多组数据,通过对比,可以验证系统COP算法的精确度。

静态加载方式采用自制加载装置,设计时为确保垂直加载减少向间干扰,采用精密传动轴承,另外在装置4个角上各有一个可调整旋动螺栓。加载轴与力台接触面间采用钢珠接触,这样可以保证加载的精确度和减少向间干扰。测力平台表面为40 cm60 cm,本研究在测力台面上共选择45个作用点,基本覆盖了测力平台表面(如图2所示)。首先在测力平台表面测量好45个点的坐标位置,并用描图工具标记清楚,描绘点误差0.10 cm,记录平面上各描绘点位置坐标(xi,yi)。试验过程中通过对每个点分别进行196、392、588 N等3个不同重量级的z向加载,稳定后存储测力平台软件输出的各点相应坐标位置(xi′,yi′)和对应力数值Fz。

人体行走足支撑期可以近似为是以足各机能解剖区为支点沿地面滚动,与平面上铅球滚动类似。本研究动态加载方式采用标称为71.1 N和39.2 N的铅球,铅球表面涂抹灰粉。在测力平台上任意点向另一方向进行滚动,通过力台表面的灰粉痕迹,记录其轨迹坐标数值(xi,yi),同样将测力平台系统采集的动态点相应坐标位置(xi′,yi′)和力数值Fz进行存储。

每次测试分别在动态和静态对各点重复进行测试与分析。在同一周内由2位检查者分别进行2次测试。

2.3 统计学分析

将实验中记录数值和测力台分析系统软件存储的数值导出对应整理后,应用SPSS10.0统计软件包对结果进行统计分析。

通过对2次测试之间的结果进行内相关分析(intra class correlation coefficient,ICC)来检验压电式测力平台评定压力中心的信度。

3 结果与分析

3.1 相关分析

将针对图2所示预设的45个检测点2次测试的数据进行内相关分析,结果数值呈高度相关性(ICC=0.89~0.96),表明压电式测力平台评定压力中心的信度稳定,可靠性好。

3.2 静态试验

测力平台系统输出压力中心与误差分析。在测试的45个检测点中选择能够基本覆盖测力台有效测量范围的9个代表点,如图2中标注的1~9个数码所示。试验中记录的每个点分别施加196、392、588 N等3个不同重量级的z向加载时,系统输出的是各点z向力数值和相应的坐标位置数据。为了将平面内各点位置的二维坐标清晰列在数据表中,将系统输出坐标值减去力台表面预设各点位置坐标值,只取坐标差值,即Δx=xi′-xi,Δy=yi′-yi,进行变换整理后建立数据表1~表3。

从表1~表3可见,9个检测点压力中心的x方向坐标最大差值为0.6 cm,最小差值为0.06 cm,平均差值为0.23 cm;y方向坐标最大差值为0.7 cm,最小差值为0.02 cm,平均差值为0.35 cm;随着重量级的增加并没有出现压力中心坐标位置偏差值的增大,但是通过数据可以得出y方向的坐标偏差值大于x方向的坐标偏差值。压力中心y方向坐标差值相对较大一些,最小差值为0.02 cm,最大差值为0.70 cm,平均误差为0.48 cm,加载重量级改变时平均误差为0.14 cm。总体来说,COP坐标在x方向上最大误差0.60 cm,y方向上最大误差0.70 cm,y方向的坐标差值大于x轴方向的坐标误差。原因可能是力台表面为40 cm60 cm的长方形结构,y向距离较长,造成计算y方向位置时的差值稍大。但与其他同类产品相比,该差值还是相当的小[11,12]。当加载196 N时,平均差值为0.23 cm;加载392 N时,平均差值为0.20 cm;加载588 N时,平均差值为0.26 cm。可见此测力平台在计算COP时,重量级的改变对坐标位置误差并没有太大影响。

另外,输出测力值与加载力实际值最大差值为5.96 N,最小差值为0 N,平均为1.66 N,经计算最大误差为1.50%,最小误差为0.00%,平均为0.46%。各点加载196 N时,实际值与测量值最大差值为1.96 N,最小差值为0 N,平均为1.07 N,经计算最大误差为1.01%;加载392 N时,最大差值为5.96 N,最小差值为0 N,平均为1.97 N,经计算最大误差为1.5%;当加载588 N时,最大差值为4.9 N,最小差值为0 N,平均为1.96 N,最大误差为0.83%。

可见,随着力台x轴各测点加载力增加,系统测试力数值误差并没有改变,且重量增加时,也没有产生误差增大的现象。表明此系统在压力测量方面具有卓越性能,这是由压电晶体传感器所独有线性特点所决定的。

3.3 动态试验

分别以71.1 N和39.2 N等2个级别的铅球在力台上滚动(如图3所示),在轨迹上任意取6个点作为COP实验测量点,同样令Δx=xi′-xi,Δy=yi′-yi,数据整理见表4、表5。

使用71.1 N铅球时,实际值与测量值最大差值为1.68 N,最小差值为0.53 N,平均差值为0.97 N,经计算最大误差为2%,最小误差为0.7%,平均误差为1.3%。39.2 N重量级铅球滚动时,实际值与测量值最大差值为0.79 N,最小差值为0.43 N,平均为0.34 N,经计算最大误差为2%,最小误差为1.0%,平均误差为0.8%。可见动态状态下力台表面各点的力值并没出现误差增加的现象。加载71.1 N铅球时,x轴实际坐标与测量坐标差值最大为0.24 cm,最小为0.06 cm,平均为0.15 cm,y轴实际坐标与测量坐标差值最大值0.31 cm,最小值为0.02 cm,平均值为0.21 cm。

当加载39.2 N铅球时,x轴实际坐标与测量坐标差值最大为0.31 cm,最小为0.05 cm,平均为0.17 cm;y轴实际坐标与测量坐标最大值为0.31 cm,最小值为0.12 cm,平均值为0.21 cm。由数据可知,2种不同重量级下的COP坐标位置误差基本保持一致。与静态验证相比,COP的位置计算误差偏小,这也验证了压电式测力台更适合对动态测量的特性[2,12]。

4 结论

从上文对DLUT6040-1压电式多分量测力平台系统压力中心计算精确性与信度试验,可得出如下结论:

(1)所有测试点2次测试结果的测试数值均呈高度相关性,压电式测力平台评定压力中心的信度稳定,可靠性好。

(2)动静态验证时,系统计算输出力的数值达到了较高精确度,在压力中心位置坐标计算方面精确,并且随着重量级别增加,压力中心并没有产生坐标位置偏差增大。动态验证与静态验证相比,COP输出力值的计算误差基本没有显著差异。

(3)经过定量、客观地试验表明,应用压电式测力平台评定压力中心具有很高的精确性,可为各群体人体步态研究及矫形康复行走机能评定提供检测依据,可进一步推广使用。

参考文献

[1]邹继豪,袁庆成.人体动态力的实验研究[M].大连:大连理工大学出版社,1990:37-38.

[2]卢德明,王云德,严波涛.运动生物力学测量方法[M].北京:北京体育大学出版社,2001:44-45.

[3]张贻恭,刘恩福.晶花传感器及其在大力值测量中的应用[J].辽宁工学院学报,1999,19(5):1-5.

[4]Ekdahl C,Jarnlo G B,Andesson S I.Standing balance in healthy subjects[J].Scand J Rehab Med,1989,21:187-195.

[5]Hall M G,Fleming H E,Dolan M J.Static in situ calibration of force plates[J].Journal of Biomechanics,1996,29:659-665.

[6]Gill H S,O′Connor J J.A new testing rig for force platform calibra-tion and accuracy tests[J].Gait&Posture,1997,5(3):228-232.

[7]Gustav H,Gautschi.Piezoelectric Multicomponent Force Transduc-ers and Measuring Systems[M].Switzerland:Kistler Company,1978:27.

[8]元文学,孟昭莉,刘海斌.多分量压电晶体测力平台系统静态标定方法的研究[C]∥第十一届全国运动生物力学学术交流大会论文汇编.成都:运动生物力学分会,2006:136-137.

[9]Winter D A.Human balance and posture control during standing and walking[J].Gait&Posture,1995,3(4):193-214.

[10]Penelope J K,James J D.Accuracy of a Portable Force Plate in assess-ing force and Center of Pressure Estimates Under Static Loading[J].Gait&Posture,1997,5(2):178-179.

[11]Maarten F B,Henk C S.Accuracy of Determining the Point of Force Application with Piezoelectric Force Plates[J].Journal Of Biomecha-nics,1990,23(7):705-710.

平台压力 第4篇

关键词：信息化平台,KingSCADA,焦炉,集气管,压力监控系统,节能

0 引言

当前市场竞争日益激烈,降低成本、提高生产率是企业面临的首要问题。信息化建设不仅可以了解企业实际生产情况,优化排产、节约成本;还可以根据市场需求,及时调整策略和决策。基于King SCADA信息化开发平台可以为企业提供高效的数据采集平台、稳定的数据存储系统、强大的数据分析工具、全集成的图形展示和专业的门户系统,实现企业信息智能平台。焦炉集气管压力的稳定性是保证焦炉正常运行的重要参数,也是调节产品生产量,改变生产周期以及能量消耗量的重要指标[1]。通过信息化平台建立集气管压力的监控系统可实现产能和需求的合理调配,优化排产周期,降低能源损耗,提高效能,为企业的生产策略提供可靠、有效决策数据。

1 系统设计

由于集气管压力系统具有强耦合性、非线性、时变性、扰动性的特点,影响集气管压力的因素较多,归纳起来主要有炭化室内间歇地装煤和推焦;结焦时间的变更和加热制度的变化;在鼓风机抽力不变的情况下,对初冷器前吸力变化的影响以及荒煤气的温度高低等。不仅关系到焦炉的寿命,更直接影响着煤化工产品的质量和产量[2]。

本文采用King SCADA软件对炼焦生产过程中焦炉集气管压力所涉及相关量进行开发,具有专业性、可靠性,易开发的特点。King SCADA软件的主要功能[3]:

(1)模型化画面组态功能:以模型化开发的图形设备提供绚丽的人机界面,可实现跨平台浏览与应用,并用丰富的表现方式实时显示下位机的工作状况和系统工作情况。

(2)柔性网络架构:具有良好的开放性,支持Activex控件、OPC、DDE、API,通过标准的协议规范,轻松的实现第三方软件的数据交互,只需进行灵活的网络部署可实现强大的数据传送与信息展示功能,提供灵活实时数据和历史数据的查询。

(3)丰富的功能模块:提供丰富的控制功能库,满足用户的测控要求和现场要求,且利用各种功能模块,完成实时监控、产生报表、显示历史曲线、实时曲线、提供报警等功能。

(4)开放性数据平台:对下位机采用数据块采集方式,极大地提高了采集效率。上位机可实现与任何控制系统、远程终端系统、数据库、历史库以及企业其他系统进行融合。

(5)智能诊断功能:具有完备的报警和在线检测功能,便于故障监控和处理,同时提供冗余处理方案,保证系统安全稳健。

1.1 焦炉集气管压力检测量

为了实现各集气管压力保持在100 Pa±20 Pa可控范围内,炼焦生产过程中焦炉集气管压力所涉及相关量主要有[4]:

(1)集气管压力调节与检测,集气管执行器位反调节与检测,荒煤气的温度检测、荒煤气的流量检测;

(2)初冷器混合气温度检测、冷器煤气出口吸力检测、初冷器前总管煤气吸力和温度检测;

(3)风机吸力及出口流量检测、大回流执行器位反调节与检测;

(4)炉内压力检测、炉内温度检测、炉内煤压力检测;

(5)循环氨水流量和温度检测,荒煤气冷却阻力、温度和流量检测;

(6)炭化室内温度和压力检测;

(7)结焦时间设置,煤的成分选择,装煤量设置,推焦时间安排。

以上各调节与检测量通过数据采集模块获取现场的数据,通过King IOServer数据通讯平台与工控机进行交互,将采集数据传递给上位机,数据库管理平台对采集来数据进行分析并根据第三方控制算法对现场设备进行处理,同时可实现企业级信息平台数据共享,如图1所示。

1.2 人机界面开发

人机界面作为上位机与操作员进行交互的信息平台,实现变量的显示和控制,炼焦生产过程中主要界面有[5]:

(1)连续显示各个过程参数,如集气管压力、执行器位反、荒煤气流量和温度等测量值;

(2)设置各种设定值,如炼焦周期设定值、操作方式、装煤量选择和报警值的设定等;

(3)显示事件记录与报警的实时数据与历史数据记录的界面;

(4)显示过程参数的实时趋势和历史趋势的界面;

(5)流量值的计算、报表生成和界面打印。

焦炉集气管压力监控界面构成如图2示。

1.3 集气管压力主界面

如图3所示为集气管工作状态及控制界面,主要实现4座焦炉生产工作状态,实时管内流量、管内气体温度、侧管的温度、执行器的位反以及压力状态的显示和控制。分别通过指示灯不同颜色和数据显示来表示生产情况,同时通过执行器手动输入开度值或通过加-减按钮实现对执行器的调整。在安全方面,设置了集气管报警组的报警界面,实现变量和事件的实时显示。

1.4 其他模块

事件记录、报警界面:记录系统常规事件和报警事件,确保生产过程系统和设备的安全,需要对生产设备以及一些过程参数实时监控。

报表界面:记录班报表、日报表以及月报表,做好实时数据的显示以及历史数据的存储,为控制策略实时分析提供可靠生产数据。

生产计划界面:安排仪表维护,排产计划,根据市场销售情况及时调整产、供、销的一体化策略。

2 信息化网络构架

现场设备是在OPC通讯协议下,监控系统与下位机设备建立联系,实现现场设备数据的采集与上位机命令、指令传达,并按预定方案进行处理,这个过程由统一标准下的设备驱动平台King IOServer来完成的。King SCADA系统通过JDBC接口系统与历史Oracle数据库连接起来实现监控系统数据处理与多用户的C/S网络信息查询与发布相结合,同时完成系统在Internet上远程查询和发布[6]。通过King IOServer和King Historian可实现企业级网络的逐步建设,其兼容性和可靠性得到保证,信息化平台网络构架,如图4所示。

3 结束语