МАГНИТНЫЕ ВНУТРИТРУБНЫЕ ДЕФЕКТОСКОПЫ
Магнитный контроль основан на индикации эффекта взаимодействия магнитного поля с контролируемым объектом, изготовленным из ферромагнитного материала. Если в намагниченном металле встречаются области с дефектами-несплошностями, магнитная проницаемость которых отличается от магнитной проницаемости основного металла, появляются магнитные поля рассеяния, выходящие наружу. Индикация этих полей позволяет получить информацию о дефектах.
Магнитный контроль проводится в приложенном или остаточном магнитном поле. Выбор направления магнитного поля, а следовательно и способа намагничивания, зависит от ориентации дефектов. Магнитное поле должно быть перпендикулярно направлению дефекта.
В магнитных приборах, используемых при проведении внутритрубной дефектоскопии, индикация магнитных полей рассеяния осуществляется специальными магниточувствительными датчиками, установленными на упругих носителях и сканирующими внутреннюю поверхность трубопровода. Показания датчиков преобразуются в электрические сигналы, регистрируемые запоминающей системой прибора.
Намагничивание до полного насыщения стенки трубопровода осуществляется мощными постоянными магнитами, установленными на корпусе внутритрубного прибора. Замыкание магнитного потока на стенку трубы производится через гибкие магнитопроводы.
Современные магнитные приборы высокого разрешения способны выявлять как дефекты потери металла, вызывающие уменьшение толщины стенки трубопровода, так и дефекты в сварных швах, определять на какой поверхности находятся дефекты потери металла — наружной или внутренней. Размеры дефектов определяются по характеристикам магнитных полей рассеяния при помощи специально разработанных математических моделей.
Угловое положение зарегистрированных особенностей трубопровода определяется с помощью маятниковой системы. Система измерения пройденного расстояния основана на регистрации импульсов одометрических колес.
Привязка дефектов производится к ближайшим точкам-ориентирам (маркерным пунктам, задвижкам, вантузам), а также к ближайшим поперечным кольцевым сварным швам.
Магнитный дефектоскоп представляет собой автономную компьютерную диагностическую систему для обследования трубопроводов с использованием метода магнитной дефектоскопии. Магнитная система, входящая в состав дефектоскопа, осуществляет намагничивание участка трубопровода с помощью постоянных магнитов и гибких проволочных щеток.
Наличие трещин или дефектов, связанных с потерей металла (коррозия, задиры), приводит к изменению величины и распределения магнитной индукции вблизи дефекта. Для измерения магнитной индукции служат датчики высокого и сверхвысокого разрешения, расположенные между щетками магнитной системы.
Первое кольцо датчиков, расположенное между полюсами магнитов, образуют датчики двух типов – I и III. Основную часть из них составляют высокочувствительные индуктивные датчики типа I (рисунок 1), реагирующие только на магнитный поток рассеяния, обусловленный какими-либо особенностями, дефектами стенки трубопровода.
Рисунок 1– Принцип регистрации сигналов датчиками типа I
Датчики типа III, которых в 20 раз меньше, чем датчиков типа I – это датчики Холла, измеряющие абсолютное значение силы магнитного поля на внутренней поверхности трубопровода. Сигналы этих датчиков используются для определения толщины стенки трубы (рисунок 2).
Рисунок 2 – Принцип регистрации сигналов датчиками типа III
На второй (приборной) секции магнитного дефектоскопа имеется кольцо датчиков типа II, аналогичных датчикам типа I, но обладающих меньшей чувствительностью и реагирующих только на дефекты потери металла, расположенные на внутренней поверхности трубопровода. В нижнюю часть блока датчиков этого типа встроены небольшие постоянные магниты. Они создают локальное магнитное поле, сфера действия которого позволяет обнаружить наличие особенностей только в области внутренней поверхности стенки трубы (рисунок 3).
Рисунок 3 – Принцип регистрации сигналов датчиками типа II
По сигналам датчиков типа I и типа II можно определить, на какой поверхности – внутренней или наружной находится дефект
Опрос датчиков I и II производится по сигналам одометрических колес через 3,3 мм и не зависит от скорости движения прибора в диапазоне рабочих скоростей магнитного дефектоскопа от 0,35 до 4 м/с. Датчики типа III опрашиваются через каждые 100 мм дистанции. Магнитный дефектоскоп имеет бортовую систему записи данных, в состав которой входит счетчик реального времени. Бортовое время магнитного дефектоскопа перед прогоном синхронизируется со временем используемого при подготовке персонального компьютера и с приборами маркерной системы – маглоггерами. Маглоггеры, расставляемые в маркерных точках, реагируют на магнитное поле, создаваемое прибором и регистрируют время его прохождения. После прогона дефектоскопа информацию с маглоггеров переписывают на компьютер и используют при обработке данных для определения местоположения дефектов.
Похожие статьи:
Снаряд-дефектоскоп для внутритрубной диагностики
С 2002 г. компания активно участвует в создании аппаратуры и программного обеспечения для НК и ТД состояния труб магистральных нефтепроводов, находящихся в эксплуатации. Работы выполняются по заказу ОАО «Центр технической диагностики (ЦТД) «ДИАСКАН».
Назначение
Совместно с ЦТД «ДИАСКАН» разработан, изготовлен и успешно прошел приемочные и эксплуатационные испытания автономный внутритрубный снаряд-дефектоскоп для контроля труб в потоке перекачиваемого продукта, а также программное обеспечение для обработки полученной информации, идентификации дефектов и определения их размеров, представления результатов контроля.
Принцип работы
Внутритрубная диагностика трубопроводов основана на использовании автономных снарядов-дефектоскопов (поршней, pigs), движущихся внутри контролируемой трубы под напором перекачиваемого продукта (нефть, нефтепродукты, газ и т.п.). Снаряд снабжен аппаратурой (обычно ультразвуковой или магнитной) для НК трубы, записи и хранения в памяти данных контроля и вспомогательной служебной информации, а также источниками питания аппаратуры.
Измерительная часть снаряда состоит из множества датчиков (сенсоров), расположенных так, чтобы зоны чувствительности датчиков охватывали весь периметр трубы. Это позволяет избежать пропуска дефектов трубы.
Датчики ультразвукового снаряда излучают ультразвук в тело трубы и принимают отраженные дефектами сигналы. В магнитном снаряде ферромагнитный материал трубы намагничивается постоянными магнитами до состояния близкого к техническому насыщению, а потоки рассеяния, вызванные дефектами, регистрируются магниточувствительными датчиками (например, датчиками Холла).
Ультразвуковые снаряды используют обычно для контроля труб нефтепроводов, поскольку для прохождения ультразвука необходим акустический контакт датчиков с трубой, обеспечиваемый нефтью. Магнитные снаряды применяют для контроля как нефте-, так и газопроводов.
Магнитный снаряд-дефектоскоп состоит из трех секций, соединенных между собой шарнирно для прохождения изгибов трубопровода.
Постоянные магниты, размещенные на двух кольцах средней секции, создают в трубе продольный магнитный поток между двумя кольцами стальных проволочных щеток, скользящих по внутренней поверхности трубы. Кольцо с подпружиненными держателями блоков датчиков расположено между кольцами щеток, обеспечивая скольжение датчиков по поверхности трубы. Полиуретановые манжеты служат для создания перепада давления перед и позади снаряда, чем обеспечивается его движение в трубе.
Снаряд вводится в контролируемый трубопровод через специальную камеру пуска-приемки, проходит по трубе сотни километров, накапливая информацию о ее состоянии в бортовой памяти, а затем извлекается через аналогичную камеру. После выгрузки снаряда информация считывается на внешний терминал, а затем поступает на сервер базы данных, расшифровывается, обрабатывается программой обработки данных, анализируется оператором и представляется в виде отчета.
Программное обеспечение позволяет автоматически выделить области аномалий трубы, идентифицировать до 15 классов аномалий, (трещины, коррозионные поражения и т.д.), определить местоположение и размеры дефектов.
Технические характеристики
|
Номер |
Параметр |
Значение параметра |
|
1 |
Протяженность трубопровода, диагностика которого гарантируется за один пропуск дефектоскопа, км |
350 |
|
2 |
Перекачиваемый продукт |
Нефть, нефтепродукты, газ, продукты переработки газа, вода |
|
3 |
Рабочее давление, МПа |
До 10 |
|
4 |
Скорость движения дефектоскопа, м/с Минимальная/ Максимальная |
0,2/4 |
|
5 |
Минимальный внутренний диаметр трубопровода при всестороннем сужении длиной менее 2Dн*, мм |
85% от Dн |
|
6 |
Минимальный радиус поворота цельнотянутого колена трубы на 90грд |
1,5 Dн |
* — номинальный диаметр трубопровода
Дефектоскоп успешно прошел приемочные испытания на полигоне ОАО ЦТД «ДИАСКАН» и эксплуатационные испытания на различных участках магистральных нефтепроводов ОАО АК «ТРАНСНЕФТЬ». Технические решения, примененные при создании дефектоскопа, легли в основу разработки семейства магнитных дефектоскопов для НК и диагностики труб магистральных нефтепроводов диаметром от 10″ до 48″.
магнитный дефектоскоп — с английского на русский
См. также в других словарях:
магнитный дефектоскоп — Прибор, предназначенный для выявления дефектов типа нарушений сплошности материала объекта контроля и основанный на методе магнитного неразрушающего контроля [ГОСТ 24450 80] Тематики контроль неразрушающий магнитный EN nondestructive testing… … Справочник технического переводчика
Магнитный дефектоскоп — СРЕДСТВА МАГНИТНОГО НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ 36. Магнитный дефектоскоп Прибор, предназначенный для выявления дефектов типа нарушений сплошности материала объекта контроля и основанный на методе магнитного неразрушающего контроля Источник: ГОСТ… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Дефектоскоп — прибор неразрушающего контроля, предназначенный для обнаружения дефектов каната и (или) измерения параметров этих дефектов (потеря площади сечения). Источник: РД 03 348 00: Методические указания по магнитной дефектоскопии стальных канатов Смотри… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Дефектоскоп — устройство для выявления дефектов (трещин, расслоений, раковин и т.д.) в материалах и изделиях методами неразрушающего контроля. акустический дефектоскоп прибор акустического контроля, предназначенный для обнаружения дефектов типа нарушения… … Термины атомной энергетики
дефектоскоп на преобразователях Холла — Магнитный дефектоскоп, использующий в качестве чувствительного элемента преобразователь Холла [ГОСТ 24450 80] Тематики контроль неразрушающий магнитный EN nondestructive testing magnetic effect Holl instrument … Справочник технического переводчика
дефектоскоп пондеромоторного действия — Магнитный дефектоскоп пондеромоторного метода неразрушающего контроля [ГОСТ 24450 80] Тематики контроль неразрушающий магнитный EN pandemotor nondestructive testing instrument … Справочник технического переводчика
Дефектоскоп магнитный — дефектоскоп, принцип действия которого основан на измерении и регистрации параметров взаимодействия магнитного поля с контролируемым стальным канатом. Источник: РД 03 348 00: Методические указания по магнитной дефектоскопии стальных канатов … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Дефектоскоп на преобразователях Холла — 45. Дефектоскоп на преобразователях Холла Магнитный дефектоскоп, использующий в качестве чувствительного элемента преобразователь Холла Источник: ГОСТ 24450 80: Контроль неразрушающий магнитный. Термины и определения оригинал документа … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Дефектоскоп пондеромоторного действия — 44. Дефектоскоп пондеромоторного действия Магнитный дефектоскоп пондеромоторного метода неразрушающего контроля Источник: ГОСТ 24450 80: Контроль неразрушающий магнитный. Термины и определения оригинал документа … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Дефектоскоп — 2 и 3 дисплей ультразвукового дефектоскопа при контроле двигателя V2500 … Википедия
ГОСТ 24450-80: Контроль неразрушающий магнитный. Термины и определения — Терминология ГОСТ 24450 80: Контроль неразрушающий магнитный. Термины и определения оригинал документа: 47. Анализатор концентрации суспензии Прибор для определения концентрации магнитного порошка в магнитной суспензии Определения термина из… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Электрические аспекты современного внешнего интерфейса
Целью данного исследования является представление некоторых практических соображений, касающихся современного состояния при получении удовлетворительных сигналов для получения электроэнцефалографических сигналов. Эти соображения важны для пользователей и разработчиков системы. Выбор правильного электрода и стратегия проектирования исходной электронной схемы играет важную роль в улучшении измерительных характеристик системы. Рассмотрение подводных камней в конструкции системы измерения биопотенциала и условий сеанса записи обеспечивает лучшую точность.В записывающих электродах электроэнцефалограммы (ЭЭГ) системная электроника, включая фильтрацию, усиление, преобразование сигнала, хранение данных и условия окружающей среды, влияют на характеристики записи. В этой статье обсуждаются принципы работы электродов ЭЭГ и основные моменты методов электронного шумоподавления во внешнем интерфейсе сбора сигналов ЭЭГ, а также представлены некоторые предложения по улучшению сбора сигналов.
1. Введение
Хотя основы измерения электроэнцефалограммы (ЭЭГ) у человека остаются неизменными с 1929 года, впервые она была сделана Гансом Бергером, технологические разработки дают возможность создавать гораздо более сложные системы сбора данных с учетом клинических потребностей и научные исследования.Человеческий мозг генерирует электрические сигналы, называемые сигналами ЭЭГ, которые связаны с функциями организма, и эта статья посвящена их получению. Эти сигналы примерно меньше 100 В и 100 Гц и могут быть измерены с помощью электродов, размещенных на коже головы, неинвазивно. Из-за их низкой амплитуды из-за строения черепа измерение ЭЭГ труднее, чем другие неинвазивные измерения биосигналов, такие как электрокардиограмма, электромиограмма, электроокулограмма и т. Д. Наличие дорогих систем регистрации биосигналов не может гарантировать получение правильных сигналов.В этом смысле некоторые факторы для получения хороших сигналов ЭЭГ следует учитывать в новых разработках и во время сеансов записи. Эти основные соображения обсуждаются, и в этом документе представлены некоторые предложения.
При регистрации биосигналов электроды являются начальными элементами, которые используются для преобразования сигналов биопотенциала от источников биопотенциала в электрические сигналы. На рис. 1 показано упрощенное измерение биопотенциала. Электроды ЭЭГ обычно изготавливаются из металла и изготавливаются в виде чашечек, дисков, игл или микроэлектродов для измерения внутрикортикальных потенциалов.Хлорид серебра (AgCl) является предпочтительным для обычных нейрофизиологических применений [1]. Поскольку Ag является малорастворимой солью, AgCl быстро насыщается и приходит в состояние равновесия. Следовательно, Ag является хорошим металлом для металлических электродов на поверхности кожи [2]. Выбор правильного электрода, а также подготовка кожи перед записью влияют на точность измерений.
Еще одним важным фактором является электронный шум, который очень важен для измерений биосигналов. Электронный шум может быть вызван внутренними и внешними источниками шума.Источниками внутреннего шума являются тепловой (из-за резистивных компонентов), дробовой (из-за полупроводниковых дырок и диффузий), фликкер (из-за контактных штырей) и всплеск (или всплеск из-за примесей в полупроводниках) шум [3]. Самый главный внешний шум вызывается помехами от линии электропередачи. Это хорошо видно при спектральном анализе на частоте 50 Гц (или 60 Гц). Между линиями электропередач и предметом имеются емкости (паразитная и изоляционная). Для точного извлечения биосигналов из электронного шума необходимы эффективные методы шумоподавления [3, 4].Для этого необходима эффективная аналоговая и / или цифровая фильтрация.
В следующих разделах представлены электроды ЭЭГ, а также вопросы записи и конструкции ЭЭГ.
2. Материалы и методы
2.1. Электроды ЭЭГ
Электроды могут быть поляризованными (необратимыми) или неполяризованными (обратимыми). Поляризации избегают, поскольку ион хлорида является общим как для электрода, так и для электролита. Для изготовления электродов можно использовать другие металлы, такие как золото или платина, но это дорого.Поляризованные электроды имеют тенденцию создавать значительную емкость, и это может мешать передаче лежащих в основе биосигналов. Эти электроды работают как фильтр низких частот (фильтр нижних частот). Неполяризованные электроды, такие как электроды из AgCl, предпочтительны для обычных нейрофизиологических применений [1, 2]. Обычные электроды из Ag / AgCl необходимо вовремя хлорировать; однако спеченные (изготовление электродов из порошка путем нагрева материала в печи для спекания до температуры ниже его точки плавления) электроды Ag / AgCl не нуждаются в хлорировании.
Электроды ЭЭГ можно разделить на одноразовые многоразовые диски и чашеобразные (колпачки для ЭЭГ), подкожные иглы (одноразовые иглы, которые вводят под кожу) и имплантированные электроды (для точного определения происхождения судорожной активности). Доступны иглы с постоянно прикрепленными проволочными выводами, когда вся сборка выбрасывается, или гнезда, которые прикрепляются к проводам с соответствующими вилками. Они сделаны из нержавеющей стали или платины. Некоторые электроды ЭЭГ могут использоваться для специальных целей.Например, имплантированные электроды ЭЭГ также можно использовать для стимуляции мозга и картирования корковых и подкорковых неврологических функций, таких как двигательная или языковая функция, при подготовке к операции по эпилепсии. Инфекция должна считаться основным риском имплантированных электродов ЭЭГ.
При неинвазивном измерении электрического сигнала мозга существует интерфейсный материал между электродом и кожей. Этот материал является электролитом и может быть в форме геля или пасты для ЭЭГ. Электрофизиологическая активность, вызванная источником биопотенциала, является источником тока, который вызывает прохождение тока во внеклеточной жидкости и других проводящих путях через ткань.
Чашечкообразный электрод имеет достаточный объем для содержания электролита, включая ионы хлора. В этих электродах кожа никогда не касается материала электрода напрямую. Сопротивление поверхности раздела электрод-ткань зависит от нескольких факторов. Некоторыми из этих факторов являются интерфейсный слой (например, подготовка кожи, жировая масса, волосы и т. Д.), Площадь поверхности электрода и температура электролита. Контакт электрод-ткань можно смоделировать, как показано на рисунке 2. Как видно из рисунка, граница раздела электрод-ткань не только резистивная, но также состоит из емкостных элементов.Это важно для частотной зависимости контакта электрода с кожей.
Из-за взаимодействия между металлическим электродом и электролитом ионы накапливались в виде параллельных пластин. Между электродом и электролитом происходит ионно-электронный обмен. Этот обмен приводит к появлению напряжения, которое называется потенциалом полуячейки. Из-за этого потенциала в некоторых случаях усилители биопотенциала должны выдерживать до 300 мВ. Это значение зависит от материала электрода и электролита.Это можно объяснить уравнением Нернста просто, как Здесь мы имеем ε : потенциал полуячейки (В),: переносимый электрон (число молей) и: скорость внутренних и внешних ионов:.
В клинических записях ЭЭГ система размещения электродов 10/20 является стандартом и обычно используется во многих клинических или исследовательских целях [5]. Хотя в этой системе 75 мест, для клинического применения может быть достаточно от 8 до 32 электродов. 8 каналов также может быть достаточно для некоторых приложений мозгового компьютерного интерфейса (BCI); с другой стороны, для формирования изображения электрического источника (ESI) требуется более 100 каналов.Электроды располагаются над лобной, височной, теменной и затылочной долями, а нечетные и четные числа относятся к левому и правому полушариям соответственно. Из-за требований другая система размещения — это установка электродов на 5% и определение 345 положений [6], но это не является общепринятым стандартом.
2.2. Записи ЭЭГ
В системе ЭЭГ в качестве неинвазивного применения электроды помещают на кожу головы, и достаточное количество электродов может быть от 1 до 256 (или больше в ближайшем будущем), помещенных на колпачок ЭЭГ для легкого применения.Чтобы обеспечить ионный ток и уменьшить контактное сопротивление между поверхностью электрода и кожей головы, гель или паста для ЭЭГ должны использоваться вместе для надлежащей подготовки кожи. При измерении биопотенциала наиболее важным моментом является сохранение оригинальности биосигнала. Контактное сопротивление должно быть от 1 кОм до 10 кОм для регистрации точного сигнала. Контактное сопротивление менее 1 кОм указывает на возможное замыкание между электродами; с другой стороны, импеданс более 10 кОм может вызвать искажающие артефакты.
Своевременная сушка геля или пасты, а также потоотделение и движения объекта (моргание глаз, движения мышц, сердцебиение и т. Д.) Могут легко отрицательно повлиять на качество измерения. По этим причинам время записи обычно ограничивается несколькими часами. Для длительных периодов времени или амбулаторных записей ЭЭГ необходимы дополнительные требования, чтобы сделать пациента более комфортным и обеспечить стабильную работу системы. Приложения с высоким разрешением, такие как ESI или беспроводная передача данных, также требуют другого подхода к конструкции новых электродов.Чтобы сократить время подготовки кожи и более точно измерить биосигналы, при изготовлении электродов пытаются использовать несколько подходов. Например, тонкопленочные электроды с несколькими матрицами разработаны специально для различной глубины в рабочих приложениях [10]; В качестве электрода используется сталь с нитридным покрытием, и нет необходимости в пасте для ЭЭГ для успешной записи [11]. В последние несколько лет набирают популярность исследования в области активных электродов (усилитель с малым или единичным усилением, расположенный рядом с электродом).Сообщается, что с этими типами электродов, без использования электродного геля и с гораздо большей подготовкой кожи, уровень шума снижается [9, 12–14].
В коммерческих приложениях, помимо классических чашеобразных или дискообразных электродов и активных электродов, используется другой подход для сокращения времени подготовки (с помощью EGI’s HydroCel Geodesic Sensor Net). При таком подходе подготовка и шлифовка кожи головы не требуются. Поскольку конструкция камеры с мягким основанием создает герметичную среду, она увлажняет кожу и создает поверхность раздела между кожей и электродом.Сообщается о времени применения геодезической сенсорной сети HydroCel на основе губки от 5 минут для 32 каналов до 15 минут для 256 каналов [8]. На практике для электрода требуется не менее 45 минут, а для подготовки кожи к 256-канальному колпачку электрода чашеобразной формы — 15 минут. На рисунке 3 показаны некоторые имеющиеся в продаже электроды и колпачки для ЭЭГ. На этом рисунке показаны несколько примеров неинвазивных электродов и колпачков ЭЭГ, а также одна внутрикортикальная электродная матрица.
(a) Электроды Ag-AgCl
(b) Активные электроды
(c) Внутрикортикальный электродный массив
(d) Колпачки ЭЭГ (слева направо: Стандарт: 256-канальный, ( me) (Neuroscan) [7], (Neuroscan) [7], (EGI) [8], Active; (Biosemi) [9], Hydrocel (EGI)) [8]
(a) Электроды Ag-AgCl
(b) Активные электроды
(c) Внутрикортикальный электродный массив
(d) Колпачки ЭЭГ (слева направо: Стандарт: 256-кан., (я) (Neuroscan) [7], (Neuroscan) [7], (EGI) [8], Активный; (Biosemi) [9], Hydrocel (EGI)) [8]
Другой подход к изготовлению электрода ЭЭГ — сухой электрод (рис. 4). Этот тип электрода не требует длительного времени на установку и удобен для длительной записи. Эти свойства полезны для приложений BCI и нейробиоуправления. Например, для создания сухого электрода используются диски в форме силиконовой проводящей резины толщиной 1,5 мм и диаметром 8 мм. Активная сторона электрода является емкостной и связана через слой изолирующего силиконового каучука с металлическим экраном, соединенным проводом с активным защитным экраном.Импеданс реализованных электродов на частоте 100 Гц больше 20 МОм при паразитной емкости менее 2 пФ [15].
Для аппликаций под корковыми слоями используются внутрикортикальные электроды. Один из этих типов электродов (внутрикортикальный электродный массив штата Юта) представляет собой набор из 100 проникающих кремниевых микроэлектродов, предназначенных для электрического фокусирования стимуляции или записи нейронов, находящихся в одном слое на глубине до 1,5 мм под поверхностью коры головного мозга [16]. . Каждый электрод внутрикортикального матричного электрода равен 1.Длина 5 мм, ширина 0,08 мм у основания и 0,001 мм на кончике.
Каждый тип электрода должен использоваться с исправной электронной схемой. На рисунке 5 показаны электроды ЭЭГ и примеры получения начального сигнала. Необходимо учитывать условия окружающей среды при записи, значение контактного импеданса и его стабильность, метод усиления (переменный или постоянный ток) и время записи. В следующем подразделе кратко объясняются соображения по проектированию.
2.3. Соображения по дизайну
При записи ЭЭГ, как и при других измерениях биосигналов, одной из основных проблем является шум 50 (или 60) Гц из-за линий электропередач.Между линиями электропередач и предметом имеются емкости (паразитная и изоляционная). Способы электромагнитных помех (EMI) показаны на рисунке 6. Факторы окружающей среды влияют на объект и систему измерения. Например, люминесцентная лампа на расстоянии 1-2 м от измерительной системы мешает измерительному сигналу в виде пиков в несколько кГц. Сигнал помехи может составлять половину шума линии электропередачи. Таким же образом другие электрические или электронные устройства могут мешать измерениям биосигнала.
Постоянная составляющая синфазного сигнала составляет около нескольких тысяч, вольт, а переменная составляющая может составлять около 1 В. Это значение может быть в шкале мВ, когда тело обследуемого заземлено, и может достигать 20 В при удержании линии питания [17]. Электростатический разряд (ESD) и дефибриллятор следует учитывать при проектировании электроники. Они должны быть защищены для пациента / субъекта, а также для исходных активных компонентов. Чтобы уменьшить влияние синфазного сигнала, необходимо использовать инструментальные усилители с более высоким коэффициентом подавления синфазного сигнала (CMRR) [18, 19].Некоторые исследования, связанные с дизайном биопотенциала, показывают, что CMRR составляет 80–136 дБ [20–23]. Для уменьшения эффекта емкости изоляции эффективна работа от батареи [9].
Чтобы гарантировать безопасность пациента / пациента, ток утечки должен быть меньше уровней, определенных IEC 601-1. Согласно этому правилу, ток утечки в нормальных условиях должен быть менее 10 А, в то время как при подключении к основному источнику питания допустимым является 50 А.
Усилители биопотенциалов могут иметь связь по постоянному или переменному току.В стратегии проектирования решения, связанные с подключением постоянного или переменного тока и фильтрацией (аппаратными или программными), являются начальными шагами для разработчика системы измерения биопотенциала. Для усиления переменного тока может быть достаточно цифрового разрешения более 10 бит. Однако для усиления постоянного тока, поскольку количество эффективных битов уменьшается, для аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) необходимо более 20 бит. Для сигма-дельта технологии высокого цифрового разрешения одним из хороших решений является АЦП [22, 23].
Схема входного усилителя представлена на рисунке 7.Это могут быть проволочные электроды (классический подход) или близкие к электродам (активный электродный подход). После испытаний видно, что схему можно использовать для измерения сигналов ЭЭГ, ЭОГ или ЭМГ. Коэффициент усиления этого усилителя равен 16, и он не вызывает насыщения биопотенциального усилителя, а его CMRR составляет 102 дБ при отсутствии экранирования или защиты от электромагнитных помех.
3. Обсуждения
Правильное получение сигнала ЭЭГ означает главным образом безопасность, измерение биосигнала с более высоким отношением сигнал / шум (SNR) и без потери данных.Основные моменты, которые автор вкратце предложил для всего процесса записи, следующие.
(i) Безопасность субъектов / пациентов . Из-за утечки тока от системной электроники и дефибриллятора (если он используется) должна быть обеспечена безопасность пациента / пациента. Субъект / пациент и внешние схемы и заземление должны быть разделены (т.е. аналоговое и цифровое заземление). Увеличение коэффициента подавления режима изоляции усилителя снижает влияние напряжения режима изоляции.
(ii) Защита от электромагнитных помех . Запрещается эксплуатация электрических или электронных устройств, особенно люминесцентных ламп, вблизи записывающей установки. В противном случае полученные сигналы ЭЭГ искажаются, а сигнал искажается шумом. Использование инструментального усилителя может помочь избавиться от этой проблемы.
(iii) Нет мышечных движений субъекта / пациента . Мышечные движения (т. Е. Загрязнение, связанное с ЭМГ), такие как моргание, сжатие зубов, движение плеч или ног и т. Д., Плохо влияют на получение сигнала ЭЭГ.Эти случаи могут вызвать неправильные комментарии к сигналам и ошибку обработки сигналов.
(iv) Защита от электростатического разряда . Активные электронные компоненты должны иметь защиту от электростатического разряда более 2000 В. Отсутствие защиты от электростатического разряда может вызвать повреждение активных электронных компонентов и может вызвать серьезные проблемы для субъекта / пациента.
(v) Эффективное заземление . Металлические ящики должны быть соединены с металлической пластиной / стержнем, закопанным в землю. Правильная техника заземления помогает уменьшить шум, увеличивая отношение сигнал / шум.
(vi) Электроды . Выбор правильного электрода и монтажа следует принимать с учетом клинических или исследовательских целей. В дополнение к наличию промышленных стандартных или активных типов электроды могут быть изготовлены, например, с емкостной связью или сухим электродом. Количество электродов и их расположение также имеют значение для приложения.
(vii) Импеданс контакта электрода . Значение контактного импеданса должно быть от 1 кОм до 10 кОм для классических электродов.Контактное сопротивление менее 1 кОм указывает на возможное замыкание между электродами. Контактное сопротивление более 10 кОм препятствует регистрации сигналов ЭЭГ. Перед измерением следует измерить контактное сопротивление и во время записи наблюдать кривую ЭЭГ. Используя современные технологии, микросхемы усилителя с высоким входным сопротивлением (1 G) и подходы с активным электродом уменьшают зависимость контактного импеданса. Для получения правильного сигнала электроды нельзя перемещать. В противном случае это вызывает колебания сигнала ЭЭГ и всплески на нем.
(viii) Помехозащищенность . При проектировании электронных схем и печатных плат необходимо учитывать методы снижения шума. Электронные карты и соединительные кабели следует помещать в металлический ящик, чтобы максимально снизить электронные помехи. Использование витых, смешанных и ведомых сигнальных кабелей дает хорошие результаты. Поскольку сигналы ЭЭГ имеют низкую амплитуду Vs, они очень чувствительны к электронному шуму. Электронный шум должен быть менее 2 В (размах).
(ix) Условия окружающей среды .Если система ЭЭГ сочетается с магнитно-резонансной томографией, она должна быть совместима для работы в сильном магнитном поле. Точно так же, если система ЭЭГ используется в операционной во время операции, она не должна подвергаться воздействию высоких электронных шумов, таких как электрокаутеризация. Запись должна быть стабильной, а температура окружающей среды не должна влиять на производительность системы. Производительность системы не должна зависеть от разумных колебаний температуры.
(x) Снижение синфазных сигналов .Для уменьшения синфазных сигналов необходимо использовать инструментальный усилитель с CMRR более 80 дБ. Это важно для получения сигнала с высоким SNR.
(xi) Режим записи . Разработчик или пользователь должны выбрать режим записи для своих приложений. Записи ЭЭГ могут быть биполярными (дифференцированный сигнал двух близких электродов), униполярными (дифференцированный общий эталон) или с использованием усредненного эталона. Для клинических или исследовательских приложений требуются разные режимы записи.
(xii) Положение электрода сравнения и заземления . Размещение электрода сравнения особенно важно для некоторых приложений. Обычно электрод сравнения располагается на вершине; заземляющий электрод размещается на левом или правом (или вместе) ухе.
(xiii) Сохранение оригинальности биосигналов . Должно быть предусмотрено линейное усиление без искажений. В противном случае обработка сигналов (обнаружение, распознавание образов, выделение признаков, классификация и усреднение и т. Д.) производительность может снизиться.
(xiv) Как избежать насыщения усилителя . Если цепи усилителя перегружаются, потеря аналогового сигнала неизбежна. Насыщение усилителя вызвано высоким входным сигналом, в основном из-за перемещений электродов. При усилении переменного тока усилитель, который используется перед фильтрацией верхних частот, должен быть установлен на оптимальное усиление, чтобы избежать уровня насыщения. Если предпочтительным является усиление постоянного тока, риск насыщения усилителя отсутствует; с другой стороны, количество эффективных битовых разрешений уменьшается.
(xv) Подавление перекрестных помех . Для многоканальных систем подавление перекрестных помех должно быть достаточно высоким. В противном случае на каналы могут воздействовать другие каналы; следовательно, артефакт существует.
(xvi) Входное сопротивление . Входное сопротивление цепи должно быть достаточно высоким. Для сигналов постоянного тока более 1 G значение входного импеданса дает хорошие результаты. Низкое входное сопротивление вызывает нагрузку на источник биосигнала, что приводит к повреждению сигнала.
(xvii) Входной ток смещения .Входной ток смещения входного усилителя должен быть как можно меньше (пА). Если источники биосигнала загружаются входным усилителем, это также вызывает искажения.
(xviii) Диапазон частот . Выбор подходящей полосы фильтра (по крайней мере, ширина полосы должна составлять 0,5–70 Гц) важен для приема сигнала. Это также важно для оцифровки и хранения данных. Должны быть обеспечены достаточная (и оптимальная) частота дискретизации (140 Гц) и скорость передачи. Уровень постоянного тока должен быть удален для эффективного преобразования / обработки сигнала в аппаратном или программном обеспечении.
(xix) Оцифровка . Для аналого-цифрового преобразователя (АЦП) должно быть обеспечено достаточное (и оптимальное) цифровое разрешение (10 бит для усиления переменного тока, 20 бит для усиления постоянного тока). Если используется низкое цифровое разрешение, ошибка квантования увеличивается.
(xx) Моменты одинаковой выборки . Если многоканальная система разработана (или используется), не должно быть временной задержки между каналами. Однако для аналогового умножителя это может быть проблемой, но не для цифрового умножителя.Для одновременной выборки моментов времени следует использовать схемы выборки и хранения. Если каждый аналоговый канал имеет свой собственный АЦП, это можно сделать с помощью синхронизации управляющего сигнала АЦП.
(xxi) Время записи . Необходимо достаточное (и оптимальное) время записи. Длительная запись (более 2 часов) вызывает артефакты из-за высыхания геля, потоотделение и беспокойство у субъекта / пациента. С другой стороны, недостаточное время записи приводит к недостаточному сбору данных.
(xxii) Удобство для пользователя .Аппаратное и программное обеспечение системы должно быть хорошо интегрировано и иметь удобный интерфейс.
(xxiii) Низкое энергопотребление . Это важно для систем с батарейным питанием.
(xxiv) Низкая стоимость . Система должна быть рентабельной, а компоненты должны быть доступны.
4. Заключение
Есть основные моменты, которые следует учитывать для улучшения характеристик измерения при разработке системы измерения биосигнала или сеанса записи.В частности, выбор правильного электрода, подготовка кожи и снижение шума линии электропередачи являются важными вопросами для записи ЭЭГ. Для уменьшения электромагнитных помех эффективными методами являются металлический ящик для электронных схем, экранированная (по принципу клетки Фарадея) записывающая комната и защита (управляемая или нет) для уменьшения синфазного сигнала. Производительность системы измерения биосигнала зависит от электродов, электронных схем и условий записи. Выбор правильного электрода и успешная стратегия электронного дизайна необходимы для правильного приема сигналов ЭЭГ.
Объяснение принципа работы магнитного индикатора уровня
Принцип работы магнитного индикатора уровня широко используется в измерительных приборах уровня. Взаимодействие между поплавковыми магнитами внутри камеры и магнитными флажками вне камеры обеспечивает практически не требующую обслуживания непрерывную информацию об уровне. Этот тип индикатора уровня не требует питания, что делает его идеальным для множества приложений в различных отраслях промышленности.
Принцип работы магнитного индикатора уровня основан на воздействии одного магнита на соседние магниты.Механика проста, но очень эффективна, дает надежную и повторяемую информацию об уровне для непрерывного мониторинга и записи уровней жидкости.
Каков принцип работы магнитного индикатора уровня?
Принцип работы магнитного указателя уровня
Принцип работы магнитного указателя уровня заключается в том, что измерительный прибор использует ту же жидкость — и, следовательно, тот же уровень — что и резервуар. Индикатор уровня прикреплен к сосуду и соединяется непосредственно с измеряемой жидкостью.Внутри камеры находится поплавок с магнитным узлом внутри. Этот поплавок опирается на поверхность жидкости. Когда уровень жидкости поднимается или опускается, поплавок тоже. Когда поплавок движется вверх или вниз, магнитный узел вращает серию двухцветных магнитных флажков или створок, изменяя цвет визуальных индикаторов, установленных рядом с камерой, с одного цвета на другой.
Поскольку принцип работы магнитного индикатора уровня основан на взаимодействии между магнитами, эти приборы для измерения уровня не нуждаются в источнике питания.Кроме того, они практически не требуют обслуживания. Дополнительное преимущество: магнитная сила индикатора может влиять на дополнительные переключатели или передатчики, установленные вне камеры. Цветные флажки легко увидеть даже на расстоянии, и они соединены со шкалой для точных показаний. Как и для приборов любого уровня, размер и материал поплавка выбираются в зависимости от среды, температуры, давления и плотности технологической среды.
Высокопроизводительные магнитные указатели уровня WIKA
Компания WIKA имеет более чем 60-летний опыт работы в этой области, поскольку наша дочерняя компания KSR-Kueblero получила один из первых патентов на магнитный указатель уровня.WIKA производит серию WMI, полную линейку высококачественных магнитных указателей уровня, которые обеспечивают годы точной информации об уровне. Поплавок в каждом MLI предназначен для каждого приложения. Материалы поплавкового магнита тщательно выбираются, чтобы минимизировать размер поплавка и камеры и обеспечить наилучшее соединение для конкретного материала и толщины стенки трубы. Байпасные камеры могут быть изготовлены из нескольких различных типов нержавеющей стали и сплавов (Hastelloy ® , Inconel ® и т. Д.) и другие материалы (тефлон ™, ПВХ и т. д.) в зависимости от среды и температуры процесса.
Магнитные указатели уровня модели WMI легко адаптируются. Они работают от -320 ° F до 1000 ° F (от -195 ° C до 537 ° C), от полного вакуума до 5000 фунтов на квадратный дюйм (344 бар) и для удельного веса всего 0,35. Флажки индикаторов могут быть красно-белыми, желто-черными или флуоресцентными. Шкалы могут быть указаны в британских единицах (футы / дюймы), метрических единицах (мм / см / м) или процентах, или даже настроены в соответствии с вашими конкретными требованиями.Вы также можете выбрать из нескольких технологических соединений, размеров соединений, вентиляционных и дренажных отверстий. Другие полезные варианты включают высокотемпературную изоляцию и криогенную изоляцию.
Магнитные указатели уровня WMI подходят для большинства промышленных и коммерческих применений в:
- Нефтеперерабатывающая и химическая промышленность
- Энергетика и электростанции
- Подогреватели питательной воды и бойлеры
- Нефтегазовая промышленность
- Морские разведки и бурение компрессоры
- Целлюлозно-бумажная промышленность
- Продукты питания и напитки
- Газовые заводы
- Фармацевтика
Прибор уровня, основанный на принципе работы магнитного индикатора уровня, может обеспечить необходимую точность и надежность.WIKA может помочь вам найти лучший вариант для вашего приложения.
Принцип № 8 — Раскройте внутреннюю мотивацию работников умственного труда
Похоже, что выполнение задачи само по себе является наградой… этот драйв… может быть таким же основным, как и другие….
—Дэниел Пинк, Драйв: удивительная правда о том, что нас мотивирует
Lean-Agile-лидеры принимают относительно новую, меняющую правила игры истину: «управление умственными работниками» — это оксюморон.Как отмечает Питер Друкер, «работники умственного труда — это люди, которые знают о своей работе больше, чем их начальство [2]». В этом контексте, как может любой менеджер всерьез пытаться контролировать или даже координировать техническую деятельность людей, которые бесконечно более способны определять задачи, необходимые для выполнения их миссии?
В самом деле, они не могут. Вместо этого менеджеры могут сделать раскрыть внутреннюю мотивацию работников умственного труда. Некоторые рекомендации представлены в следующих разделах.
Использование системного обзора
Прежде чем углубляться в дополнительные мотивационные конструкции, мы отмечаем важное понимание: принципы Lean-Agile SAFe сами по себе тоже являются системой. Более того, элементы этой системы взаимодействуют для создания новой и расширяющей возможности парадигмы управления. Благодаря SAFe работники умственного труда теперь могут:
- Общение через функциональные границы
- Принимайте решения на основе понимания экономики
- Быстро получать отзывы об эффективности решения
- Участвуйте в непрерывном, постепенном обучении и повышении квалификации
- Участвовать в более продуктивном и полноценном процессе разработки решений — одна из самых сильных мотиваций из всех
Понимание роли компенсации
«Многие организации все еще действуют, исходя из предположений о человеческом потенциале и индивидуальной деятельности, которые устарели и уходят корнями больше в фольклор, чем на науку.Они продолжают применять такие методы, как краткосрочные планы стимулирования и схемы вознаграждения за результат, несмотря на растущее количество свидетельств того, что такие меры обычно не работают и часто приносят вред ».
— Дэниел Пинк, Drive: удивительная правда о том, что нас мотивирует
Пинк, Друкер и другие указали на фундаментальный парадокс компенсации как мотивационного фактора для работников умственного труда [1, 2]:
- Если вы не платите достаточно, у людей не будет мотивации.
- Но через некоторое время деньги перестают быть мотиватором. Это цель интеллектуальной свободы и самореализации. Когда это состояние достигается, ум работника умственного труда может сосредоточиться на работе, а не на деньгах.
После этого добавление элементов поощрительной компенсации может сместить акцент на деньги, а не на работу, что приведет к снижению производительности сотрудников.
Lean-Agile Leaders понимают, что идеи, инновации и глубокая вовлеченность на рабочем месте не мотивируются деньгами или даже обратным фактором — угрозами, запугиванием или страхом.Такая основанная на стимулах компенсация, часто определяемая индивидуальным управлением по целям (MBO), вызывает внутреннюю конкуренцию и потенциальное разрушение сотрудничества, необходимого для достижения более широкой цели. В этой конкуренции предприятие проигрывает.
Обеспечьте автономию с целью, миссией и минимально возможными ограничениями
Пинк утверждает, что работники умственного труда нуждаются в автономии — в способности управлять своей собственной жизнью и управлять ею. Обеспечение автономии при использовании ее для достижения более широкой цели предприятия является важной обязанностью руководства [1].
Руководители и работники также знают, что мотивация к самоуправлению должна проявляться в контексте более крупной бизнес-цели. С этой целью лидеры должны поставить более крупную цель — некоторую связь между целью предприятия и повседневной трудовой деятельностью работника.
При создании систем работники умственного труда работают как одна команда. Еще одна важная мотивация — быть частью высокоэффективной группы. Руководители могут вдохновлять команды на лучшее, давая рекомендации [4]:
- Миссия, общая цель и стратегическое направление, а также сильное видение
- Небольшие, минимальные планы работ или проектов или их отсутствие
- Сложные требования вместе с минимально возможными ограничениями того, как команды выполняют эти требования
Создание среды взаимного влияния
«Для эффективного руководства работники должны быть услышаны и уважаемы» [2] в контексте среды взаимного влияния [4].Лидеры создают такую среду, поддерживая жесткую обратную связь, демонстрируя готовность стать более уязвимым и поощряя других к позитивному взаимодействию:
- Не согласен в соответствующих случаях
- Отстаивают позиции, в которые они верят
- Объясните их потребности и постарайтесь их реализовать
- Совместное решение проблем с руководством и коллегами
- Договариваться, идти на компромисс, соглашаться и совершать
Мы живем в новую эпоху, когда работники умнее и имеют больше местного контекста, чем когда-либо может иметь руководство.Раскрытие этого необработанного потенциала может значительно улучшить жизнь тех, кто выполняет работу, а также обеспечить лучшие результаты для клиентов и предприятия.
Узнать больше
[1] Пинк, Дэниел. Drive: удивительная правда о том, что нас мотивирует. Riverhead Books, 2011. [2] Друкер, Питер Ф. The Essential Drucker. Харпер-Коллинз, 2001. [3] Брэдфорд, Дэвид Л. и Аллен Коэн. Managing for Excellence: Руководство для лидеров по развитию высокой производительности в современных организациях. Джон Уайли и сыновья, 1997. [4] Такеучи, Хороката и Икуриджо Нонака. «Игра в разработку новых продуктов». Harvard Business Review, , январь 1986 г.Последнее обновление: 22 августа 2019
Информация на этой странице принадлежит © 2010-2020 Scaled Agile, Inc. и защищена американскими и международными законами об авторских правах. Ни изображения, ни текст не могут быть скопированы с этого сайта без письменного разрешения правообладателя.