时间：2023-03-17 18:06:00
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叶酸是一组化学结构相似，生化特性相近的化合物统称，是由喋啶、对氨基苯甲酸和1个或多个谷氨酸结合而成。食物中的叶酸绝大多数是以喋酰多谷氨酸(或称多谷氨酸叶酸)的形式存在的。食物叶酸经小肠粘膜细胞内特异叶酰多谷氨酸水解酶的作用，水解为喋酰单谷氨酸(或称单谷氨酸叶酸，PteGlu)后吸收。吸收后的单谷氨酸叶酸一部分又转变为多谷氨酸叶酸，在肝脏、红细胞及其他组织细胞内贮存，其余部分则以单谷氨酸叶酸的形式分布于血浆、组织液、胆汁及尿液中。肝脏的叶酸浓度是血浆的几百倍，但其单谷氨酸叶酸浓度与血浆相近。
叶酸以8种辅酶形式存在于生物体内，为一碳单位的载体参与嘌呤、嘧啶等重要物质的合成。用于评价人体叶酸营养状况最常用的检测指标是红细胞叶酸及血清或血浆叶酸。目前，叶酸的检测方法已有多种，其中微生物法、同位素放射免疫法的使用最为广泛。
一、微生物法
微生物法是检测生物体内叶酸的经典方法，通常所用的微生物有干酪样乳酸杆菌（L.casei)、粪链球菌和啤酒小球菌属。此3种微生物对不同形式叶酸的敏感度不同。粪链球菌只对非甲基化叶酸敏感，如PteGlu、二氢叶酸(DHF)和四氢叶酸(THF)，可用于鉴别分析各种形式叶酸在不同检测物的分布。L.casei对单谷氨酸叶酸、含2或3个谷氨酸叶酸(PteGlu2、PteGlu3)及其还原型衍生物均敏感，是3种微生物中反应谱带最宽的一种，也是最为常用的菌种。它对含7个谷氨酸叶酸(PteGlu7)的敏感度很小，约为对PteGlu敏感度的1％，故有人认为L.casei对超过3个谷氨酸基团的多谷氨酸叶酸无响应。但有研究发现，L.casei对PteGlu4、PteGlu5、PteGlu6和PteGlu7的敏感度分别为对PteGlu的65.6％、19.9％、3.5％及2.4％，同时对某些形式的多谷氨酸叶酸的敏感度随培养时间的延长而增加，其机理有两种可能：其一，微生物在培养过程中合成水解酶，随培养时间延长，水解酶产量增加，促使部分长链谷氨酸水解断裂；其二，细菌在培养过程中细胞壁对多谷氨酸叶酸的通透性增加。所以，尽管L.casei对叶酸的反应谱带较宽，但如检测物中含有多谷氨酸叶酸须将样品在检测前加入多谷氨酸叶酸水解酶进行水解，使各种形式叶酸均转变成单谷氨酸叶酸，否则检测结果不能代表其叶酸总含量。
传统的微生物学检测方法是试管法，操作繁杂。1987年，Newman和Tsai［3］在进行食物叶酸分析过程中，对传统的方法做了改良，将96孔酶标板和全自动酶标板读数仪(酶标仪)引进方法中，大大减少了试剂的消耗，缩短了加样及人工读取检测结果的时间。如使用在对数生长期冷冻保存的L.casei菌种或／及对抗生素耐药菌株，还可使检测方法进一步简化。另有研究证实［4］，使用对数生长期L.casei菌种(ATCC7469)可使检测物培养时间从36～48小时减至18小时。O′Broin和Kelleher［5］用L.casei氯霉素耐药株(NCIB10463)对血清及红细胞叶酸进行检测，结果与传统的微生物法检测结果呈显著线性相关(r值分别为0.975和0.96)。使用氯霉素耐药株，可以省略试剂过滤消毒及无菌操作等步骤。
尽管微生物法灵敏度高，结果准确，但也有许多局限性，如整个实验周期长，批间检测结果重复性差，检测结果受样品中所含抗叶酸药物或抗生素成分的影响等。用β-乳酰胺酶处理样品后，可消除青霉素和先锋霉素等抗生素对叶酸检测结果的干扰［5］。
微生物法除可用于检测血清和全血叶酸外，还可用于检测纸血片叶酸［6］，检测结果为叶酸与血红蛋白的比值。由于纸血片标本制备技术简单，纸血片叶酸稳定性较好，故该法对大规模人群叶酸营养状况的流行病学调查具有重要的意义。
二、同位素放射免疫法
尽管微生物法得到各种改进，但仍因耗时大，操作复杂而不能得到广泛使用。70年代初，有学者提出同位素放射免疫法检测血清叶酸。该方法具有快速、简便的特点，同时由于叶酸放射免疫试剂盒的出现，很快得到普及，尤其广泛应用于临床实验室。
放射免疫法与微生物法检测叶酸，除原理不同外，检测结果的意义也有所不同。对大量标本总体而言，两种方法结果相关性较好，但对个体标本，两种方法结果的差异较大。微生物法对多谷氨酸叶酸响应值低，不能直接用于检测叶酸含量。但微生物法对所有单谷氨酸叶酸及其衍生物的反应灵敏度相同，故在用叶酸水解酶处理样品使所有叶酸形式转变为单谷氨酸叶酸后进行检测，可得到准确的叶酸值。同位素放射免疫法对多谷氨酸叶酸反应的相对灵敏度有较大的差别，随着叶酸浓度增加，反应的相对灵敏度增加，但多谷氨酸叶酸的反应曲线不可能与单谷氨酸叶酸的反应曲线重合；另一方面，多谷氨酸叶酸与结合蛋白的亲合性与单谷氨酸叶酸相比较高，不同的单谷氨酸叶酸衍生物反应灵敏度不同，放射免疫法也不适用于检测单谷氨酸叶酸衍生混合物。由于上述原因，尽管放射免疫法可用于检测和评价叶酸的营养状况，但从定量检测的角度来讲，难以得到准确的叶酸含量值。
目前用于检测叶酸的放射免疫试剂盒已有数种，其原理基本相同，但不同的试剂盒检测结果也有差异［7］,主要区别有如下几方面：①竞争结合蛋白不同，或为猪血清结合蛋白，或为牛奶结合蛋白，或为β-乳球蛋白。(l)-5-甲基四氢叶酸与猪血清结合蛋白的亲合力好于多谷氨酸叶酸，后者又略好于单谷氨酸叶酸的其他衍生物，而5-甲基四氢叶酸的d型异构体不能与猪血清结合蛋白结合；牛奶结合蛋白与单谷氨酸叶酸和（d,l）-5-甲基四氢叶酸具有相同的亲合力，但对单谷氨酸叶酸的其他衍生物的亲合力各不相同，对多谷氨酸叶酸的亲合力高于对其单谷氨酸叶酸衍生物；β-乳球蛋白则对(d,l)-四氢叶酸的结合力较差。②配制标准系列的溶液不同，主要有两种，即缓冲液和血清。用血清作配制溶液与用缓冲液作配制溶液的试剂盒相比，检测结果偏低。③放射免疫法检测叶酸结果与试剂盒选择哪一种形式叶酸作标准品有关，如选择的标准品为(d,l)-5-甲基四氢叶酸，则使用此类试剂盒的前提便是假设检测物中绝大多数叶酸是以此单一辅酶形式存在的，从而使检测结果与实际含量间的误差增大。以上所述的各种因素可能是造成目前各类试剂盒检测结果间差别较大的主要原因。所以，尽管各类试剂盒均有其相应的正常值参考范围，但各实验室还应结合与叶酸营养状况有关的其他指标，来确定本实验室的红细胞或血浆、血清叶酸正常值。
三、其他方法
1.气相色谱-质谱检测：血清或红细胞叶酸是目前用于评价叶酸营养状况的两个重要指标，且红细胞叶酸是反映体内叶酸贮存状况的客观指标，对诊断叶酸缺乏具有更为重要意义。微生物法、放射免疫法可以实现血清或血浆及溶血液叶酸含量的检测，红细胞叶酸均是通过某种数学公式，从溶血液叶酸、血清叶酸和红细胞压积等指标计算出来的。1995年，Santhosh-Kumar等［8］提出用气相色谱-质谱检测的方法(GC-MS)检测红细胞叶酸含量，填补了直接检测样品红细胞叶酸浓度的空白，该方法特异性好，灵敏度高，且结果准确。
2．色谱分析法:以上所述各种叶酸的检测方法，其检测结果均为单或／和多谷氨酸叶酸及其衍生物混合物的总量。即使是微生物法也因不同微生物对不同形式叶酸的生物利用率不同，无法进行某一种或某几种单谷氨酸叶酸衍生物的分析检测。70年代，有学者提出应用色谱分析法，包括高效离子交换层析、离子对分配层析和高效液相色谱分析(HPLC)技术分离提取各种形式的叶酸，但由于叶酸浓度低于检测器检测下限，人们不得不在应用色谱技术分离提取叶酸后，再用微生物学检测方法进行定量检测。因该方法费时，需要样品量较大，故其实际应用受到限制。HPLC-电化学检测方法对单谷氨酸叶酸及其衍生物的检测灵敏度高于紫外或荧光检测方法［9］，对四氢叶酸及5-甲基四氢叶酸的检测灵敏度是微生物法的10～50倍。此方法可用于人类及大鼠等多种生物样品叶酸检测，且检测前无需样品浓缩处理。这项技术的应用对体内叶酸吸收、代谢及转运等基础理论的研究具有重要意义。1996年，Gunter等［7］发现，HPLC对全血叶酸的检测结果与Bio-Rad放射免疫试剂盒对同份样品叶酸的测定结果相近，但血浆叶酸的测定结果仅为其他方法测定结果的一半，作者认为尽管HPLC对5-甲基四氢叶酸特异性好，但在洗脱过程中有叶酸丢失的可能。HPLC技术复杂，不适用于临床常规检测。
3．离子捕获法:Wilson等［10］提出离子捕获法检测叶酸，该技术可谓叶酸检测技术中的最新方法，即在实验中，样品加入变性剂后叶酸与内源性结合蛋白分离，释放后的叶酸再与带有大量阴离子的亲合试剂结合，合成产物经过离子捕获池而与阳离子纤维结合，最后通过碱性磷酸酶与喋酸(叶酸的类似物)结合物对叶酸结合蛋白上游离结合位点的探查，定量分析样品的叶酸含量。该研究证实，离子捕获法测定血清或红细胞叶酸，其结果与同位素放射免疫法的结果具有良好的相关性，相关系数分别为0.96和0.93。
4．其他方法:80年代后期～90年代，有学者相继提出用非放射性标记蛋白结合技术检测血液叶酸，其中包括克隆酶供体免疫测定法(CEDIA)［11］、酶联配体吸附试验(ELLSA)［12］、化学发光受体实验等［13］。CEDIA方法的原理在激素、地高辛及其他维生素的检测中已有应用，其血清叶酸检测结果与放射免疫法相近，该方法检测速度约为放射免疫法的两倍，又无离子辐射，操作简单，可作为一般实验室常规检查。不足之处为费用高，约为放射免疫法的2～3倍。化学发光法检测重现性好，灵敏度较高，对低浓度叶酸样品检测结果明显高于其他方法［7］。
20家研究所或临床实验室对目前用于检测血清及全血叶酸的几种方法进行了比较研究［7］，结果显示，血清叶酸和全血叶酸检测结果平均变异系数分别为27.6％和35.7％，部分样品用不同方法检测的结果可相差2～9倍，表明不同实验室的叶酸检测结果差异较大，不同检测方法的检测结果之间可比性较差。这种差异不利于正确地客观地评价某人群叶酸营养状况，同时也给制定每日膳食叶酸供给量带来困难。随着叶酸在巨幼红细胞贫血、高同型半胱氨酸血症及神经管畸形的预防中的作用进一步明确，确定统一的检测方法和参照标准，提高叶酸检测准确率的需求也日益紧迫。目前美国疾病控制中心(CDC)、美国国家标准与技术研究院和美国农业部等机构已开始这方面的工作。
参考文献
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5O′BroinS,KelleherB.Microbiologicalassayonmicrotitreplatesoffolateinserumandredcells.JClinPathol,1992,45:344-347.
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7GunterEW,BowmanBA,CaudillSP,etal.Resultsofaninternationalroundrobinforserumandwhole-bloodfolate.ClinChem,1996,42:1689-1694.
8Santhosh-KumarCR,DeutschJC,HassellKL,etal.Quantitationofredbloodcellfolatesbystableisotopedilutiongaschromatography-massspectrometryutilizingafolateinternalstandard.AnalBiochem,1995,225:1-9.
9KohashiM,InoueK,SotobayashiH,etal.Microdeterminationoffolatemonoglutamatesinserumbyliquidchromatographywithelectrochemicaldetection.JChromatogr,1986,382:303-307.
10WilsonDH,HerrmannR,HsuS,etal.IoncaptureassayforfolatewiththeabbottIMxanalyzer.ClinChem,1995,41:1780-1781.
11vanderWeideJ,HomanHC,Cozijnsen-vanRheenenE,etal.NonisotopicbindingassayformeasuringvitaminB12andfolateinserum.ClinChem,1992,38:766-768.
异步延迟采样（ADS）
ADS通过加入延迟线对光信号在一个比特周期内进行两次采样，获取信号的相图［10］，即二维幅度直方图，并进行传输损伤分析。采用ADS技术的OPM模块结构如图1（a）所示，待测的WDM光信号以带宽为1nm的光带通滤波器（BPF）进行选通，滤除相邻信道光信号功率，但不影响选通信道的被监测光信号的波形状态；光电探测器（PD）输出电信号经带宽为0．8倍信号符号率的低通电滤波器（LPF）消除带外噪声干扰；再进行3dB分路，一路以可调电延迟线（VDL）引入Δt延迟；最后以外部图1ADS原理。（a）ADS光性能监测器结构图；（b）10Gb／sNRZ－OOK半比特ADS示意图Fig．1PrincipleofADS．（a）StructureofthedelaytapsamplingOPMmonitor；（b）halfbitdelaytapsamplingof10Gb／sNRZ－OOK时钟驱动的低采样速率的模数转换器（ADC）对两路电信号进行采样并对采样后数据做进一步处理。以10Gb／sNRZ－OOK信号为例说明半比特ADS原理，如图1（b）所示。其中Tb＝100ps为信号比特周期；以可调电延迟线设定3dB分路之后的一路电信号延迟时间为Δt＝50ps，即半比特延迟；如采用80MSPS的14－bit分辨率双输入ADC，例如AD9644，进行异步降频采样，则采样周期Ts＝12．5ns，Ts与Tb无关，且TsTb；双路ADC的每次采样包含两个采样点E（xi）和E（yi），对应的时间差为Δt，将两路采样点进行幅度值的归一化，之后再以X－Y模式做二维散点图可得ADS相图。在NRZ－OOK半比特ADS相图中，沿45°对角线的两端代表0、1电平的不同组合状态（0，0）和（1，1）；其间的过渡点对应眼图中波形的上升和下降沿，沿－45°对角线的最大宽度反映其斜率。ADS相图中包含被测信号相同或相邻比特周期间的过渡态信息，能够反映信号波形受传输损伤影响的状态，可用作OPM。
OPM仿真验证
对光信号速率、码型调制格式透明，并能同时监测多种传输损伤是OPM技术的核心要求。在10Gb／s及更低速率系统中，NRZ－OOK为代表的强度调制直接检测（IM－DD）系统因调制和接收器件简单、成本低而占据主导地位。但在40Gb／s及更高速率的系统中，由于CD和PMD容限的降低和对频谱效率要求的提高，NRZ－OOK调制不再适用于长距离传输。而以相位辅助强度调制，如ODB，也称相位整形二进制传输（PSBT）和相位调制，如RZ－DPSK等为代表的先进调制格式由于损伤阈值高、频谱效率高而受到重视［20］。以上述三种码型调制格式为监测对象，基于OptiSIM4．0商业仿真软件平台构建采用ADS和ANN技术的OPM仿真系统，验证所提出方案的透明性和损伤参数集总监测能力。
110Gb／sNRZ－OOK
10Gb／sNRZ－OOK光性能监测系统如图3（a）所示，1550nm连续光源（CW）经工作于正交传输点的无啁啾马赫－曾德尔调制器（MZM）进行外调制产生NRZ信号，数据源为10Gb／s伪随机二进制序列（PRBS），其序列长度为27－1。级联的掺铒光纤放大器（EDFA）和可调光衰减器（VOA）用于调整系统的OSNR值，通过设置不同单模光纤（SMF）的传输距离和CD、PMD系数来模拟不同程度的CD和DGD传输损伤，入纤光功率保持为0以消除非线性效应影响。包含损伤的光信号一部分经PD光电转换后以示波器（OSC）显示眼图作为参考，另一部分经ADS监测器进行Δt＝50ps，即半比特延迟采样和数据采集，最后通过提取相图特征参量对ANN模型进行多损伤监测的训练和测试。光通信性能监测系统图中的细实线代表电路连接，粗实线代表光路，而虚线代表信号数据，下同。NRZ信号在不同损伤条件下的眼图与相图如图3（b）所示，OSNR导致信号1电平和过渡点幅度分布展宽；CD和DGD均导致信号时域展宽，但CD导致信号消光比降低，相图点沿45°对角线外扩，而DGD导致信号波形三角化，相图出现非对称性。根据不同损伤参数特点，提取相图特征参数，其中珡m和σm分别为相图采样点到原点距离的均值和标准差；珋θ为相图采样点角度平均值；Qd＝（μ1－μ0）／（σ1＋σ0）类似眼图中Q值的定义，以相图中沿45°对角线上采样点区分0、1电平，求其均值和标准差得对角线Q值。以上述4个参数构成如图3（c）所示ANN模型的输入向量，OSNR，CD，DGD参数构成输出向量，MLP－3包含26个隐元，采用拟牛顿（Quasi－Newton）算法作为训练算法，ANN的训练使用张齐军教授开发的NeuroModeler软件包。为了验证ANN模型监测传输损伤的性能，以125组不同损伤条件下相图参数构成训练样本，其中OSNR分别为40，36，32，28，24dB；CD分别为0，200，400，600，800ps／nm；DGD分别为0，12，24，36，48ps，对ANN进行训练。在训练完成后，以另外的64组不同损伤参数，其中OSNR分别为38，34，30，26dB；CD分别为100，300，500，700ps／nm；DGD分别为6，18，30，42ps，构成测试样本对ANN的预测输出进行测试。10Gb／sNRZ－OOK光性能监测结果如图4所示，其中ANN模型在200次迭代之后的训练误差Etrain＝0．008，ANN模型预测输出与测试样本相关系数Rc＝99．3％，损伤参数监测的均方根误差分别为EOSNR＝0．1dB，ECD＝8．34ps／nm和EDGD＝0．92ps，在监测损伤参数的测量范围内，监测误差小于5％。
240Gb／sODB
40Gb／s光通信系统与10Gb／s系统相比，CD容限减小16倍，PMD容限减小4倍，NRZ－OOK调制的无电中继再生可传输距离大大缩短。ODB调制格式采用三电平调制，非连续的相邻1电平之间相位相差π，在CD、PMD或滤波器效应引入波形展宽时，产生干涉相消，使0电平保持低电位，从而大幅提高其对色散损伤的阈值，而且其频谱较NRZ－OOK调制更窄，有利于窄信道间隔的WDM传输［20］。同时，ODB调制格式只需改动发射机，而接收机不变，在性能和复杂度之间实现折中。40Gb／sODB光性能监测系统如图5（a）所示，信号源产生40Gb／sPRBS，其序列长度为27－1，首先进行双二进制预编码，之后经带宽为10GHZ的低通滤波器产生三电平驱动信号，在工作于传输零点的MZM中对1550nm的CW光源进行外调制得ODB信号，入纤功率保持为0，消除非线性效应影响。光纤链路中OSNR、CD和PMD三种传输损伤的模拟与眼图监测部分与4．1中相同，ADS监测器的延迟为半比特，即Δt＝12．5ps。不同损伤条件下的ODB信号眼图与ADS相图如图5（b）所示，OSNR降低导致0、1电平和过渡点幅度值均匀展宽；CD导致波形三角化，相图中第3象限采样点外扩；DGD导致波形斜率降低，消光比减小，相图点沿对角线方向闭合。根据相图变化特点提取特征参数，其中珡m、σm、珋θ和Qd与4．1中相同，σm3为相图第3象限采样点到原点距离的标准差。以相图特征参数为输入向量，监测损伤参数为输出向量构造ANN模型如图5（c）所示，采用拟牛顿训练算法，隐元数目为32个。以125组不同的传输损伤组合构成训练样本，其中有OSNR分别为42，38，34，30，26dB；CD分别为0，40，80，120，160ps／nm；DGD分别为0，4，8，12，16ps，对ANN进行训练。以64组不同的传输损伤组合构成测试样本对训练完成的ANN模型进行预测输出的检验，其中有OSNR分别为40，36，32，28dB；CD分别为20，60，100，140ps／nm；DGD分别为2，6，10，14ps。监测结果如图6所示，ANN模型训练误差Etrain＝0．031，预测输出与测试样本相关系数Rc＝97．6％，损伤监测均方根误差为EOSNR＝0．72dB，ECD＝3．24ps／nm和EDGD＝0．49ps，测量范围内的监测误差小于5％。
340Gb／sRZ－DPSK
在RZ－DPSK调制格式中，由于采用了平衡光电探测（BPD），其达到相同误码率所需的OSNR值要求比OOK调制格式要低3dB，即接收机灵敏度提高一倍。对于受到光放大器自发辐射噪声限制的长距传输系统而言，使用RZ－DPSK调制可使无电再生中继可传输距离增加一倍，2003年以后的陆基和海缆长距大容量光通信系统中，DPSK和差分四相移键控（DQPSK）调制逐渐取代OOK而成为主流［21］。40Gb／sRZ－DPSK光性能监测系统如图7（a）所示，序列长度为27－1的40Gb／sPRBS经差分预编码后在工作于传输零点的MZM1中对CW光源进行相位信息加载，再采用40GHz正弦时钟信号在工作于正交传输点的MZM2中进行RZ码型调制，最终获得50％占空比的RZ－DPSK信号。光纤链路中OSNR、CD和PMD三种传输损伤的模拟与4．1中相同，在加入传输损伤之后，部分光信号经过延迟干涉仪（DLI）解调和BPD平衡探测后，在OSC1中显示解调信号眼图；部分光信号直接PD检测，在OSC2中显示线路传输眼图；部分光信号进入ADS监测器，其延迟量设置为1bit，即Δt＝25ps。不同损伤条件下的RZ－DPSK信号的解调后眼图、线路传输传输眼图和ADS相图如图7（b）所示，OSNR降低导致信号波形和相图点幅度值的展宽；CD导致波形幅度值和消光比降低，相图点局部外扩；DGD导致两偏振态的信号产生相位差，在PD检测中干涉相消，使信号波形幅度值降低，相图点沿对角线方向缩短。根据相图变化的特点，提取与传输损伤变化有关的特征参量，其中珡m和σm与4．1中相同，珋θhalf为相图45°对角线以上采样点到原点的角度平均值，σθ为全部采样点到原点角度值的标准差，M为采样点到原点幅度最大值与最小值之差。以上述特征参数为输入向量，损伤参数为输出向量构造ANN模型如图7（c）所示，隐元数目为30，采用拟牛顿训练算法。以125组传输损伤组合构成训练样本，包括OSNR分别为36，32，28，24，20dB；CD分别为0，12，24，36，48ps／nm；DGD分别为0，3，6，9，12ps，对ANN进行训练。以64组不同的传输损伤组合构成测试样本对训练完成的ANN模型进行预测输出的检验，包括OSNR分别为34，30，26，22dB；CD分别为6，18，30，42ps／nm；DGD分别为1．5，4．5，7．5，10．5ps。监测结果如图8所示，ANN模型训练误差Etrain＝0．06，预测输出与测试样本相关系数Rc＝95．8％，监测均方根误差为EOSNR＝0．15dB、ECD＝1．74ps／nm和EDGD＝0．61ps，测量范围内的监测误差小于5％。
【关键词】桩基工程；检测技术；检测方法
桩基作为现今高层建筑普遍采用的基础形式，应用的范围很广泛，要想保障工程的质量，就必须要提高工程质量的检测手段和技术，总结现在桩基工程检测中存在的问题，进一步的进行改善，使检测技术得到进一步的发展，为桩基检测事业的发展做出更大的贡献。
1、桩基工程检测中存在的问题
目前桩基工程检测的工作，总体的情况是比较好的，但是由于各个检测单位和地区的情况出现一定的差异，也会在不同程度上存在着一定的问题。
1.1 技术上存在的问题
桩基工程检测技术是由成孔后检测和成桩后检测两个部分构成，我国现今桩基检测技术的发展特点是成桩检测技术比成孔检测技术更加的优秀，但是从防范于未然的观点上来看，桩的成孔检测应比成桩后检测更加的重要。
承载力检测试验做得不够到位，在成桩检测的技术中，承载力检测试验的工作仍需要加强，不能为了省时省钱而减少了静载试验的数量。在桩的动力检测方法未取得突破性进展之前，桩的静载试验仍是检验桩承载力值的评定标准。在桩的承载力的检测问题上，任何企图以更省时、更省力的方法来等同静载试验效果的想法是不现实的。
在检测的仪器上面，个别单位使用的仪器性能比较老旧，不能满足当前桩基检测的有关标准和规程的要求，一些单位低应变检测时的传感器采用速度计，会导致检测波形质量不高，在仪器上没有贴准用的标签，仪器周期检测的执行情况较差，这些都是重要的问题。
目前我国的桩基检测技术标准已经初步的建成了完整的检测体系，但是各标准和规程之间还缺乏协调和衔接，适用的范围不够的明确，甚至会出现重复、遗漏、矛盾之处，因此要更加的规范它们之间的协调关系。
1.2 管理上存在的问题
市场检测的行为不够规范，由于检测市场的不规范和片面的压价，一些单位在检测的过程中，现场数据的采集不够认真，资料数据的处理比较的草率，个别的单位还出现了卖资质给无资质方进行使用的现象。
检测单位的硬件设备参差不齐，有一些单位的办公场所比较的拥挤破旧，没有专门的档案存放地点，在技术的装备上，有的单位是采用进口的低应变和高应变设备，而有些比较差的单位，甚至连计量器都不能进行定期的标定工作。
检测单位内部管理比较混乱，一些单位的法律意识和责任意识比较缺乏，在其内部没有建立相互制约的监督机制。即使有了相关的制度，但是也缺乏制约的力度，也就是形同虚设。在岗位的管理上存在着持证人员变动大，岗位人员不到位，有无证人员在现场开展检测工作等问题。在档案的管理上，有些单位没有专门的档案存放地点、设施和管理人员，资料杂乱混装，没有按照“一个工程一份档案”的要求装订成册。
1.3 检测成果精确度不高
执行的规范不够严肃，采用非规范规定的检测方法做出报告，应反映或引用的材料不够齐全，数据不是十分的准确，结论比较简单或者结论含糊，抽检的数量没有满足有关规程的要求，动测报告中的使用单位和专业术语不符合相关的规程规定。
动测报告中的实测波形质量比较差，一些单位采用高应变推算承载力的报告中，没有提供实测波形，低应变完整性检测的波形质量差，多为速度计测得，
在声波透射法报告中的波形图大多偏小。静载实验的内容一致性的规范不符，原始记录潦草且涂改严重，基准梁安置不标准，观测时间不充分，长度不够，S-L曲线和Q-S曲线采用手工绘制，误差比较大，极限承载力基本值和标准值判断不准，原始记录出具的检测报告无编号或者符号大小书写不规范。
报告结论的正确性存在一定的问题，低应变完整性检测时以振荡波形出报告，结论的随意性很大，高应变检测推算承载力时，报告中无计算公式、无实测曲线、无参数取值，仅有最终承载力值，基本上属所谓的暗箱操作，高应变检测的曲线拟合质量不高，拟合时间段长度也不够。
高应变检测采集的曲线没有注意锤重、一致性差、落距的选择，锤击力不够，分析时选用的参数不合理或过于简单、不全。引、有一些单位没有编制相关的检测方案或检测方案过于简单、不能对整个检测过程起到指导作用。报告的签名不用手签，却采用打印，个别单位出现无证人员签字。
2、桩基检测的方法
桩基检测的方法分为静载荷试验和动力测桩两大类，还有钻芯法和静力、动力触探以及埋设传感器法等辅助类方法。
2.1 基桩检测的分类
桩基的检测类型可分为：特殊条件下或事故处理中的其它检测；桩（墩）底持力层承载力及变形性状的检测；各类桩、墩、桩墙竖向或横向承载力检测，包括单桩及群桩承载力检测；施工中对环境影响（如噪音、震动）的检测；各类桩、墩及桩墙结构完整性检测；考虑桩同作用或复合地基中桩土荷载分担比的检测，桩体及土体应力一应变的检测。
桩基按检测的时间可以分为：为设计提供依据的先期的检测；施工阶段的施工检测；施工完成后的验收检测；施工阶段或使用阶段的鉴定检测。
2.2 检测的方法与讨论
在进行各类桩、墩及桩墙结构完整性的检测时，一般会采用高应变动力或低应变测桩法进行检测，大直径桩一般采用钻芯法或声波透射法进行检测。由散体材料桩或低粘结强度桩和土组成的复合地基（碎石桩、石灰桩等），一般采用静载荷试验，也可以采用静力触探分别对桩和土进行检测，确定复合地基的承载力。由高粘结强度桩和土组成的复合地基（水泥土桩、低标号混凝土桩等）一般采用静载荷试验检测竖向的承载力。在施工工程中噪音的测试可以采用分贝计加以判定。在施工工程中由于震动对环境的影响因素，一般会采用加速度监测系统或者质点速度监测系统进行测试，也可使用地震仪进行检测。使用阶段桩体应力一应变的测试，使用钢筋应力计，混凝土应力计或特制的传感器。在复合地基中，桩、土荷载分担比的检测一般采用压力盒或钢弦通过静载荷试验进行测定，也可以采用特制的应力传感器测试。在施工工程中由于挤土效应对于环境的影响，可以使用变形传感器（测斜仪）进行工程的监测，也可以使用沉降变形标配合水平仪，经纬仪进行检测。当桩长大于30m，用其它的检测方法难以准确判定桩完整性时，可以采用抽芯的方法，也可以采用声波透射法进行目标的检测。
在进行桩基工程检测时，要根据不同的情况进行检测方法的合理选用。在动测的技术没有取得突破性的发展之前，静载荷试验仍然是桩基检测最基本最可靠的方法，动测只是为静载实验作补充的，是工程验收的方法之一，动测确定承载力的方法还要进一步的完善。
3、总 结
桩基施工的质量关系到整个建筑物工程的质量，它既不同于常规的建筑材料试验，又不同于普通建筑结构的测试。因此，不断提高桩基检测的质量水平，强化对桩基检测队伍的管理，有很重要的意义。
参考文献：
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关键词 苹果 苹果轮纹病 孢子 田间监测 方法
环渤海湾苹果主产区为农业部确定的我国苹果两大优势产区之一，其气候及主要土壤类型适于生产优质苹果，但也适宜各种病害发生发展。山东省烟台市是环渤海湾苹果主产区中的主产地之一，苹果种植面积17.3万余hm2，年产量近400万t，其中红富士苹果种植面积占苹果种植总面积的80％以上。苹果轮纹病[Botrvosphaeda dothidea(MOUg.)Ces.＆DeNot]为环渤海湾苹果生产中的主要病害之一，尤其随着易感病品种红富士的广泛种植，该病在各地苹果园普遍发生，严重发病园果实发病率在40％以上，且苹果枝干轮纹病发生日趋严重。据调查，苹果枝干轮纹病在山东省发生最为严重，发病率达100％，病情指数达87.20。
当前，防治苹果轮纹病仍以化学药剂为主，由于果农缺乏对苹果轮纹病流行规律的深入了解，任意增加农药使用次数和使用量，不仅造成农药浪费，还会导致果品农药残留和环境污染。苹果轮纹病病原菌对多菌灵、戊唑醇等杀菌剂已产生了低水平抗药性。国内外学者关于苹果轮纹病防治方面的研究报道较多，而对苹果轮纹病流行监测方法鲜见报道。为此，2009年我们在山东省烟台市比较了雨水收集法和玻片黏着法对苹果轮纹病病原菌孢子的监测效果，可为监测苹果轮纹病孢子田间释放动态，针对性地防治病害，抗病育苗等研究工作提供科学方法与依据，现将结果报道如下。
1 材料和方法
1.1 试验园概况
供试品种为13年生高感苹果轮纹病的红富士苹果，试验地设在山东省烟台市农业科学研究院苹果园，该园具有10余年的种植苹果历史，果实和枝干苹果轮纹病发生严重。监测树常年均未喷施任何杀菌剂。
1.2 孢子田间释放监测方法
(1)雨水收集法在苹果园内选择3～5年生、苹果轮纹病病瘤较多的枝条，枝条的倾斜角度约45°，枝条段长30cm。在枝条段的上方和下方各绑扎布条，下方布条处挂1个细口瓶，上方布条下绑1个石块，下方布条头放入细口瓶内(图版3)。在监测果园内共选择10个枝条段，挂10个细口瓶，瓶内放人少量硫酸铜，防止收集到的孢子萌发。每次降雨后，收集10个细口瓶内所有雨水，并用5～10 mL的清水冲洗细口瓶2～3次，测量收集到的雨水和冲洗液体的总体积。将收集的液体摇动、混匀后，用血球计数板测量苹果轮纹病病原菌孢子的浓度，并计算孢子数。
孢子数(个)=总水量(mL)×孢子浓度(个／mL)。
(2)玻片黏着法 将玻片涂有凡士林的一面贴近苹果枝干轮纹病病斑和病瘤(图版3)，做好编号与标记，定点监测，每隔10天左右更换1次玻片。镜检玻片时，在100倍的显微视野下记录2行内苹果轮纹病病原菌孢子数。
1.3 监测时间
从苹果花序分离期直到10月底或11月初监测苹果轮纹病病原菌孢子田间释放动态，评价2种监测方法的优势。
2 结果与分析
雨水收集法和玻片黏着法2种方法均能从5月中旬至8月下旬收集到苹果轮纹病病原菌孢子。采用雨水收集法，从5月14日开始监测到苹果轮纹病病原菌孢子，5月中下旬出现孢子释放小高峰，6月下旬至8月中下旬为孢子释放高峰期。7月21日收集的孢子数最多，为127916个；8月21日次之，为80514个；7月12、14日收集的孢子数均在4万个以上；6月20日和7月9日收集的孢子数均在2万个以上；7月26日和8月27日孢子数均大于1万个(表1)。该收集方法监测到的孢子数明显多于玻片收集的孢子数，这是由于所选择的枝条段含有大量苹果轮纹病病斑和病瘤，体现了苹果轮纹病病原菌孢子释放动态的整体水平。
采用玻片黏着法，同样是在5月14日开始监测到苹果轮纹病病原菌孢子，5月中下旬出现孢子释放小高峰。7月23、30日收集的孢子数最多，分别为1060、1030个；其次为8月21日和7月14日，收集的孢子数分别为678、485个(表1)。孢子释放高峰期同雨水收集法的结果基本一致，但孢子数远远低于雨水收集法。这与玻片黏着法的特点有关，该方法主要将玻片贴近单个苹果轮纹病病斑，导致了菌源数量较少，但该种方法可从微观上体现单个病斑或病瘤的孢子释放特点，还可研究与评价单个分生孢子器释放孢子的能力。
3 结论与讨论
本研究评价了雨水收集法和玻片黏着法收集苹果轮纹病病原菌孢子的效果。这2种方法分别可在宏观和微观角度上研究苹果轮纹病病原菌孢子的田间释放规律，从而为深入开展苹果轮纹病病原菌孢子群体特性和个体特性等方面研究提供技术与方法。孢子释放与否同降水关系密切，只有在降水后才能监测到孢子，且释放出的孢子随着雨水流动进行传播与侵染。因2009年后期元降水；雨水收集法和玻片黏着法分别在8月27日和9月11日后均未能收集到病原菌孢子。陈功友曾提到苹果轮纹病病原菌孢子的分生孢子器自2月开始开口释放孢子，在5-6月为释放高峰期。本试验监测的烟台地区苹果轮纹病病原菌孢子释放始期、高峰期与陈功友报道的有所不同，这可能与不同地区气候条件有差异等因素有关。
苹果轮纹病可严重为害苹果果实和枝条，从而导致大量烂果，削弱树势，严重时死枝，尤其是可引起花、芽、枝死亡，造成的损失不可估量。苹果轮纹病主要侵染来源为枝干，确定该病病原菌孢子的监测方法，可有针对性地开展苹果枝干轮纹病病斑孢子释放动态的研究，对于确定防治关键期具有十分重要的作用。
参考文献
1 高艳敏，沈永波；张恩尧，等，苹果轮纹病发生规律及条件的研究，安徽农业科学
关键字:入侵检测;协议分析;模式匹配;智能关联a
1引言
入侵检测技术是继“防火墙”、“数据加密”等传统安全保护措施后新一代的安全保障技术,它对计算机和
网络资源上的恶意使用行为进行识别和响应,不仅检测来自外部的入侵行为,同时也监督内部用户的未授权活动。但是随着网络入侵技术的发展和变化以及网络运用的不断深入,现有入侵检测系统暴露出了诸多的问题。特别是由于网络流量增加、新安全漏洞未更新规则库和特殊隧道及后门等原因造成的漏报问题和IDS攻击以及网络数据特征匹配的不合理特性等原因造成的误报问题,导致IDS对攻击行为反应迟缓,增加安全管理人员的工作负担,严重影响了IDS发挥实际的作用。
本文针对现有入侵监测系统误报率和漏报率较高的问题,对几种降低IDS误报率和漏报率的方法进行研究。通过将这几种方法相互结合,能有效提高入侵检测系统的运行效率并能大大简化安全管理员的工作,从而保证网络
安全的运行。
2入侵检测系统
入侵是对信息系统的非授权访问及(或)未经许可在信息系统中进行操作,威胁计算机或网络的安全机制(包括机密性、完整性、可用性)的行为。入侵可能是来自外界对攻击者对系统的非法访问,也可能是系统的授权用户对未授权的内容进行非法访问,入侵检测就是对企图入侵、正在进行的入侵或已经发生的入侵进行识别的过程。入侵检测系统IDS(IntrusionDetectionSystem)是从多种计算机系统机及网络中收集信息,再通过这些信息分析入侵特征的网络安全系统。
现在的IDS产品使用的检测方法主要是误用检测和异常检测。误用检测是对不正常的行为进行建模,这些行为就是以前记录下来的确认了的误用或攻击。目前误用检测的方法主要是模式匹配,即将每一个已知的攻击事件定义为一个独立的特征,这样对入侵行为的检测就成为对特征的匹配搜索,如果和已知的入侵特征匹配,就认为是攻击。异常检测是对正常的行为建模,所有不符合这个模型的事件就被怀疑为攻击。现在异常检测的主要方法是统计模型,它通过设置极限阈值等方法,将检测数据与已有的正常行为比较,如果超出极限阈值,就认为是入侵行为。
入侵检测性能的关键参数包括:(1)误报:实际无害的事件却被IDS检测为攻击事件。(2)漏报:攻击事件未被IDS检测到或被分析人员认为是无害的。
3降低IDS误报率方法研究
3.1智能关联
智能关联是将企业相关系统的信息(如主机特征信息)与网络IDS检测结构相融合,从而减少误报。如系统的脆弱性信息需要包括特定的操作系统(OS)以及主机上运行的服务。当IDS使用智能关联时,它可以参考目标主机上存在的、与脆弱性相关的所有告警信息。如果目标主机不存在某个攻击可以利用的漏洞,IDS将抑制告警的产生。
智能关联包括主动和被动关联。主动关联是通过扫描确定主机漏洞;被动关联是借助操作系统的指纹识别技术,即通过分析IP、TCP报头信息识别主机上的操作系统。
3.1.1被动指纹识别技术的工作原理
被动指纹识别技术的实质是匹配分析法。匹配双方一个是来自源主机数据流中的TCP、IP报头信息,另一个是特征数据库中的目标主机信息,通过将两者做匹配来识别源主机发送的数据流中是否含有恶意信息。通常比较的报头信息包括窗口(WINDOWSIZE)、数据报存活期(TTL)、DF(dontfragment)标志以及数据报长(Totallength)。
窗口大小(wsize)指输入数据缓冲区大小,它在TCP会话的初始阶段由OS设定。数据报存活期指数据报在被丢弃前经过的跳数(hop);不同的TTL值可以代表不同的操作系统(OS),TTL=64,OS=UNIX;TTL=12,OS=Windows。DF字段通常设为默认值,而OpenBSD不对它进行设置。数据报长是IP报头和负载(Payload)长度之和。在SYN和SYNACK数据报中,不同的数据报长代表不同的操作系统,60代表Linux、44代表Solaris、48代表Windows2000。
IDS将上述参数合理组合作为主机特征库中的特征(称为指纹)来识别不同的操作系统。如TTL=64,初步判断OS=Linux/OpenBSD;如果再给定wsize的值就可以区分是Linux还是OpenBSD。因此,(TTL,wsize)就可以作为特征库中的一个特征信息。3.1.2被动指纹识别技术工作流程
具有指纹识别技术的IDS系统通过收集目标主机信息,判断主机是否易受到针对某种漏洞的攻击,从而降低误报率。
因此当IDS检测到攻击数据包时,首先查看主机信息表,判断目标主机是否存在该攻击可利用的漏洞;如果不存在该漏洞,IDS将抑制告警的产生,但要记录关于该漏洞的告警信息作为追究法律责任的依据。这种做法能够使安全管理员专心处理由于系统漏洞产生的告警。
3.2告警泛滥抑制
IDS产品使用告警泛滥抑制技术可以降低误报率。在利用漏洞的攻击势头逐渐变强之时,IDS短时间内会产生大量的告警信息;而IDS传感器却要对同一攻击重复记录,尤其是蠕虫在网络中自我繁殖的过程中,这种现象最为重要。
所谓“告警泛滥”是指短时间内产生的关于同一攻击的告警。IDS可根据用户需求减少或抑制短时间内同一传感器针对某个流量产生的重复告警。这样。网管人员可以专注于公司网络的安全状况,不至于为泛滥的告警信息大伤脑筋。告警泛滥抑制技术是将一些规则或参数(包括警告类型、源IP、目的IP以及时间窗大小)融入到IDS传感器中,使传感器能够识别告警饱和现象并实施抵制操作。有了这种技术,传感器可以在告警前对警报进行预处理,抑制重复告警。例如,可以对传感器进行适当配置,使它忽略在30秒内产生的针对同一主机的告警信息;IDS在抑制告警的同时可以记录这些重复警告用于事后的统计分析。
3.3告警融合
该技术是将不同传感器产生的、具有相关性的低级别告警融合成更高级别的警告信息,这有助于解决误报和漏报问题。当与低级别警告有关的条件或规则满足时,安全管理员在IDS上定义的元告警相关性规则就会促使高级别警告产生。如扫描主机事件,如果单独考虑每次扫描,可能认为每次扫描都是独立的事件,而且对系统的影响可以忽略不计;但是,如果把在短时间内产生的一系列事件整合考虑,会有不同的结论。IDS在10min内检测到来自于同一IP的扫描事件,而且扫描强度在不断升级,安全管理人员可以认为是攻击前的渗透操作,应该作为高级别告警对待。例子告诉我们告警融合技术可以发出早期攻击警告,如果没有这种技术,需要安全管理员来判断一系列低级别告警是否是随后更高级别攻击的先兆;而通过设置元警告相关性规则,安全管理员可以把精力都集中在高级别警告的处理上。元警告相关性规则中定义参数包括时间窗、事件数量、事件类型IP地址、端口号、事件顺序。
4降低IDS漏报率方法研究
4.1特征模式匹配方法分析
模式匹配是入侵检测系统中常用的分析方法,许多入侵检测系统如大家熟知的snort等都采用了模式匹配方法。
单一的模式匹配方法使得IDS检测慢、不准确、消耗系统资源,并存在以下严重问题:
(1)计算的负载过大,持续该运算法则所需的计算量极其巨大。
(2)模式匹配特征搜索技术使用固定的特征模式来探测攻击,只能探测明确的、唯一的攻击特征,即便是基于最轻微变换的攻击串都会被忽略。
(3)一个基于模式匹配的IDS系统不能智能地判断看似不同字符串/命令串的真实含义和最终效果。在模式匹配系统中,每一个这样的变化都要求攻击特征数据库增加一个特征记录。这种技术攻击运算规则的内在缺陷使得所谓的庞大特征库实际上是徒劳的,最后的结果往往是付出更高的计算负载,而导致更多的丢包率,也就产生遗漏更多攻击的可能,特别是在高速网络下,导致大量丢包,漏报率明显增大。
可见传统的模式匹配方法已不能适应新的要求。在网络通信中,网络协议定义了标准的、层次化、格式化的网络数据包。在攻击检测中,利用这种层次性对网络协议逐层分析,可以提高检测效率。因此,在数据分析时将协议分析方法和模式匹配方法结合使用,可以大幅度减少匹配算法的计算量,提高分析效率,得到更准确的检测结果。超级秘书网
4.2协议分析方法分析
在以网络为主的入侵检测系统中,由于把通过网络获得的数据包作为侦测的资料来源,所以数据包在网络传输中必须遵循固定的协议才能在电脑之间相互沟通,因此能够按照协议类别对规则集进行分类。协议分析的原理就是根据现有的协议模式,到固定的位置取值(而不式逐一的去比较),然后根据取得的值判断其协议连同实施下一步分析动作。其作用是非类似于邮局的邮件自动分捡设备,有效的提高了分析效率,同时还能够避免单纯模式匹配带来的误报。
根据以上特点,能够将协议分析算法用一棵协议分类树来表示,如图2所示。这样,当IDS进行模式匹配时,利用协议分析过滤许多规则,能够节省大量的时间。在任何规则中关于TCP的规则最多,大约占了50%以上,因此在初步分类后,能够按照端口进行第二次分类。在两次分类完成后,能够快速比较特征库中的规则,减少大量不必要的时间消耗。如有必要,还可进行多次分类,尽量在规则树上分叉,尽可能的缩减模式匹配的范围。
每个分析机的数据结构中包含以下信息:协议名称、协议代号以及该协议对应的攻击检测函数。协议名称是该协议的唯一标志,协议代号是为了提高分析速度用的编号。为了提高检测的精确度,可以在树中加入自定义的协议结点,以此来细化分析数据,例如在HTTP协议中可以把请求URL列入该树中作为一个结点,再将URL中不同的方法作为子节点。
分析机的功能是分析某一特定协议的数据,得出是否具有攻击的可能性存在。一般情况下,分析机尽可能的放到树结构的叶子结点上或尽可能的靠近叶子结点,因为越靠近树根部分的分析机,调用的次数越多。过多的分析机聚集在根部附近会严重影响系统的性能。同时叶子结点上的协议类型划分越细,分析机的效率越高。
因此,协议分析技术有检测快、准确、资源消耗少的特点,它利用网络协议的高度规则性快速探测攻击的存在。
5结束语
本文对几种降低IDS误报率和漏报率的方法进行分析研究,通过将这几种方法相互结合,能有效提高入侵检测系统的运行效率并能大大简化安全管理员的工作,从而保证网络安全的运行。由于方法论的问题,目前IDS的误报和漏报是不可能彻底解决的。因此,IDS需要走强化安全管理功能的道路,需要强化对多种安全信息的收集功能,需要提高IDS的智能化分析和报告能力,并需要与多种安全产品形成配合。只有这样,IDS才能成为网络安全的重要基础设施。
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关键词：减速器优化设计
传统的减速器设计一般通过反复的试凑、校核确定设计方案，虽然也能获得满足给定条件的设计效果，但一般不是最佳的。为了使减速器发挥最佳性能，必须对减速器进行优化设计，减速器的优化设计可以在不同的优化目标下进行。除了一些极为特殊的场合外，通常可以分为从结构形式上追求最小的体积(重量)、从使用性能方面追求最大的承载能力、从经济效益角度考虑追求最低费用等三大类目标。第一类目标与第二类目标体现着减速器设计中的一对矛盾，即体积(重量)与承载能力的矛盾。在一定体积下，减速器的承载能力是有限的；在承载能力一定时，减速器体积(重量)的减小是有限的。由此看来，这两类目标所体现的本质是一样的。只是前一类把一定的承载能力作为设计条件，把体积(重量)作为优化目标；后一类反之，把一定的体积(重量)作为设计条件，把承载能力作为优化目标。第三类目标的实现，将涉及相当多的因素，除减速器设计方案的合理性外，还取决于企业的劳动组织、管理水平、设备构成、人员素质和材料价格等因素。但对于设计人员而言，该目标最终还是归结为第一类或第二类目标，即减小减速器的体积或增大其承载能力。
一、单级圆柱齿轮减速器的优化设计
单级主减速器可由一对圆锥齿轮、一对圆柱齿轮或由蜗轮蜗杆组成，具有结构简单、质量小、成本低、使用简单等优点。但是其主传动比i0不能太大，一般i0≤7，进一步提高i0将增大从动齿轮直径，从而减小离地间隙，且使从动齿轮热处理困难。单级主减速器广泛应用于轿车和轻、中型货车的驱动桥中。单级圆柱齿轮减速器以体积最小为优化目标的优化设计问题，是一个具有16个不等式约束的6维优化问题，其数学模型可简记为：
minf(x)x=[x1x2x3x4x5x6]T∈R6S.t.gj(x)≤0(j=1，2，3∧，16)
采用优化设计方法后，在满足强度要求的前提下，减速器的尺寸大大地降低，减少了用材及成本，提高了设计效率和质量。优化设计法与传统设计密切相关，优化设计是以传统设计为基础，沿用了传统设计中积累的大量资料，同时考虑了传统设计所涉及的有关因素。优化设计虽然弥补了传统设计的某些不足，但该设计法仍有其局限性，因此可在优化设计中引入可靠性技术、模糊技术，形成可靠性优化设计或模糊可靠性优化设计等现代设计法，使工程设计技术由“硬”向“软”发展。
二、混凝土搅拌运输车减速器的优化设计
1.主要参数
混凝土搅拌运输车搅拌筒(罐)的设计容积为8～10m3，最大安装角度12°，工作转速2～4r/min和10～12r/min(卸料时的反向转速)；减速器设计传动比131∶1，最大输出转矩60kN·m，要求传动效率高、密封性好、噪声低、互换性强。2.2结构设计主要包括前盖组件、被动轮组件、第一级行星轮总成、第二级行星轮总成、机体中部组件和法兰盘组件6大部分。机体间采用螺栓和销钉连接与定位，机体与内齿圈之间采用弹性套销的均载机构。为便于用户在使用时装配与拆卸，减速器主轴线与安装面设计有15°的倾角，法兰盘轴线可以向X、Y和Z方向摆动±6°，并选用专用球面轴承作为支承。轴承装入行星轮中，弹簧挡圈装在轴承外侧且轴向间隙≤0.2mm，减速器最大外形尺寸467mm×460mm×530mm，总质量(不含油)为290kg。
2.传动系统设计
该减速器采用3级减速方案：第一级为高速圆柱齿轮传动，其余两级为NGW型行星齿轮传动。其中，第二、三级分别有3个和4个中空式行星轮，行星轮安装在单臂式行星架上，行星架浮动且采用滚动轴承作为支承；第二级行星架与法兰盘之间采用鼓形齿双联齿轮联轴器连接，混凝土搅拌运输车减速器对齿面接触疲劳强度、齿根弯曲疲劳强度和齿面磨损等要求十分苛刻，因此合理地选择变位系数和进行修形计算十分重要。
三、减速器优化设计的数学模型
1.目标函数
对于C型问题，目标函数是A=min{f(x)}=min{f(x1，x2，…，xn)}式中：A——减速器总中心距，即各级中心距之和；x——各设计变量(包括各级中心距、模数、螺旋角、齿数、齿宽和变位系数等)；n——设计变量的个数。对于P型问题，目标函数是P=max{f(x)}=max{f(x1，x2，…，xn)}。式中：P——减速器的许可承载功率；x——同C型；n——同C型。
2.约束条件
约束条件是判断目标函数中设计变量的取值是否可行的一些规定，因此减速器优化设计过程中提出的每一个供选择的设计方案；都应当由满足全部约束条件的优化变量所构成。对于减速器来说，在列出优化设计的约束条件时，应当从各个方面细致周全的予以考虑。例如，设计变量本身的取值规则，齿轮与其它零件之间应有的关系等等。减速器优化设计应考虑以下约束条件：
（1）设计变量取值的离散性约束
齿数：每个齿轮的齿数应当是整数；模数：齿轮模数应符合标准模数系列(GB1357-78)；中心距：为避免制造和维护中的各种麻烦，中心距以10mm为单位步长。
（2）设计变量取值的上下界约束
螺旋角：对直齿轮为零，斜齿轮按工程上的使用范围取8°~15°；总变位系数：由于总变位系数将影响齿轮的承载能力，常取为0~0.8。
（3）齿轮的强度约束
齿轮强度约束是指齿轮的齿面接触疲劳强度与轮齿的弯曲疲劳强度，这两项计算根据国家标准GB3480-83中的方法进行。强度是否够，根据实际安全系数是否达到或超出预定的安全系数进行检验。
（4）齿轮的根切约束
为避免发生根切，规定最小齿数，直齿轮为17，斜齿轮为14~16。
（5）零件的干涉约束
要求中心距、齿顶圆和轴径这三者之间满足无干涉的几何关系。对于三级传动的减速器(如图1)，干涉约束相当于两个约束：第二级中心距应大于第一级大齿轮齿顶圆半径与第三级小齿轮顶圆半径之和；第三级中心距应大于第二级大齿轮顶圆半径与第4轴半径之和。而二级齿轮传动类推。
四、结语
机械优化设计是在常规机械设计的基础上发展和延伸的新设计方法，而减速器的优化就是其中之一，是以传统设计为基础、沿用了传统设计中积累的大量资料，同时考虑了传统设计所涉及的有关因素。在实际应用中已产生了较好的技术经济效果，减少了用材及成本，提高了设计效率和质量，使减速器发挥了最佳性能。
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关键词：汽轮机叶轮 无损检测 超声表面波检测 超声爬波检测
无损检测是工业发展必不可少的有效工具,在一定程度上反映了一个国家的工业发展水平,其重要性已得到公认。无损检测的最大特点就是能在不损坏试件材质、结构的前提下进行检测,所以实施无损检测后,产品的检查率可以达到100%。但是,并不是所有需要测试的项目和指标都能进行无损检测,无损检测技术也有自身的局限性。某些试验只能采用破坏性试验,因此,在目前无损检测还不能代替破坏性检测。文中汽轮机转子无损检测采用超声检测。汽轮机转子的无损检测是一项系统工程,涉及汽轮机和金属材料等多个专业。为使转子安全运行及其寿命的检测提供可靠数据,文中针对叶轮介绍了多种检测手段,并总结出相对成熟的检测方法,
根据DL438-2009《火力发电厂金属技术监督规程》标准要求,规定调节级叶轮变截面处和热槽等部位在制造过程与日常检修中应进行外圆探伤和硬度检测。
1、汽轮机转子材料软化特性和硬度测量意义
汽轮机转子由主轴、叶轮或转鼓、动叶片和联轴器等汽轮机旋转部件组成的组合体。在高温环境下转子工作,由于蠕变、疲劳等因素,导致材质等出现老化的情况。CrMoV转子钢材质老化现象的典型特征之一就是材料软化,其表现特征就是材料硬度降低。硬度是衡量部件软化的一个重要指标。有研究表明,在转子联轴节处,由于运行温度降低,可以认为保持了原始材料的性能,但其它部位,特别是高温部分,硬度有很大的降低,最低达到H_V≈80。随着材料硬度降低,相应的蠕变断裂时间减少,即蠕变断裂寿命下降,疲劳断裂循环次数显著减小。
根据《电站汽轮机转子无损检测标准》,有关转子硬度的检测规定如下:(l)试验时间:硬度检测的时间从转子生产过程一开始就适用,对运行中的转子则在定时大修情况下进行。(2)试验位置:为了调查转子高温部位的时效变化,试验位置应选择在易受热疲劳的高温部位。另外,转子铸件生产制造时期的试验位置应与运行中的转子检修时测定位置相同。(3)试验方法:要求选定的试验位置上测量5点,但各点试验压痕间的距离必须大于压痕直径的两倍。
2、调节级叶轮裂纹的超声波检验
调节级叶轮R过渡区位置较窄,此区域因承受高温高压工况,加之水汽的影响,表面覆盖一层较厚的氧化皮,因而常用的渗透和磁粉检验受到限制。分别采用超声表面波和超声爬波两种不同波形检测,对表面和近表面的裂纹或其它缺陷有较满意的效果。
2.1 超声表面波检测R过渡区缺陷
近表面缺陷检测时,表面波的能量集中于表面下两个波长之内,检测表面裂纹灵敏度极高,并且表面波的强度法和时延法可以较为准确地测定裂纹深度,如图l所示。
但是,对于表面粗糙的工件,在堆焊层部位等会出现干扰杂波,使探测灵敏度大大下降。表面波传播中遇到工件的棱边会产生反射波,如果棱边存在倒角,即可以更多能量通过圆弧面,调节级叶轮及过渡区表面波同样有较多能量通过,只有存在裂纹波时会发生强烈反射。
(1)表面波探伤时仪器时基线调整扫描速度调整方法与普通探头不一样,入射点按探头前沿计算。调节时,将探头对准试块棱边,回波信号按水平距离调节成一定比例。(2)探伤灵敏度调整探头对准直角棱边,调整棱边回波高度达到标准值(如满屏的80%),再增益21dB作为探伤灵敏度。对于5MHz的探头,此灵敏度相当于发现0.1mm的裂纹。
2.2 超声爬波检测R过渡区缺陷
爬坡是指表面下纵波,它是纵波从第一介质的第一临界角附近的角度入射于第二介质时在第二介质中产生的表面下纵波。在第二介质中,除了表面下纵波外还有其它波型。前者以纵波速度传播,通常称其为“爬波”,相应的探头成为爬波探头。图2为超声爬波检测调节级叶轮R过渡区裂纹,可探测最大深度)≥15mm,图3为利用爬波检测技术测量表面裂纹。
图2 超声爬波检测调节级叶轮R过渡区
图3 用爬波检测测量表面裂纹
(1)超声爬波探伤时仪器时基线调整 扫描速度调整与表面波调整方法相似,亦可以当人工裂纹与探头前沿并齐时,使裂纹位于时基线20处,比例为1:1。(2)探伤灵敏度调节 根据裂纹试块上裂纹深度和裂纹反射波高成正比关系,选择0.5mm或更高增益作为探伤灵敏度。
3、调节级前后弹性槽(热槽)超声纵波检验
调节级前端存在弹性槽(热槽),常规的超声波检验探头无法实施。为了实现外圆检测,可使用矩形晶片直人射纵波探头或00-40TR双晶探头放置在弹性槽内进行周向扫查。灵敏度调节采用底波方法及试块方法,底波法无需再制作试块。转子结构有中心孔和无中心孔实心转子两种。实心转子圆柱体曲底面调节灵敏度时的当量计算如下:
式中:――平底孔缺陷至探测面距离;
――铸件底面至探测面距离;
――材质衰减系数;
I――波长;
――平底孔缺陷的当量直径;
――中心孔圆柱面与平底孔缺陷的回波分贝差。
对于热槽内裂纹,常用表面检测方法(如渗透着色法、磁粉法)检测,由于存在矩形槽,很难实施常规的程序。在实际操作时,采用点式涡流探伤方法不仅能检出缺陷,而且能测量出裂纹深度,是一种值得推广的方法。
4、寿命预测
某电厂汽轮机截止大修时累计运行123208h,启停336次。大修时,发现汽轮机转子前轴封高温段1,2号弹性槽底部圆弧过度圆角处分别存在周向断续裂纹1条,深约2mm;周向连续裂纹2条,裂纹张口0.5-0.6mm,深约7mm。在对转子钢30CrMoV进行材质分析时,发现1,2号弹性槽底及调节级前叶轮根部表面维氏硬度值由最初的203降到目前的173。室温下屈服强度467MPa也比标准屈服强度686MPa低很多。
按常规,必须对1,2号弹性槽底部裂纹进行车削处理,改进原弹性槽结构尺寸。同时,从1,2号弹性槽底的裂纹来看,调节级工作温度最高,温度变化也最强烈,其叶轮根部的寿命损耗也应该很大。因此,还应该对调节级叶轮根部表面进行预测和分析。
根据上述致裂寿命预测方法,通过查询现存运行档案、启停和调峰情况,对汽轮机转子调节级前叶轮根部表面进行了在蠕变疲劳交互作用下寿命损耗的计算,表1为该处在各运行时段寿命损耗情况。
从表1结果看,到这次大修时,寿命总损耗达到86.391%,接近转子表面萌生裂纹程度,应对调节级前叶轮根部进行研磨处理,消除损伤表层,增加使用寿命。如不作任何处理,继续运行2年,则寿命总损耗将达到109.718%,调节级前叶轮根部表面将出现裂纹。若对调节级前叶轮根部进行研磨处理,可使表面硬度恢复到Hv=193,继续运行2年,寿命总损耗仅为13.755%。因此,对转子表面进行研磨处理是必要的。
