数字常规范文（精选8篇）
数字常规 第1篇
1 带通信号低通等效原理
带通信号的低通等效原理是分析通信原理的重要工具,无论是在理论分析中还是在系统仿真分析中,经常可以看到它的应用。此外,它也可应用于对信号的幅度与相位的度量,尤其对随机信号。
对于带通信号x(t),可以定义解析信号z(t),如式(1)所示。
式中,
xl(t)=z(t)e-j2πf0t (2)
一般一个实带通信号的低通等效是一个复信号;它的实部xc(t)称为x(t)的同相分量,而它的虚部xs(t)称为x(t)的正交分量,即
xl(t)=xc(t)+jxs(t) (3)
以上是低通等效信号的直角坐标表示,也可将xl(t)用极坐标表示,则有
xl(t)=V(t)ejΘ(t) (4)
式中V(t)和Θ(t)称为包络和相位。利用式(1),式(2)和式(4)得出
x(t)=V(t)cos(2πf0t+Θ(t)) (5)
其中,包络和相位可表示为
首先,由式(4)和式(5)可以得出低通等效信号的包络和相位就是带通信号的包络和相位,即当带通信号为已调信号时,其幅度和相位上携带的信息完全可由该已调信号的低通等效信号的幅度和包络来反映。其次由式(6)得出带通信号的包络可由其解析信号求得,而其中的希尔伯特变换可用希尔伯特滤波器实现,这大大方便了对信号幅度的度量,也为包络检波器的数字化实现创造了可能。
2 希尔伯特滤波器的FIR实现
希尔伯特滤波器可采用具有线性相位的FIR滤波器来实现,以下是文中的设计考虑:
(1) FIR滤波器的抽头数[2]。首先奇数抽头的滤波器在0～π处的响应为0,可构成带通滤波器,而偶数抽头的只在0频率时响应为0,只能构成高通滤波器;其次奇数抽头的滤波器产生整数的时延,而偶数长度的滤波器产生小数时延;最重要的是奇数抽头的滤波器包含零值系数,这样较之偶数抽头在滤波时计算量小,从而可以大大提高运算效率。于是,选择设计类型三的奇数抽头的反对称线性相位FIR滤波器来实现希尔伯特滤波器;
(2) 滤波器设计函数。选用firpm函数,该函数利用Parks-McClellan算法可实现最佳逼近效果的线性相位FIR滤波器。firpm函数的一般表示形式为b=firpm(n,f,a);n为滤波器的阶数;f为成对的频率点向量;a是以上频率点对应的幅度向量;f和a必须等长,且长度必须为偶数;
(3) 延时补偿。在构造解析信号时,由于滤波器的延时,造成了带通信号和其希尔伯特变换不同步,所以必须对希尔伯特变换的频响H(w)的线性相移加以补偿,这个常数相移时间值等于滤波器的群延迟。K抽头FIR滤波器的群延迟时间G是以采样点为单位的数,即G=(K-1)/2。
3 数字包络检波器的DSP实现
3.1 LinkforCCS
在CCS中开发DSP程序时输入数据不易产生,而LinkforCCS利用自动控制接口在Matlab环境下可为开发的程序提供输入数据,并能对输出数据进行后续分析。该工具读写数据包括两种方法:直接读写目标板内存方法和读写嵌入式对象法[3]。由于数字包络检波器采用C语言开发,所以文中采用读写嵌入式对象法。
3.2 库函数
TMS320C54X DSPLIB是经过优化的DSP函数库[4,5,6,7],它为在TMS320C54X系列器件上进行C语言开发提供了便利。该函数库包含50个通用的数字信号处理程序,全部经过汇编语言优化,并可由C语言调用。这些程序可用在计算强度大、速度要求高的实时应用中。通过使用这些程序,可以达到比C语言编写的相应程序更快的执行速度,所以通过使用这些现成的DSP函数可以大大缩短其应用程序的开发时间。TI DSPLIB包含了常用的DSP程序。所提供的源代码也允许使用者修改以满足具体的要求。库中的函数由8大类组成:FFT运算、滤波与卷积运算、自适应滤波运算、相关运算、数学函数运算、三角函数运算、矩阵运算等。
CCS成功安装后,在目录中包含了DSPLIB的相关文件,如头文件、库文件以及例子文件。库中的函数可被C语言调用,也可被汇编语言调用。在由C语言调用DSPLIB中的函数时,项目文件中要包含DSPLIB的目标代码库54xdsp.lib或54xdspf.lib、连接命令文件(例子中的连接命令文件描述的是C54X 的EVM板上的内存配置,在进行软件仿真时可直接调用,但对于硬件调试得需根据所使用的C54X板上的具体内存配置来编写连接命令文件,即.asm文件)和源代码文件,在源代码文件中必须要包含头文件dsplib.h和tms320.h,其中dsplib.h是DSPLIB中函数的函数原型及数据类型定义,tms320.h是类型定义以方便程序中变量的表示。
由于库文件和头文件与程序员编写的项目文件不在同一目录下,为了避免编译连接出错,需要修改Project-Build Options中的编译器(Complier)和连接器(Linker)属性,即将编译器与连接器的搜索路径都修改为头文件与库文件所在的路径。文中将编译器的Preprocessor中的Include Search Path 修改为D:Program Filesccstudio_v3.1C5400dsplibinclude;将连接器的Basic中的Library Search Path 修改为D:Program Filesccstudio_v3.1C5400dsplib,将Include Libraries定义为54xdsp.lib。源程序中采用DSPLIB中的函数fir(x,h,r,&dbptr,NH,NX)来实现希尔伯特滤波器。
3.3 基于DSP的算法实现
(1) 实现流程图。
DSP应用程序开发首先要在Matlab中仿真验证算法的可行性,而后在DSP应用程序的开发环境CCS中将算法转化成汇编或C语言,经过调试最终下载到DSP中。为了提高算法的调试效率,采用Matlab的工具LinkforCCS创建嵌入式对象,实现在Matlab的环境中控制CCS环境中变量,即AM已调信号和希尔伯特滤波器系数,同时在提取AM信号包络的DSP实现中,调用DSPLIB的FIR函数产生AM信号的解析信号,由带通信号的低通等效原理提取出AM信号的包络,实现了利用数字包络检波器的AM解调。流程中的前四步都在Matlab环境中完成,只有最后一步在CCS环境中完成。
(2) 实现结果
文中采用AM信号的调制信号交流部分是由两个频率分别为100 Hz和50 Hz的正弦信号叠加构成,载波信号由频率为2 000 Hz的余弦信号构成,采样频率为8 000 Hz,采样点数为256,希尔伯特滤波器阶数为60。算法所占用的存储空间包括两部分,包括存储256 bit的AM信号样值和61 bit的希尔伯特滤波器系统数的数据空间,以及占用42 bit的指令空间。算法中的等效低通运算只需进行两次乘、一次加和一次开发的运算,所以希尔伯特滤波的运算承担了主要运算量,而用DSPLIB中的FIR函数耗费的指令执行时间只有256×(4+61)个时钟周期,这远远低于自定义波波函数的执行时间。图2是在Matlab中对利用带通信号低通等效原理提取AM信号包络算法进行的仿真,上方的图是调制信号波形,中间是AM信号,下方的是AM信号的包络,可以看出调制信号与提取出的包络波形几乎完全一致,只是相对有些延时。这说明该算法是可行的,正确的。图3是数字包络检波器在DSP中的实现,由图3(a)和图3(b)可见该检波器实现了对AM信号包络的提取,但在DSP中提取的AM包络,如图3(a)与在Matlab中提取的进行比较,可以看出前者提取的包络不够平滑,出现了一些锯齿,这是由于算法在DSP实现过程中,直接使用了C语言中的数学函数Square,导致运算过程中的定标不合理,对此需要进一步改进算法。
4 结束语
在理论上将带通信号的低通等效原理应用于提取AM信号包络的算法中,在DSP的实现上,充分利用了LinkforCCS和DSP的函数库TMS320C54X DSPLIB。由以上的Matlab仿真结果和CCS中的波形显示可见,实现数字包络检波器的算法是正确的,在DSP中利用库函数的实现是可行的。值得注意的是,在开发DSP应用软件时,充分利用DSP现成的库函数可以大大缩短开发时间,提高算法的实现效率。
参考文献
[1]Proakis John G.Digital Communications[M].Forth Edi-tion.Boston:McCraw-Hill,Book Company,2001.
[2]Lyons R G.Understanding Digital Signal Processing[M].Second Edition.Sydney:Prentice Hall,2005.
[3]The MathWorks Inc.Matlab Link for Code Composer Studio De-velopment Tools User s Guide[Z].USA:The MathWorks Inc,2003.
[4]Texas Instruments Inc.TMS320C54xDSP Library Programmer s Reference[Z].USA:Texas Instruments Inc,2004.
[5]吴萌,王慧琴,毛力.基于CCS环境和matlab-DSP集成设计环境的数字水印算法的实现[J].安防科技,2008(3):6-9.
[6]俞宗佐,李树华.基于TMS320C54x系列DSP的长序列线性相关算法及实现[J].内蒙古大学学报:自然科学版,2007(4):450-453.
数字常规 第2篇
【关键词】数字化乳腺摄影；常规摄影；点压摄影
【中图分类号】R4 【文献标识码】B 【文章编号】1671-8801（2015）06-0070-02
目前乳腺癌已成为严重威胁女性健康的恶性肿瘤，在众多乳腺检查方法中，钼铑双靶乳腺摄影被认为是早期发现和诊断乳腺癌的最有效的方法之一[1]。这种像技术的效用和成功取决于一份高质量的摄影照片的恒定产生，结合乳腺体检资料进行投照体位的选择和乳房压迫技术是获取高质量乳腺摄影照片的最重要因素；其次，建立良好的医患沟通是摄片成功的基础。我院采用Holgic最新数字化乳腺摄影机，对2014年8月至2015年6月587例作数字化乳腺检查的患者进行乳腺体检并结合MLO位、CC位图像，决定是否行点压摄影，以提高早期乳腺癌的检出率。
1 资料与方法
1.1 一般资料：我院2014年8月至2015年6月587例作数字化乳腺检查患者所得图像，并结合乳腺体检资料。患者摆位常规为内外侧斜位（MLO）和头尾位（CC），必要时根据乳腺体检资料进行点压摄影。采取不同方式投照，一般均需加压至5cm厚度[2]。
1.2 分析方法：所有患者均由1位住院医师进行乳腺体检，所有图像均经1位住院医师和1位技师进行摄影体位的选择与判断。
1.3 图像质量判断标准：根据全国放射QAQC学术研讨会纪要中的标准，同时将临床病理结果作为参考进行综合分析[3-5]。甲级片标准：MLO位要求能观察到乳腺腺体实质的整体、腋下的组织、胸肌间与乳房后的脂肪组织情况、乳房下与上腹部的交接处及乳头水平上胸肌情况；CC位要求摄影范围内包括尽可能多的乳腺组织，包括乳房腺体的内外两个边缘，乳头未被遮挡、可观察到腺体组织后的脂肪组织，最好能观察到部分胸肌，图像无皱褶阴影。
2结果
全部587例患者均行内外侧斜位（MLO）和头尾位（CC）检查，其中152例对感兴趣区进行点压摄影，均获得良好的图像，优化乳腺病灶的显示
3讨论
尽管乳腺X线检查已经进入了数字化时代，但要获得优良的X线图像还是离不开精心的体位设计和摆位技巧[6-8]。如果操作不当，会导致患者重复检查，接受过多的放射伤害，延误诊断，甚至造成误诊或漏诊[6-9]。以下分述乳腺常规检查所用的两个体位的摆位设计及特殊体位的摆位设计。
3.1 MLO位摆位设计要点：1）暗盒平面应与患者胸肌方向平行；2）建议患者与机器暗盒呈45。，同时要求患者被检测乳房同侧的手臂水平放置，与暗盒的上缘处于同一水平。3）指导患者将手放于机器支撑臂的下部，肘部置于暗盒的外下方，向上提起整个乳房以伸展乳房组织，另一只手帮助将乳房后外侧的软组织向里拨。5）让患者的上身适当向前倾斜，向暗盒方向移动，将患者手臂抬起并向内轻旋，以保证将腋窝角、腋下软组织及后外侧的乳房附件包括进摄影范围内。6）在压板加压的过程中，技师应将患者检侧肩膀下压并帮助其放松，同时防止患者的锁骨被压板压伤；握住乳房的手向上和外提拉乳房，必要时可以稍微旋转以伸展乳房组织。
3.2 CC位摆位设计要点：CC位是MLO位的补充，因此在CC摄影体位上应显示所有内侧组织，同时尽可能多的包含外侧组织，CC位时乳腺上部组织容易形成盲区，所有应尽量充分托起乳房以消除盲区。1）技师站立于检测的另一边，指导患者稍微降低被检测肩膀，减少皮肤皱褶，同时有利于拍摄到更多乳房外侧的组织及乳房上部结构。2）患者检测手臂置于同侧腰部，使同侧肩膀放松。3）调整暗盒的高度，使之与乳房和上腹部的交接处位于同一水平。4）指导患者手与垂直上腹部放置于被检测乳房的下方；向上和外滑动托起整个乳房。5）向外平衡拉伸乳房，确保乳房内、外侧置于摄影范围内。6）在压板加压过程中，指导患者压低肩膀，嘱患者上半身稍往前倾斜，放松乳房上部的皮肤及胸壁，更容易将腺体组织后的脂肪组织、部分胸肌甚至乳沟也包括到摄影范围内。
3.3点压摄影 对于被怀疑为病变的特定区域以及感兴趣区的显示非常有效，通过局部压迫，分离乳腺组织的能力提高，乳腺厚度降低，同时X线束对感兴趣区照射的准确和直接，减少了散射线，产生更高的对比度和分辨率[10]。加压摄影通常结合小焦点放大摄影。可触及肿块：选择容易显示出肿瘤的摄影位置，确认肿块并以其为中心进行压迫。非触及肿块：用标准摄影体位得到的照片，从乳头开始测量病变的位置，在同一体位确定乳腺上病变的位置，用笔做记号，在进行加压摄影。
综上所述，乳腺特殊体位摄影是常规摄影的重要补充，因此我们主张对于每一个患者均进行乳腺体检并结合MLO位、CC位决定是否加摄点压摄影。乳腺X线线摄影应尽可能多的显示乳腺组织，让病变部位尽可能的清晰显示，方可达到提高影像质量，发现早期乳腺癌的目的。
参考文献：
[1]Feig SA . Currcnt status of screening mammography[J]， Gynecol Clin North A m，2002，29（1）：123
[2]鲍润贤.中华影像医学：乳腺卷【M】.北京：人民卫生出版社，2002；6
[3]石木兰，对乳腺影像诊断的意见【J】.中華放射学杂志，2002，36（11）：965-966
[4]张静，曾勇明，周燕，等.乳腺癌显示的最佳摄影位置及质量控制[J].实用医学影像杂志，2004，5（4）：203-205.
[5]曾亚琴，徐恒均，优质乳腺钼靶片的标准化摄影技术[J].中外医疗，2009，28（4）：152.
[6]赵乐 .乳腺规范化摄影体会[J]. 医疗卫生装备，2008，29（10）：175，181
[7]李力敏，张飚慷. 乳腺DR的影像质量检测与评价[J]. 中国医疗设备，2008，23（9）：42-44
[8]徐传华，曹厚德. 关于乳腺摄影质量管理的研究[J]. 临床放射学杂志，1998，17（3）：180-181
[9]姜洪，海鹰，蔡崧，等. 计算机乳腺摄影影像处理参考的探讨[J]. 中国医学影像技术，2002，18（4）：386-387
数字常规 第3篇
数字化变电站是指所有信息采集、传输、处理和输出过程全部由传统的模拟信息转换为数字信息,并建立与之相适应的通信网络和系统的变电站[1,2,3]。区别于常规变电站,数字化变电站具有一次设备智能化、二次设备网络化、运行管理系统自动化等特点。在常规变电站的基础上搭建数字化网络,设计既兼容现有一次系统、又能方便应用变电站通信网络和系统标准体系IEC61850标准的数字化变电站[2],对数字化变电站技术的发展和供电部门积累数字化变电站运行维护经验具有很重要的意义[4,5,6]。
本文按照数字化变电站的层次结构,分析了实现常规站数字化改造的关键设备和网络结构的技术特点,并以某110k V变电站的数字化改造为例,介绍了常规站数字化改造后的成效和运行中存在的问题。
1 数字化变电站的整体构架
数字化变电站按照一次设备智能化、二次设备网络化的设计思路,参照IEC61850的标准将变电站分为过程层、间隔层和站控层3个部分[2],其中过程层由模拟量收集终端合并单元和实现开关输入、输出的智能单元构成;间隔层主要由保护装置和测控装置组成;站控层主要包括监控、远动和故障信息子系统。
2 过程层的数字化改造
常规变电站一次设备与保护和测控装置之间通过电缆直接联系,完成电气量的采集、开关和刀闸的控制。基于常规一次设备的数字化改造借助于智能终端,它包括常规合并单元、变压器智能单元和智能操作箱。智能终端与常规一次设备通过电缆连接,将电信号转换为光信号,以光纤网络为媒介,完成常规一次设备和间隔层装置之间的信息交互[7,8]。
2.1 常规合并单元
变电站常规互感器的数据合并单元采取就地安装的原则,通过交流头就地采样电缆传送模拟信号,并将采样数据处理后通过IEC61850-9-1、IEC61850-9-2或者IEC60044-8的协议借助光纤通道发送到网络交换机供需要该模拟量的保护或者测控装置共享数据(1)。合并单元与常规互感器的连接关系如图1所示。1台合并单元可以完成12路模拟量采集,包括5路保护电流、3路测量电流和4路测量电压。
2.2 变压器智能单元
变压器智能单元受传统变压器制造特点的限制,变压器本体非电气量保护、有载调压和本体信号的传输通过电缆连接,以驱动继电器的方式完成。数字化变电站中,过程层和间隔层之间通过光纤组网进行信息交换,按照变压器非电气量相对独立的特点,采用变压器本体智能单元,将有载调压、非电气量保护和测控一体化。本体智能单元按照常规变电站的方式,实现变压器非电量保护和本体测控功能,并借助光纤网络将变压器非电气量信息输送给间隔层装置共享[9,10,11]。
2.3 智能操作箱
智能操作箱解决了传统一次设备和数字化网络的接口问题,智能操作箱作为数字化变电站一次开关设备操作的智能终端,将传统一次设备和保护、测控等装置通过光纤网络连接,完成对断路器、刀闸的分合操作,智能操作箱接收保护和测控装置通过GOOSE网下发的断路器或刀闸的分、合及闭锁命令,然后转换成相应的继电器硬接点输出。对于断路器的操作,需要将其分、合闸输出接点再接入智能操作箱的操作回路插件,由该插件来实现断路器跳合闸电流自保持、防跳以及压力闭锁等功能。装置同时就地采集断路器、刀闸以及变压器本体等一次设备的开关量状态,并通过GOOSE网络上送给保护和测控装置。智能操作箱通用硬件框图如图2所示。
3 间隔层的数字化改造
在常规变电站二次系统中,保护装置所需的模拟量信息和设备运行状态等信息需要通过电缆传送,动作逻辑需要在多个装置之间传递启动和闭锁信号,在各间隔层设备之间、间隔层和过程层设备之间需用大量的电缆连接,使传统方式下各个保护装置之间存在较多硬开入连线,导致二次回路接线比较复杂,容易出错,可靠性不高。
常规站间隔层的数字化改造采用支持变电站通信标准IEC61850中GOOSE输入和输出功能的保护和测控装置。间隔层装置之间通过双重化的以太网联系,各间隔层设备通过网络共享模拟量和开关量信息,完成保护的动作逻辑和相关间隔之间的闭锁功能,其中模拟量和开关量的传输分别采用IEC61850规约中的单播采样值(SMV)服务和面向通用对象的变电站事件(GOOSE)服务完成。
3.1 SMV
数字化变电站中数据采集系统按规定的采样率对电气模拟量进行采样,由GPS对时系统通过网络实现采样的同步。模拟量信息采用SMV报文形式传送,SMV提供了全站模拟量的传输服务,与传统站多个装置共享同一电气量需要使用互感器的多个绕组相比,数字化变电站采样数据通过合并单元后采用基于网络的IEC61850-9-2协议发送到交换机,可供网络上的多个保护、测控及录波装置共享。
3.2 GOOSE
IEC61850标准中定义的GOOSE以快速的以太网多播报文传输为基础[12],代替了传统的智能电子设备(IED)之间电缆接线的通信方式,主要用于保护跳闸、断路器位置、联锁信息等实时性要求高的数据传输。GOOSE服务的信息交换基于发布/订阅机制,同一GOOSE网中的任一IED,既可以作为订阅端接收数据,也可以作为发布端为其他IED提供数据,使IED之间通信数据的增加或更改更容易实现。GOOSE报文采用与基本编码规则(BER)相关的ASN.1语法编码,采用心跳报文和变位报文快速重发相结合的机制,直接在以太网链路层上传输,同时GOOSE接收可以根据报文中的允许生存时间TATL(Time Allow To Live)检测链路中断,根据报文中测试(test)标志对检修装置做相应处理,提高了GOOSE服务的可靠性和灵活性。常规站数字化改造后的GOOSE网络如图3所示。
4 站控层的数字化改造
站控层网络采用网线连接,网络采用双重化配置,间隔层与站控层之间按照制造报文规范MMS(Manufactoring Message Specification)通过网络进行数据交互,完成对变电站的监视和控制[14]。数字化变电站中站控层的网络构架如图4所示。
MMS是ISO TC184开发和维护的网络环境下计算机或IED之间交换实时数据和监控信息的一套独立的国际标准报文规范[13,14]。下面介绍MMS功能。
a.信号上送。开入、事件、报警等信号类数据的上送功能通过有缓冲报告控制块(BRCB)来实现,映射到MMS的读写和报告服务中。通过BRCB可以实现遥信和开入的变化上送、周期上送、总召和事件缓存。由于采用了多可视的实现方案,事件可以同时送到多个后台。
b.测量上送。遥测、保护测量类数据的上送功能通过无缓冲报告控制块(URCB)来实现,映射到MMS的读写和报告服务中。通过URCB可以实现遥测的变化上送(比较死区和零漂)、周期上送和总召。多可视的实现方案,将事件送到多个后台。
c.控制。遥控、遥调等控制功能通过IEC61850的控制相关数据结构实现,映射到MMS的读写和报告服务中。IEC61850提供多种控制类型,比如南瑞继保公司的PCS系列装置实现了增强型SBOW功能和直控功能,支持检同期、检无压、闭锁逻辑检查等功能。
d.故障报告。故障报告功能通过RDRE逻辑节点实现,映射到MMS的报告和文件操作服务中。录波文件产生时,通过报告上送到后台。
5 实例分析
某110 k V变电站原为常规变电站,一次设备为传统电磁型设备,保护和自动化系统为普通综自站配置,过程层和间隔层采用电缆连接,站控层采用以太网组网和间隔层装置交换数据,全站共有2台110 k V两圈变压器,分别采用线变组接线方式,10 k V接线为单母分段,正常运行方式下,每台主变压器各带一段10 k V母线,10 k V母联500 A热备用,101、102为主变压器高压侧开关,501、502为主变压器低压侧开关,701到720为10 k V馈线小车开关。该站主接线如图5所示。
按照IEC61850标准体系,采用南瑞继保公司PCS系列常规合并单元、智能单元和保护测控一体化装置对该变电站控制保护系统进行数字化改造,改造后建立起了数字化网络,其中过程层和间隔层之间采用双重化的光纤网络连接,以SMV和GOOSE的服务形式传送模拟量和开关量,间隔层和过程层通过双重化的MMS网络共享信息。网络结构见图6。
通过数字化改造后,10 k V侧间隔层设备之间通过GOOSE/SMV网络传输信息,间隔层设备之间相互配合减少了大量电缆和继电器;全站的五防闭锁[10]采用GOOSE网络传输开关量实现,由于GOOSE网络提供实时网络自检,避免了传统继电器出错而无法检测的弊端,提高了变电站运行操作的安全性;110 k V变压器采用保护测控一体化,通过网络与后台共享数据,这种配置思想相对于常规110 k V主变压器保护和测控独立,主保护和后备保护分开,提高了110 k V供电可靠性;保护配置在原来的基础上,引入了10 k V简易母差保护和网络化过负荷减载。
简易母差保护将母线保护功能分散到各间隔保护单元中实现,与常规站相比,不重复采集交流信息;各故障信息通过GOOSE机制实时传送到间隔层设备,由间隔层设备结合运行方式,综合判定母线故障,发送跳闸命令,提高了继电保护的动作速度,快速切除母线故障,保障了一次设备安全。
网络化过负荷减载将母线运行信息通过网络集中采集、集中处理、集中逻辑判断,并将得出的减载信息通过GOOSE服务发送到各间隔层设备分散就地执行。与常规的低周低压减载装置相比,减少了信息的重复采集和定值的分散重复整定,使动作逻辑更简洁可靠,保证了供电的可靠性。
6 结语
常规站的数字化改造,兼容了常规变电站的技术,并搭建起数字化变电站的网络结构,使数字化变电站有机地结合了电网的发展。但在常规变电站基础上改造的数字化变电站没有实现一次设备的智能化,作为过渡的智能终端设备安置在开关场地,条件恶劣,从而影响数据稳定性;过程层光纤网络对环境的温度要求较高,铺设在场地容易发热;过程层、间隔层和站控层网络相对独立,需要在此基础上发展,从而实现全站集成自动化应用。
摘要：根据数字化变电站的层次结构,比较了常规变电站和数字化变电站的技术特征,介绍了常规一次设备数字化改造的智能终端、符合IEC61850标准的单播采样值(SMV)服务和面向通用对象的变电站事件(GOOSE)服务、数字化变电站各层间数据交互和监控等关键技术。分析了某110 kV常规变电站数字化改造后的网络结构、简易母差保护和网络化过负荷减载,并指出了改造后智能终端数据不稳定、光纤网络容易发热、各层网络相对独立,需要实现全站集成自动化等问题。
数字常规 第4篇
进入21世纪以来,数字化X线成像设备得到飞速的发展和普及。数字化X线摄影技术在全国的大、中型医院已经逐步取代了常规的屏/片摄影和暗室手工洗片技术,大大提高了影像质量,成像速度和工作效率。
数字化X线摄影技术是在专用计算机控制下,直接读取感应介质记录到的X线影像信息,经计算机图像处理系统处理后以数字化图像方式显示和存储。在数字化X线摄影中,最常用的成像感应介质为TFT型(基于薄膜晶体管型)平板探测器(Flat Panel Detector)。TFT型平板探测器最常用的有两种类型:Cs I/(a-si)(碘化铯/非晶硅)和a-se(非晶硒)。
1 基本原理
Cs I/(a-si)为间接式平板探测器结构,主要由闪烁体Cs I加具有光电二极管作用的非晶硅再加TFT阵列构成。这种平板探测器是先将X射线转换为可见光,再转换成电信号,并产生数字信号。X光子在转换为电信号的过程中,必须首先转化为可见光,而可见光在闪烁体内的散射和漫射,使信号有一定的损耗,转换质量稍逊,造成了图像分辨率的下降,不利于影像细节的显示。
a-se为直接式平板探测器结构,主要由光导材料非晶硒层加TFT阵列构成。这种平板探测器是将X线直接转换成电信号,并产生数字信号。它信号损耗小,转换质量较高,因为无须光电转换,避免了可见光的散射和漫射,所以图像的对比度和分辨率较高,并且对影像细节的显示较好。
2 基本组成
平板探测器主要由平板状的像素矩阵(通常为2K×2K)、硅层(或硒层)、电解层、顶层电极和保护层所组成。硅(或硒)具有较高的光电导率,对X线有很强的敏感性。平板探测器在行和列的方向上都与外电路相接并被编址,在专门的控制电路作用下按一定规律把各个像素的存储电荷读出,形成14比特的数字输出信号。
3 基本性能指标
3.1 刷新速率
是指两次图像采集时间间隔,常规要求8-12帧/秒,若需要动态采集则至少要求达到15帧/秒。
3.2 成像时间
a-se为25秒,Cs I/(a-si)为15秒。
3.3 像素尺寸和矩阵
像素尺寸:a-se为139μm;Cs I/(a-si)为143μm。
像素矩阵:a-se为2560×3072;Cs I/(a-si)为3000×3000。
3.4 极限分辨率
极限分辨率是由像素尺寸大小决定的。
a-se的极限分辨率是3.6LP/mm;
Cs I/(a-si)的极限分辨率是3.5LP/mm。
3.5 动态范围
动态范围是衡量探测器性能的一个重要指标,用最低剂量与最高剂量的比值表示,通常为1:10000。动态范围的大小,决定着影像的细节。
3.6 灰阶深度
数字影像的密度分辨率的高低变化程度叫灰阶深度(或称灰阶等级),一般为12-14比特。如12比特能记录4096个灰阶等级,14比特能记录16384个灰阶等级。a-se和Cs I/(a-si平板探测器都能达到14比特。
3.7 成像面积大小
平板探测器常用规格有35cm×43cm(14 inch×17inch)和43cm×43cm(17 inch×17inch)两种。成像面积愈大,摄片范围愈大,但价格愈高。
3.8 MTF(调制传递函数)和DQE(量子检出效率)
一般来说,评价数字平板探测器的优劣与否主要看MTF(Modulation Transfer Function)和DQE(Detective Quantum Efficiency)。MTF反映的是平板探测器影像对比度和空间分辨率。DQE反映的是平板探测器的灵敏度、噪声、X线剂量和密度分辨率。
4 常规维护
数字平板探测器是一种精密和贵重的设备,对成像质量起着决定性的作用。因此,平时,我们做好常规的维护和保养,对提高它的使用效能和延长使用寿命具有很重要的作用。我们科所使用的是PHILIPS双平板探测器,结构为Cs I/(a-si)。下面就对其常规的维护和保养方法进行简要的介绍。
根据机器说明书提供探测器质量保证要求,必须每个月对平板探测器做一次质量保证校正(QA Calibration)。主要做增益校正(Gain Calibration)和像素剂量校正(Pixel Dose Calibration)。
方法:首先拿出滤线栅,在束光器上装好21mm AL过滤板,并将束光器的照射野手动打开到最大,分别对床和立柱胸片架的平板探测器进行QA校正。
另设定床的SID=110cm,胸片架的SID=150cm。
在操作界面上点击“System”→“Quality Assurance”→“Password:QA check”,此时进入校正界面,可以看到“Gain Calibration”和“Pixel Dose Calibration”项目,我们只要进行如下操作:
总共曝光10次,曝光条件统一为:70k V、5.6m As、14.2Ms。
曝光全部结束后,会提示成功完成(successful finish),可进行下一步校正。
做完后,按顺序重复做一遍。当出现成功完成(successful finish)的提示后,校正就可以全部结束,退出校正界面。
为了能保证探测器的正常工作,必须时刻注意它的温度。可通过机器提供的软件参数窗口经常观察是否处在正常范围,通常床上探测器为(40±3)℃,胸片架上探测器为(38±3)℃。最主要的是保证探测器上的散热风扇24小时旋转工作,起到恒温散热作用,以维持探测器正常运行的必要条件。
另外,还必须注意环境温度(可用空调器将温度控制在25℃左右)、环境湿度(用去湿机将湿度维持在60%-70%)。同时还必须注意经常保持探测器的清洁,防止平板上积灰影响图像的清晰度和洁净度,破坏成像效果,造成误诊。总之,探测器是DR机中最昂贵的设备(价值几十万人民币),我们必须象爱护自己的眼睛一样去好好珍惜它,使它在实际工作中发挥最大最好的作用。
摘要：本文简要叙述了常用DR数字探测器的原理、性能以及常规维护的方法,旨在提高数字化X线摄影技术的水平。
关键词：DR,DR数字探测器,X线摄影
参考文献
[1]白玫,等.X线CT质量评估中的调制传递函数的测试与分析[J].医疗设备信息,2006(5):11-13.
[2]白玫,等.数字X射线成像设备DQE的测试[J].医疗设备信息,2007(4):1-4.
[3]陈志辉,等.X线平片信息数字化技术[J].医疗设备信息,2004(9):39-41.
[4]王风鸣,李国雄.X线数字成像设备[J].医疗装备,2002(6):3-4.
[5]魏福均.数字化摄影装置的发展现状与展望[J].上海预防医学杂志,2005,17(2):97-98.
[6]朱纯生,柳学国,钱柏坤.直接数字化摄影的质量控制[J].实用放射学杂志,2004,20(5):474.
[7]赵强.医学影像设备[M].上海;第二军医大学出版社,2002:243-244.
数字常规 第5篇
随着三维地震勘探手段的日趋普及,对解决地质问题的能力及勘探精度要求越来越高,如要求对地质构造更精确地反映和描述,利用三维地震勘探及反演进行的岩性问题研究、裂隙问题研究、弹性模量及煤层气问题的探究等[1,2]。这些工作的开展,均要求原始资料采集的频带范围尽量宽、信息采集的内容尽量全,以便得到的地震反射波是全时空域,更全面、更保真地反映出来自岩层界面的动力学特征或信息,为拓展地震勘探手段解决地质问题奠定了基础。数字检波器具有振幅和频率响应好、动态范围宽、体积小、重量轻、全数字传输等优点,能够很好地解决这一问题[3,4,5]。本文以采集对比试验的形式就数字检波器与常规检波器的优势进行了对比研究。
1 常规检波器与数字检波器的指标对比
1.1 常规检波器技术瓶颈
(1)灵敏度低、动态范围小。当前各种地震采集系统的动态范围已经达到120 d B。从地震勘探采集资料分析,野外可记录的地震信号可达到80~90 d B,而目前使用的地震检波器的动态范围不超过60 d B,它的瓶颈效应不仅浪费了仪器的记录能力,更重要的是制约了地震勘探的精度。
(2)抗干扰能力差。对规则干扰波(面波、声波、浅层折射波)、随机干扰波(天磁电干扰、空间射频干扰、突发脉冲干扰)、工业干扰波(50 Hz交流电)抑制能力差。
(3)没有能量补偿作用。由于高频信号以及深层信号非常微弱,希望检波器对这样的信号具有一定的补偿功能,而常规检波器没有补偿功能。
1.2 数字检波器的性能
(1)数字检波器将地震道模拟电路部分和转换器等从主机中分离出来,与MEMS传感器集成并微型化在一起,构成了新型数字地震检波器。
(2)消除了由于模拟信号长距离传输过程中所引起的干扰,有效提高了采集信号的信噪比,增强了抗干扰能力,提供了较大动态范围记录工具。
(3)数字检波器具有更好的地震信号响应特性,失真小、噪声低、灵敏度高、频带宽、幅频特性好等是数字检波器的主要优势。
1.3 数字检波器与常规检波器参数对比
常规检波器自然频率有10、14、28、40、60和100 Hz,频率响应在10~250 Hz之间;数字检波器是高通的,其幅频响应在0~800 Hz之间。
两种检波器的性能比较如表1所示。
两种检波器的频率响应、相频对比分别如图1、2所示。
从频率响应曲线可以看出,数字检波器在0~100 Hz幅频特性十分平坦,低频段明显优于常规检波器。在相频曲线图中,数字检波器各种频率相移为零,而常规检波器频率不同相移也不同。
2 常规检波器与数字检波器单炮对比
使用428-XL地震仪,按照试验设计方案,在同一条测线上使用60 Hz常规频率的常规检波器和数字检波器同时接收,采集野外数据。
在实际对比试验中,DSU1型数字检波器和常规60 Hz检波器的2条测线布设形式如图3所示。对同一施工因素进行了资料的采集工作,取得的单炮从频谱、信噪比、整时段频谱3个方面进行了对比分析。
2.1 单炮有效波频谱分析
选取有代表性的单炮记录进行频谱分析,选取相同的分析时窗进行对比,2种检波器的频谱分析如图4所示。
从图4单炮有效波区域频谱分析可知,数字检波器的频谱比常规检波器(60 Hz)宽,并且高频和低频都更宽,频率范围更广。数字检波器频谱的能量刻度比常规检波器(60 Hz)的刻度密1倍。
2.2 单炮信噪比分析
单炮有效波所在频率为55 Hz和100 Hz,所以选取了这2个频率比较信号强度,反映信噪比。
各道平均信噪比如图5、6所示。从图5、6中可以看出,在1 000 ms以内,特别是300~600 ms内,常规检波器有效波区域对于55 Hz与100 Hz的信号信噪比还是比较好的。大于1 000 ms后,100 Hz的信噪比数字检波器比其他要好得多。
2.3 单炮整时段频谱分析
单炮整体频谱如图7、8所示。从图7、8分析可知,数字检波器频率带宽在-40 d B上达到860 Hz以上,常规检波器的频带只有360 Hz。数字检波器频率带宽高出常规检波器几倍。常规检波器的主频在60 Hz,数字检波器的主频在90 Hz以上,更适合于高分辨率勘探。
3 常规检波器与数字检波器获得的成果剖面对比
两种检波器偏移剖面如图9、10所示。从图9、10中可以看出,常规检波器(60 Hz)的剖面主频高,分辨率高,低频损失明显。数字检波器频率丰富,高低频均有保留,斜波干扰也比其他剖面多,导致其看起来略次于其他剖面,但去除了斜波后,数字检波器剖面改善明显,主频比常规检波器(60 Hz)的剖面还要高,连续性也得到显著提高。
4 结论
通过前述的分析对比,可知数字检波器频带宽,动态范围大,无论从单炮和初叠剖面看,其低高频损失小,包含信息丰富。对于地下低波阻抗和高波阻抗等构造异常体(例如油气、砂岩、断层破碎带等低频信息,致密矿物等高频信息),在接收时比常规检波器更能够反应和捕捉,极大地提高了采集资料的信息量,更适合于全频接收的高精度地震勘探的要求。
参考文献
[1]韩文功,印兴耀,王兴谋,等.地震技术新进展[M].东营:中国石油大学出版社,2006.
[2]张志锋,刘胜,刘远志,等.数字检波器与模拟检波器采集效果对比[J].物探装备,2013,23(1).
[3]魏继东.从一个野外试验看不同检波器的差异——以DSU3与20dx为例[J].地球物理学进展,2013,28(3).
[4]张显桂,田磊,张建萍,等.地震勘探专用电缆检测项目及方法[J].物探装备,2014(4).
数字化变电站中的非常规互感器 第6篇
数字化变电站是数字化技术从变电站的三次设备和二次设备向一次设备发展的必然归宿,变电站数字化也将进一步提高变电站的安全性、易维护性、易扩展性和经济性。
但目前变电站所使用的常规电磁型互感器存在两个缺点:一是常规电流互感器工作时,闭合铁芯会由于电流的非周期性分量作用而高度饱和,磁导率急剧降低,从而使电流互感器的误差在过渡状态中增大到不能允许的程度。当电流互感器铁芯中有剩磁通,而且这一剩磁通与励磁电流非周期性分量的磁通方向一致时,产生的误差较大;二是电磁感应式互感器一般采用充油方法才解决绝缘问题,这样不可避免的存在易燃、易爆炸等不安全因素。因此,常规互感器已不能适应变电站数字化的要求,而非常规互感器(NCIT)以其独特的优势在数字化变电站中得到广泛应用。
1 非常规互感器(NCIT)的概述
1.1 非常规互感器(NCIT)的分类
国际上将有别于传统的电磁型电压/电流互感器的新一代互感器统称为非常规互感器。根据其基本原理的不同,非常规互感器(NCIT)可分为光学互感器和电子式互感器;根据其是否有源也可分为无源型和有源型两大类。如图1所示。
1.2 非常规互感器(NCIT)的基本原理
半常规变换器主要基于小功率输出的传统电磁感应、电容和电阻分压技术。虽然电流变换既可用微型CT,也可用罗柯夫斯基线圈(Rogowski coil),但由于后者具有更好的暂态响应特性,故推荐后者作为电流变换。在户外空气绝缘变电站中应用时,要解决处于高电位电子设备的供电问题和信号从高电位到低电位的传送问题。
非常规互感器(NCIT)的电压变换主要是利用石英晶体的普克尔效应(Pockel effect)测量电场强度来量测导线的对地电压。电流变换主要是利用石英晶体的法拉第效应(Faraday effect),即光束通过磁场作用下的晶体产生旋转,测量光线旋转角度来量测电流。
下面分别对Rogowski coil原理、低功率互感器分压原理和法拉第效应(Faraday effect)原理作如下简单介绍。
1.2.1 罗柯夫斯基线圈(Rogowski coil)原理
Rogowski coil原理基于电磁耦合原理。与传统的电磁式电流互感器不同,它是密绕于非磁性骨架上的空心螺绕环,消除了磁饱和现象,提高了电磁式电流互感器的动态响应范围;它不与被测电路直接接触,可方便地对高压回路进行隔离测量。
1.2.2 低功率互感器分压原理
低功率互感器分压原理是利用电磁感应、电容分压或电阻分压原理来实现。用电磁感应、电容分压或电阻分压将一次电流或电压转变为小电压信号,经模数转换为数字信号,或将小电压信号传给合并单元,然后由合并单元转成数字信号传输给二次设备。
1.2.3 法拉第效应[1](Faraday effect)
利用磁光和电光原理,即加在光学介质上的外部磁场会使通过光学介质的偏振光发生偏振面的旋转的效应。其旋转角度Φ由公式(1)决定。
式中:V为光学介质的Verdet常数;l为光在介质中的传播的距离;H为磁场强度。
当磁场H由穿过光学玻璃传感头(图2所示)的导体中的电流I产生,且光路围绕载流导体闭合时,利用安培环路定律上式可改写为
式中:NL为围绕载流导体闭合光路圈数。
由式(2)可知,只要测出偏振光旋转的角度Φ,即可计算出待测电流的大小。
1.3 非常规互感器(NCIT)的数字接口
为满足数字化变电站的保护、录波、测量、计量和谐波检测等功能要求,互感器输出数据的采样速率最高需达到200点/周波,并且所有互感器的采样应同步[2]。为实现同步采样,变电站需配置同步时钟源向所有非常规互感器(NCIT)输出1 Hz的同步脉冲。图3是数字化变电站的网络通讯架构图,其中非常规互感器(NCIT)输出的数字信号有三种协议:
(1)IEC 60044-8规定的2.5 MHz串行输出。其采用IEC 61970-5的FT3链路层,通信速率低,只有在采样速率小于80点/周波时可用。
(2)IEC 61850-9-1规定基于以太网的单向多路点对点传输协议。该协议可采用100 M以太网,能传输200点/周波的采样数据,而且单向多路点对点的网络拓扑简单可靠,实现难度低,是现阶段最合适的协议。
(3)IEC 61850-9-2规定基于以太网的ISO/IEC8802.3上的模拟量采样值。该协议采用交换以太网的组播技术将采样数据传输给若干二次设备,具备很高的灵活性,而且可与传输状态量和控制命令的GOOSE服务共用通信网络,是最具发展前途的协议。但其组网技术复杂,并且要求以太网交换机有足够的吞吐率。IEC 61850-9-1和IEC 61850-9-2的智能一次设备和二次设备可采用完全相同的硬件,两种协议可通过更换软件和网络设备实现互换。
2 非常规互感器(NCIT)的主要优点及其影响
2.1 非常规互感器(NCIT)的主要优点(1)优良的绝缘性能,造价低
在非常规互感器中,高压侧信息通过由绝缘材料做成的玻璃纤维传输到低压侧,绝缘结构简单。实验测得,0.15 m的光缆耐110 k V。
(2)不含铁心,消除了磁饱和、铁磁谐振等问题
光纤互感器不用铁心做耦合,因此消除了磁饱和及磁谐振现象,保证了系统运行的高可靠性。
(3)低压侧无开路高压危险
光纤电流互感器的高低压侧之间只存在光纤联系,由于光纤具有良好的绝缘性能,因此可保证高压回路与二次回路在电气上完全隔离,低压侧无因开路而产生高压的危险。
(4)暂态响应范围大
光纤互感器有很宽的动态范围,一个测量通道额定电流可测到几十安培至几千安培,过电流范围可达几万安培。因此既可同时满足计量和继电保护的需要,又可免除电磁感应式互感器多个测量通道的复杂结构。
(5)频率响应范围宽
光纤互感器传感头部分的频率响应取决于光纤在传感头上的渡越时间,实际能测量的频率范围只取决于电子线路部分,其极限频带在几兆Hz以上。能很好地满足电力系统故障录波的要求。现代光纤互感器已经可以测出高压电力线路上的谐波,而电磁感应式互感器难以进行这诸多方面的工作的。
(6)抗电磁干扰能力强
电力系统存在着大量电磁场,且十分复杂,光纤互感器通过光纤信号传递信息,可抗电磁干扰。
(7)适应了电力计量与保护数字化、微机化和自动化发展的潮流
光纤互感器一般以弱功率数字量输出,非常适合微机保护装置的需要。这将最佳地适应日趋广泛采用的微机保护、电力计量数字化及自动化发展的潮流。
2.2 非常规互感器(NCIT)对智能电子装置(IED)的影响
(1)简化了智能电子装置(IED)的结构。非常规互感器送出的是数字信号,可以直接为数字装置所用,省去了这些装置的数字信号变换电路。
(2)消除了电气测量数据传输过程中的系统误差。不受负载影响,系统误差仅存在于传感头自身。
(3)一、二次完全隔离,开关场经传导、感应及电容耦合等途径对于二次设备的各种电磁干扰将大为降低,可大大提高设备运行的安全性。
(4)一次变换设备的负载不再是设计中需要考虑的因素,由负载引起的信号畸变等问题也将成为历史。
(5)数字化电气量测系统具有较大的动态测量范围,采用非常规互感器可实现装置集成化应用。
2.3 非常规互感器(NCIT)对二次回路的影响
(1)光缆本身不存在极性问题,因此,无需校验电流或电压互感器的极性,极性仅仅由安装位置决定。
(2)不存在绝缘电阻问题,无需测试回路的绝缘电阻。
(3)传统互感器采用的是电信号传输方式,任何电路的交叉或错接将使保护装置无法正常工作,采用非常规互感器后,数据的传输均带有标记,确保不会使用错误的数据,无需进行二次回路接线检查,减少了原来繁重的查线工作。
(4)由于取消了电通道信号传输,整个二次光缆传输回路是完全绝缘的,没有接地的要求,减少了现场查接地的工作量。
(5)传统的互感器受容量限制。采用非常规互感器后,合并单元是分别输出信号给不同的装置的,只要合并单元的输出接口数量足够,即可满足使用需求,不存在容量要求限制。
(6)非常规互感器不存在CT饱和及断线问题,而原来的保护装置对于CT断线和饱和均有不同的检测原理和相应的闭锁逻辑,该部分程序内容可省略,也就减少了现场针对CT断线和饱和的试验项目。
2.4 非常规互感器(NCIT)对保护的影响
(1)促进保护新原理的研究
传统的CT由于频响范围较窄而不能完全再现一次电流波形,然而OCT测量的频响范围宽,能够真实地反映一些高频信号,可以为暂态量保护提供可靠的数据,从而促进它的发展。
(2)提高继电保护的可靠性
CT饱和一直是影响保护正确动作的重要因素。由于OCT不含铁芯,它在一次大电流下不会饱和,在大的动态范围内能保持良好的线性,因而其二次侧能正确地反映一次电流的值。
(3)为保护提供新的功能
由于OCT的动态范围大,正常和故障时均可较准确反映一次大电流的值,因此许多测量的功能可在保护中实现。
(4)提高现场的安全性
进出OCT的都是光信号,因此二次侧开路时不会产生危险的高电压,保证了现场人员的安全和设备的可靠性。
3 结束语
本文介绍了非常规互感器的分类、基本原理、数字接口、优点,分析了非常规互感器的优点及其对智能电子装置(IED)、二次回路和保护的影响,并与常规互感器相比较,得出非常规互感器的诸多优势。可见,非常规互感器必然会替代常规互感器,以促进变电站的数字化发展。
参考文献
[1]王政平,康崇,张雪原,等.光学玻璃电流互感器研究进展[J].激光与光电子学进展,2004,(11).
数字常规 第7篇
数字断层融合技术 (digital tomosynthesis, DTS是一种新的断层摄影技术, 为数字合成X线体层成像。 它可以在一次低剂量曝光后获取扫描容积内物体多个角度的投影数据, 通过计算机重建得出任意层面、任意数目的图像。 近年来, DTS技术在胸部、骨骼等系统的应用表明, 其对病变的显示明显优于常规DR[1,2,3,4,5,6]。 然而, 其在全身各常规检查部位的放射剂量如何、 与常规DR比较到底高出多少却无详细的报道。 本研究的目的是比较DTS成像与常规DR成像的放射剂量。
1 材料与方法
1.1一般资料
选取2011 年7 月—2012 年2 月来我院行X线检查的患者, 选择14 个常规检查部位 (18 个投照方向) , 见表1、表2。 各检查部位选取20 名成人, 年龄18~50 岁, 男女各10 人, 明显骨质疏松、体内有金属物和石膏固定的患者除外。 符合条件的连续就诊患者随机分入常规DR组 (每个部位10 人) 和DTS组 (每个部位10 人) , 男女各半。
1.2 扫描技术和参数
常规DR及DTS均采用GE Volume RAD, 本着高成像质量、低放射剂量的原则选择成像参数, 见表1、表2。 常规DR及DTS均采用自动曝光模式, 即不同解剖部位, 在固定曝光管电压 (k V) 的前提下, 设备根据扫描部位的密度自动调节曝光量 (m As) 。 扫描结束后, 设备自动显示 (患者体表) 放射剂量 (m Gy) 。DTS扫描需要先拍摄定位像, 之后再扫描DTS。因此, 放射剂量是2 部分之和, 即:DTS放射剂量=单次采集DTS原始数据的放射剂量×曝光次数+定位像剂量。
1.3 统计分析
平均数比较采用卡方检验。
2 结果
各检查部位常规DR放射剂量见表1, DTS放射剂量见表2。 各检查部位常规DR放射剂量与DTS放射剂量比较见图1、表2。 各检查部位DTS平均放射剂量与常规DR比较有显著性差异 (P<0.001) , DTS放射剂量明显高于常规DR, 是常规DR的3.73~12.84 倍, 平均7.71 倍。 其中胸椎、腰椎、颅骨、骨盆等放射剂量较大, 明显高于其他部位 (P<0.001) 。 胸椎、腰椎侧位放射剂量明显高于正位 (P<0.001) , 分别是正位的2.35 倍和1.44 倍。
3 讨论
DTS解决了传统体层摄影技术的缺陷, 一次扫描, 便可通过计算机重建得出任意层面、任意数目的图像, 每一层感兴趣层面都能清晰地显示而不易受周围组织重叠影响, 对于观察骨骼、肺部等对比明显的组织器官有明显优势。 与常规DR平片比较, DTS的主要优势在于可以减少组织重叠, 排除解剖结构的相互干扰, 从而增加了病变检出的敏感度。 研究表明, DTS较常规DR可显著提高肺结节的检出率[1,2,3], 常规DR和DTS发现肺结节的敏感度分别为22%和70%[2]。 DTS发现输尿管结石的敏感性也明显高于常规DR[7]。 在类风湿手和腕关节骨质破坏评估上, DTS发现病灶的敏感性也明显高于常规DR[8]。
然而, DTS的放射剂量却明显高于常规DR。 我们的研究结果显示, DTS放射剂量是常规DR的3.73~12.84 倍, 平均7.71 倍。
DTS分定位像采集和断层融合成像采集2 个阶段, 系统根据定位像的剂量设定容积扫描的曝光剂量。 在断层融合成像扫描过程中, 有3 个主要参数会影响图像质量、扫描时间和放射剂量, 它们分别是:曝光次数、扫描角度和放射剂量。 曝光次数是指一次扫描过程中脉冲曝光的次数, 增加曝光次数可以有效地提高图像质量, 降低噪声和影像的“纹波效应”, 但同时会增加对受检者的放射剂量。 扫描角度是指在扫描过程中起始位置与终止位置的夹角增加扫描角度可以获得更薄的层厚、更丰富的解剖信息, 但也将延长扫描时间。 同时, 在相同的曝光次数下, 投照角度的增加也会使重建图像的“纹波效应”增加, 从而影响图像质量, 因此放射剂量变化必然带来图像质量的变化。在DTS扫描中, 系统通过预曝光探测完成扫描所需要的定位像剂量, 操作者可以通过调整剂量倍数来调整DTS放射剂量。 DTS放射剂量=定位像剂量×剂量倍数。单次曝光剂量=定位像剂量×剂量倍数/曝光次数。 因此, 曝光次数、剂量倍数的选择将直接影响到DTS放射剂量。另外, 受检部位的体厚、密度等将直接影响定位像剂量, 这也导致了各部位DTS放射剂量的明显差异, 体厚大、密度高的实体部位放射剂量明显增加, 如胸部正位DTS放射剂量仅为0.468 m Gy, 是常规DR的4.8 倍;腰椎侧位DTS放射剂量为23.79 m Gy, 是常规DR的12.2 倍; 胸椎侧位DTS放射剂量为正位的2.35 倍;腰椎侧位DTS放射剂量为正位的1.44倍。因此, 在不影响诊断和病变显示的情况下, 应尽量选择体厚小的方向投照, 如胸、腰椎的检查应尽量采用正位断层, 可明显减少放射剂量。
我们选择的扫描参数并非是最佳的, 在实际工作中也没有固定的、最佳的扫描参数, 而是应该根据各自的设备, 合理化所要检查的各部位扫描参数, 使图像质量能够满足临床需要 (不是最佳) , 放射剂量尽可能降低。
尽管DTS放射剂量明显高于常规DR, 但却明显小于CT[5，7]。 在临床X线检查应用中, 仍有着自己独特的实用价值。
摘要：目的:比较断层融合成像 (DTS) 与常规DR的放射剂量。方法:将进行X线检查的连续就诊患者随机分入常规DR组和DTS组, 选择14个常规检查部位, 每个部位、每组各10人。常规DR及DTS均采用GE Volume RAD, 根据成像质量需要及尽可能减少放射剂量的要求选择主要成像参数。结果:各检查部位DTS放射剂量明显高于常规DR (P<0.001) , 是常规DR的3.7312.84倍, 平均7.71倍。其中胸椎、腰椎、颅骨、骨盆等部位放射剂量较大, 明显高于其他部位 (P<0.001) 。胸椎、腰椎侧位放射剂量明显高于正位 (P<0.001) , 分别是正位的2.35倍和1.44倍。结论:DTS平均放射剂量明显高于常规DR, 因此在不影响诊断和病变显示的情况下, 应选择合理的成像参数、选择体厚小的投照方向, 以尽可能降低放射剂量。
关键词：断层融合术,放射摄影术,体层摄影术
参考文献
[1]赵丽琴, 王克杨, 贺文, 等.数字化断层融合技术对肺结节筛查应用的初步研究[J].放射学实践, 2010, 25 (11) :1 283-1 286.
[2]Dobbins J T, McAdams H P, Godfrey D J, et al.Digital tomosynthesis of the chest[J].J Thorac Imaging, 2008, 23 (2) :86-92.
[3]Dobbins J T, Mcadams H P, Song J W, et al.Digital tomosynthesis of the chest for lung nodule detection:interim sensitivity results from an ongoing NIH-sponsored trial[J].Med Phys, 2008, 35 (6) :2 554-2 557.
[4]王兴宇, 尹芸生, 苏晋生, 等.基于X线断层融合技术对股骨颈骨折术后骨愈合的研究[J].中国临床医学影像杂志, 2011, 22 (6) :447-448.
[5]赵艳娥, 卢光明, 孙志远, 等.X线数字断层融合技术在骨折石膏固定摄影中的应用[J].中国临床医学影像杂志, 2009, 20 (10) :797-798.
[6]夏巍, 尹肖睿, 吴海涛.断层融合技术在鼻骨骨折中的应用价值探讨[J].医疗卫生装备, 2012, 33 (10) :64-65.
[7]Mermuys K, Geeter F D, Bacher K, et al.Digital Tomosynthesis in the Detection of Urolithiasis:Diagnostic Performance and Dosimetry Compared With Digital Radiography With MDCT as the Reference Standard[J].AJR, 2010, 195:161-167.
数字常规 第8篇
随着智能一次设备、光电式电流电压互感器、一次运行设备在线状态检测等技术日趋成熟和逐步推广和应用, 全数字化的变电站自动化系统大面积推广即将成为现实。但在数字化变电站全面应用中, 还是存在不少难点需要突破。当数字化变电站与线路差动保护结合使用时, 两侧的采样同步是实现继电保护装置四性的关键。只有在线路两侧实现采样同步的前提下, 研究线路差动保护, 研究数字化变电站才有意义。要研究采样同步方式, 就要先引进数字化变电站与线路差动保护的概念, 并在这个背景下研究。同时, 把采样同步的各种方式置于具体应用中, 从较高的角度研究线路差动保护中, 两侧变电站是如何保持同步的, 也可以使本文的研究更完整、更全面。本文重点介绍的就是数字站与传统站之间的同步, 根据原理不同, 常规变电站是由电流互感器, 电压互感器将实际的值采到线路保护装置中, 没有通道延时, 采集的就是实际值, 而数字化变电站中间有交换机等延时设备, 且通过电子式互感器的采集量也经过算法处理。在文章中我们也讨论了解决方案, 即通过数字化变电站侧采样值的选取来实现常规站与数字化变电站两侧电气量的同步。
1 数字化变电站的概述
数字化变电站是由电子式互感器、智能化终端、数字化保护测控设备、数字化计量仪表、光纤网络和双绞线网络以及IEC61850规约组成的全智能的变电站模式, 按照分层分布式来实现站内现站内保护测控, 以及远动, 电度计量, 故障录波, 合并单元, 智能终端等等, 从而建立一个统一的通信基础。
数字化变电站多采用数字量, 且采样值开关量等信号均以网络传输, 在结构上将变电站分为站控层、间隔层、过程层三层。数字化变电站在实际信号通讯中, 将实际的信息数据进行转换, 用虚拟的方式来模块化实际的物理设备, 在信息的传递过程中, 更加的互相交互, 信息的共享, 满足远程等信号的传递, 同时增加遥控信息量, 使整个变电站更加智能, 更加完善, 从而达到安全稳定、可靠经济运行要求的现代化智能变电站[1]。
2 线路差动保护概述
差动保护是利用基尔霍夫电流定理工作的, 依据被保护电气设备进出线两端电流差值的变化构成的对电气设备的保护装置, 一般分为纵联差动保护和横联差动保护。
输电线纵联差动保护是按比较被保护线路各端电流的大小和相位的原理实现的。在输电线两侧装设性能和变比完全相同的电流互感器, 其二次侧同极性端用导引线连接, 取差动回路中的电流进行相位和幅值作为比较。
3 数字化变电站同步方式的介绍
数字式差动保护与模拟式差动保护完全不同, 数字式将需要测量模拟量信号经过光电互感器同步采样成数字量后送到合并单元, 再由合并单元将所采集到的信息利用标准报文送到数字式保护采集单元模块, 数字式线路差动保护由于线路各侧的采集是独立进行, 因此为了线路差动保护的功能, 每侧的数据采样必须同步进行或采样后的数据必须经同步化的转化处理, 这是实现数字式差动的关键, 目前广泛应用的方法有以下三种:
(1) 数据传输通道同步的方法。数据通道的方法是依赖具体的通信通道, 都在假设通信过程中在来回两个方向的传输延时完全相等, 这对于专用的直连光纤通信通道来说可以认为是精度非常高的, 但是当线路保护的传输距离过长时, 需要采用复用通道, 比如2M电口来说则会引起一定的误差, 从而影响各端的同步精度, 这也是这种方法不太好的地方, 所以用数据通道同步的方法适用于距离较短, 光纤直连的方法, 才能够达到较高的精度; (2) 参考相量基准同步的方法。目前应用较为广泛的是利用参考相量的方法来实现各侧同步的方法, 通过建立整个线路的模型, 在这个模型基础上, 分别计算和测量在同一时刻的某一个电气数据比较, 然后比较两个电气的相位差从而实现各侧的同步, 计算出误差大小, 这种方法现在应用比较广泛; (3) GPS或北斗同步的方法[2]。GPS是和北斗都是最新的导航和定位系统, 应用非常广泛, 定位精度以及校时场合都有他们的身影, 广泛应用于电力, 导航, 军工, 各种工业等等, GPS误差为0.3˚ (时间误差大概为15µs) , 幅值误差大概为3%以内[3], 北斗属于中国研制的定位系统, 相位误差不超过0.4˚, 幅值不超过3%。但是这种方法需要新增加设备, 增大设备投资以及费用安装等。
4 数字化装置与传统装置线路差动保护的同步方法。
乒乓算法是现在主要的同步方法, 在数字化装置和传统的线路保护装置通过输入单元, 和输出单元按节拍, 互相配合, 没有停顿的进行流水线式的处理与传统线路差动保护装置区别在于, 此时数字化线路保护保护装置为参考端, 而传统侧的保护装置的则实时跟踪数字化保护装置的定时中断周期, 实现同步过程, 这种方式现在已经过很多实践应用, 证明是可行的。
5 结束语
电流差动保护是基于基尔霍夫定律的, 简单、可靠、快速的保护形式, 应用非常的广泛, 线路差动保护的动作速度能够提高电网的运行稳定性, 同时保护电力一次二次设备的安全不被烧毁, 能够快速可靠切除故障, 使停电范围缩小到最小, 减少整个电网系统的负荷的损失发挥着重要的作用, 但是在现阶段电气工程的实施中, 经常会出现一侧是数字化变电站, 一侧是常规变电站, 而这两侧之间线路保护的配合问题就显得尤为重要, 所以线路保护的同步问题是是影响采样质量的主要因素之一[4], 也是系统可靠运行的关键之处。
摘要：数字化变电站的迅速发展, 涉及到与常规变电站线路保护两侧配合的问题, 数字化侧的线路保护装置实时跟踪间隔合并单元的采样频率, 而传统化站的保护装置通过跟踪数字化站侧的保护装置的采样频率, 从而实现两侧电气信息的同步性, 从而保证了线路保护的可靠稳定性。
关键词：数字化变电站,差动保护,采样同步
参考文献
[1]丁书文, 史志鸿.数字化变电站的几个关键技术问题[J].继电器, 2008 (36) :53-56.
[2]汪志彬, 郝俊山.一种差动保护的数据采样同步方法[J].继电器, 2007 (35) (增刊) :94-97.
[3]周艳群, 张方君.数字式线路电流差动保护同步采样和数据通信的实现[J].专论, 9-13.