DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 1. 引言 作为钙感受器和钙信号系统的重要成员，植物CBL基因在生长发育和逆境应答过程中具有重要功能 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] 。目前，越来越多植物物种的CBL基因被解析 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] ，有关CBL功能的研究也日益深入。最近研究发现，CBL家族不仅在非生物逆境应答中具有重要功能，而且在钾铁等矿质营养吸收，植物根系和种子发育以及生物逆境应答中也具有重要功能。例如，拟南芥CBL4和CBL10能够和耐盐基因SOS2编码的蛋白激酶CIPK24互作，调控地上部和根部盐胁迫应答反应 [ 8 ] [ 9 ]，并且CBL10还能够直接和钾离子转运载体AKT1结合，调控植物钾离子的吸收平衡 [ 10 ] 。CBL1和CBL9不仅能够调控钾离子的吸收，而且还参与ABA信号、干旱和盐胁迫应答反应以及花粉萌发和花粉管生长 [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] ，CBL2和CBL3能够调控植物种子发育和高镁胁迫下植物的生长发育 [ 16 ] [ 17 ] ，CBL5过表达能够提高植物的抗旱性 [ 18 ] ，CBL7可以调节氮吸收 [ 19 ] 。CBL10还对盐胁迫拟南芥的生殖发育具有重要影响，拟南芥CBL10突变体的花药开裂减少，花丝变短，甚至花粉败育 [ 20 ] 。与拟南芥的CBL10直系同源的番茄CBL10基因，可以与CIPK6基因互作，调控病原物侵染后番茄细胞的程序性死亡和免疫应答反应 [ 21 ] ，水稻的某些CBL基因在水稻白叶枯抗性反应中诱导表达 [ 22 ] 。因此，植物的CBL基因具有重要的生物学功能，但是有关重要蔬菜大白菜和甘蓝中CBL的研究缺乏报道。 大白菜和甘蓝是我国主要栽培蔬菜之一，它们的抗逆性直接影响其产量和品质 [ 23 ] 。因此，系统解析甘蓝和大白菜CBL基因，对于揭示CBL在重要蔬菜中的功能以及蔬菜抗逆分子育种具有重要意义。目前，有关大白菜和甘蓝CBL基因的研究已有报道 [ 24 ] [ 25 ] ，但是有关它们的比较研究还尚未见报道。本文在深入挖掘大白菜和甘蓝CBL基因的基础上，对它们的基因结构、蛋白基序、顺式调控元件等进行了系统分析和比较研究，为下一步深入研究大白菜和甘蓝CBL基因的功能奠定基础。
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user: 2. 材料和方法 利用拟南芥的CBL基因序列在芸薹属基因组数据库中(http://brassicadb.org/brad/)搜索比对大白菜和甘蓝的基因组序列，寻找大白菜和甘蓝的CBL基因序列，并在拟南芥网站TAIR (https://www.arabidopsis.org)中进行BLAST分析，以确定大白菜和甘蓝CBL序列的真伪。对鉴定出的CBL基因进行结构分析和遗传进化分析，并对它们启动子序列中的顺式元件进行预测。结构分析利用GSDS (http://gsds.cbi.pku.edu.cn/)在线进行，遗传进化分析利用MEGA4.1进行，对大白菜和甘蓝的CBL蛋白序列进行比对，采用Bootstrap Test-Neighbor Joining方法，重复500次运算；序列比对采用DNAMAN软件，顺式元件预测采用PlantCARE (http://bioinformatics.psb.ugent.be/webtools/plantcare/html/)进行在线分析。亚细胞定位预测在WoLF PSORT (http://wolfpsort.org/)中进行。保守的蛋白基序分析利用motif Scan (http://myhits.isb-sib.ch/cgi-bin/motif_scan)在线进行。蛋白等电点分析在DNAMAN中进行。
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user: 4. 结论 笔者从大白菜和甘蓝的基因组中分别鉴定出16个CBL基因，它们分别位于大白菜和甘蓝不同的染色体上。这些基因在结构和序列上相对保守，但也存在一定的差异，而且它们在顺式元件组成上差异较大。因此，笔者认为大白菜和甘蓝的CBL基因存在功能上的分化。分析还发现，在大白菜和甘蓝CBL基因的上游序列中，都存在多个应答不同逆境和激素的顺式元件，由此推测它们具有多样的生物学功能，不仅参与非生物逆境如温度胁迫、盐胁迫应答等过程，还参与生物逆境应答过程。本文为进一步研究大白菜和甘蓝CBL基因的功能奠定了基础。
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user: 摘 要 目的：以正常人为对照探讨内皮祖细胞在肝癌患者中组织学分布的差异性、分析其表面标志物表达情况、细胞形态变化、增殖和管形成能力改变。方法：密度梯度离心、免疫磁珠贯序分离获取单个核细胞，用条件分化培养基进行分化刺激培养，直到分化成熟为内皮细胞。流式检测其生物标志物变化情况。分化潜能，倍增能力，功能状况。结果：单个核细胞经条件诱导培养可定向分化为内皮祖细胞，表现出部分血管内皮的功能特征。肝癌患者骨髓、外周血与正常人无差异，脾内内皮祖细胞系分化明显增强。结论：来源于骨髓单个核细胞分布于多个组织中，可定向分化为内皮祖细胞，进而成熟为内皮细胞，此过程干/祖细胞的生物学特征逐渐降低直至消失。肝癌患者脾脏为此过程提供了最佳的分化诱导内环境。 关键词 :血管生成，内皮祖细胞，生物学性状，肝癌，脾脏 Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 从组织胚胎学角度，内皮祖细胞(endothelial progenitor cells， EPCs)生长发育的起源头于胚胎期的多能干细胞及骨髓内多能造血干细胞。在特定的条件下，如胚胎发育等生理过程和炎症、肿瘤等病理过程，其受信号传导调节后释放进入循环，在外周组织中特定的微环境内增殖、分化后定向归巢参与血管新生。内皮祖细胞的发现改变了早期认为Angiogenesis [ 1 ] 的芽生方式是成熟个体血管形成的唯一形式。1971年美国哈佛大学医学院Judah Folkman教授据此提出了肿瘤相关血管理论 [ 2 ] [ 3 ] ，当时认为Vasculogenesis即内皮祖细胞仅参与个体发育早期阶段的，但最近研究却发现，EPCs在冠心病、哮喘等血管重构性疾病及肿瘤、组织损伤再生都发挥着重要的作用 [ 4 ] 。内皮祖细胞的标志、分类、分化的信号通路尚未统一，我们对人源EPCs进行分离比对，初步观察不同组织来源的EPCs的生物学表形差异。
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user: 2. 材料和方法 2.1. 材料 20份外周血(取自15份肝癌患者及5份正常查体志愿者)，10份骨髓标本(取自3份肝癌患者及7份正常志愿者)，5份脾脏标本(1份肝癌患者及4份外伤脾破裂患者)，6份脐带血及12份脐带(取自健康足月顺产或剖宫产的新生儿)。M-199培养液，无血清生长因子复合物，Ab-CD34(小鼠源)，同型IgG (Abnova)，SP免疫组化试剂，DAB显色试剂盒 (福州迈新)；磁珠分离套装盒(NEB)，倒置光学显微镜； 37 ℃ 孵箱(Forma Scientific)；Coulter流式细胞仪(Beckman)；留取外周静脉：留取20 mL新鲜外周血，5%肝素抗凝。采集后2 h内进行分离。胎盘娩出后脐血立即于CPDA 抗凝的采血袋内保存。脐带血采集后在无菌条件下离心(4℃ 800 r/min × 10 min)，接种于含2%LSGS(低血清补充物)的M199培养基，静置于37℃ 5% CO 2 孵箱中培养4~12 h。从髂后上棘留取骨髓，收集于肝素抗凝剂的10 mL离心管中。采集后2 h内进行分离。本研究经西安交通大学第二附属医院伦理委员会批准并经患者知情同意。 外伤脾脏破裂急诊手术取脾后，立刻取新鲜脾脏组织，研磨后以Percoll液(1.082 g/L)重悬， 4 ℃ 离心(2 000 r/min × 20 min)。离心后留取中间云雾层细胞，用M-199接种培养。 2.2. 方法 2.2.1. 细胞分离培养 首先，应用密度梯度离心获得单个核细胞后采用免疫磁珠分选CD133+细胞(具体操作依据NEB磁珠分选试剂盒略作修改)，获得的细胞重悬于无血清含细胞生长因子复合物的M-199培养基中，以1 × 10 6 /cm 3 接种于T25培养瓶(均预先用5 µg/cm 2 Fibronectin于37℃包被3 h)中，静置48小时后隔日半量更换无血清培养液，计为P0代细胞，计算平均贴壁细胞数。每3日计数集落数。达70%~80%时传代，以(1~5) × 10 3 /cm 2 接种培养。 2.2.2. 细胞鉴定 隔日不同放大倍数下倒置显微镜观察细胞，记录形态特征。对数生长期细胞传代后消化离心，调整细胞密度为1 × 10 7 /L，PBS重悬。每份细胞悬液取200 μL，分别加入荧光标记的CD34、CD133、CD31、VEGFR2和CD14单抗各20 μL，4℃避光共孵育3小时，PBS洗涤2次后测定，流式复测3次取均值。 2.2.3. 细胞增殖、分化潜能测定 分离获得的EPC编号并记录来源信息后，自P0代EPC开始至细胞生长至80%开始传代，直至细胞衰老。细胞计数，绘制时间–细胞增殖曲线。 每组设复孔5个，分别于传代后24 h、48 h、72 h测定细胞的增殖情况：按照MTT试验的常规方法加入MTT溶液，继续培养4 h，弃上清，再加入DMSO，振荡10 min使结晶充分溶解，在光密度测定仪上490 nm处测OD值。以均数 ± 标准差(Mean ± SD)表示。 EPC稳定传代后，消化离心并计数。计算消化率 = (该时间被消化下的细胞数/该培养单元的细胞总数) × 100%，做出消化率–时间曲线，以此间接反映细胞粘附力的变化； 2.2.4. 管形成能力测定 0℃条件下，Matrigel包被96孔板，37℃凝固，30 min后接种5 × 10 4 /ml对数生长期的细胞，每孔100 μl，约5000个细胞，于 37 ℃ 、5%CO 2 绝对静置48 h。
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user: 3. 结果 3.1. EPC分离、鉴定 采用磁珠吸附及梯度离心贯序分离获得的EPC立刻接种，绝对静置6~12 h开始贴壁，细胞极性不显著，呈团状聚集，多边形，24 h后铺路石交错排列，单层贴壁生长、核质分解清晰，胞核呈类圆形。48 h铺满整个瓶皿后传代培养，内皮细胞在2~3 h后逐渐贴壁，呈多角形、长多角形或梭形，细胞间相互连接，较第一代细胞生长旺盛，肝癌患者脾分离的EPC可见多核及巨细胞(见图1)。可正常传7~8代，此后，细胞增殖力下降、数目减少、逐渐变性变形，呈条索状或网格状，不能形成单层、不能继续传代培养。 图1. EPC体外培养细胞形态×100 健康人群骨髓、脐血、脾脏、外周血所获得的EPC数量之比约为15:10:10:1，这与陆士新教授的结果相似 [ 5 ] 。肝癌患者骨髓、脾脏、外周血之比为5:4:1，健康人与肝癌患者骨髓所获得EPC大致相同，我们未观察到单一的肝癌患者出现骨髓动员的现象。 EPCs生物表型变化随代次增加，干/祖细胞的表面标志物数量急剧降低，功能标志物增高，但无明显组间差异。分化表型标志物CD133，CD31，VEGFR2至第10代达到平台期。 EPCs增殖潜能的变化接种成功的EPC，经短暂的休眠期后，即进入对数增殖阶段体外培养约每72 h可传一代，第4~6代达增殖峰期，第9~10代急剧下降，细胞呈纤维细胞样改变，传代难以成活。 3.2. 管形成实验 在Matrigel中EPC初始形成类圆形结构，后逐渐伸展呈梭状，接着形成管状结构内皮性结构。倒置显微镜下观察，可见种植于Matrigel中的培养细胞逐渐延伸变长、首尾相接、呈树枝状或网状，形成典型的管状结构(见图2)。这就证实了EPC具有分化成熟为功能性内皮细胞的特性。
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user: 4. 讨论 目前的研究认为，成熟个体血管形成主要有两种形式，即血管发生(vasculogenesis)和血管生成(angiogenesis)。传统认为vasculogenesis不依赖于已有的成熟的脉管系统，由干细胞增殖分化而来，经塑形、管化、再通等过程形成血管，多见于胚胎早期阶段 [ 6 ] 。而angiogenesis以芽生方式来源于已有的成熟的血管系统，一度被认为是成体血管形成的主要形式。血管发生是一种普遍存在的生理、病理现象，可见于生命的各个阶段，如外伤修复，月经周期子宫内膜功能性改变，肿瘤等病理生理过程 [ 7 ] 。 单个核细胞的体外成功分离见于30年前，体外分离获得EPC可分为早期和晚期克隆。Asahara [ 8 ] [ 9 ] 1997年首先使用免疫磁珠方法从人的外周血单个核细胞中培养分离出血管内皮标记物CD34(+)EPC。给予粒细胞–集落刺激因子(G-CSF)刺激下，CD34(+)EPC随即分化，呈现管内皮特征 [ 10 ] 。伴随细胞归巢过程，趋化迁移受体表达的上调，细胞呈现明显定向分化表现。我们分离的CD34(+)EPC细胞，随着诱导培养代次增加，VEGFR-2(+)表达上调，此外还表达SDF-1、CXCR4、钙粘连素、选择素等内皮生物特异性标志物，并通过旁分泌或自分泌形式在上述因子作用下发生归巢现象。Harraz [ 11 ] 等认为CD14(+)也为EPC特异性表面标志物之一，但我们实验在不同代次细胞间未发现其发生明显特异性变化，这可能与EPC这一异质性较强的细胞不同细胞亚群有关。 内皮祖细胞根据其增殖分化潜能不同有两种主要类型的，即早内皮祖细胞和晚内皮祖细胞 [ 12 ] ，其中， 图2. Matrigel胶管形成试验×100 前者是分化早期的，增殖能力较强的细胞，其特异性表型为CD34+ VEGFR2+ CD133+，后者分化中后期，接近功能细胞的群体，标志物为CD34+ VEGFR2+CD133−。 此外，Yoder等 [ 13 ] 研究表明，单个核细胞仍具有多分化潜能，例如某些单个核细胞可经诱导分化为单核–巨噬细胞系，因而不能将单个核细胞等同于EPC。 脾脏是重要的髓外造血器官，传统上认为出生后，其造血功能逐渐退化。演变为一个周围免疫器官。李宗芳教授 [ 14 ] 经过多年的研究发现脾脏有着独特的血液循环方式，其微环境在血细胞的分化、成熟、归巢中起着重要的作用。同时，还发现脾脏在肝癌的病情演变中呈现双向调节性，其具体机制尚未探明。单个核细胞的分化微环境的变动可使分化方向由单核-巨噬细胞系方向转为内皮细胞系方向，这极有可能是一个重要的“Switch”。 1971年Judah Folkman教授 [ 15 ] 提出肿瘤血管靶向治疗理论后，开创了肿瘤靶向治疗的新纪元，建立了肿瘤治疗的新策略。相继有GX1、DKK1等多肽为代表的肿瘤血管靶向标志物得到研发。我们也曾参与胃癌血管靶标GX1的筛选。Bevacizumab (Avastin)是首个被FDA批准使用于临床的肿瘤血管靶向药物，但经一段时间的应用，发现Bevacizumab并不能获得理论上的疗效，患者的生存期仅能延长数月，死亡率无改善，并且很快出现理论无法解释的耐药问题。这也使Bevacizumab (Avastin)成为目前唯一一个被FDA批准使用于临床的肿瘤血管 [ 16 ] 靶向药物。因此，我们从新审视肿瘤血管形成理论，显然angiogenesis不是肿瘤血管形成的唯一方式。Vasculogenesis被视为完善肿瘤血管形成机制的重要组成部分，EPC作为vasculogenesis的中心环节，对整个通路的研究起着重要的作用。我们分离获得EPC一方面旨在为肿瘤相关血管理论奠定试验基础，同时希望我们的研究能够丰富这一理论，使其重焕光彩。
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user: 摘 要 本文基于细观力学方法，建立了包含基体和增强纳米颗粒的二相颗粒增强复合材料模型。假设颗粒分布于无限大基体内并且与基体完全粘结，这时纳米颗粒与基体均为复合材料中的异性夹杂。基于此模型，利用自洽法、等效夹杂法以及Mori-Tanaka方法，推导出纳米颗粒复合材料在外部应力作用下各组分材料的本构关系表达式，并且，计算分析温度变化、颗粒形状以及颗粒体积分数之间的关系及对复合材料有效弹性模量的影响。 关键词 :复合材料，本构关系，脱粘损伤，热膨胀系数，有效弹性模量 Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 纳米颗粒增强复合材料由分散颗粒和基体构成，这类材料的弹性模量、疲劳强度以及抗磨损能力等都有了较大的提高，是极具应用前景的工程材料，它被广泛应用于高端科学与工程领域中。复合材料形变初期会引起颗粒与基体之间界面的脱粘损伤，这些损伤会严重影响材料的总体性能，复合材料的细观结构损伤机理决定了它的总体力学性能。为了确立材料的细观结构与力学性能之间的联系，需要建立合理的细观力学模型来分析其有效性能和损伤过程，在材料模型中，预测材料的热机械反应规律是一个极重要的问题。 目前主要研究了由两种成分组成的复合材料，当一个增强体发生损坏时，它的承载能力会减少。Cho [ 1 ] 研究了椭圆形增强颗粒嵌入于无限体中时，增强颗粒的初始完整状态及发生损坏时的弹性应力分布情况。Thogo [ 2 ] 提出了一种增值损坏理论用来描述增强颗粒的破坏损裂情况。Asakawa [ 3 ] 主要研究了在不同荷载下增强颗粒在复合材料中发生脱粘情况时的弹性应力分析。一些方法理论例如均匀化法就是来评估以上情况发生时的复合材料的力学性能，Zhao和Weng [ 4 ] 计算了两相横观各向同性复合材料中球形增强颗粒在发生部分脱粘和完全脱粘这两种情况时的有效弹性模量系数。 然而，关于包含多相增强颗粒的复合材料研究理论少之又少。Hu [ 5 ] 建立了包含了两种类型球形夹杂的完整复合材料的模型，并研究了增强颗粒发生断裂时的作用，研究中没有分析复合材料中基体与颗粒的微观动态，因此，此模型不适用于研究热荷载下的复合材料细观研究问题。为了分析界面相的影响，Christensen和Lo [ 6 ] 研究了两种类型复合材料有效剪切模量的模型，第一种模型是宏观各向同性包含球形颗粒夹杂，且此模型是三相的：球形夹杂、基体、界面相。 Bian和Wang [ 7 ] 主要研究了颗粒复合材料的细微观组织结构力学性能，描述基体与增强颗粒界面脱粘损伤、颗粒体积分数以及颗粒尺寸对材料损伤行为的影响。Bian和Cheng等 [ 8 ] 建立了包含基体、夹杂颗粒和界面的三相复合材料模型，此界面相具有不同于基体和颗粒的刚度模量，推导出复合材料各组分材料的平均应力应变关系。目前，关于复合材料在热机械荷载作用下发生逐步脱粘时，研究材料的细观本构关系的研究不多。本文根据细观力学相关理论，在考虑温度变化因素的前提下，推导纳米颗粒复合材料中增强颗粒在外部荷载作用下发生脱粘过程中的力学本构关系。在研究过程中本文不考虑界面相的因素，只考虑基体与颗粒间的受力关系。材料在热机械荷载作用下，复合材料中的增强颗粒会处于三种状态：完整、部分脱粘、完全脱粘。文中主要研究在这三种状态下的复合材料基体与颗粒的细观力学本构关系，根据所推导的表达式，带入材料系数得到相关计算图表，并与实验数据相比较，分析讨论新理论可行性。
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user: 3. 数值分析与实验对比 首先，为了证明所得的本构关系合理性，与其他一些研究结果进行比较。如图2所示，ROM [ 9 ] 方法得出的热膨胀系数与本文中得出的热膨胀系数作比较，其中复合材料基体与增强夹杂分别是环氧基树脂和玻璃。 从图2可以看出，复合材料的热膨胀系数上限是从ROM [ 9 ] 方法得出，下限是从Reuss [ 9 ] 方法中得出的，而用Kerner [ 9 ] 方法得出的结果比Reuss的结果更接近于本文方法得出的热膨胀系数。本文方法得 图2. 复合材料热膨胀系数与增强颗粒体积分数的函数关系 出的热膨胀系数是介于Reuss方法与ROM方法结果中间。相比于ROM的结果，Kerner方法得出的结果更接近于本文方法得出的结果。 举例说明本文得出的本构关系表达式，基体材料选择铝(Al)，增强颗粒材料选择陶瓷(PSZ)，其在不同温度下的温度膨胀系数以及力学性能参数如表1所示。 对于弹塑性分析，基体的等效应力与等效塑性应变关系有以下关系， σ e 0 = σ 0 ( 1 + ε e o p ε 0 ) 0.1 ， ε 0 = ( σ 0 E 0 ) (31) 式中：σ 0 ——基体屈服强度。 图3表示用基体材料标准化的有效热膨胀系数与不同纵横比λ增强颗粒体积分数的函数关系。在这里研究的复合材料是增强颗粒比基体材料更硬的情况。这时，复合材料标准化的热膨胀系数会随着增强 Table 1 Thermal coefficient and mechanical properties of materials under different temperature 材料 温度(K) 杨氏模量(Gpa) 泊松比 热膨胀系数(10 −6 K) Al 287 71 0.32 23.1 487 68 0.29 25.1 687 56 0.25 30 PSZ 287 172 0.23 8.86 487 161 0.23 8.03 687 133 0.23 6.24 表1. 不同温度下材料的温度膨胀系数以及力学性能参数 图3. 标准化热膨胀系数α/α 0 与增强颗粒体积分数C p 的函数关系 颗粒纵横比与体积分数减小而更大。 图4表示在不同的增强颗粒体积分数及λ=1的条件下，损坏演变过程与标准化热膨胀系数的函数关系。图5表示标准化热膨胀系数与不同纵横比颗粒损坏演变的曲线关系。这些图显示出了增强颗粒体积 图4. 损坏演变过程与标准化热膨胀系数的函数关系 图5. 标准化热膨胀系数与不同纵横比颗粒损坏演变的曲线关系 分数与颗粒的纵横比对标准化热膨胀系数的影响，当所有增强颗粒发生脱粘损坏时，复合材料的热膨胀系数接近于基体的热膨胀系数，而且颗粒的体积分数越低复合材料热膨胀系数接近度越高。这是因为当增强颗粒发生脱粘时，它的承载能力会减小，直到增强颗粒完全脱粘变成空洞，它的承载能力会消失，因而复合材料中几乎只有基体的影响。同时，当增强颗粒的热膨胀系数小于基体时，复合材料标准化热膨胀系数会随着增强颗粒体积分数增大而减小，此外，标准化热膨胀系数随着增强颗粒纵横比的增大而减小。 图6表示在不同k-矩阵情况下温度对α 0 /α与颗粒损坏演变的影响曲线(λ = 1)。从图6中可以发现温度因素对完整、部分脱粘及完全脱粘这三种不同状态下的增强颗粒发生损坏时与复合材料标准化热膨胀系数的曲线关系，其中初始颗粒体积分数0.4，增强颗粒的纵横比1。由图6发现，标准化热膨胀系数随着温度的升高而减小。对于完整颗粒复合材料，由于复合材料中增强颗粒一直是完整的，所以标准化热膨胀系数取恒定值，不会随着温度改变而产生变化。而在颗粒最终完全脱粘情况中，复合材料热膨胀系数会随着颗粒发生完全脱粘逐步趋向于基体热膨胀系数值。对于部分脱粘情况，因为增强颗粒最后都会部分脱粘，曲线总体趋势是与完全脱粘时是差不多的，这时的曲线位于完全脱粘与完整情况之间。由图6看出，温度对复合材料热膨胀系数的影响，所以要想得到关于复合材料力学性能更准确的结果，温度因素是必需要考虑的。 为了验证本文推导的复合材料热膨胀系数关系式的合理性，在这里我们用如下性能的各向同性复合材料做模拟计算。 体积模量K 1 = 15.6 GPa、K 0 = 4.7 GPa， 剪切模量G 1 = 11.7 GPa， 热膨胀系数α 0 = 0.1 × 10 −6 /k。 假设材料是各向同性，增强颗粒是定向分布以及颗粒的纵横比取50，以上前提下所得出的材料温度膨胀系数曲线如图7所示。图7表明本文所预测的复合材料的体积模量和剪切模量以及其温度膨胀系数 图6. 在不同k-矩阵情况下温度对α 0 /α与颗粒损坏演变的影响曲线 图7. 复合材料预测温度膨胀系数的比较 都在前人 [ 9 ] 实验测量范围内浮动。由此可见本文结果具有一定的合理性，同时图7表示温度膨胀系数α与增强颗粒体积分数C P 之间的变化关系。
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user: 4. 结论 本文以细观力学的方法，建立了纳米颗粒增强复合材料细观损伤破坏模型，推导出了纳米颗粒复合材料在外部应力作用下各组分材料的本构关系表达式。以此为基础，分析讨论了温度变化与材料本身以及相关参数之间的关系。从计算结果可知，复合材料中颗粒发生脱粘情况时，它的热膨胀系数受增强颗粒体积分数、颗粒的纵横比以及温度变化的影响。标准化热膨胀系数与颗粒体积分数及纵横比形成鲜明的反比关系，而标准化热膨胀系数随着温度升高而减小。对于整体复合材料中颗粒发生脱粘损坏的情况，材料的热膨胀系数上下限由完整颗粒以及完全脱粘颗粒状态下给出。
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user: 摘 要 农业是我国的基础性产业，在国民经济中占据重要地位。农业提供了人类生存最基本的必需品，其次，农业的发展是其他部门以及整个国家国民经济发展的基础。所以保障农业稳定可持续是国家发展的重要目标，因此制定合理高效的农业补贴政策，从而促进农民增产增收，保障粮食安全，提高种粮积极性尤为重要。近年来，世界上许多国家的农业补贴政策得到了快速发展，为本国农业进步做出了巨大贡献。本文在对国外典型发达国家和发展中国家农业补贴政策进行比较的基础上，结合经济合作与发展组织(OECD)生产者支持估计(PSE)方法对美国，日本，巴西和中国2004~2014年的农业支持水平进行差异化分析。结合各国农业补贴政策的做法和中国农业发展现状，提出了增加农业支持总量，加大生产者支持力度，优化一般服务支持结构，发挥金融优惠政策在农业生产中的作用，加强农业支持与保护的法治化建设，建立多元化的农业支持与保护政策体系等方面的政策建议。 关键词 :农业补贴，生产者支持，价格支持，直接补贴 Copyright © 2018 by author and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 国外典型发展中国家，发达国家对农业支持与保护，特别是关于农业补贴方面的政策比较成熟。美国，日本是世界上的农业发达国家，农业支持与补贴政策相对来说较为完善，巴西与中国都是以农业为基础的发展中国家，都是农业大国，与中国的发展阶段和发展条件相似。因此，通过分析美国，日本和巴西的农业补贴政策和措施对完善我国农业补贴政策具有重要的借鉴意义。
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user: 3. 我国现阶段的农业补贴政策 我国现阶段的农业补贴政策分为四个方面，分别是价格支持措施，脱钩和挂钩的直接补贴政策以及一般服务支持措施 [ 11 ]。 3.1. 价格支持措施 包括粮食最低收购价政策和粮油临时收储措施。粮食最低收购价政策，主要适用于粮食主产区的小麦和稻谷，当粮食市场价格低于最低收购价格，在相关粮食主产区按照最低收购价格挂牌收购农民交售的新粮，当市场价格高于最低收购价格，则不启动或及时推出最低收购价收购 [ 12 ] 。粮油临时收储政策主要适用于东北主产区的玉米和大豆，以及湖北，四川，安徽等17个油菜产区的油菜籽。中储粮总公司承担国家临时收储任务，安排直属企业或委托有一定资质的国有或民营粮油企业按照国家确定的临时收储价格挂牌收购农民交售新生产的粮油产品，严禁收购库存陈粮和国外进口转基因大豆。其目的是保护农民利益和发展粮油生产积极性，维护粮油市场稳定。东北，黑龙江大豆和新疆棉花目标价格补贴政策。 3.2. 直接补贴政策 包括粮食直补，农资综合补贴，农作物良种补贴，畜牧良种补贴，农机具购置补贴，农业保险保费补贴几个方面。截至2008年底，中央财政累计投资43亿元，建设70多个大型商品粮生产基地。2009年，《全国新增1000亿斤粮食生产能力规划》出台，提出了整合大型商品粮基地等项目投资，统筹用于规划确定的田间工程以及农技服务体系建设。2010年，国家安排中央65亿元用于规划内田间工程及农技服务体系建设。为推进畜牧业生产方式向集约型转变，促进现代畜牧业持续健康平稳发展，2007年国家开始支持标准化规模养猪场和奶牛养殖小区建设。中央财政对标准化规模养殖场的水电路，粪污处理，沼气池，防疫，挤奶设施及饲草料基地建设等给予适当补助。同时国家对产粮大县，产油大县和生猪调出大县奖励进行奖励。其中产粮大县奖励资金作为专项补助资金，必须用于支持本地产业的发展。还有其他一系列农业一般服务支持措施，如农业综合开发项目，全国农业科技入户示范工程，农民专业合作社支持项目，农技推广体系建设，测土配方施肥补贴，劳动力转移培训阳光工程，新型农民科技培训工程等农业生产成本，鼓励农户使用优良品种，保障农户生产收入调动农户种粮积极性，促进粮食生产稳定发展。脱钩的直接补贴政策包括退耕还林补贴和退牧还草补贴 [ 13 ] 。退耕还林补贴用于退耕农户退耕后维持医疗，教育，日常生活等必要开支的专项补助资金，以及原退耕还林政策补助期满后解决退耕农户生活困难的专项补贴。退牧还草补贴是为了保护和恢复西北部，青藏高原和内蒙古的草地资源，以及治理京津风沙源，对退牧还草的牧民给予生态补偿。主要采取禁牧，休牧和划区轮牧三种方式进行。2014年开始，对于新疆棉花，东北和内蒙古大豆废除临时收储政策，开始执行目标价格补贴 [ 14 ] 。 3.3. 一般服务支持措施 为改善农业生产条件，提高农业综合生产能力，国家于1996年开始在粮食主产区集中连片地建设“稳定高产”的大型商品粮生产基地。
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user: 5. 国外农业补贴政策对中国的启示及结语 5.1. 增加农业支持总量 2014年，中国农业支持总量估计(TSE)达到2447.14亿美元，总量上已经超过许多发达国家，但这个绝对量的数据难以说明中国拥有较高的农业支持水平。如果按中国农业人口或平均土地面积来看，中国农业支持水平仍然极端低下，农业支持和保护程度仍然不足。因此，各级政府在财力允许的情况下要增加农业支持总量，不断加强对农业的支持力度。 5.2. 加大生产者支持力度 近年来，中国生产者支持结构不断完善，2014年，中国%PSE大幅上升，从2004年6.6%涨到2014年的20.2%。但与日本相比仍然有很大的差距。21世纪以来，巴西对农业生产者的支持一直是农业支持的最主要形式，中国近年来对农业生产者的支持虽有较大的发展，但是占TSE的比例仍然有限。因此，在不断增加TSE总量的同时，应适当加大对PSE的支持，以全面调动农业生产者的积极性，促进农业健康，持续发展和农民增收。 5.3. 优化一般服务结构 长期以来，中国农业一般服务支持结构处于不平衡状态，农业一般服务支持主要侧重于农业基础设 图1. 2004~2014年各国%TSE (%) 施与农产品储备建设的工作。面对当前中国劳动力老龄化，弱质化以及农业科技成果转化不足等现实问题，应进一步优化一般服务支持结构，不断增加对农业科研，培训教育，技术推广，农产品检验检疫等方面的投入，以推动现代农业科技创新，促使农业科技成果尽快转化成生产力，提高农业生产者的整体科技素养。 5.4. 发挥金融优惠政策在农业生产中的作用 发达国家对粮食生产的补贴力度非常之大，而直接补贴需要雄厚的经济实力，目前许多发展中国家仍然无力实行。中国在长期内属于发展中国家，而且中国的农业比重偏大，农业人口众多，大规模地加大农业的财政支出显然不符合中国发展现状。但是，中国可以借鉴巴西的经验，由政府提供金融优惠政策扶持农业发展，通过直接补贴，低利率贷款和农业保险补贴等多种形式提升农业产业化水平。政府对商业银行进行结构性调整，对粮食生产实行优惠贷款政策，在全国积极建立和完善农业保险制度。 5.5. 应加强农业支持与保护的法治化建设 中国在保障农业支持与保护措施落实方面与其他WTO成员相比还存在较大差距，主要表现在一是国外通过制定严格法律为农业支持与补贴政策提供保障，保证了农业补贴政策的稳定性，规范性和公开性。而中国对粮食主产区实行的价格支持，直接补贴，税收减免等支持与保护性政策尚没有充足的法律保障，还缺乏稳定性和连续性。二是国外几乎所有支持政策都细化到具体项目，做到了由政策到法规，由法规到项目，由项目到资金的全程规范管理，而中国农业支持与保护的项目，资金管理方式还相对粗放，年度农业支持资金的额度变化较大。因此，中国应借鉴国外经验及做法，不断完善相关法律和配套政策，使中国对农业的支持与保护制度化，法律化。 5.6. 应建立多元化的农业支持与保护政策体系 目前，国外农业支持与保护形式呈现多元化发展趋势，农业支出与保护政策除了价格支持，直接补贴外，还涉及农业基础设施投入，调整农业结构，技术培训，农业风险基金等多个方面。通过借鉴国外经验，中国除了价格支持和直接补贴政策外，还应在生态补偿，农业保险保障，农业信贷优惠，鼓励农产品加工业发展等多方面，加强对农业的支持和保护，应构建一个由直接补贴，价格支持，金融支持，生态补偿等多种支持方式共同组成的完善的农业支持与保护政策体系。
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user: 摘 要 提出了一种基于光电容积脉搏波(PPG)信号的血压测量系统，包括信号采集硬件设置和基于Hilber-Huang变换(HHT)的PPG信号处理方法。在设置中，使用手机(MP)作为上位控制器，在其控制下，手指夹探头产生的PPG信号被采集，放大，滤波后存储在SD卡中并传送到MP。此外，基于MATLAB软件，提出了一种改进的HHT算法。通过与小波阈值法(WT)比较，从信噪比，特征提取和血压(BP)计算的角度评估了该方法的有效性。实验结果表明，虽然两级Rigrsure小波阈值去噪方法在PPG信号去噪方面表现最好，但处理后的数据的特征信息也与实际值存在较大差异。相比之下，所提出的改进HHT算法去噪效果表现略差，但成功地保留了单个周期信号的基本特征。综上所述，本文提出了一种基于MP的PPG便携式设备和改进的HHT信号处理方法，并将其应用于BP估计，未来将在老年人日常健康检查，病人康复等方面发挥应有的作用。 关键词 :PPG信号，小波变换，改进的HHT变换，血压测量 Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 光电容积脉搏波信号(PPG)是一种多指标生理信号，基于它的血压(BP)估计已被广泛研究。大致有如下几种方法：在同一心动周期中，从心电图上(ECG)的R波峰值计时到外周动脉某一部位(如手指)的PPG信号中上升支的峰值点的时间称作脉搏传输时间(PTT)，它与动脉血管壁弹性密切相关，因此可建立模型关系用于计算BP [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] ；由于脉搏波速度(PWV)能够定性地反映血压，所以使用双通道PPG信号来确定PWV，最终也获得血压信息 [ 4 ] ；而在最近的出版物中，通过整合Windkessel效应 [ 5 ] 与PPG信号特征的关系可以估计出舒张压(Pd)和收缩压(Ps) [ 6 ] 。所有这些方法表明，PPG信号是一种可用于BP估计的可靠有效的信号，然而PPG中存在的噪声仍然是一个亟待解决的问题 [ 7 ] 。 为了解决这个问题，去噪是必要的一个步骤。小波变换(WT)方法已被提出用于PPG信号去噪 [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] ，但WT主要用于静态周期性信号处理，它在去噪过程中将会改变PPG信号中的特征参数，这会导致测量结果的不准确。希尔伯特–黄变换(HHT)方法是一种可用于非线性和非平稳信号的去噪方法 [ 11 ] ，它具有很好的噪音消除以及保存细节信息的能力。目前，它被用于心电信号的处理 [ 12 ] [ 13 ] 以及生物医学 [ 14 ] 、水印 [ 15 ] 、音频等领域的应用 [ 16 ] 。但是，这种方法尚未用于PPG信号处理。 本文提出了一种改进的HHT算法，并进行了PPG信号噪声消除的研究，然后将其与Windkessel模型相结合来估算BP。为了证实所提出的HHT方法的有效性，将其与WT去噪算法进行了比较。发现虽然WT具有较强的去噪能力，经其处理后的PPG信号比HHT处理后的PPG信号更平滑，同时后者的峰值信噪比(PSNR)低于前者，但是改进的HHT算法对于BP计算具有更好的效果。通过与测量的BP值进行比较发现，用经过改进的HHT去噪后的信号估算出的BP值具有更小的偏差。这表明改进的HHT去噪相比于WT去噪更好地保留了PPG信号的主要特征。因此，本文所做的工作可以证明，所提出的HHT信号去噪算法不仅可以去除噪声干扰，而且可以保存有价值的信息。
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user: 2. 方法与原理 提出的PPG信号检测硬件模块设计、信号去噪算法和BP算法方案如图1所示。对于PPG采集的硬件，信号去噪方法和BP估计的计算算法的详细描述将在后续部分依次介绍。 图1. 系统结构图 (a) PPG采集的硬件；(b) 信号去噪过程；(c) BP估算的计算方法 2.1. 信号获取 在图1(a)中，指夹探头包括一个波长为660 nm的发光二极管(LED)和一个将光信号转换为电信号的光电二极管。弱电流信号通过前置放大电路转化为电压信号，经过一系列信号处理后即可进行模数转换。微控制器(mega2560)对其进行信号采集，并将数据保存到SD卡中进行后续数据处理和BP估计。 2.2. PPG信号去噪 这里将介绍两种滤除PPG信号噪声的方法——WT和HHT，具体内容如下： 在WT方法中，对于给定离散函数 x ( n ) ，内积 〈 x ( n ) ， ψ a ， b 〉 给出了离散小波变换(DWT)，为： D W T ( a ， b ) = ∑ n = − ∞ + ∞ x ( n ) ψ a ， b ( n ) (1) 其中 ψ a ， b ( n ) 表示离散小波： ψ a ， b ( n ) = 2 − a 2 ψ ( 2 − a n − b ) (2) 其中a是缩放变量，b是位置索引。 由于噪声存在于PPG信号的所有频带中，因此在DWT之后，对于所有尺度的分解信号都必须进行阈值收缩。小波阈值收缩过程分为三个步骤：小波分解，阈值收缩，小波重构。 在分解步骤中，Singh B. N.等人的研究证明sym8基函数与PPG信号更加一致，并且在Symlets系列中去噪性能最好 [ 17 ] ，因此选择sym8作为小波变换的基函数。当待分析信号的采样率满足采样定理(Nyquist)要求时候，可测量的归一频带必将限制在−π~+π之间，此时可分别用理想低通与理想高通滤波器H 0 与H 1 将它分解成(对正频率而言)频带在0~π/2的低频部分和频带在π/2~π的高频部分，分别对应信号的概貌和细节。处理后两路输出必定正交(因为频带不交叠)，而且由于两种输出的带宽均减半，因此采样率可以减半而不致引起信息的丢失(带通信号的采样率决定于其带宽，而不是决定于其频率上限)。类似的过程对每次分解后的低频部分可再重复进行下去，即：每一级分解把该级输入信号分解成一个低频的粗略逼近(概貌)和一个高频的细节部分，而且每级输出采样率都可以减半，这样就将原始x(n)进行了多分辨率分解。 在收缩步骤中，满足一定阈值收缩条件的小波系数将被滤波。本文比较了四种不同阈值对PPG信号去噪的影响，即Rigrsure阈值，Sqtwolog阈值，Heursure阈值和Minimax阈值。Rigrsure是一个基于Stein无偏估计的软阈值评估器。Sqtwolog使用产生阈值的固定阈值公式：sqrt(2 * log(length(x)))。Heursure是前两个阈值的组合，并且是最佳预测器阈值选择。Minimax使用Minimax原理找到一个固定的阈值，它产生最小均方误差(MMSE)的极值。 在HHT方法中，包含两个部分：第一部分是经验模式分解(EMD)，第二部分是希尔伯特频谱分析(HHP)。对于输入信号 x ( t ) ，EMD可以表示为： x ( t ) = ∑ i = 1 N h ( i ) ( t ) + d ( t ) (3) 其中， h ( i ) ( t ) 表示第i个本征模函数(IMF)。对于每个IMF h j ( t ) ，其希尔伯特变换 y j ( t ) 为： y j ( t ) = P π ∫ − ∞ + ∞ h j ( τ ) t − τ d τ (4) 其中P是柯西主值。 结合 x ( t ) 和 y ( t ) ，我们可以得到分析信号 z ( t ) ： z j ( t ) = h j ( t ) + i y j ( t ) = a j ( t ) e i φ ( t ) (5) 其中 i = − 1 ，并且 a j ( t ) = [ h j 2 ( t ) + y j 2 ( t ) ] 1 / 2 ，   φ j ( t ) = arctan ( y j ( t ) / h j ( t ) ) (6) a j 和 φ j 分别为第j阶IMF的瞬时幅度和相位。瞬时相位 φ j ( t ) 的时间导数是瞬时频率 ω j ( t ) 的物理意义，如下所示： ω j ( t ) = d φ j ( t ) d t (7) 受到WT去噪的启发，我们在重构信号之前使用硬阈值函数对每个IMF进行阈值判断。如果瞬时频率 | w i | > λ ，则保持IMFi不变，否则，令IMFi = 0。λ是固定的阈值，本文中取为0.01。判断IMF的单调性，如果输出几乎是单调或恒定的，则退出循环，最后重构所有非零IMF得到去噪后的信号 s ( t ) ： s ( t ) = Re [ ∑ j = 1 n a j ( t ) e i ∫ w j ( t ) d t ] (8) 2.3. 血压估计算法 本文采用特征点较为简化的Windkessel模型求取血压值。Windkessel模型将人体循环系统看做为一个简单电路，并将血流特征和血压的数学关系反应在该电路中，如图1(c)所示。在该模型中将血流在血管中的流动看做液体在弹性腔中的流动，并把其简化为一个含二参数的电路模型，其中血管壁的阻力和血液粘度模拟为阻值R (mmHg∙s/mL)，血管容量模拟为电容C (mL/mmHg) [ 6 ] 。血流流经弹性管可模拟为电流I(t)，而血管内的压力波模拟为电势P(t)。 根据基尔霍夫定理，可将电路模型各参数关系表示为： P ( t ) R + C d P ( t ) d t = I ( t ) (8) 将人体脉搏波信号单周期波形分解为上升支以及下降支，分别对应上升时间T s 以及下降时间T d 。单脉搏波周期下电流关系可表示为： I 0 = C 0 T c 60 ∫ 0 T s sin ( π t / T s ) d t (9) 其中C 0 为单周期PPG信号的传播常数， T c = T s + T d 。 由式(8)和(9)可推导出模型各参数与血压的关系： P s = P t s e − T s / R C + I 0 T s C π R 2 T s 2 + C 2 π 2 R 2 ( 1 + e − T s / R C ) (10) P d = P t d e − T d / R C (11) 其中P ts 为初始高压，P td 为初始低压。T s 与T d 可以从单周期PPG中求出。 利用Windkessel模型公式(10)和(11)进行血压计算。该模型的关键是建立合适的参数模型求解R、C的值。把模块三中求出的PPG特征数据按照血压值分成两组，一组为训练组，另一组为测试组，如图1(c)所示。 训练组中，把血压以及PPG特征值看做已知量，利用最小二乘的线性回归求出均方根误差值(RMSE)最小的一对参数。最后，将测试组中的PPG特征值和模型估计的参数做为已知量，解出相应的血压值，比较其与实际血压值的均方根误差，以判断两种不同去噪方法下整个系统对PPG信号的处理效果。
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user: 3. 结果与讨论 3.1. 光源驱动电压选择 驱动电压Vt可以在PPG信号采集系统中进行控制(图1(a))。图2显示了不同Vt下采集到的PPG信号。结果表明，PPG信号随着Vt的增加而增加，为了使PPG采集系统在适当的工作条件下工作，我们选择1.73 V作为电源电压。 3.2. 去噪效果 WT方法中，wden函数可选择不同的分解层数、阈值函数以及阈值处理过程。该函数可提供前文提到的四种阈值方法(Heursure、Sqtwolog、Minimax、Rigrsure)。分别比较四种不同阈值选择下小波阈值去噪算法的表现，并纵向讨论不同分解层数对于阈值去噪的影响，同时与改进的HHT去噪算法做了比较。由于脉搏波信号特征主要分布在0~10 Hz，故而仅对2~4层分解系数进行讨论。 本文将采用峰值信噪比(PSNR)来对比不同算法的去噪效果，PSNR的单位为dB。PSNR值越大，就代表信号质量越好，PSNR的计算公式如下： PSNR = 10 log 10 ( x max 2 MSE ) (12) 其中 x max = ( max ( x ( t ) ) ， max ( s ( t ) ) ) ，MSE为均方差： MSE = 1 N ∑ t = 1 N [ x ( t ) − s ( t ) ] 2 (13) 其中N表示信号长度。 图2. 不同血压的PPG信号 图3(a)~(c)分别显示了检测到的PPG信号、2层rigrsure阈值选择下WT去噪后的PPG信号和HHT去噪后的PPG信号。图3(d)显示了不同阈值函数及不同分解层次选择下的WT方法和HHT方法的PSNR值的比较，不同的颜色代表不同的分解级别。 当分解层数大于2时，小波阈值去噪算法的处理能力呈下降趋势，其中Minimax阈值算法下降的最为明显，而3层与4层对阈值算法的影响不大。 可以看出小波变换算法处理能力受阈值选择影响，无偏风险估计(Rigrsure)阈值法对于被测脉搏波的处理效果较好。同时该算法受分解层数影响，分解层数过多反而会使信号PSNR降低。改进的HHT去噪算法是寻求单调子集的自适应性算法，其峰值信噪比优于2层Heursure阈值与Sqtwolog阈值，而其运算速度优于小波变换。 3.3. 血压估算 选择两层Rigrsure阈值算法和改进的HHT算法作为去噪算法，根据上述过程对数据进行处理。图4显示了血压计测得的血压与血压估算值之间的关系。x轴表示估计的BP，而y轴表示测量的BP。图4(a)显示了高压关系Ps，R2为0.90和0.98，分别代表了小波和HHT的相关系数。图4(b)显示了低压值Pd，而R2是0.88和0.96。 根据这些数据，通过比较两种算法的结果，显示了改进的HHT算法在BP计算中的优越性。使用改进的HHT算法处理数据，获得的血压更接近测量值，偏差更小。在实验中，我们发现不同算法得到的PPG信号的特征值存在一些差异，极值和周期不固定。在BP算法中，改进的HHT算法比WT算法显示出更好的特征保留能力。我们认为WT阈值条件很强，这可能会改变拐点处的信号和特征的极值。改进的HHT算法着重于降噪中的瞬时频率特性，具有更好的适应性。 图3. (a) 系统检测到的PPG信号；(b) 2层rigrsure小波去噪后的信号；(c) 改进的HHT去噪后的信号；(d) 不同算法的PSNR值比较 图4. 两种测试方法的BP值比较：(a) 收缩压(Ps)；(b) 舒张压(Pd)
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user: 4. 结论 本文设计的系统有效地获取了光电容积脉搏波(PPG)信号，但含有一定的噪声，后续实验对PPG信号进行了小波阈值去噪以及改进的HHT去噪算法的比较。在阈值函数确定的条件下，分析了四种不同阈值处理脉搏波信号的能力。实验表明用两层Rigrsure阈值条件处理脉搏波是合适的，且较低的分解层数避免了伪吉布斯现象的产生，处理所得的信号较为平稳光滑，波幅特征清晰，但同时会改变信号的一些特征值。本文提出的改进的HHT去噪方法在HHT变换基础上加入了阈值过滤步骤，去除特定频率的噪声，其在峰值信噪比上表现出不错的结果，且不包含复杂的计算过程，很好地保留了信号的特征信息。实验结果表明了改进的HHT算法对去除PPG信号中的噪声是有效的，从而为后续的血压计算奠定了基础，保证了数据的准确性，对实际的便携式设备应用系统有重要意义。
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user: 摘 要 本文在开合电流传感器等效电路模型的基础上分析了其误差影响因素，并总结提出了三种原理性的补偿方法，给出了相应的补偿原理图。同时，本文介绍了一种基于控制理论的自适应补偿方法，该方法是在结合原理性补偿的基础上，选择了一种双级传感器结构，引入基于输出反馈的参考输入反馈，并能够通过检测铁芯当前工作点自动调整电路增益比例进行自适应补偿，在全量程内能够实现较高的精度和很好的线性度。 关键词 :开合式，电流传感器，补偿方法，自适应 Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 在电力系统中，开合式结构的电流传感器具有很好的应用前景，尤其是在要求不断电时对传感器进行现场校验的情形，它不仅能够很方便地进行在线安装；而且由于气隙的存在，其剩磁影响非常小，抗饱和能力也大大增强。 然而，由于铁芯开气隙后，其磁导率会显著下降，对开合式高精度电流传感器的研制变得很困难，并且目前在这方面的研究较少，仅在一些测量要求不高的领域有应用，如图1，为江苏科兴电器有限公司申请的实用新型专利开启式高精度电流传感器，这种电流传感器不仅对机械加工工艺有很高的要求，而且应用上也有自身的局限性。在John发表的文献 [ 1 ] 中，设计了用于钳形电流表的开合式电流传感器，如图2，采用了运放构成的有源补偿电路，但在全量程内存在线性不好的问题。 图1. 开启是高精度电流传感器结构 图2. 钳形电流传感器 本文正是针对开合式电流传感器的补偿方法进行研究，在对开合式电流传感器的误差分析基础上，总结了原理性的补偿方法，最后提出了引入控制理论的自适应补偿方法，能够实现较高的精度，并在全量程内具备较好的线性度，对开合式高精度电流传感器的研制有非常重要的指导意义。
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user: 2. 开合式电流传感器的误差分析 2.1. 开合式电流传感器的等效电路模型 电流传感器是电流信号的变换装置，是基于电磁感应原理而工作的。而对于开合式电流传感器，同样是利用电磁感应原理进行工作，因此它仍可以用变压的T型等效电路来建立其等效电路模型。由于开合式电流传感器的涡流损耗非常小，同时为了分析方便，下面忽略开合式电流传感器的涡流损耗，并将其一次侧折算到二次侧，则开合式电流传感器的T型等效电路为(图3)： 其中 Z ′ 1 为一次侧绕组的漏电感和内阻等效到二次侧的阻抗， Z M 为激磁阻抗， Z 2 为二次侧绕组的漏电感和内阻构成的阻抗， Z L 为负载阻抗。 2.2. 开合式电流传感器的误差分析 根据开合式电流传感器铁芯的磁动势平衡有， n 1 i 1 − n 2 i 2 = n 2 i 0 (1) 即， i 0 = n 1 n 2 i 1 − i 2 (2) 其相量形式即为根据等效电路而列的节点方程， I ˙ 0 = I ˙ ′ 1 − I ˙ 2 (3) 所以可以得到电流传感器的复数误差为， ε = I ˙ 0 I ˙ ′ 1 = Z 2 + Z L Z 2 + Z L + Z M = f + j δ (4) ε = I ˙ 0 I ˙ ′ 1 = Z 2 + Z L Z 2 + Z L + Z M (5) 其中， Z M = j w u n 2 2 s l (6) 图3. 开合式电流传感器等效电路 根据上面的误差公式可知，为了降低电流传感器的误差，根本上是降低励磁电流。可以从优化开合式电流传感器的结构参数入手，如增加二次绕组匝数，增大铁芯截面积和减小磁路长度等。然而，为了进一步提高开合式电流传感器的精度，就必须考虑其它的补偿方法了。 从开合式电流传感器的等效电流可以看出，为了进一步对其补偿，可以从以下三方面思路展开： 1) 既然励磁电流是误差的来源，可以直接提取励磁电流，将其叠加到二次负载上，那么二次负载上的电流就没有误差； 2) 励磁电流是电流传感器工作的根本原因，并不能完全消除励磁电流，如果通过外部电路来提供励磁电流，那么等效电路中折算到二次侧的一次电流就会等于二次电流，二次电流将没有误差； 3) 为了降低开合式电流传感器的误差，可以通过降低激磁阻抗两端的电压来实现，那么在二次回路中提供一个适当的电动势，使激磁阻抗两端的电压基本上为零，也可以提高开合式电流传感器的精度。
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user: 3. 基于开合式电流传感器原理的补偿方法 3.1. 直接补偿二次电流 电流传感器是根据电磁感应原理工作的，而根据前面对开合式电流传感器的误差分析知道，励磁电流又是电流传感器误差的来源，所以并不能完全消除励磁电流。然而，如果能够将励磁电流提取出来 [ 2 ] [ 3 ] ，并注入到二次负载中，那么在理论上可以实现零误差，这种方法就是直接对二次电流进行补偿，如下图4。 对于闭合铁芯的电流传感器，其激磁阻抗并不是一个定值，根本原因是闭合铁芯磁化特性的非线性影响。但是，对于开合式电流传感器，由于其气隙的存在，其磁化特性的线性度会变好。利用这一特性，取一个最小的气隙，在这个气隙下，其非线性影响不会使电流传感器的精度达不到设计期望。下面是直接补偿二次电流的原理图(图5)。 图4. 直接补偿二次电流原理图 图5. 直接补偿二次电流结构 其工作原理为：当一次绕组中通有电流时，在二次负载中会形成二次电流，由于励磁电流的存在，在检测绕组中会感应电压，其感应电压与励磁电流满足如下关系。 u 感 应 电 压 = u n s l d i 励 磁 电 流 d t (7) 其中，u为铁芯的等效磁导率，n为检测绕组匝数，s为铁芯的截面积，l为铁芯的平均路径长度。 所以通过积分电路可以得到与励磁电流成比列的信号，然后将该信号经放大处理，从而得到对应的误差电流，最后将这个误差电流通过驱动电路注入到二次负载中，实现直接补偿的目的。 3.2. 提供励磁电流的补偿方法 根据前面对开合式电流传感器的误差分析知，如果通过外部电路提供励磁电流 [ 4 ] ，从而减小一次电流提供的励磁电流，那么也可以达到很好补偿效果，实现较高的精度。下面就是提供励磁电流补偿的一个原理图(图6)。 从原理图上可以看出，其采用了双级结构，T 1 作为辅助铁芯，T 2 作为主铁芯，当主铁芯上存在励磁电流时，即没有达到零磁通，那么就会在主铁芯的检测绕组上感应出电压，该感应电压通过信号调理电路的处理后得到与励磁电流成比列的电压，最后由跨导放大将这个比例电压转换成励磁电流注入到辅助铁芯的辅助绕组上，从而实现提供励磁电流的补偿。 3.3. 提供二次电动势的补偿方法 由前面的误差分析知，电流传感器的误差是由于励磁而损失的那部分电流产生的，而根据等效电路，励磁电流可表示为， I ˙ 0 = V ˙ M Z M (8) 并且， V ˙ M = I ˙ 2 ( Z 2 + Z M ) (9) 所以，为了提高开合式电流传感器的精度，可以降低激磁阻抗两端的电压 V ˙ M ，那么励磁电流就会变小，从而达到补偿的目的 [ 5 ] 。而为了降低激磁阻抗两端的电压 V ˙ M ，可以在二次回路中提供一个电动势 V ˙ C ，如下图7， 使该电动势近似满足， V ˙ C ≈ I ˙ 2 ( Z 2 + Z L ) (10) 那么， V ˙ M ≈ 0 (11) 即使得励磁电流非常小，从而实现补偿的目的。 下面是一个提供二次电动势补偿的具体原理图(图8)， 其中，T 2 为辅助铁芯，即为了提供二次电动势而引入的，选择适当的 Z x 可以使 V ˙ M ≈ 0 ，从而达到补偿的目的；T 1 为主铁芯，未被完全补偿的电动势将通过它提供。 根据原理图，有如下方程， V ˙ M = I ˙ 2 ( Z L + Z x ) − I ˙ 3 Z x (12) 图6. 提供励磁电流的补偿方法结构 图7. 提供二次电动势的补偿方法原理 图8. 提供二次电动势的补偿方法结构 又， n 2 I ˙ 2 ≈ n 3 I ˙ 3 (13) 所以为了使 V ˙ M ≈ 0 ，可调节 Z x ，使其基本上满足， Z x ≈ n 3 n 2 − n 3 Z L (14) 则可以达到补偿的目的。