DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 1. 引言 随着工业化和城市化进程加快，由煤炭燃烧、汽车尾气排放等因素导致的大气污染严重影响人类健康，其中以细颗粒物(PM2.5)危害性最强 [ 1 ] ，易引起系统性炎症反应，造成呼吸系统、心血管系统、神经系统、生殖系统等多方面病变 [ 2 ] ，甚至诱发癌症。因此，寻找有效防治雾霾的途径迫在眉睫。 中医倡导“正气存内，邪不可干”和“治未病”，强调“正气胜邪，祛邪外出方可平衡阴阳；或未病先治以明摄生”，由此提出的“中药抗雾霾法”已经成为健康领域新的研究热点。传统中药白及Bletilla striata (Thunb.) Reiehb.f.盛产自云南、浙江、湖北、贵州等地，能够止血、消肿、生肌、抗炎、抑菌、镇痛等 [ 3 ] ，主治肺伤咳血、肺结核和矽肺，极具药用价值。在中医理论指导下，本研究探讨白及多糖对PM2.5所致亚急性损伤的防治作用和机制，旨在为中药抗雾霾研究提供科学实验依据，并可望今后应用于环境污染相关疾病的防治，具有十分重要的现实意义。
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user: 2. 材料 2.1. 动物 SPF级健康成年雄性ICR小鼠，体重20~25 g，购于上海斯莱克实验动物有限责任公司提供(许可证号：SCXK(沪)2012-000)，饲养于浙江中医药大学动物实验研究中心，且本研究获得浙江中医药大学实验动物伦理委员会批准。小鼠自由摄食饮水，适应性喂养7 d后进入实验阶段。 2.2. 药材 白及干燥块茎切片由浙江恩睿生物科技有限公司提供，经浙江中医药大学丁志山教授鉴定为紫花药用白及块茎。 2.3. 试剂与仪器 IL-10试剂盒、IL-12试剂盒、MCP-1试剂盒、TNF-α试剂盒、IL-6试剂盒、IFN-γ试剂盒(均由上海信帆生物科技有限公司提供，批号20160925019)，BCA蛋白定量试剂盒(康为世纪生物科技有限公司)，石英膜(GE Healthcare公司)，ECLIPSE Ti-DH荧光倒置显微镜(日本Nikon公司)，DS-580i全自动血细胞分析仪(华创普惠医疗器械有限公司)，大流量大气颗粒物采样器(青岛聚创环保设备有限公司)，流式细胞仪(美国BD公司)。
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user: 3. 方法 3.1. 白及多糖制备与纯化 干燥白及块茎切片粉碎过60目筛。准确称取，按照物料比1:30，加入蒸馏水冷凝回流提取2次，每次1.5 h，过滤，合并滤液，减压浓缩，缓慢加入3倍量95%乙醇，沉淀，4℃静置过夜，4200 r/min离心15 min，得白及粗多糖。采用Sevag法 [ 4 ] 去蛋白，冷冻干燥，称重，−20℃储存备用。 3.2. PM2.5采样与处理 2017年10月至同年11月，在浙江中医药大学经大流量大气颗粒物采样器采用石英膜采样PM2.5。将富载PM2.5细颗粒物的滤膜裁剪成1 × 1 cm大小，浸入超纯水，避光超声40 min × 2次，摇床200 r/min洗脱样品16 h。2次洗脱液经6层无菌纱布过滤，滤液真空冷冻干燥得PM2.5颗粒，称重，−80℃避光储存备用。用生理盐水配成浓度5 mg/mL的PM2.5悬液，超声20 min，高温灭菌，4℃保存，临用前充分混匀即可。 3.3. 动物分组与给药 SPF级雄性ICR小鼠随机分成8组(n = 12)。给药剂量分为3组：低剂量组，50 mg/(kg∙BW)；中剂量组，200 mg/(kg∙BW)；高剂量组，400 mg/(kg∙BW)，上述药物剂量在实验室前期研究基础的指导下，通过预实验测试计算不同剂量小鼠的半数致死量得以确定。实验中另设预保护组、治疗组、正常对照组和模型对照组：预保护组于造模前灌胃相应剂量的白及多糖溶液，连续7 d；治疗组于造模期间和造模后连续灌胃相应剂量的白及多糖溶液，共计7 d；正常对照组和模型对照组均相应灌胃生理盐水进行对照。 3.4. PM2.5染毒 采用气管滴注法染毒。用10%水合氯醛麻醉小鼠后，用丝线挂住小鼠门牙将其悬挂在木板上(倾角约60˚)，用拇指、食指轻轻顺向拉出舌头；透射灯对准动物颈部打开光源；用咽拭子轻轻将咽部分泌物擦净；手持套管针通过声门裂后，将动物垂直位，套管针顺势下插至阻力大停止；此时若成功插入气道，事先注入带有静脉留置针的PVC软管内的PM2.5悬液会随着呼吸左右波动，以此确认插管成功。迅速从气道拔出套管针，关闭光源，悬挂约5~10 s后将小鼠放下侧卧位放置，待麻醉苏醒后放回鼠笼。单次滴注剂量为1.6 mL/(kg∙BW)，隔天染毒，共计4次。 3.5. 指标检测 3.5.1. 血细胞计数 10%水合氯醛麻醉小鼠后摘眼球取血，血液流入EDTA抗凝管，即可颠倒混匀试管。经全自动血细胞分析仪对嗜酸性粒细胞(EOS)、中性粒细胞(NEUT)、单核细胞(MONO)进行计数分析。 3.5.2. 脏器系数测定 脱颈处死小鼠，解剖取肺、心脏、脾脏，生理盐水快速洗去血迹，滤纸吸干，称重，利用公式计算。 脏 器 重 量 系 数 / % = 脏 器 重 量 / 体 重 ( 禁 食 后 ) ∗ 1 00 (1) 3.5.3. 肺组织病理学改变 取肺，4%甲醛固定，乙醇脱水，二甲苯透明、浸蜡，石蜡包埋，切片，经HE染色后中性树胶封片，倒置显微镜下观察各组小鼠肺组织结构形态改变。 3.5.4. 肺泡灌洗液(BALF)提取与指标分析 解剖小鼠暴露气管，用止血钳夹闭主气管近喉端，缓慢注入0.5 mL生理盐水，然后缓慢抽出灌洗液，操作同时轻按胸部以提高洗出率。如上反复灌洗3次，得肺泡灌洗液。经4℃、3000 r∙min −1 离心15 min，加入细胞裂解液后4℃静置30 min，再于4℃、1200 r∙min −1 离心30 min，取上清液。按照试剂盒说明书，采用流式液相多重蛋白定量技术(CBA法)检测肺泡灌洗液中TNF-α、IFN-γ、MCP-1、IL-6、IL-10、IL-12的表达水平。 3.6. 统计学处理 采用Graph Pad Prism 5.0和SPSS 19.0统计软件进行实验数据分析，结果以 x ¯ ± s 表示。采用One-way ANOVE比较多组间差异，采用One-way ANOVE和LSD检验方法分析组间差异，以P < 0.05或P < 0.01表示差异有统计学意义。
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user: 4. 结果 4.1. 肺组织病理学改变 经HE染色后光镜观察，结果如图1所示：正常组小鼠肺组织仅少量炎性细胞浸润，肺泡结构完整，分布均匀，肺泡腔内无渗出物，肺泡间隔正常，小支气管壁结构较完整。模型组小鼠肺组织出现大量炎性细胞，小支气管部分损伤，支气管肿胀，肺泡发生断裂、融合，肺泡腔增大，间隔增厚，伴有明显出血、渗出现象。白及多糖组小鼠肺组织炎性浸润明显改善，肺泡结构较完整，支气管黏膜和支气管壁较完整，出血、渗出减少。中、高剂量白及多糖的疗效优于低剂量，预保护组小鼠的改善情况优于治疗组。见图1。 图1. 小鼠肺组织病理切片(×40) 4.2. 对小鼠全肺、心、脾系数的影响 与正常组比较，PM2.5染毒后小鼠的全肺系数和脾脏系数明显升高，但心脏系数下降，差异有统计学意义(P < 0.01)。与模型组比较，不同浓度的白及多糖组小鼠的全肺、心脏、脾脏系数均不同程度下降，其中中剂量的白及多糖对小鼠脏体比的影响最明显，差异有统计学意义(*P < 0.05， **P < 0.01)。见表1。 Table 1 The results of whole lung， heart and spleen coefficients in mic 组别 全肺系数 心脏系数 脾脏系数 正常组 0.61 ± 0.07 0.68 ± 0.06 0.35 ± 0.02 模型组 1.35 ± 0.14 ## 0.62 ± 0.08 ## 0.52 ± 0.04 ## 预保护低剂量组 1.18 ± 0.10 ** 0.55 ± 0.03 ** 0.37 ± 0.03 ** 预保护中剂量组 1.15 ± 0.08 ** 0.54 ± 0.06 ** 0.36 ± 0.03 ** 预保护高剂量组 1.25 ± 0.10 0.60 ± 0.12 * 0.37 ± 0.03 * 治疗低剂量组 1.17 ± 0.06 ** 0.59 ± 0.07 ** 0.37 ± 0.03 * 治疗中剂量组 1.08 ± 0.06 ** 0.61 ± 0.08 * 0.34 ± 0.03 ** 治疗高剂量组 1.16 ± 0.07 ** 0.58 ± 0.07 0.39 ± 0.03 ** 表1. 小鼠全肺、心脏、脾脏系数测定结果比较/n = 6， x ¯ ± s ，% 注：与正常组比较， ## ： * P < 0.01；与模型组比较， * ：P < 0.05， ** ：P < 0.01。 4.3. 对肺泡灌洗液(BALF)中免疫指标的影响 PM2.5染毒后肺泡灌洗液中TNF-α、IFN-γ、MCP-1、IL-6、IL-10、IL-12含量增加，模型组与正常组比较存在显著性差异(P < 0.01)。造模前后灌胃不同剂量的白及多糖溶液，均使上述细胞因子表达水平降低。预保护组中、低剂量和治疗组中剂量的白及多糖抑制效果最明显，各组表现出一定的剂量-反应关系。六因子中TNF-α、IFN-γ、IL-6表达更敏感。各剂量白及多糖组与模型组相比，均在统计学上存在显著差异(*P < 0.05，**P < 0.01)。见图2。 图2. 小鼠肺泡灌洗液中细胞因子改变 4.4. 血细胞计数结果 PM2.5染毒诱发炎症反应，与正常组比较，模型组小鼠血液中的嗜酸性粒细胞(EOS)、中性粒细胞(NEUT)、单核细胞(MONO)含量明显增加，两组计数差异存在统计学意义(P < 0.01)。低、中、高剂量白及多糖干预后，炎性细胞均减少，其中中剂量组细胞计数下降最显著(*P < 0.05， **P < 0.01)。见图3。 图3. 血细胞计数
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user: 5. 结论 大气细颗粒物PM2.5污染严重影响人类生活生产，威胁机体健康，对肺、心脏、肝脏、脑等均产生不同程度的毒效应 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] 。某研究显示，虽然我国以煤烟主导的大气污染模式正逐步向煤–油复合型转变，但目前煤炭污染仍较为严重，在燃油、燃煤、冶金、烟尘、交通、建筑六种主要污染源中，燃煤源在PM2.5组分中占比最大 [ 9 ] 。炎症反应是自身免疫系统主动抵御外界刺激并及时修复炎性损伤的一种防治措施 [ 10 ] 。PM2.5通过活化炎症细胞，调节炎症因子释放及其与细胞因子的相互作用 [ 11 ] ，如PM2.5刺激能够导致TNF-α、IL-6、IL-12等炎性因子异常释放，免疫调节紊乱，并趋化嗜酸性粒细胞、中性粒细胞等过度表达引起炎症级联反应使局部损伤全身化 [ 12 ] ，促进局部和系统相关急慢性疾病的发生、发展。同时机体促炎和抑炎反应相互影响，如IL-10能够抑制单核细胞分泌IL-6、TNF-α、IL-12、IFN-γ等促炎因子 [ 13 ] ，通过负反馈机制调控免疫系统动态平衡，减轻炎性损伤。 依据中医学“固本扶正”的思想，从病机入手，标本兼顾。相关研究表明，红景天能够抑制机体氧化应激，改善肺功能；参莲能够抵抗炎症，修复细胞损伤；冬虫夏草能够增强巨噬细胞的吞噬能力，促进PM2.5超细颗粒物从肠道排出等 [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] 。现代药理研究亦表明，白及具有多脏俱补的扶正功效，尤在益气补肺 [ 17 ] ，其多糖成分具有调节免疫、平衡炎症体系的作用 [ 18 ] ，能够提高自身防御能力。本研究表明，不同浓度的白及多糖主要通过抑制局部和全身多系统炎症反应，进一步提高对PM2.5致亚急性损伤的修复能力，具体表现在能够不同程度地减轻小鼠肺组织和气管的炎性浸润，选择性地改善肺、心、脾等脏器代偿性肥大，有效抑制小鼠肺泡灌洗液中TNF-α、IFN-γ、MCP-1、IL-6、IL-10、IL-12的表达，此外也参与调节外周血液循环中的炎症反应。另外关于药物具体的干预机制和相互影响，尚需深入探究。综上所述，本研究为中医从“正气存内，邪不可干”和“治未病”角度防治PM2.5相关疾病提供新思路，加之多糖本身毒副作用少、生物活性广等特点，使白及多糖的开发研究极具应用前景和卫生学意义。
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user: 摘 要 以龙胆草为原料，采用水浴加热、超声振荡法提取龙胆草中三萜化合物，以紫外光谱法检测其含量。通过乙醇含量、反应温度、反应时间、料液比等单因素试验和正交试验，得到最佳提取工艺。试验结果表明，最佳提取工艺为反应温度65℃，乙醇含量80%，料液比1:35 g/mL，反应时间2.5 h，在此条件下测得三萜化合物提取率为1.578%。 关键词 :龙胆草，三萜，超声提取，正交试验 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 龙胆草是多年生草本植物，生长范围较广，具有清热利胆，杀菌，消炎，健胃，保肝等功效，在临床上有较多应用。龙胆草中包含许多种化学成分，其中龙胆草有效成分之一为三萜类。研究发现其兼有抗炎，抗抑郁，抗肿瘤的效果，但现有较少的关于三萜化合物提取的报道。本课题采取超声波振荡提取龙胆草中三萜化合物 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] ，用紫外可见分光光度法对提取物进行检测，以齐墩果酸为参照标准，用于三萜化合物含量的计算 [ 5 ] 。并且用正交试验法筛选最优提取工艺路线，为后期的药理活性研究打下基础。
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user: 2. 材料与方法 2.1. 试剂 95%乙醇(分析纯)；龙胆草购自亳州；齐墩果酸标准品(>98.9%)购于合肥博美生物科技有限公司。 2.2. 仪器 Varian Cary 100紫外可见分光光度计；超声波清洗器(上海之信仪器有限公司)；中草药磨碎机(郑州驰邦机械设备有限公司)；电子天平(德国赛多利斯公司)；抽滤瓶(郑州兴华玻璃仪器厂)；容量瓶(北京玻璃仪器厂)；移液管(泰州市恒博医疗机械有限公司)；KDM型调温电热套(天津塞得利斯实验分析仪器制造厂)；圆底烧瓶。
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user: 3. 实验过程 3.1. 标准曲线的绘制 [ 6 ] 称取齐墩果酸粉末10 mg于烧杯中，加入约2 mL 95%的乙醇溶液溶解，完全溶解后转移至50 mL容量瓶中，95%乙醇定容，盖紧瓶塞，混合均匀，配成0.2 mg/mL的标准溶液。分别移取1 mL、2 mL、3 mL、4 mL、5 mL的标准溶液于5个编号分别为1、2、3、4、5的10 mL容量瓶中，另外移取1 mL 95%乙醇溶液至另一个10 mL容量瓶中，并将其编号为6，再用95%乙醇定容、混匀。先用0.2 mg/mL的标准溶液在200~800 nm的紫外波长下扫描，观察到在250 nm的波长处有最大紫外吸收，在此条件下，用6号空白溶液调零后，依次测定标准溶液的吸光度值，横坐标为浓度，纵坐标为吸光度值时，作浓度–吸光度值曲线，如图1所示。 图1. 浓度–吸光度曲线 3.2. 实验样品的处理 将干燥的龙胆草研碎，过筛，选用细碎的粉末，将所用的样品粉末收集于袋中，封口，保存在低温干燥处待用。 3.3. 实验操作过程 精密称取20 g龙胆草粉末于50 mL锥形瓶中，按料液比1:25加入95%的乙醇溶液，加塞，摇匀，使药材充分浸泡。 打开超声波清洗器开关，设置温度为60℃，当水温达到设置的温度时，打开超声波，将盛有样品溶液的锥形瓶放入上述水中，超声振荡2 h。反应过程中可摇晃几次锥形瓶，使药材充分受热和振荡。 反应完毕后，停止加热和振荡，取出锥形瓶，摇晃，静置，抽滤，滤液呈澄清淡黄色。将滤液倒入圆底烧瓶中，打开电热套开关，设置温度为80℃，圆底烧瓶固定在铁架台上，滤液加热被浓缩成浸膏后，用80%的乙醇将其溶解，待溶解完全后，转移到50 mL容量瓶中，再用80%的乙醇定容至刻度线，混匀，在最优吸收波长处检测吸光度值，再带入标准曲线计算浓度值，最后计算出提取率。 3.4. 三萜化合物提取率的计算 [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] 三萜化合物提取率(%) = 三萜化合物的浓度/龙胆草的质量*100% 3.5. 设计单因素实验 影响提取率的因素主要有反应时间、乙醇含量、料液比、反应温度，为了解各个因素变化对实验结果的影响，现采用控制变量法 [ 10 ] ，分别对单个因素进行试验，每次5组实验，记录数据，画图，获得该因素的最佳反应条件。 3.6. 正交试验的设计 根据单因素实验的结果，设计乙醇含量、反应时间、反应温度、料液比4个因素三个水平的正交试验 [ 11 ] ，探究龙胆草中三萜化合物提取的最佳工艺路线。
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user: 4. 实验结果与分析 4.1. 反应时间改变对实验结果的影响 在乙醇含量为95%、料液比为1:25 (g∙mL −1 )、反应温度为60℃时，考察不同反应时间对龙胆草中三萜化合物提取率的影响，按照2.3实验操作流程，得出以下结果(见图2)。 图2. 反应时间对三萜化合物提取率的影响 上图结果表明，当其他条件不变时，提取率随着反应时间的增加先升高后下降，在反应时间为2 h时，有最大提取率0.397%。继续延长时间后提取率下降，可能是超声时间过长破坏了三萜化合物的结构，此结论还需进一步证实。折线变化幅度较大，可知反应时间对三萜化合物的提取率影响较大，所以提取时间最好控制在2 h。 4.2. 乙醇含量变化对实验结果的影响 在反应时间为2 h、料液比为1:25 (g∙mL −1 )、反应温度为60℃时，考察不同含量的乙醇对三萜化合物提取率的影响，按照2.3实验操作流程，得出以下结果(见图3)。 图3. 乙醇含量对三萜化合物提取率的影响 由以上图可得，其他条件不变时，随着乙醇浓度的增加，提取率先升高后下降，在90%乙醇含量时，有最大提取率0.409%。继续加大乙醇浓度会降低溶剂的极性，而龙胆草中三萜类具有较强的极性，所以其溶解度降低从而提取率下降。 4.3. 料液比变化对实验结果的影响 在乙醇含量为90%、反应时间为2 h、反应温度为60℃时，考察不同料液比对三萜化合物提取率的影响，按照2.3操作流程，得出以下结果(见图4)。 图4. 料液比对三萜化合物提取率的影响 由以上图可得，其他条件不变时，随着料液比的增加，提取率先升高后下降，在料液比为1:35时，有最大提取率0.510%。溶剂乙醇量的增加有助于样品基质更好地扩散，从而使样品与溶剂接触面积增大，提高提取率，但是溶剂过量会产生稀释效应会使提取率下降。 4.4. 反应温度变化对实验结果的影响 当反应时间为2 h、料液比为1:35 (g∙mL −1 )、乙醇含量为90%时，考察不同反应温度对三萜化合物提取率的影响，按照2.3操作流程，得出以下结果(见图5)。 图5. 反应温度对三萜化合物提取率的影响 上图结果表明，其他条件不变时，随着反应温度的增加，提取率先升高后下降，在55℃反应温度时，有最大提取率1.273%。由此可得恰当地升温有助于溶质的扩散和溶剂向样品渗透，进而有利于提高提取率。但是温度太高时会改变三萜化合物结构，使得提取率降低。 4.5. 正交试验设计 通过以上单因素实验的结果可以得到，当反应条件分别为反应时间2 h、乙醇含量为90%、料液比为1:35、反应温度为55℃时，对龙胆草中三萜化合物有最大的提取率。为最大限地设计一条反应路线得到最大提取率，现采用正交试验的方法，选取主要的四个因素，每个因素设计三个水平：乙醇含量分别为80%、85%、90%；料液比分别为1:25、1:30、1:35；超声时间分别为1.5 h、2 h、2.5 h；反应温度分别为55℃、60℃、65℃ (见表1)。按L9 (3 4 )进行正交试验 [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] ，得出以下正交试验因素水平表(见表2)。 Table 1 Orthogonal factor level tabl 水平 A B C D 乙醇含量/% 料液比/g∙mL −1 超声时间/h 提取温度/℃ 1 80 1:25 1.5 55 2 85 1:30 2 60 3 90 1:35 2.5 65 表1. 正交因素水平表 Table 2 Results of orthogonal tes 试验号 因素 提取率/% A B C D 1 1 1 1 1 1.106 2 1 2 2 2 1.340 3 1 3 3 3 1.578 4 2 1 2 3 1.102 5 2 2 3 1 1.303 6 2 3 1 2 1.209 7 3 1 3 2 1.089 8 3 2 1 3 0.989 9 3 3 2 1 1.011 K 1 1.341 1.099 1.101 1.140 — K 2 1.205 1.211 1.151 1.213 — K 3 1.030 1.266 1.323 1.223 — 极差R 0.311 0.167 0.222 0.083 — 主次因素 A > C > B > D 最优方案 A 1 B 3 C 3 D 3 表2. 正交试验数据结果 由结果可得，最佳提取工艺条件为80%乙醇、1:35的料液比、2.5 h的超声时间、65℃的反应温度，可以得出最大提取率1.578%。为检验最佳提取工艺条件的可实施性，实施三次关于最佳方案的平行实验，得出以下结果(见表3)。 Table 3 Results of optimum process condition 试验批次 1 2 3 平均提取率 A 4.511 4.3380 4.3112 1.578% 提取率 1.560% 1.592% 1.583% 表3. 最佳工艺条件验证结果 由结果可知，按A 1 B 3 C 3 D 3 方案提取龙胆草中三萜化合物的平均提取率为1.578%，高于其他方案所得的提取率，因此方案A 1 B 3 C 3 D 3 可行。
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user: 5. 实验结果讨论 由以上单因素试验得到各因素对龙胆草中三萜化合物提取率的影响为：当反应条件分别为反应时间2 h、乙醇含量为90%、料液比为1:35、反应温度为55℃时，对龙胆草中的三萜化合物有最大的提取率。从正交试验中得出对提取率的影响的4个因素，它们由小到大为：反应温度 < 料液比 < 超声时间 < 乙醇含量，且单因素实验的结果与分析的结果大致相同。为实现高的提取率，需对乙醇的含量和超声时间严格控制，可得最佳工艺条件为80%的乙醇含量、2.5 h的超声时间、1:35的料液比和65℃的反应温度。此条件下，龙胆草中三萜化合物的提取率可达最大为1.578%，这为后期进一步研究药理活性奠定了基础。
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user: 摘 要 静脉注射时，婴幼儿与肥胖患者的表层静脉往往难以快速、准确地定位。本文针对此问题设计了一种简易的静脉显像仪，其使用光强可调节、波长为850 nm的透射光成像，采用6 mm焦距镜头、1/4“ CMOS图像传感器、内置有850 nm窄带滤光片的摄像头采集图像，通过与2.4 G WiFi发射器连接，实现了无线视频传输，可在智能手机、平板电脑上实时、清晰地显示静脉图像。本静脉显像仪使用方便、成本低廉，可满足一般的浅层静脉注射需要，有利于在国内医疗机构推广。 关键词 :静脉显示，近红外成像，无线视频传输 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 在静脉注射时，医护人员一般采用目视法和触摸法进行静脉定位，但如果皮肤脂肪含量高或静脉血管细小，则易导致穿刺失败，不仅给患者带来多次穿刺痛苦，甚至引发医患冲突。为了解决此类问题，最直接的方法是通过实时获取静脉图像，辅助注射人员进行静脉定位。利用去氧血红蛋白的光吸收特性，Zeman等人提出利用近红外探测静脉血管的方法 [ 1 ] 。近年来，近红外成像被广泛应用于静脉显示。现有的静脉显像仪主要有台式、手持式和头戴式 [ 2 ] 。台式显像仪一般功能全面，具有图像增强处理；手持式虽然方便携带，但不便于穿刺操作；集成了投影装置的静脉显像仪应运而生 [ 3 ] ，但手背、手臂等穿刺部位一般为曲面，获取的平面图像投影到体表曲面时会产生一定的位置偏差；头戴式静脉显像仪实现了免提可穿戴功能 [ 4 ] 。例如由美国Evena Medical与日本爱普生联合研制的Eyes-On智能眼镜集成了多光谱、3D成像、无线传输等多方面技术，此类产品价格较高。 尽管静脉显像产品众多，但在医疗机构的注射室并未得到推广。主要原因在于：一是患者受益面窄，市场需求量低，产品价格高；二是大部分产品定位并不是针对辅助静脉注射，因此在功能设计、使用体验和性价比上未得到医护工作者的青睐。在静脉显像产品的成本中，显示设备占比通常较高；其次，对于辅助注射用的静脉图像，基于clahe等算法的图像增强处理并不是必须的 [ 5 ] 。本文针对上述问题，设计了一种简易的使用无线视频传输的静脉显像仪。该设备不仅能够清晰的获取肥胖病人及婴幼儿患者的浅层静脉图像，并且可以方便地使用智能手机、平板电脑等无线设备实时显示。
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user: 2. 设计及实验 2.1. 原理及方法 静脉显像的基本原理是利用不同生理组织的光吸收特性获取组织的结构信息。血液中的脱氧血红蛋白(Hb)与氧合血红蛋白(HbO)以及皮肤、肌肉等生理组织的吸收谱有较明显区别 [ 6 ] 。在正常情况下，静脉血液中Hb的浓度远高于周围真皮组织、肌肉组织中血液的Hb浓度。根据朗伯–比尔定律 [ 7 ] ： ∑ i = 1 n α i ， λ c i d λ = ln 1 T = A λ (1) 其中，α i ，λ 为组分i在波长为λ的摩尔吸收系数，c i 为组分i的摩尔浓度，d λ 为波长λ的吸收厚度，T为透过率，A λ 为吸光度。因此在某些波长范围，静脉血管的吸光度将高于周围组织，从而使静脉血管在该波长范围所成的像中能够明显区分出来。 静脉血管位于皮肤真皮与肌肉组织之间，可以采用透射光和反射光两种方式获取静脉图像。为了获得较高的对比度，要求静脉与周围组织的吸光度差别较大；除此以外，透射光成像要求人体对工作波长的透过性高，反射光成像要求皮肤具有较高的透反射比。如图1(a)、图1(b)所示 [ 8 ] ，由于表皮中黑色素等生物分子的光吸收作用，皮肤仅对波长大于600 nm的光具有相对良好的透过性，其中在600 nm~700 nm范围的透过性最好，650 nm~750 nm的透反射比最高。如图1(c)、图1(d)所示 [ 9 ] ，Hb与HbO在600 nm以下的可见光均具有高摩尔吸收系数α(cm −1 M −1 )；650 nm~700 nm区间，HbO的摩尔吸收系数最小，且Hb与HbO的摩尔吸收系数之比α(Hb)/α(HbO)最高；在1000 nm后红外，Hb的光吸收已经非常微弱。综上所述，在650 nm~700 nm区间适宜采用反射光成像；在700 nm~1000 nm波长范围，适宜采用透射光成像；其中在805 nm附近，由于Hb与HbO的吸收系数相同，不适宜作为工作波长。 图1. (a) 皮肤的透射谱(T)与反射谱(R)；(b) 皮肤的透反射比值(T/R)随波长的变化；(c) Hb与HbO在250 nm~1000 nm区间的摩尔吸收谱，子图为Hb与HbO600 nm~1000 nm区间的摩尔吸收谱；(d) Hb与HbO的摩尔吸收系数比值随波长的变化 2.2. 方案设计 使用无线图像传输的静脉显像仪主要硬件部分包括光源、摄像头以及无线图像传输模块。 2.2.1. 照射光源 发光二极管(LED)光源具有良好的单色性，适合用做静脉显像仪的照射光源。在650 nm~1000 nm范围内，发光波长为660 nm、850 nm以及940 nm的LED产品最易购得，价格相对低廉，且满足工作波长的设计要求。拟使用发光波长为660 nm LED作为反射光照射光源，850 nm、940 nm LED作为透射光照射光源。为了便于调节照射光强，采用多个低功率LED组合连接。 2.2.2. 摄像头 综合考虑使用无线图像传输的流畅性和图像质量，采用720 p分辨率拍摄。在静脉定位时，一般手背观察范围的宽度不超过15 cm。为了便于穿刺操作，物距要求约30 cm。若使用普通的M12接口的定焦镜头进行成像，使用1/4英寸、100万像素的CMOS传感器进行图像采集，则满足 W / L = w / f (2) 其中，L为物距(L = 30 cm)，W为物体宽度(W = 15 cm)，w为传感器的靶面宽度(w = 3.20 mm)，f为镜头焦距。得到 f = 6.4 mm 。实际选用的镜头焦距应略小于设计值，对应常见的M12镜头型号为6 mm。当观察对象距离镜头30 cm时，物方视场范围约16 cm × 9 cm，若使用5.5英寸手机显示图像，则屏幕上静脉的垂轴放大率 β ≈ 0.76 ，可满足观察要求。 此外，在摄像头内还需要放置相应工作波长的窄带滤光片，以尽量消除非工作波长的影响。 2.2.3. 无线图像传输 观察静脉时，观察对象基本处于静止，因此视频采集的分辨率比帧率重要。采用MJPEG格式输出的摄像头芯片能够完成这一任务，不仅因其价格低廉，更重要的是相比H.264编码，对无线接收端的硬件要求很低，能够适用于绝大部分智能手机或平板电脑。若拍摄分辨率为1280 × 720，帧率25 f/s，近红外下输出为MJPEG格式的8位灰度图像，MJPEG编码的平均压缩比为15:1，则数据传输需要的网络带宽为 (3) 基于2.4GISM频带、802.11 g协议的无线设备是最具性价比的无线视频传输解决方案，其物理层最大速率达到54 Mbit/s，主流手机、平板电脑均支持该协议。在本文情形中，无线传输距离小，连接的无线客户端数量仅为1个。综合考虑IP层不同报文长度的传输速率，无线网络管理帧、控制帧的带宽消耗，以及无线环境的干扰 [ 10 ] ，实际可提供的带宽大于10 Mbit，基本能够满足设计要求。 2.2.4. 总体结构 本文设计的静脉显像仪工作原理及总体结构如图2所示。透射光成像时，LED光源通过铝散热片和聚光灯罩保持发光稳定和提高光强。摄像头usb接口与无线模块连接，发射视频数据。智能手机、平板电脑等无线设备接入WiFi网络并通过App显示静脉图像。 2.3. 实验 搭建的静脉显像仪实物及其主要硬件参数如图3所示。 透射光成像时，分别将若干850 nm/940 nm LED并/串联组合连接，使用直流源(2 A/15 V)调节加载电压，摄像头分别内置850 nm/940 nm窄带滤光片，对比不同工作波长、不同功率下的静脉成像质量；反射光成像时，使用10只660 nm LED照射手背，观察不同照射距离下的静脉图像；无线接收端为iPhone 6Plus，App为XJ_wifibox；摄像头滤光片样片的透射谱使用分光光度计(岛津UV-1800)测量；无线视频传输的帧率通过FRAPS软件分析获得。
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user: 3. 结果及讨论 摄像头内置660 nm/850 nm/940 nm窄带滤光片的透射谱如图4所示。三种滤光片的中心波长/半波宽 图2. 静脉显像仪的结构示意图 图3. 使用WiFi图像传输的静脉显像仪及其主要硬件参数 图4. 660 nm、850 nm、940 nm窄带滤光片的透射率 分别为656.7 nm/61.5 nm，850 nm/79 nm，939.3 nm/42.5 nm，相应的峰值透射率均超过90%，截止区透过率小于3%，半波宽大于相应LED的半波宽度。表明非工作波长光基本被过滤，工作波长的光有效参与成像。 如图5(a) & 图5(b)所示，使用660 nm反射光成像时，当室内光线明亮、LED照射距离较近时，易曝光过度，影响观察；在照射距离较远的暗室环境中，表层主静脉可辨别。660 nm反射光成像不能观察到细小的静脉，主要原因在于：尽管皮肤在660 nm处的透反射比高，但上表面的反射光强占比仍然超过50% (见图1(b))，较细静脉的光吸收湮没在噪声中。因此，660 nm不宜作为反射光成像的工作波长。如图5(c) & 图5(d)所示，850 nm透射光成像时，浅层主静脉轮廓在低光源功率下即可分辨；而在相同功率下，940 nm透射光所成图像明显较850 nm暗，静脉轮廓模糊。这与图6所示的光谱响应特性一致：传感器在850 nm处的量子效率(QE)为17%，而在940 nm的量子效率已下降到约6%。其次，940 nm滤光片的半波宽度相对窄、肌肉组织中的水对940 nm具有更高的吸收系数等，这也是导致940 nm透射光成像较暗的原因。如图5(e) & 图5(f)所示，当使用大功率850 nm LED光源照射时，在未经图像处理的情况下，能够清晰观察到相对肥胖测试者和5岁幼儿较细的浅层静脉。以上测试结果表明，850 nm是显示静脉的最佳工作波长。 如图7所示，无线传输到手机的MJPEG流媒体视频帧率基本稳定在19 f/s，略小于设计帧率，与设计的带宽性能相符。肉眼没有感觉到明显的卡顿和延时，能够满足一般静脉定位的要求。 图5. (a) 0.4 W 660 nm LED照射，距离约10 cm，室内光线明亮；(b) 0.4 W 660 nm LED照射，距离约20 cm，暗室；(c) 1 W 850 nm LED透射；(d) 1 W 940 nmLED透射；(e) 30 W 850 nm LED透射，测试者相对肥胖；(f) 27 W 850 nm LED透射，测试者为5岁幼儿 图6. CMOS图像传感器的光谱响应(数据由厂商提供) 图7. 智能手机接收的静脉视频帧率变化
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user: 4. 总结 本文针对浅静脉注射设计了一种简易的静脉显像仪。该静脉显像仪采用光强可调节的850 nm透射光成像，使用6 mm焦距、1/4英寸、内置850 nm窄带滤光片的摄像头采集图像，通过802.11 g WiFi设备实现无线视频传输，能够在手机、平板电脑上清晰、较流畅地显示肥胖者及婴幼儿浅层静脉图像。由于免去了显示设备和图像处理部分，本文设计的静脉显像仪成本不足500元，远低于市场上的同类产品，并且在功能上能够满足一般静脉注射需要，有利于在国内医疗机构推广，并带来良好的社会、经济效益。
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user: 摘 要 风速测量的准确性对于海洋-大气界面的观测有着重要意义。本文简述了时间差超声波风速测量方法的优点，并运用时间差法的二维V型结构超声波测量原理，搭建了一种基于STM32F103ZET6的二维超声波风速测量系统。与传统的测风系统相比较，该设计引入希尔伯特黄变换对测量数据进行处理，能够保证风速测量的准确性。实验结果表明：该设计适应性较强，可实现较高精度的风速测量，在海气界面等复杂气象环境的观测中具有较高的参考价值和实用意义。 关键词 :海气界面，超声波，时差法，STM32F103ZET6，希尔伯特黄变换 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 目前，传统的风速测量仪大多是利用机械构件的转动来衡量风速 [ 1 ] 。与超声波风速仪相比，存在几点缺陷：1) 旋转部件会产生摩擦损耗；2) 存在启动风速，需要启动时间；3) 在海气界面中机械旋转构件的抗浸蚀性能较差 [ 2 ] 。 超声波风速仪与HHT算法相结合，不仅弥补了以上缺陷，而且在风速测量精度上有所提高、抗恶劣海况能力增强，成为当下的研究热点。本文简单介绍了一种基于微控制器STM32F103ZET6、运用时间差法设计的二维超声波测风仪，并引入HHT算法对测量数据进行处理。该系统测量精度高、体积小、频率快、稳定性强，十分适用于海洋大气界面等海洋环境的风速测量。
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user: 2. 时间差测风方法 目前时间差法最为成熟，运用也最为广泛，同样也适用于在海洋环境下的风速测量。当波程一定时，分别在顺、逆风的情况下，超声波的输送有一个速率差，而这个速率差就对应一个时间差，两者之间是线性关系 [ 3 ] 。 本方法为：4个收发同体的超声波换能器分别放置在东西南北四个方位，两两间隔分别相等 [ 4 ] 。如图1所示，本设计采用V型安装位置，这样在缩小仪器体积的同时，固定了超声波的传播方向、扩大了超声波声程。 图1. V型测量原理图 当静风时，设超声波波速为c，真实风速为v [ 5 ] 。当有风时，顺、逆风向的时长 t 1 ， t 2 和一维风速v的关系为： 2 L t 1 = c + v sin θ (1) 2 L t 2 = c − v sin θ (2) v = L sin θ ( 1 t 1 − 1 t 2 ) (3) 在二维情况下，在一个平面的X和Y方位上垂向放置两对换能器 [ 6 ] 。 v x 和 v y 依次对应实际风速在X、Y方向上的分解(如图2所示)。 图2. 风速矢量图 假设顺风向时东西方向上的输送时长是 t 12 、逆风向时为 t 21 ，那么同样 t 34 和 t 43 分别为南北方向上输送的的顺、逆风时长 [ 6 ] 。 v x = L sin θ ( 1 t 12 − 1 t 21 ) (4) v y = L sin θ ( 1 t 34 − 1 t 43 ) (5) 实际风速为： v = L sin θ ( 1 t 34 − 1 t 43 ) 2 + ( 1 t 12 − 1 t 21 ) 2 (6) 时间差法的原理较为简单，在测量中不易受环境等因素的影响。不仅电路容易实现、具有稳定的性能，而且方便提高电路集成度，降低板上设计面积。
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user: 3. 系统方案设计 3.1. 整体方案设计 本方案以STM32F103ZET6为核心，通过产生时序信号来激励发生端工作 [ 7 ] 。如图3所示，整个系统由电源模块、超声波发射驱动模块、超声波接收模块、滤波放大模块、UART通信模块和A/D采样模块等组成 [ 8 ] 。 图3. 系统总体构成图 3.2. 硬件设计 3.2.1. 超声波发射驱动模块 本设计用激励信号PWM波配合LC滤波来共同实现DAC输出 [ 9 ] (如图4所示)。 图4. 实际电路的典型PWM波形 3.2.2. 超声波接收模块 LC选频电路如图5所示：左侧是一个74HC238D译码器，而右侧是发射、接收电路。1、2和3分别是由STM32F103ZET6控制的地址输入；K1、K2、K3和K4作为输出端。S1、S3与收、发兼具的声波探头相连接，CH1和CH3为收到的信号 [ 10 ] 。E1、E2、E3是译码器的势能点，连接控制器I/O口PB3与PB4。由S3侧的探头接收，测得CH3的回波信号数据并保存 [ 11 ] 。 3.2.3. 信号采集保存 本设计采用TI公司的ADS1298芯片用于多路信号的同时取样，整合了8通道同时采样的24位Delta-Sigma ADC、增益放大器(PGA)、reference voltage和oscillator [ 9 ] ，数据速率250 SPS到32 kSPS。特点是性能优越、取样精确。 3.3. HHT算法简介 为了更好地应对非线性或非平稳性数据的处理数据方法，Huang等人在1998年首次提出将希尔伯特变换(HT)和经验模态分解(EMD)相结合的方法，NASA称之为希尔伯特–黄变换(HHT)。该方法不需要对基函数预先设定，首先，通过经验模态分解，将任何繁复的信号分解成有限个IMF分量和一个剩余分量，能够反映各个时间尺度的变化；其次，对IMF分量运用希尔伯特变换，从而得出每个模态的瞬时频率。该频率能反映数据随时间的变化特性。 图5. 超声波接收模块 如图6所示，EMD基本步骤如下： 图6. HHT流程图 1) 基于原始信号 x ( t ) ，通过三次样条插值法处理极大值和极小值点，得到上、下包络线的平均值为： r 1 ( t ) = 1 2 ( α 1 ( t ) + α 2 ( t ) ) (7) 2) 计算原始信号 x ( t ) 与平均值 r 1 ( t ) 的差值： θ 1 ( t ) = x ( t ) − r 1 ( t ) (8) 3) 如果满足IMF条件，那么分解停止；如果不满足IMF条件，那么将上述步骤重复直到满足条件，令剩余分量为 r 1 ( t ) ： (9) 4) 用剩余分量作为新的信号反复以上的步骤，分离出来所有的IMF分量与剩余分量的关系如下： { r 1 − c 2 = r 2 M r n − 1 − c n = r n (10)
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user: 4. 实验结果与分析 按照海滨观测规范中规定的观测和记录方法，分别在顺风向和逆风向的条件下，每3秒采集一次，记录到0.1 m/s，从4个不同测量点上分别选取一定的数据进行对比。如图7所示。 图7. 系统测试实物图 由实验数据分析可知，实验区域为0~3 m/s，每隔0.1 m/s选取一个点进行试验，总共30个测量点，各测量点符合在0~5 m/s的范围内，风速测量准确度在 ± 0.5 m/s的测量精度要求。将所得数据导入上位机进行滤波，图8为顺风向超声波接收信号波形图，图9为逆风向超声波接收信号波形图。 4.1. 实验结论 1) 在低风速情况下，采用时差法超声波测风原理能够分别测量出超声波换能器接收到的顺风和逆风时的超声波回波信号，从而测量出风速值； 2) 基于一定数量的试验，运用HHT算法进行数据处理，验证了本文设计的具有较高精确度和稳定性。已知空气中的波速340 m/s，本设计里两对换能器之间传输声程均是140 mm，可得传播时间间隔为0.41 ms [ 10 ] ；相比较而言，STM32F的最高时钟为72 MHz，可知时间精确度最高可达14 ns。 图8. 顺风向超声波接收信号波形图 图9. 逆风向超声波接收信号波形图 4.2. 误差的原因分析 1) 受电路板面积的影响，实时的温度补偿电路并没有添加，而是将测得的外部环境温度写入程序中，从而将测量误差引入系统 [ 12 ] ； 2) 用时间差法测量出的低风速值精度基本满足要求。但是在中、高风速情况下，还需要进一步的验证测试 [ 13 ] 。
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user: 5. 结束语 在海气界面的复杂天气中，由于传统仪器存在偏差大、保障难度大等问题，本文对超声波测风系统的原理和硬件设计进行了较为详细的介绍，整体设计电路简单，易于调试。本设计虽然实现了测量风速的基本功能，但在某些方面也需要改进： 1) 外界温湿度也会影响风速，可以添加温湿度补偿器来增强测风仪的性能； 2) 在数据处理方面引入新的算法来提高准确性。
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user: 摘 要 拖曳式公路清扫机的功能适应了城区外公路的清扫作业工况，且机动性好、节能效果明显。本文以可进行机械有级变速及液压无级调速的滚刷系统为研究对象，基于ADAMS进行了刷苗轨迹仿真及清扫能力仿真。通过正交试验，揭示了滚刷转速、作业行驶车速及滚刷中心离地高度三个工作参数对垃圾颗粒运动轨迹的影响规律，优选出了各作业行驶车速下的参数组合，为变工况条件下的作业标准化、工程精准化提供了控制策略。 关键词 :拖曳式公路清扫机，滚刷清扫能力，运动学分析，ADAMS，正交试验 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 某型拖曳式公路清扫机以BJ130轻型货车底盘为基础进行研发，采用全挂车方式与牵引汽车连接，拖曳车轮为其动力源，具有适应城区外公路清扫作业工况的特殊功能，并在机动性、清扫能力、节能效果及效费比方面具有明显优势。清扫机滚刷由液压马达驱动，可进行机械有级变速及液压无级调速。建立滚刷系统的虚拟样机，研究滚刷转速、作业行驶车速及滚刷中心离地高度对滚刷清扫能力的影响，有助于制订变工况条件下的控制策略，获得最佳的工作参数组合。
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user: 2. 拖曳式公路清扫机的性能特点及结构布置 2.1. 性能特点 拖曳式公路清扫机除了具有清扫浮尘、落叶等一般功能，通过调整刷苗变形量更具备清扫卵石等小尺寸重型垃圾的能力；其聚料台上的螺旋叶片轴可折断树枝等长尺寸纤维型垃圾、撕裂编织袋等大尺寸轻型垃圾，并将垃圾输送、聚拢、抛甩至输运机构；将滚刷和盘刷装置提升后可使转场行驶速度达到60 km/h，具有较好的机动性。 拖曳车轮动力通过驱动桥、变速器反向输出，经由液压泵、分流阀、液压控制阀及液压马达组成的液压系统，驱动滚刷、盘刷、螺旋叶片轴及输运机构等运动终端。各运动终端在机械有级变速的基础上进行液压无级调速，可实现变工况条件下最佳的工作参数组合。 2.2. 结构布置 图1为全挂车形式的拖曳式公路清扫机，滚刷系统位于后部，聚料台系统位于中部，大倾角波纹挡边胶带机形式的输运机构位于前部；前右侧的盘刷具有边扫和路沿石防撞功能，前左侧的斜向刮板具有导流功能。图2为滚刷与聚料台系统的结构布置简图，其中保护罩是为了减小滚刷清扫作业时产生的二次污染，聚料台上的螺旋叶片轴左右各一，旋向相反。 图1. 拖曳式公路清扫机 图2. 滚刷与聚料台系统的结构布置简图
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user: 3. 虚拟样机的构建 根据结构尺寸对滚刷系统和聚料台系统进行三维建模，以Step格式导入至Adams/View模块，并设置三个垃圾颗粒，其位置分布在进行滚刷刷苗轨迹仿真后再调整。对各部件添加所需要的运动副、驱动和接触力，并修改材料属性。如图3所示，滚刷主轴及螺旋叶片轴上的小方块作为车体，在两轴与车体之间分别添加旋转副；在车体与地面、聚料台与地面之间分别添加移动副；在刷苗、地面、聚料台、螺旋叶片轴与三个垃圾颗粒之间分别添加接触力约束，接触参数据经验值设置 [ 1 ] [ 2 ] 。 图3. 虚拟样机的简化模型 将作业行驶车速v、滚刷转速n及滚刷中心离地高度h作为可设置参数。由于螺旋叶片轴是低速运动，而本次重点研究的是清扫机滚刷刷苗对垃圾颗粒的清扫能力，为简化起见，将螺旋叶片轴转速设置为0。由此构建出用于滚刷清扫能力仿真分析的虚拟样机系统。
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user: 4. 滚刷性能仿真分析 4.1. 确定可设置参数的阈值 拖曳式公路清扫机的设计作业行驶车速v为8~20 km/h，滚刷主轴半径50 mm，滚刷刷苗长度350 mm。根据BJ130轻型货车底盘驱动桥主减速器和变速器的速比 [ 3 ] ，液压系统选用PFE-31036型液压泵，滚刷系统采用2FRM型调速阀、M2型液压马达 [ 4 ] ，使液压无级调速满足滚刷转速的需要，但作业时变速器不能使用一档，否则过高的一轴转速不能满足液压泵的输入条件。根据前期清扫试验研究的结果，将滚刷转速n设置为160~260 r/min。城区路面清扫机将刷苗变形量一般设置为10 mm [ 5 ] ，而据笔者经验，将本清扫机的刷苗变形量设置为15~25 mm，既能适应城区外公路的作业工况，又能保证刷苗使用寿命，与之对应的滚刷中心离地高度h则为385~375 mm。 4.2. 滚刷刷苗轨迹仿真分析 进行滚刷刷苗轨迹仿真分析的目的在于考查刷苗清扫轨迹的重叠状况以及为仿真分析滚刷清扫能力时垃圾颗粒的分布提供依据 [ 6 ] [ 7 ] 。在可设置参数的阈值范围内，最高作业行驶车速、最低滚刷转速、最大滚刷离地中心高度时刷苗清扫轨迹重叠的区域最小，图4即是1、2号两组刷苗在该条件下的轨迹图，其中1号刷苗的清扫区为AC区，两组刷苗的清扫重叠区为AB区，这说明该参数条件下清扫作业时无漏扫，且1号刷苗清扫能力的考查应放在BC区。不失一般性，本研究是在按BC区间的尺寸均置三个垃圾颗粒，并将其左移一个BC区间的距离，以此作为滚刷清扫能力仿真分析时垃圾颗粒分布的依据。 图4. 滚刷刷苗清扫轨迹图 4.3. 滚刷清扫能力仿真的正交试验方案设计 本试验将三个垃圾颗粒的直径均设置为10 mm，其密度按普通生活垃圾密度的统计值设为488.85 kg/m 3 [ 8 ] 。将作业行驶车速v、滚刷转速n及滚刷中心离地高度h作为影响滚刷清扫能力的三个因素，分别在其阈值范围内取上下限及中间值作为水平值，按正交表 L 9 ( 3 4 ) 设计三因素三水平正交试验方案，见表1。 Table 1 Orthogonal test scheme for three-factor three-level cleaning ability simulatio 试验号因素 作业行驶车速(km/h) 滚刷转速(r/min) 滚刷中心离地高度(mm) 1 8 160 375 2 8 210 380 3 8 260 385 4 14 160 380 5 14 210 385 6 14 260 375 7 20 160 385 8 20 210 375 9 20 260 380 表1. 三因素三水平清扫能力仿真的正交试验方案 4.4. 滚刷清扫能力仿真分析 根据正交试验方案在Adams/Solver模块对虚拟样机进行动画仿真，再进入Adams/Post Processor模块绘制垃圾颗粒轨迹曲线图，以此评定滚刷在各可设置参数组合条件下的清扫能力。依照正交试验方案得到1~9号试验的仿真结果如图5所示。 图5. 垃圾运动轨迹曲线图 结合动画仿真过程对图5进行分析： 1) 第2、3、6、7号试验表明垃圾颗粒运动轨迹较为稳定并能全部顺畅地进入聚料台，这四组试验所采用的参数组合应被优先选用。以第2号试验为例具体分析垃圾运动轨迹曲线图，实线表明1号垃圾颗粒被刷苗弹起后先与聚料台顶板碰撞，反弹后再与螺旋叶片轴碰撞，最后落至聚料台底板；虚线表明2号垃圾颗粒被刷苗弹起后先与聚料台挡板碰撞，反弹后被抛至聚料台顶板，再被反弹至螺旋叶片轴并发生两次碰撞，最后也能落至聚料台底板；点线表明3号垃圾颗粒的运动情况与2号垃圾颗粒类似。 2) 第8号试验虽然表明三个垃圾颗粒最终能全部进入聚料台，但实线显示1号垃圾颗粒第一次与聚料台底板接触后被弹起，在其再次落至聚料台底板的过程中可能与其它飞行中的垃圾颗粒碰撞，从而改变其它垃圾颗粒的运动轨迹。 3) 第1、4、5、9号试验表明垃圾颗粒运动轨迹不稳定，不能全部顺畅地进入聚料台。如第1号试验点线表明其3号垃圾颗粒第一次与聚料台底板接触后被弹起，再与螺旋叶片轴及聚料台底板发生多次碰撞后被刷苗击出聚料台；第4号试验虚线表明其2号垃圾颗粒在进入聚料台之前即被刷苗再次击中，其最终会落至聚料台反斜板顶端并沿反斜板滑落，考虑到车速误差及聚料台尺寸制造误差，其很可能最终会落至聚料台斜板并滑落至地面；第5号试验点线表明其3号垃圾颗粒在进入聚料台之前即被刷苗再次击中而飞出聚料台；第9号试验点线表明其3号垃圾颗粒仅被刷苗轻微碰触而从侧面运动至清扫区之外。 4) 滚刷清扫能力仿真试验的分析结果为各作业行驶车速匹配了最佳的滚刷转速与滚刷中心离地高度。
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user: 5. 结论 通过ADAMS对拖曳式公路清扫机的滚刷性能进行了仿真分析，揭示了滚刷转速、作业行驶车速及滚刷中心离地高度三个工作参数对垃圾颗粒运动轨迹的影响规律。为保证清扫机的清扫能力和保洁等级，可根据变工况条件下的物料特性，应用本文的研究方法获得最佳的工作参数组合，制订出相应的控制策略，使作业标准化、工程精准化。
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user: 摘 要 目前，郑州航空港经济综合实验区正处于新建阶段，港区致力于打造高水平国际航空枢纽，这对港区基础设施的建设规模提出了较高的要求。同时“智慧物流”、“互联网+”等理念不断的注入物流行业，使仓储行业的发展面临着巨大的挑战。仓库的建设是整个仓储活动的开端，对今后仓库活动的有效运行起着至关重要的作用。所以本文在对港区及北货站区基本运营情况进行调研的基础上，运用Class仓储仿真软件，针对郑州航空港机场国内货运站拟建仓库进行建模仿真并不断优化，最终提出关于仓库建设的合理方案，使拟建仓库作业合理化。希望本文的研究能够对北货站区拟建仓库的建设有所帮助，实现仓库作业效率的提高，物流费用的降低。 关键词 :仓库建设，Class软件，建模仿真 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 郑州航空港经济综合实验区是我国首个航空经济综合试验区，在我国航空运输上具有战略性地位，港区致力于打造高水平的国际航空运输枢纽，这对航空港基础设施的建设提出了较高的要求。通过调研了解到，郑州航空港现有货运区，无论是陆侧设施，还是空侧设施，都无法满足航空货运高效便捷及快速发展的需求，港区正在拟建北货运区。与其他货运区相比，该货运区规模较大，且与机坪接触面积最大，直接连接综合保税区，在物流处理上占绝对优势。所以本文采用仿真的方法对郑州航空港北货运区国内货运站拟建仓库进行研究。 在国外，早在1999年，Chiun-Ming Liu [ 1 ] 就采用Witness仿真软件对某配送中心的仓储布局和拣选系统进行仿真分析，找到了该配送中心总距离较短的货物拣选系统，提高了整个系统的物流效率。由此，可见在国外对于仿真的研究起步较早，并且在查阅文献的过程中发现，国外对于仿真的研究一直处于蓬勃发展的状态。2014年X. Zhu [ 2 ] 针对现阶段冷链物流中存在的问题，以某一果蔬冷链配送中心为目标，采用Flexsim对其作业流程进行优化。在2016年，为使使用者确保模拟过程的准确性，更好地帮助使用者做出正确的决策，Jacqueline Mayfield和Milton Mayfield [ 3 ] 两位教授对三个主要的仿真技术Petri nets，system dynamics和基于代理的建模(ABM)的应用程序，进行了细致的归纳与总结。 在国内，李玉民和宋巍 [ 4 ] 利用Petri网技术对化学危险品出入库流程进行了建模，并采用ExSpect软件对所建模型进行仿真分析，最后根据其分析结果提出了一些针对化学危险品仓库存储的安全防范措施，提升了化学危险品出入的安全性与高效性。李汝仙 [ 5 ] 采用EIQ分析方法对某配送中心的大宗物资仓库进行分析，采用Flexsim仿真软件对该仓库的作业流程进行仿真研究，将其所得结果与原方案进行对比，结合该结果对货位布置进行了优化。梁国东 [ 6 ] 借助Witness仿真软件，对仓储管理中常见的不同货车的入库装货流程进行仿真模拟，直观地对比了不同货车入库装货流程的实施效果，并对其作业效率、成本投入进行对比分析。马晓娟 [ 7 ] 就某配送中心在货位动态变化的情况下如何制定最优拣货路径的问题进行了研究，研究中其借助Arena仿真工具对货物的拣选作业进行了仿真，帮助管理者做出最优的货位调整决策。朱宇 [ 8 ] 根据航空货运站的复杂性和动态性采用Automod对其进行三维仿真和数据分析，对其设备、作业区域等进行优化。张海珠 [ 9 ] 利用Promodel仿真软件对汽车零部件生产车间传动轴生产线的物流状况进行仿真，寻找该生产系统中存在的瓶颈问题，对其进行深入的分析和探讨，提出最终的解决办法，重新对生产线进行了合理的设置。雷萌 [ 10 ] 在对实际的成本、库存需求和订货量等指标进行预测的基础上，结合CAD技术对仓库的空间进行三维图像仿真，塑造出仓储空间模型，设计出了最佳的仓储空间利用方案。