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葉酸是一組化學結構相似，生化特性相近的化合物統稱，是由喋啶、對氨基苯甲酸和1個或多個谷氨酸結合而成。食物中的葉酸絕大多數是以喋酰多谷氨酸(或稱多谷氨酸葉酸)的形式存在的。食物葉酸經小腸粘膜細胞內特異葉酰多谷氨酸水解酶的作用，水解為喋酰單谷氨酸(或稱單谷氨酸葉酸，PteGlu)后吸收。吸收后的單谷氨酸葉酸一部分又轉變為多谷氨酸葉酸，在肝臟、紅細胞及其他組織細胞內貯存，其余部分則以單谷氨酸葉酸的形式分布于血漿、組織液、膽汁及尿液中。肝臟的葉酸濃度是血漿的幾百倍，但其單谷氨酸葉酸濃度與血漿相近。
葉酸以8種輔酶形式存在于生物體內，為一碳單位的載體參與嘌呤、嘧啶等重要物質的合成。用于評價人體葉酸營養狀況最常用的檢測指標是紅細胞葉酸及血清或血漿葉酸。目前，葉酸的檢測方法已有多種，其中微生物法、同位素放射免疫法的使用最為廣泛。
一、微生物法
微生物法是檢測生物體內葉酸的經典方法，通常所用的微生物有干酪樣乳酸桿菌（L.casei)、糞鏈球菌和啤酒小球菌屬。此3種微生物對不同形式葉酸的敏感度不同。糞鏈球菌只對非甲基化葉酸敏感，如PteGlu、二氫葉酸(DHF)和四氫葉酸(THF)，可用于鑒別分析各種形式葉酸在不同檢測物的分布。L.casei對單谷氨酸葉酸、含2或3個谷氨酸葉酸(PteGlu2、PteGlu3)及其還原型衍生物均敏感，是3種微生物中反應譜帶最寬的一種，也是最為常用的菌種。它對含7個谷氨酸葉酸(PteGlu7)的敏感度很小，約為對PteGlu敏感度的1％，故有人認為L.casei對超過3個谷氨酸基團的多谷氨酸葉酸無響應。但有研究發現，L.casei對PteGlu4、PteGlu5、PteGlu6和PteGlu7的敏感度分別為對PteGlu的65.6％、19.9％、3.5％及2.4％，同時對某些形式的多谷氨酸葉酸的敏感度隨培養時間的延長而增加，其機理有兩種可能：其一，微生物在培養過程中合成水解酶，隨培養時間延長，水解酶產量增加，促使部分長鏈谷氨酸水解斷裂；其二，細菌在培養過程中細胞壁對多谷氨酸葉酸的通透性增加。所以，盡管L.casei對葉酸的反應譜帶較寬，但如檢測物中含有多谷氨酸葉酸須將樣品在檢測前加入多谷氨酸葉酸水解酶進行水解，使各種形式葉酸均轉變成單谷氨酸葉酸，否則檢測結果不能代表其葉酸總含量。
傳統的微生物學檢測方法是試管法，操作繁雜。1987年，Newman和Tsai［3］在進行食物葉酸分析過程中，對傳統的方法做了改良，將96孔酶標板和全自動酶標板讀數儀(酶標儀)引進方法中，大大減少了試劑的消耗，縮短了加樣及人工讀取檢測結果的時間。如使用在對數生長期冷凍保存的L.casei菌種或／及對抗生素耐藥菌株，還可使檢測方法進一步簡化。另有研究證實［4］，使用對數生長期L.casei菌種(ATCC7469)可使檢測物培養時間從36～48小時減至18小時。O′Broin和Kelleher［5］用L.casei氯霉素耐藥株(NCIB10463)對血清及紅細胞葉酸進行檢測，結果與傳統的微生物法檢測結果呈顯著線性相關(r值分別為0.975和0.96)。使用氯霉素耐藥株，可以省略試劑過濾消毒及無菌操作等步驟。
盡管微生物法靈敏度高，結果準確，但也有許多局限性，如整個實驗周期長，批間檢測結果重復性差，檢測結果受樣品中所含抗葉酸藥物或抗生素成分的影響等。用β-乳酰胺酶處理樣品后，可消除青霉素和先鋒霉素等抗生素對葉酸檢測結果的干擾［5］。
微生物法除可用于檢測血清和全血葉酸外，還可用于檢測紙血片葉酸［6］，檢測結果為葉酸與血紅蛋白的比值。由于紙血片標本制備技術簡單，紙血片葉酸穩定性較好，故該法對大規模人群葉酸營養狀況的流行病學調查具有重要的意義。
二、同位素放射免疫法
盡管微生物法得到各種改進，但仍因耗時大，操作復雜而不能得到廣泛使用。70年代初，有學者提出同位素放射免疫法檢測血清葉酸。該方法具有快速、簡便的特點，同時由于葉酸放射免疫試劑盒的出現，很快得到普及，尤其廣泛應用于臨床實驗室。
放射免疫法與微生物法檢測葉酸，除原理不同外，檢測結果的意義也有所不同。對大量標本總體而言，兩種方法結果相關性較好，但對個體標本，兩種方法結果的差異較大。微生物法對多谷氨酸葉酸響應值低，不能直接用于檢測葉酸含量。但微生物法對所有單谷氨酸葉酸及其衍生物的反應靈敏度相同，故在用葉酸水解酶處理樣品使所有葉酸形式轉變為單谷氨酸葉酸后進行檢測，可得到準確的葉酸值。同位素放射免疫法對多谷氨酸葉酸反應的相對靈敏度有較大的差別，隨著葉酸濃度增加，反應的相對靈敏度增加，但多谷氨酸葉酸的反應曲線不可能與單谷氨酸葉酸的反應曲線重合；另一方面，多谷氨酸葉酸與結合蛋白的親合性與單谷氨酸葉酸相比較高，不同的單谷氨酸葉酸衍生物反應靈敏度不同，放射免疫法也不適用于檢測單谷氨酸葉酸衍生混合物。由于上述原因，盡管放射免疫法可用于檢測和評價葉酸的營養狀況，但從定量檢測的角度來講，難以得到準確的葉酸含量值。
目前用于檢測葉酸的放射免疫試劑盒已有數種，其原理基本相同，但不同的試劑盒檢測結果也有差異［7］,主要區別有如下幾方面：①競爭結合蛋白不同，或為豬血清結合蛋白，或為牛奶結合蛋白，或為β-乳球蛋白。(l)-5-甲基四氫葉酸與豬血清結合蛋白的親合力好于多谷氨酸葉酸，后者又略好于單谷氨酸葉酸的其他衍生物，而5-甲基四氫葉酸的d型異構體不能與豬血清結合蛋白結合；牛奶結合蛋白與單谷氨酸葉酸和（d,l）-5-甲基四氫葉酸具有相同的親合力，但對單谷氨酸葉酸的其他衍生物的親合力各不相同，對多谷氨酸葉酸的親合力高于對其單谷氨酸葉酸衍生物；β-乳球蛋白則對(d,l)-四氫葉酸的結合力較差。②配制標準系列的溶液不同，主要有兩種，即緩沖液和血清。用血清作配制溶液與用緩沖液作配制溶液的試劑盒相比，檢測結果偏低。③放射免疫法檢測葉酸結果與試劑盒選擇哪一種形式葉酸作標準品有關，如選擇的標準品為(d,l)-5-甲基四氫葉酸，則使用此類試劑盒的前提便是假設檢測物中絕大多數葉酸是以此單一輔酶形式存在的，從而使檢測結果與實際含量間的誤差增大。以上所述的各種因素可能是造成目前各類試劑盒檢測結果間差別較大的主要原因。所以，盡管各類試劑盒均有其相應的正常值參考范圍，但各實驗室還應結合與葉酸營養狀況有關的其他指標，來確定本實驗室的紅細胞或血漿、血清葉酸正常值。
三、其他方法
1.氣相色譜-質譜檢測：血清或紅細胞葉酸是目前用于評價葉酸營養狀況的兩個重要指標，且紅細胞葉酸是反映體內葉酸貯存狀況的客觀指標，對診斷葉酸缺乏具有更為重要意義。微生物法、放射免疫法可以實現血清或血漿及溶血液葉酸含量的檢測，紅細胞葉酸均是通過某種數學公式，從溶血液葉酸、血清葉酸和紅細胞壓積等指標計算出來的。1995年，Santhosh-Kumar等［8］提出用氣相色譜-質譜檢測的方法(GC-MS)檢測紅細胞葉酸含量，填補了直接檢測樣品紅細胞葉酸濃度的空白，該方法特異性好，靈敏度高，且結果準確。
2．色譜分析法:以上所述各種葉酸的檢測方法，其檢測結果均為單或／和多谷氨酸葉酸及其衍生物混合物的總量。即使是微生物法也因不同微生物對不同形式葉酸的生物利用率不同，無法進行某一種或某幾種單谷氨酸葉酸衍生物的分析檢測。70年代，有學者提出應用色譜分析法，包括高效離子交換層析、離子對分配層析和高效液相色譜分析(HPLC)技術分離提取各種形式的葉酸，但由于葉酸濃度低于檢測器檢測下限，人們不得不在應用色譜技術分離提取葉酸后，再用微生物學檢測方法進行定量檢測。因該方法費時，需要樣品量較大，故其實際應用受到限制。HPLC-電化學檢測方法對單谷氨酸葉酸及其衍生物的檢測靈敏度高于紫外或熒光檢測方法［9］，對四氫葉酸及5-甲基四氫葉酸的檢測靈敏度是微生物法的10～50倍。此方法可用于人類及大鼠等多種生物樣品葉酸檢測，且檢測前無需樣品濃縮處理。這項技術的應用對體內葉酸吸收、代謝及轉運等基礎理論的研究具有重要意義。1996年，Gunter等［7］發現，HPLC對全血葉酸的檢測結果與Bio-Rad放射免疫試劑盒對同份樣品葉酸的測定結果相近，但血漿葉酸的測定結果僅為其他方法測定結果的一半，作者認為盡管HPLC對5-甲基四氫葉酸特異性好，但在洗脫過程中有葉酸丟失的可能。HPLC技術復雜，不適用于臨床常規檢測。
3．離子捕獲法:Wilson等［10］提出離子捕獲法檢測葉酸，該技術可謂葉酸檢測技術中的最新方法，即在實驗中，樣品加入變性劑后葉酸與內源性結合蛋白分離，釋放后的葉酸再與帶有大量陰離子的親合試劑結合，合成產物經過離子捕獲池而與陽離子纖維結合，最后通過堿性磷酸酶與喋酸(葉酸的類似物)結合物對葉酸結合蛋白上游離結合位點的探查，定量分析樣品的葉酸含量。該研究證實，離子捕獲法測定血清或紅細胞葉酸，其結果與同位素放射免疫法的結果具有良好的相關性，相關系數分別為0.96和0.93。
4．其他方法:80年代后期～90年代，有學者相繼提出用非放射性標記蛋白結合技術檢測血液葉酸，其中包括克隆酶供體免疫測定法(CEDIA)［11］、酶聯配體吸附試驗(ELLSA)［12］、化學發光受體實驗等［13］。CEDIA方法的原理在激素、地高辛及其他維生素的檢測中已有應用，其血清葉酸檢測結果與放射免疫法相近，該方法檢測速度約為放射免疫法的兩倍，又無離子輻射，操作簡單，可作為一般實驗室常規檢查。不足之處為費用高，約為放射免疫法的2～3倍?；瘜W發光法檢測重現性好，靈敏度較高，對低濃度葉酸樣品檢測結果明顯高于其他方法［7］。
20家研究所或臨床實驗室對目前用于檢測血清及全血葉酸的幾種方法進行了比較研究［7］，結果顯示，血清葉酸和全血葉酸檢測結果平均變異系數分別為27.6％和35.7％，部分樣品用不同方法檢測的結果可相差2～9倍，表明不同實驗室的葉酸檢測結果差異較大，不同檢測方法的檢測結果之間可比性較差。這種差異不利于正確地客觀地評價某人群葉酸營養狀況，同時也給制定每日膳食葉酸供給量帶來困難。隨著葉酸在巨幼紅細胞貧血、高同型半胱氨酸血癥及神經管畸形的預防中的作用進一步明確，確定統一的檢測方法和參照標準，提高葉酸檢測準確率的需求也日益緊迫。目前美國疾病控制中心(CDC)、美國國家標準與技術研究院和美國農業部等機構已開始這方面的工作。
參考文獻
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異步延遲采樣（ADS）
ADS通過加入延遲線對光信號在一個比特周期內進行兩次采樣，獲取信號的相圖［10］，即二維幅度直方圖，并進行傳輸損傷分析。采用ADS技術的OPM模塊結構如圖1（a）所示，待測的WDM光信號以帶寬為1nm的光帶通濾波器（BPF）進行選通，濾除相鄰信道光信號功率，但不影響選通信道的被監測光信號的波形狀態；光電探測器（PD）輸出電信號經帶寬為0．8倍信號符號率的低通電濾波器（LPF）消除帶外噪聲干擾；再進行3dB分路，一路以可調電延遲線（VDL）引入Δt延遲；最后以外部圖1ADS原理。（a）ADS光性能監測器結構圖；（b）10Gb／sNRZ－OOK半比特ADS示意圖Fig．1PrincipleofADS．（a）StructureofthedelaytapsamplingOPMmonitor；（b）halfbitdelaytapsamplingof10Gb／sNRZ－OOK時鐘驅動的低采樣速率的模數轉換器（ADC）對兩路電信號進行采樣并對采樣后數據做進一步處理。以10Gb／sNRZ－OOK信號為例說明半比特ADS原理，如圖1（b）所示。其中Tb＝100ps為信號比特周期；以可調電延遲線設定3dB分路之后的一路電信號延遲時間為Δt＝50ps，即半比特延遲；如采用80MSPS的14－bit分辨率雙輸入ADC，例如AD9644，進行異步降頻采樣，則采樣周期Ts＝12．5ns，Ts與Tb無關，且TsTb；雙路ADC的每次采樣包含兩個采樣點E（xi）和E（yi），對應的時間差為Δt，將兩路采樣點進行幅度值的歸一化，之后再以X－Y模式做二維散點圖可得ADS相圖。在NRZ－OOK半比特ADS相圖中，沿45°對角線的兩端代表0、1電平的不同組合狀態（0，0）和（1，1）；其間的過渡點對應眼圖中波形的上升和下降沿，沿－45°對角線的最大寬度反映其斜率。ADS相圖中包含被測信號相同或相鄰比特周期間的過渡態信息，能夠反映信號波形受傳輸損傷影響的狀態，可用作OPM。
OPM仿真驗證
對光信號速率、碼型調制格式透明，并能同時監測多種傳輸損傷是OPM技術的核心要求。在10Gb／s及更低速率系統中，NRZ－OOK為代表的強度調制直接檢測（IM－DD）系統因調制和接收器件簡單、成本低而占據主導地位。但在40Gb／s及更高速率的系統中，由于CD和PMD容限的降低和對頻譜效率要求的提高，NRZ－OOK調制不再適用于長距離傳輸。而以相位輔助強度調制，如ODB，也稱相位整形二進制傳輸（PSBT）和相位調制，如RZ－DPSK等為代表的先進調制格式由于損傷閾值高、頻譜效率高而受到重視［20］。以上述三種碼型調制格式為監測對象，基于OptiSIM4．0商業仿真軟件平臺構建采用ADS和ANN技術的OPM仿真系統，驗證所提出方案的透明性和損傷參數集總監測能力。
110Gb／sNRZ－OOK
10Gb／sNRZ－OOK光性能監測系統如圖3（a）所示，1550nm連續光源（CW）經工作于正交傳輸點的無啁啾馬赫－曾德爾調制器（MZM）進行外調制產生NRZ信號，數據源為10Gb／s偽隨機二進制序列（PRBS），其序列長度為27－1。級聯的摻鉺光纖放大器（EDFA）和可調光衰減器（VOA）用于調整系統的OSNR值，通過設置不同單模光纖（SMF）的傳輸距離和CD、PMD系數來模擬不同程度的CD和DGD傳輸損傷，入纖光功率保持為0以消除非線性效應影響。包含損傷的光信號一部分經PD光電轉換后以示波器（OSC）顯示眼圖作為參考，另一部分經ADS監測器進行Δt＝50ps，即半比特延遲采樣和數據采集，最后通過提取相圖特征參量對ANN模型進行多損傷監測的訓練和測試。光通信性能監測系統圖中的細實線代表電路連接，粗實線代表光路，而虛線代表信號數據，下同。NRZ信號在不同損傷條件下的眼圖與相圖如圖3（b）所示，OSNR導致信號1電平和過渡點幅度分布展寬；CD和DGD均導致信號時域展寬，但CD導致信號消光比降低，相圖點沿45°對角線外擴，而DGD導致信號波形三角化，相圖出現非對稱性。根據不同損傷參數特點，提取相圖特征參數，其中珡m和σm分別為相圖采樣點到原點距離的均值和標準差；珋θ為相圖采樣點角度平均值；Qd＝（μ1－μ0）／（σ1＋σ0）類似眼圖中Q值的定義，以相圖中沿45°對角線上采樣點區分0、1電平，求其均值和標準差得對角線Q值。以上述4個參數構成如圖3（c）所示ANN模型的輸入向量，OSNR，CD，DGD參數構成輸出向量，MLP－3包含26個隱元，采用擬牛頓（Quasi－Newton）算法作為訓練算法，ANN的訓練使用張齊軍教授開發的NeuroModeler軟件包。為了驗證ANN模型監測傳輸損傷的性能，以125組不同損傷條件下相圖參數構成訓練樣本，其中OSNR分別為40，36，32，28，24dB；CD分別為0，200，400，600，800ps／nm；DGD分別為0，12，24，36，48ps，對ANN進行訓練。在訓練完成后，以另外的64組不同損傷參數，其中OSNR分別為38，34，30，26dB；CD分別為100，300，500，700ps／nm；DGD分別為6，18，30，42ps，構成測試樣本對ANN的預測輸出進行測試。10Gb／sNRZ－OOK光性能監測結果如圖4所示，其中ANN模型在200次迭代之后的訓練誤差Etrain＝0．008，ANN模型預測輸出與測試樣本相關系數Rc＝99．3％，損傷參數監測的均方根誤差分別為EOSNR＝0．1dB，ECD＝8．34ps／nm和EDGD＝0．92ps，在監測損傷參數的測量范圍內，監測誤差小于5％。
240Gb／sODB
40Gb／s光通信系統與10Gb／s系統相比，CD容限減小16倍，PMD容限減小4倍，NRZ－OOK調制的無電中繼再生可傳輸距離大大縮短。ODB調制格式采用三電平調制，非連續的相鄰1電平之間相位相差π，在CD、PMD或濾波器效應引入波形展寬時，產生干涉相消，使0電平保持低電位，從而大幅提高其對色散損傷的閾值，而且其頻譜較NRZ－OOK調制更窄，有利于窄信道間隔的WDM傳輸［20］。同時，ODB調制格式只需改動發射機，而接收機不變，在性能和復雜度之間實現折中。40Gb／sODB光性能監測系統如圖5（a）所示，信號源產生40Gb／sPRBS，其序列長度為27－1，首先進行雙二進制預編碼，之后經帶寬為10GHZ的低通濾波器產生三電平驅動信號，在工作于傳輸零點的MZM中對1550nm的CW光源進行外調制得ODB信號，入纖功率保持為0，消除非線性效應影響。光纖鏈路中OSNR、CD和PMD三種傳輸損傷的模擬與眼圖監測部分與4．1中相同，ADS監測器的延遲為半比特，即Δt＝12．5ps。不同損傷條件下的ODB信號眼圖與ADS相圖如圖5（b）所示，OSNR降低導致0、1電平和過渡點幅度值均勻展寬；CD導致波形三角化，相圖中第3象限采樣點外擴；DGD導致波形斜率降低，消光比減小，相圖點沿對角線方向閉合。根據相圖變化特點提取特征參數，其中珡m、σm、珋θ和Qd與4．1中相同，σm3為相圖第3象限采樣點到原點距離的標準差。以相圖特征參數為輸入向量，監測損傷參數為輸出向量構造ANN模型如圖5（c）所示，采用擬牛頓訓練算法，隱元數目為32個。以125組不同的傳輸損傷組合構成訓練樣本，其中有OSNR分別為42，38，34，30，26dB；CD分別為0，40，80，120，160ps／nm；DGD分別為0，4，8，12，16ps，對ANN進行訓練。以64組不同的傳輸損傷組合構成測試樣本對訓練完成的ANN模型進行預測輸出的檢驗，其中有OSNR分別為40，36，32，28dB；CD分別為20，60，100，140ps／nm；DGD分別為2，6，10，14ps。監測結果如圖6所示，ANN模型訓練誤差Etrain＝0．031，預測輸出與測試樣本相關系數Rc＝97．6％，損傷監測均方根誤差為EOSNR＝0．72dB，ECD＝3．24ps／nm和EDGD＝0．49ps，測量范圍內的監測誤差小于5％。
340Gb／sRZ－DPSK
在RZ－DPSK調制格式中，由于采用了平衡光電探測（BPD），其達到相同誤碼率所需的OSNR值要求比OOK調制格式要低3dB，即接收機靈敏度提高一倍。對于受到光放大器自發輻射噪聲限制的長距傳輸系統而言，使用RZ－DPSK調制可使無電再生中繼可傳輸距離增加一倍，2003年以后的陸基和海纜長距大容量光通信系統中，DPSK和差分四相移鍵控（DQPSK）調制逐漸取代OOK而成為主流［21］。40Gb／sRZ－DPSK光性能監測系統如圖7（a）所示，序列長度為27－1的40Gb／sPRBS經差分預編碼后在工作于傳輸零點的MZM1中對CW光源進行相位信息加載，再采用40GHz正弦時鐘信號在工作于正交傳輸點的MZM2中進行RZ碼型調制，最終獲得50％占空比的RZ－DPSK信號。光纖鏈路中OSNR、CD和PMD三種傳輸損傷的模擬與4．1中相同，在加入傳輸損傷之后，部分光信號經過延遲干涉儀（DLI）解調和BPD平衡探測后，在OSC1中顯示解調信號眼圖；部分光信號直接PD檢測，在OSC2中顯示線路傳輸眼圖；部分光信號進入ADS監測器，其延遲量設置為1bit，即Δt＝25ps。不同損傷條件下的RZ－DPSK信號的解調后眼圖、線路傳輸傳輸眼圖和ADS相圖如圖7（b）所示，OSNR降低導致信號波形和相圖點幅度值的展寬；CD導致波形幅度值和消光比降低，相圖點局部外擴；DGD導致兩偏振態的信號產生相位差，在PD檢測中干涉相消，使信號波形幅度值降低，相圖點沿對角線方向縮短。根據相圖變化的特點，提取與傳輸損傷變化有關的特征參量，其中珡m和σm與4．1中相同，珋θhalf為相圖45°對角線以上采樣點到原點的角度平均值，σθ為全部采樣點到原點角度值的標準差，M為采樣點到原點幅度最大值與最小值之差。以上述特征參數為輸入向量，損傷參數為輸出向量構造ANN模型如圖7（c）所示，隱元數目為30，采用擬牛頓訓練算法。以125組傳輸損傷組合構成訓練樣本，包括OSNR分別為36，32，28，24，20dB；CD分別為0，12，24，36，48ps／nm；DGD分別為0，3，6，9，12ps，對ANN進行訓練。以64組不同的傳輸損傷組合構成測試樣本對訓練完成的ANN模型進行預測輸出的檢驗，包括OSNR分別為34，30，26，22dB；CD分別為6，18，30，42ps／nm；DGD分別為1．5，4．5，7．5，10．5ps。監測結果如圖8所示，ANN模型訓練誤差Etrain＝0．06，預測輸出與測試樣本相關系數Rc＝95．8％，監測均方根誤差為EOSNR＝0．15dB、ECD＝1．74ps／nm和EDGD＝0．61ps，測量范圍內的監測誤差小于5％。
【關鍵詞】樁基工程；檢測技術；檢測方法
樁基作為現今高層建筑普遍采用的基礎形式，應用的范圍很廣泛，要想保障工程的質量，就必須要提高工程質量的檢測手段和技術，總結現在樁基工程檢測中存在的問題，進一步的進行改善，使檢測技術得到進一步的發展，為樁基檢測事業的發展做出更大的貢獻。
1、樁基工程檢測中存在的問題
目前樁基工程檢測的工作，總體的情況是比較好的，但是由于各個檢測單位和地區的情況出現一定的差異，也會在不同程度上存在著一定的問題。
1.1 技術上存在的問題
樁基工程檢測技術是由成孔后檢測和成樁后檢測兩個部分構成，我國現今樁基檢測技術的發展特點是成樁檢測技術比成孔檢測技術更加的優秀，但是從防范于未然的觀點上來看，樁的成孔檢測應比成樁后檢測更加的重要。
承載力檢測試驗做得不夠到位，在成樁檢測的技術中，承載力檢測試驗的工作仍需要加強，不能為了省時省錢而減少了靜載試驗的數量。在樁的動力檢測方法未取得突破性進展之前，樁的靜載試驗仍是檢驗樁承載力值的評定標準。在樁的承載力的檢測問題上，任何企圖以更省時、更省力的方法來等同靜載試驗效果的想法是不現實的。
在檢測的儀器上面，個別單位使用的儀器性能比較老舊，不能滿足當前樁基檢測的有關標準和規程的要求，一些單位低應變檢測時的傳感器采用速度計，會導致檢測波形質量不高，在儀器上沒有貼準用的標簽，儀器周期檢測的執行情況較差，這些都是重要的問題。
目前我國的樁基檢測技術標準已經初步的建成了完整的檢測體系，但是各標準和規程之間還缺乏協調和銜接，適用的范圍不夠的明確，甚至會出現重復、遺漏、矛盾之處，因此要更加的規范它們之間的協調關系。
1.2 管理上存在的問題
市場檢測的行為不夠規范，由于檢測市場的不規范和片面的壓價，一些單位在檢測的過程中，現場數據的采集不夠認真，資料數據的處理比較的草率，個別的單位還出現了賣資質給無資質方進行使用的現象。
檢測單位的硬件設備參差不齊，有一些單位的辦公場所比較的擁擠破舊，沒有專門的檔案存放地點，在技術的裝備上，有的單位是采用進口的低應變和高應變設備，而有些比較差的單位，甚至連計量器都不能進行定期的標定工作。
檢測單位內部管理比較混亂，一些單位的法律意識和責任意識比較缺乏，在其內部沒有建立相互制約的監督機制。即使有了相關的制度，但是也缺乏制約的力度，也就是形同虛設。在崗位的管理上存在著持證人員變動大，崗位人員不到位，有無證人員在現場開展檢測工作等問題。在檔案的管理上，有些單位沒有專門的檔案存放地點、設施和管理人員，資料雜亂混裝，沒有按照“一個工程一份檔案”的要求裝訂成冊。
1.3 檢測成果精確度不高
執行的規范不夠嚴肅，采用非規范規定的檢測方法做出報告，應反映或引用的材料不夠齊全，數據不是十分的準確，結論比較簡單或者結論含糊，抽檢的數量沒有滿足有關規程的要求，動測報告中的使用單位和專業術語不符合相關的規程規定。
動測報告中的實測波形質量比較差，一些單位采用高應變推算承載力的報告中，沒有提供實測波形，低應變完整性檢測的波形質量差，多為速度計測得，
在聲波透射法報告中的波形圖大多偏小。靜載實驗的內容一致性的規范不符，原始記錄潦草且涂改嚴重，基準梁安置不標準，觀測時間不充分，長度不夠，S-L曲線和Q-S曲線采用手工繪制，誤差比較大，極限承載力基本值和標準值判斷不準，原始記錄出具的檢測報告無編號或者符號大小書寫不規范。
報告結論的正確性存在一定的問題，低應變完整性檢測時以振蕩波形出報告，結論的隨意性很大，高應變檢測推算承載力時，報告中無計算公式、無實測曲線、無參數取值，僅有最終承載力值，基本上屬所謂的暗箱操作，高應變檢測的曲線擬合質量不高，擬合時間段長度也不夠。
高應變檢測采集的曲線沒有注意錘重、一致性差、落距的選擇，錘擊力不夠，分析時選用的參數不合理或過于簡單、不全。引、有一些單位沒有編制相關的檢測方案或檢測方案過于簡單、不能對整個檢測過程起到指導作用。報告的簽名不用手簽，卻采用打印，個別單位出現無證人員簽字。
2、樁基檢測的方法
樁基檢測的方法分為靜載荷試驗和動力測樁兩大類，還有鉆芯法和靜力、動力觸探以及埋設傳感器法等輔助類方法。
2.1 基樁檢測的分類
樁基的檢測類型可分為：特殊條件下或事故處理中的其它檢測；樁（墩）底持力層承載力及變形性狀的檢測；各類樁、墩、樁墻豎向或橫向承載力檢測，包括單樁及群樁承載力檢測；施工中對環境影響（如噪音、震動）的檢測；各類樁、墩及樁墻結構完整性檢測；考慮樁同作用或復合地基中樁土荷載分擔比的檢測，樁體及土體應力一應變的檢測。
樁基按檢測的時間可以分為：為設計提供依據的先期的檢測；施工階段的施工檢測；施工完成后的驗收檢測；施工階段或使用階段的鑒定檢測。
2.2 檢測的方法與討論
在進行各類樁、墩及樁墻結構完整性的檢測時，一般會采用高應變動力或低應變測樁法進行檢測，大直徑樁一般采用鉆芯法或聲波透射法進行檢測。由散體材料樁或低粘結強度樁和土組成的復合地基（碎石樁、石灰樁等），一般采用靜載荷試驗，也可以采用靜力觸探分別對樁和土進行檢測，確定復合地基的承載力。由高粘結強度樁和土組成的復合地基（水泥土樁、低標號混凝土樁等）一般采用靜載荷試驗檢測豎向的承載力。在施工工程中噪音的測試可以采用分貝計加以判定。在施工工程中由于震動對環境的影響因素，一般會采用加速度監測系統或者質點速度監測系統進行測試，也可使用地震儀進行檢測。使用階段樁體應力一應變的測試，使用鋼筋應力計，混凝土應力計或特制的傳感器。在復合地基中，樁、土荷載分擔比的檢測一般采用壓力盒或鋼弦通過靜載荷試驗進行測定，也可以采用特制的應力傳感器測試。在施工工程中由于擠土效應對于環境的影響，可以使用變形傳感器（測斜儀）進行工程的監測，也可以使用沉降變形標配合水平儀，經緯儀進行檢測。當樁長大于30m，用其它的檢測方法難以準確判定樁完整性時，可以采用抽芯的方法，也可以采用聲波透射法進行目標的檢測。
在進行樁基工程檢測時，要根據不同的情況進行檢測方法的合理選用。在動測的技術沒有取得突破性的發展之前，靜載荷試驗仍然是樁基檢測最基本最可靠的方法，動測只是為靜載實驗作補充的，是工程驗收的方法之一，動測確定承載力的方法還要進一步的完善。
3、總 結
樁基施工的質量關系到整個建筑物工程的質量，它既不同于常規的建筑材料試驗，又不同于普通建筑結構的測試。因此，不斷提高樁基檢測的質量水平，強化對樁基檢測隊伍的管理，有很重要的意義。
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關鍵詞 蘋果 蘋果輪紋病 孢子 田間監測 方法
環渤海灣蘋果主產區為農業部確定的我國蘋果兩大優勢產區之一，其氣候及主要土壤類型適于生產優質蘋果，但也適宜各種病害發生發展。山東省煙臺市是環渤海灣蘋果主產區中的主產地之一，蘋果種植面積17.3萬余hm2，年產量近400萬t，其中紅富士蘋果種植面積占蘋果種植總面積的80％以上。蘋果輪紋病[Botrvosphaeda dothidea(MOUg.)Ces.＆DeNot]為環渤海灣蘋果生產中的主要病害之一，尤其隨著易感病品種紅富士的廣泛種植，該病在各地蘋果園普遍發生，嚴重發病園果實發病率在40％以上，且蘋果枝干輪紋病發生日趨嚴重。據調查，蘋果枝干輪紋病在山東省發生最為嚴重，發病率達100％，病情指數達87.20。
當前，防治蘋果輪紋病仍以化學藥劑為主，由于果農缺乏對蘋果輪紋病流行規律的深入了解，任意增加農藥使用次數和使用量，不僅造成農藥浪費，還會導致果品農藥殘留和環境污染。蘋果輪紋病病原菌對多菌靈、戊唑醇等殺菌劑已產生了低水平抗藥性。國內外學者關于蘋果輪紋病防治方面的研究報道較多，而對蘋果輪紋病流行監測方法鮮見報道。為此，2009年我們在山東省煙臺市比較了雨水收集法和玻片黏著法對蘋果輪紋病病原菌孢子的監測效果，可為監測蘋果輪紋病孢子田間釋放動態，針對性地防治病害，抗病育苗等研究工作提供科學方法與依據，現將結果報道如下。
1 材料和方法
1.1 試驗園概況
供試品種為13年生高感蘋果輪紋病的紅富士蘋果，試驗地設在山東省煙臺市農業科學研究院蘋果園，該園具有10余年的種植蘋果歷史，果實和枝干蘋果輪紋病發生嚴重。監測樹常年均未噴施任何殺菌劑。
1.2 孢子田間釋放監測方法
(1)雨水收集法在蘋果園內選擇3～5年生、蘋果輪紋病病瘤較多的枝條，枝條的傾斜角度約45°，枝條段長30cm。在枝條段的上方和下方各綁扎布條，下方布條處掛1個細口瓶，上方布條下綁1個石塊，下方布條頭放入細口瓶內(圖版3)。在監測果園內共選擇10個枝條段，掛10個細口瓶，瓶內放人少量硫酸銅，防止收集到的孢子萌發。每次降雨后，收集10個細口瓶內所有雨水，并用5～10 mL的清水沖洗細口瓶2～3次，測量收集到的雨水和沖洗液體的總體積。將收集的液體搖動、混勻后，用血球計數板測量蘋果輪紋病病原菌孢子的濃度，并計算孢子數。
孢子數(個)=總水量(mL)×孢子濃度(個／mL)。
(2)玻片黏著法 將玻片涂有凡士林的一面貼近蘋果枝干輪紋病病斑和病瘤(圖版3)，做好編號與標記，定點監測，每隔10天左右更換1次玻片。鏡檢玻片時，在100倍的顯微視野下記錄2行內蘋果輪紋病病原菌孢子數。
1.3 監測時間
從蘋果花序分離期直到10月底或11月初監測蘋果輪紋病病原菌孢子田間釋放動態，評價2種監測方法的優勢。
2 結果與分析
雨水收集法和玻片黏著法2種方法均能從5月中旬至8月下旬收集到蘋果輪紋病病原菌孢子。采用雨水收集法，從5月14日開始監測到蘋果輪紋病病原菌孢子，5月中下旬出現孢子釋放小高峰，6月下旬至8月中下旬為孢子釋放高峰期。7月21日收集的孢子數最多，為127916個；8月21日次之，為80514個；7月12、14日收集的孢子數均在4萬個以上；6月20日和7月9日收集的孢子數均在2萬個以上；7月26日和8月27日孢子數均大于1萬個(表1)。該收集方法監測到的孢子數明顯多于玻片收集的孢子數，這是由于所選擇的枝條段含有大量蘋果輪紋病病斑和病瘤，體現了蘋果輪紋病病原菌孢子釋放動態的整體水平。
采用玻片黏著法，同樣是在5月14日開始監測到蘋果輪紋病病原菌孢子，5月中下旬出現孢子釋放小高峰。7月23、30日收集的孢子數最多，分別為1060、1030個；其次為8月21日和7月14日，收集的孢子數分別為678、485個(表1)。孢子釋放高峰期同雨水收集法的結果基本一致，但孢子數遠遠低于雨水收集法。這與玻片黏著法的特點有關，該方法主要將玻片貼近單個蘋果輪紋病病斑，導致了菌源數量較少，但該種方法可從微觀上體現單個病斑或病瘤的孢子釋放特點，還可研究與評價單個分生孢子器釋放孢子的能力。
3 結論與討論
本研究評價了雨水收集法和玻片黏著法收集蘋果輪紋病病原菌孢子的效果。這2種方法分別可在宏觀和微觀角度上研究蘋果輪紋病病原菌孢子的田間釋放規律，從而為深入開展蘋果輪紋病病原菌孢子群體特性和個體特性等方面研究提供技術與方法。孢子釋放與否同降水關系密切，只有在降水后才能監測到孢子，且釋放出的孢子隨著雨水流動進行傳播與侵染。因2009年后期元降水；雨水收集法和玻片黏著法分別在8月27日和9月11日后均未能收集到病原菌孢子。陳功友曾提到蘋果輪紋病病原菌孢子的分生孢子器自2月開始開口釋放孢子，在5-6月為釋放高峰期。本試驗監測的煙臺地區蘋果輪紋病病原菌孢子釋放始期、高峰期與陳功友報道的有所不同，這可能與不同地區氣候條件有差異等因素有關。
蘋果輪紋病可嚴重為害蘋果果實和枝條，從而導致大量爛果，削弱樹勢，嚴重時死枝，尤其是可引起花、芽、枝死亡，造成的損失不可估量。蘋果輪紋病主要侵染來源為枝干，確定該病病原菌孢子的監測方法，可有針對性地開展蘋果枝干輪紋病病斑孢子釋放動態的研究，對于確定防治關鍵期具有十分重要的作用。
參考文獻
1 高艷敏，沈永波；張恩堯，等，蘋果輪紋病發生規律及條件的研究，安徽農業科學
關鍵字:入侵檢測;協議分析;模式匹配;智能關聯a
1引言
入侵檢測技術是繼“防火墻”、“數據加密”等傳統安全保護措施后新一代的安全保障技術,它對計算機和
網絡資源上的惡意使用行為進行識別和響應,不僅檢測來自外部的入侵行為,同時也監督內部用戶的未授權活動。但是隨著網絡入侵技術的發展和變化以及網絡運用的不斷深入,現有入侵檢測系統暴露出了諸多的問題。特別是由于網絡流量增加、新安全漏洞未更新規則庫和特殊隧道及后門等原因造成的漏報問題和IDS攻擊以及網絡數據特征匹配的不合理特性等原因造成的誤報問題,導致IDS對攻擊行為反應遲緩,增加安全管理人員的工作負擔,嚴重影響了IDS發揮實際的作用。
本文針對現有入侵監測系統誤報率和漏報率較高的問題,對幾種降低IDS誤報率和漏報率的方法進行研究。通過將這幾種方法相互結合,能有效提高入侵檢測系統的運行效率并能大大簡化安全管理員的工作,從而保證網絡
安全的運行。
2入侵檢測系統
入侵是對信息系統的非授權訪問及(或)未經許可在信息系統中進行操作,威脅計算機或網絡的安全機制(包括機密性、完整性、可用性)的行為。入侵可能是來自外界對攻擊者對系統的非法訪問,也可能是系統的授權用戶對未授權的內容進行非法訪問,入侵檢測就是對企圖入侵、正在進行的入侵或已經發生的入侵進行識別的過程。入侵檢測系統IDS(IntrusionDetectionSystem)是從多種計算機系統機及網絡中收集信息,再通過這些信息分析入侵特征的網絡安全系統。
現在的IDS產品使用的檢測方法主要是誤用檢測和異常檢測。誤用檢測是對不正常的行為進行建模,這些行為就是以前記錄下來的確認了的誤用或攻擊。目前誤用檢測的方法主要是模式匹配,即將每一個已知的攻擊事件定義為一個獨立的特征,這樣對入侵行為的檢測就成為對特征的匹配搜索,如果和已知的入侵特征匹配,就認為是攻擊。異常檢測是對正常的行為建模,所有不符合這個模型的事件就被懷疑為攻擊。現在異常檢測的主要方法是統計模型,它通過設置極限閾值等方法,將檢測數據與已有的正常行為比較,如果超出極限閾值,就認為是入侵行為。
入侵檢測性能的關鍵參數包括:(1)誤報:實際無害的事件卻被IDS檢測為攻擊事件。(2)漏報:攻擊事件未被IDS檢測到或被分析人員認為是無害的。
3降低IDS誤報率方法研究
3.1智能關聯
智能關聯是將企業相關系統的信息(如主機特征信息)與網絡IDS檢測結構相融合,從而減少誤報。如系統的脆弱性信息需要包括特定的操作系統(OS)以及主機上運行的服務。當IDS使用智能關聯時,它可以參考目標主機上存在的、與脆弱性相關的所有告警信息。如果目標主機不存在某個攻擊可以利用的漏洞,IDS將抑制告警的產生。
智能關聯包括主動和被動關聯。主動關聯是通過掃描確定主機漏洞;被動關聯是借助操作系統的指紋識別技術,即通過分析IP、TCP報頭信息識別主機上的操作系統。
3.1.1被動指紋識別技術的工作原理
被動指紋識別技術的實質是匹配分析法。匹配雙方一個是來自源主機數據流中的TCP、IP報頭信息,另一個是特征數據庫中的目標主機信息,通過將兩者做匹配來識別源主機發送的數據流中是否含有惡意信息。通常比較的報頭信息包括窗口(WINDOWSIZE)、數據報存活期(TTL)、DF(dontfragment)標志以及數據報長(Totallength)。
窗口大小(wsize)指輸入數據緩沖區大小,它在TCP會話的初始階段由OS設定。數據報存活期指數據報在被丟棄前經過的跳數(hop);不同的TTL值可以代表不同的操作系統(OS),TTL=64,OS=UNIX;TTL=12,OS=Windows。DF字段通常設為默認值,而OpenBSD不對它進行設置。數據報長是IP報頭和負載(Payload)長度之和。在SYN和SYNACK數據報中,不同的數據報長代表不同的操作系統,60代表Linux、44代表Solaris、48代表Windows2000。
IDS將上述參數合理組合作為主機特征庫中的特征(稱為指紋)來識別不同的操作系統。如TTL=64,初步判斷OS=Linux/OpenBSD;如果再給定wsize的值就可以區分是Linux還是OpenBSD。因此,(TTL,wsize)就可以作為特征庫中的一個特征信息。3.1.2被動指紋識別技術工作流程
具有指紋識別技術的IDS系統通過收集目標主機信息,判斷主機是否易受到針對某種漏洞的攻擊,從而降低誤報率。
因此當IDS檢測到攻擊數據包時,首先查看主機信息表,判斷目標主機是否存在該攻擊可利用的漏洞;如果不存在該漏洞,IDS將抑制告警的產生,但要記錄關于該漏洞的告警信息作為追究法律責任的依據。這種做法能夠使安全管理員專心處理由于系統漏洞產生的告警。
3.2告警泛濫抑制
IDS產品使用告警泛濫抑制技術可以降低誤報率。在利用漏洞的攻擊勢頭逐漸變強之時,IDS短時間內會產生大量的告警信息;而IDS傳感器卻要對同一攻擊重復記錄,尤其是蠕蟲在網絡中自我繁殖的過程中,這種現象最為重要。
所謂“告警泛濫”是指短時間內產生的關于同一攻擊的告警。IDS可根據用戶需求減少或抑制短時間內同一傳感器針對某個流量產生的重復告警。這樣。網管人員可以專注于公司網絡的安全狀況,不至于為泛濫的告警信息大傷腦筋。告警泛濫抑制技術是將一些規則或參數(包括警告類型、源IP、目的IP以及時間窗大小)融入到IDS傳感器中,使傳感器能夠識別告警飽和現象并實施抵制操作。有了這種技術,傳感器可以在告警前對警報進行預處理,抑制重復告警。例如,可以對傳感器進行適當配置,使它忽略在30秒內產生的針對同一主機的告警信息;IDS在抑制告警的同時可以記錄這些重復警告用于事后的統計分析。
3.3告警融合
該技術是將不同傳感器產生的、具有相關性的低級別告警融合成更高級別的警告信息,這有助于解決誤報和漏報問題。當與低級別警告有關的條件或規則滿足時,安全管理員在IDS上定義的元告警相關性規則就會促使高級別警告產生。如掃描主機事件,如果單獨考慮每次掃描,可能認為每次掃描都是獨立的事件,而且對系統的影響可以忽略不計;但是,如果把在短時間內產生的一系列事件整合考慮,會有不同的結論。IDS在10min內檢測到來自于同一IP的掃描事件,而且掃描強度在不斷升級,安全管理人員可以認為是攻擊前的滲透操作,應該作為高級別告警對待。例子告訴我們告警融合技術可以發出早期攻擊警告,如果沒有這種技術,需要安全管理員來判斷一系列低級別告警是否是隨后更高級別攻擊的先兆;而通過設置元警告相關性規則,安全管理員可以把精力都集中在高級別警告的處理上。元警告相關性規則中定義參數包括時間窗、事件數量、事件類型IP地址、端口號、事件順序。
4降低IDS漏報率方法研究
4.1特征模式匹配方法分析
模式匹配是入侵檢測系統中常用的分析方法,許多入侵檢測系統如大家熟知的snort等都采用了模式匹配方法。
單一的模式匹配方法使得IDS檢測慢、不準確、消耗系統資源,并存在以下嚴重問題:
(1)計算的負載過大,持續該運算法則所需的計算量極其巨大。
(2)模式匹配特征搜索技術使用固定的特征模式來探測攻擊,只能探測明確的、唯一的攻擊特征,即便是基于最輕微變換的攻擊串都會被忽略。
(3)一個基于模式匹配的IDS系統不能智能地判斷看似不同字符串/命令串的真實含義和最終效果。在模式匹配系統中,每一個這樣的變化都要求攻擊特征數據庫增加一個特征記錄。這種技術攻擊運算規則的內在缺陷使得所謂的龐大特征庫實際上是徒勞的,最后的結果往往是付出更高的計算負載,而導致更多的丟包率,也就產生遺漏更多攻擊的可能,特別是在高速網絡下,導致大量丟包,漏報率明顯增大。
可見傳統的模式匹配方法已不能適應新的要求。在網絡通信中,網絡協議定義了標準的、層次化、格式化的網絡數據包。在攻擊檢測中,利用這種層次性對網絡協議逐層分析,可以提高檢測效率。因此,在數據分析時將協議分析方法和模式匹配方法結合使用,可以大幅度減少匹配算法的計算量,提高分析效率,得到更準確的檢測結果。超級秘書網
4.2協議分析方法分析
在以網絡為主的入侵檢測系統中,由于把通過網絡獲得的數據包作為偵測的資料來源,所以數據包在網絡傳輸中必須遵循固定的協議才能在電腦之間相互溝通,因此能夠按照協議類別對規則集進行分類。協議分析的原理就是根據現有的協議模式,到固定的位置取值(而不式逐一的去比較),然后根據取得的值判斷其協議連同實施下一步分析動作。其作用是非類似于郵局的郵件自動分撿設備,有效的提高了分析效率,同時還能夠避免單純模式匹配帶來的誤報。
根據以上特點,能夠將協議分析算法用一棵協議分類樹來表示,如圖2所示。這樣,當IDS進行模式匹配時,利用協議分析過濾許多規則,能夠節省大量的時間。在任何規則中關于TCP的規則最多,大約占了50%以上,因此在初步分類后,能夠按照端口進行第二次分類。在兩次分類完成后,能夠快速比較特征庫中的規則,減少大量不必要的時間消耗。如有必要,還可進行多次分類,盡量在規則樹上分叉,盡可能的縮減模式匹配的范圍。
每個分析機的數據結構中包含以下信息:協議名稱、協議代號以及該協議對應的攻擊檢測函數。協議名稱是該協議的唯一標志,協議代號是為了提高分析速度用的編號。為了提高檢測的精確度,可以在樹中加入自定義的協議結點,以此來細化分析數據,例如在HTTP協議中可以把請求URL列入該樹中作為一個結點,再將URL中不同的方法作為子節點。
分析機的功能是分析某一特定協議的數據,得出是否具有攻擊的可能性存在。一般情況下,分析機盡可能的放到樹結構的葉子結點上或盡可能的靠近葉子結點,因為越靠近樹根部分的分析機,調用的次數越多。過多的分析機聚集在根部附近會嚴重影響系統的性能。同時葉子結點上的協議類型劃分越細,分析機的效率越高。
因此,協議分析技術有檢測快、準確、資源消耗少的特點,它利用網絡協議的高度規則性快速探測攻擊的存在。
5結束語
本文對幾種降低IDS誤報率和漏報率的方法進行分析研究,通過將這幾種方法相互結合,能有效提高入侵檢測系統的運行效率并能大大簡化安全管理員的工作,從而保證網絡安全的運行。由于方法論的問題,目前IDS的誤報和漏報是不可能徹底解決的。因此,IDS需要走強化安全管理功能的道路,需要強化對多種安全信息的收集功能,需要提高IDS的智能化分析和報告能力,并需要與多種安全產品形成配合。只有這樣,IDS才能成為網絡安全的重要基礎設施。
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關鍵詞：減速器優化設計
傳統的減速器設計一般通過反復的試湊、校核確定設計方案，雖然也能獲得滿足給定條件的設計效果，但一般不是最佳的。為了使減速器發揮最佳性能，必須對減速器進行優化設計，減速器的優化設計可以在不同的優化目標下進行。除了一些極為特殊的場合外，通?？梢苑譃閺慕Y構形式上追求最小的體積(重量)、從使用性能方面追求最大的承載能力、從經濟效益角度考慮追求最低費用等三大類目標。第一類目標與第二類目標體現著減速器設計中的一對矛盾，即體積(重量)與承載能力的矛盾。在一定體積下，減速器的承載能力是有限的；在承載能力一定時，減速器體積(重量)的減小是有限的。由此看來，這兩類目標所體現的本質是一樣的。只是前一類把一定的承載能力作為設計條件，把體積(重量)作為優化目標；后一類反之，把一定的體積(重量)作為設計條件，把承載能力作為優化目標。第三類目標的實現，將涉及相當多的因素，除減速器設計方案的合理性外，還取決于企業的勞動組織、管理水平、設備構成、人員素質和材料價格等因素。但對于設計人員而言，該目標最終還是歸結為第一類或第二類目標，即減小減速器的體積或增大其承載能力。
一、單級圓柱齒輪減速器的優化設計
單級主減速器可由一對圓錐齒輪、一對圓柱齒輪或由蝸輪蝸桿組成，具有結構簡單、質量小、成本低、使用簡單等優點。但是其主傳動比i0不能太大，一般i0≤7，進一步提高i0將增大從動齒輪直徑，從而減小離地間隙，且使從動齒輪熱處理困難。單級主減速器廣泛應用于轎車和輕、中型貨車的驅動橋中。單級圓柱齒輪減速器以體積最小為優化目標的優化設計問題，是一個具有16個不等式約束的6維優化問題，其數學模型可簡記為：
minf(x)x=[x1x2x3x4x5x6]T∈R6S.t.gj(x)≤0(j=1，2，3∧，16)
采用優化設計方法后，在滿足強度要求的前提下，減速器的尺寸大大地降低，減少了用材及成本，提高了設計效率和質量。優化設計法與傳統設計密切相關，優化設計是以傳統設計為基礎，沿用了傳統設計中積累的大量資料，同時考慮了傳統設計所涉及的有關因素。優化設計雖然彌補了傳統設計的某些不足，但該設計法仍有其局限性，因此可在優化設計中引入可靠性技術、模糊技術，形成可靠性優化設計或模糊可靠性優化設計等現代設計法，使工程設計技術由“硬”向“軟”發展。
二、混凝土攪拌運輸車減速器的優化設計
1.主要參數
混凝土攪拌運輸車攪拌筒(罐)的設計容積為8～10m3，最大安裝角度12°，工作轉速2～4r/min和10～12r/min(卸料時的反向轉速)；減速器設計傳動比131∶1，最大輸出轉矩60kN·m，要求傳動效率高、密封性好、噪聲低、互換性強。2.2結構設計主要包括前蓋組件、被動輪組件、第一級行星輪總成、第二級行星輪總成、機體中部組件和法蘭盤組件6大部分。機體間采用螺栓和銷釘連接與定位，機體與內齒圈之間采用彈性套銷的均載機構。為便于用戶在使用時裝配與拆卸，減速器主軸線與安裝面設計有15°的傾角，法蘭盤軸線可以向X、Y和Z方向擺動±6°，并選用專用球面軸承作為支承。軸承裝入行星輪中，彈簧擋圈裝在軸承外側且軸向間隙≤0.2mm，減速器最大外形尺寸467mm×460mm×530mm，總質量(不含油)為290kg。
2.傳動系統設計
該減速器采用3級減速方案：第一級為高速圓柱齒輪傳動，其余兩級為NGW型行星齒輪傳動。其中，第二、三級分別有3個和4個中空式行星輪，行星輪安裝在單臂式行星架上，行星架浮動且采用滾動軸承作為支承；第二級行星架與法蘭盤之間采用鼓形齒雙聯齒輪聯軸器連接，混凝土攪拌運輸車減速器對齒面接觸疲勞強度、齒根彎曲疲勞強度和齒面磨損等要求十分苛刻，因此合理地選擇變位系數和進行修形計算十分重要。
三、減速器優化設計的數學模型
1.目標函數
對于C型問題，目標函數是A=min{f(x)}=min{f(x1，x2，…，xn)}式中：A——減速器總中心距，即各級中心距之和；x——各設計變量(包括各級中心距、模數、螺旋角、齒數、齒寬和變位系數等)；n——設計變量的個數。對于P型問題，目標函數是P=max{f(x)}=max{f(x1，x2，…，xn)}。式中：P——減速器的許可承載功率；x——同C型；n——同C型。
2.約束條件
約束條件是判斷目標函數中設計變量的取值是否可行的一些規定，因此減速器優化設計過程中提出的每一個供選擇的設計方案；都應當由滿足全部約束條件的優化變量所構成。對于減速器來說，在列出優化設計的約束條件時，應當從各個方面細致周全的予以考慮。例如，設計變量本身的取值規則，齒輪與其它零件之間應有的關系等等。減速器優化設計應考慮以下約束條件：
（1）設計變量取值的離散性約束
齒數：每個齒輪的齒數應當是整數；模數：齒輪模數應符合標準模數系列(GB1357-78)；中心距：為避免制造和維護中的各種麻煩，中心距以10mm為單位步長。
（2）設計變量取值的上下界約束
螺旋角：對直齒輪為零，斜齒輪按工程上的使用范圍取8°~15°；總變位系數：由于總變位系數將影響齒輪的承載能力，常取為0~0.8。
（3）齒輪的強度約束
齒輪強度約束是指齒輪的齒面接觸疲勞強度與輪齒的彎曲疲勞強度，這兩項計算根據國家標準GB3480-83中的方法進行。強度是否夠，根據實際安全系數是否達到或超出預定的安全系數進行檢驗。
（4）齒輪的根切約束
為避免發生根切，規定最小齒數，直齒輪為17，斜齒輪為14~16。
（5）零件的干涉約束
要求中心距、齒頂圓和軸徑這三者之間滿足無干涉的幾何關系。對于三級傳動的減速器(如圖1)，干涉約束相當于兩個約束：第二級中心距應大于第一級大齒輪齒頂圓半徑與第三級小齒輪頂圓半徑之和；第三級中心距應大于第二級大齒輪頂圓半徑與第4軸半徑之和。而二級齒輪傳動類推。
四、結語
機械優化設計是在常規機械設計的基礎上發展和延伸的新設計方法，而減速器的優化就是其中之一，是以傳統設計為基礎、沿用了傳統設計中積累的大量資料，同時考慮了傳統設計所涉及的有關因素。在實際應用中已產生了較好的技術經濟效果，減少了用材及成本，提高了設計效率和質量，使減速器發揮了最佳性能。
參考文獻：
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[4]梁曉光.優化設計方法在齒輪減速器設計中的應用[J].山西機械，2003.
關鍵詞：汽輪機葉輪 無損檢測 超聲表面波檢測 超聲爬波檢測
無損檢測是工業發展必不可少的有效工具,在一定程度上反映了一個國家的工業發展水平,其重要性已得到公認。無損檢測的最大特點就是能在不損壞試件材質、結構的前提下進行檢測,所以實施無損檢測后,產品的檢查率可以達到100%。但是,并不是所有需要測試的項目和指標都能進行無損檢測,無損檢測技術也有自身的局限性。某些試驗只能采用破壞性試驗,因此,在目前無損檢測還不能代替破壞性檢測。文中汽輪機轉子無損檢測采用超聲檢測。汽輪機轉子的無損檢測是一項系統工程,涉及汽輪機和金屬材料等多個專業。為使轉子安全運行及其壽命的檢測提供可靠數據,文中針對葉輪介紹了多種檢測手段,并總結出相對成熟的檢測方法,
根據DL438-2009《火力發電廠金屬技術監督規程》標準要求,規定調節級葉輪變截面處和熱槽等部位在制造過程與日常檢修中應進行外圓探傷和硬度檢測。
1、汽輪機轉子材料軟化特性和硬度測量意義
汽輪機轉子由主軸、葉輪或轉鼓、動葉片和聯軸器等汽輪機旋轉部件組成的組合體。在高溫環境下轉子工作,由于蠕變、疲勞等因素,導致材質等出現老化的情況。CrMoV轉子鋼材質老化現象的典型特征之一就是材料軟化,其表現特征就是材料硬度降低。硬度是衡量部件軟化的一個重要指標。有研究表明,在轉子聯軸節處,由于運行溫度降低,可以認為保持了原始材料的性能,但其它部位,特別是高溫部分,硬度有很大的降低,最低達到H_V≈80。隨著材料硬度降低,相應的蠕變斷裂時間減少,即蠕變斷裂壽命下降,疲勞斷裂循環次數顯著減小。
根據《電站汽輪機轉子無損檢測標準》,有關轉子硬度的檢測規定如下:(l)試驗時間:硬度檢測的時間從轉子生產過程一開始就適用,對運行中的轉子則在定時大修情況下進行。(2)試驗位置:為了調查轉子高溫部位的時效變化,試驗位置應選擇在易受熱疲勞的高溫部位。另外,轉子鑄件生產制造時期的試驗位置應與運行中的轉子檢修時測定位置相同。(3)試驗方法:要求選定的試驗位置上測量5點,但各點試驗壓痕間的距離必須大于壓痕直徑的兩倍。
2、調節級葉輪裂紋的超聲波檢驗
調節級葉輪R過渡區位置較窄,此區域因承受高溫高壓工況,加之水汽的影響,表面覆蓋一層較厚的氧化皮,因而常用的滲透和磁粉檢驗受到限制。分別采用超聲表面波和超聲爬波兩種不同波形檢測,對表面和近表面的裂紋或其它缺陷有較滿意的效果。
2.1 超聲表面波檢測R過渡區缺陷
近表面缺陷檢測時,表面波的能量集中于表面下兩個波長之內,檢測表面裂紋靈敏度極高,并且表面波的強度法和時延法可以較為準確地測定裂紋深度,如圖l所示。
但是,對于表面粗糙的工件,在堆焊層部位等會出現干擾雜波,使探測靈敏度大大下降。表面波傳播中遇到工件的棱邊會產生反射波,如果棱邊存在倒角,即可以更多能量通過圓弧面,調節級葉輪及過渡區表面波同樣有較多能量通過,只有存在裂紋波時會發生強烈反射。
(1)表面波探傷時儀器時基線調整掃描速度調整方法與普通探頭不一樣,入射點按探頭前沿計算。調節時,將探頭對準試塊棱邊,回波信號按水平距離調節成一定比例。(2)探傷靈敏度調整探頭對準直角棱邊,調整棱邊回波高度達到標準值(如滿屏的80%),再增益21dB作為探傷靈敏度。對于5MHz的探頭,此靈敏度相當于發現0.1mm的裂紋。
2.2 超聲爬波檢測R過渡區缺陷
爬坡是指表面下縱波,它是縱波從第一介質的第一臨界角附近的角度入射于第二介質時在第二介質中產生的表面下縱波。在第二介質中,除了表面下縱波外還有其它波型。前者以縱波速度傳播,通常稱其為“爬波”,相應的探頭成為爬波探頭。圖2為超聲爬波檢測調節級葉輪R過渡區裂紋,可探測最大深度)≥15mm,圖3為利用爬波檢測技術測量表面裂紋。
圖2 超聲爬波檢測調節級葉輪R過渡區
圖3 用爬波檢測測量表面裂紋
(1)超聲爬波探傷時儀器時基線調整 掃描速度調整與表面波調整方法相似,亦可以當人工裂紋與探頭前沿并齊時,使裂紋位于時基線20處,比例為1:1。(2)探傷靈敏度調節 根據裂紋試塊上裂紋深度和裂紋反射波高成正比關系,選擇0.5mm或更高增益作為探傷靈敏度。
3、調節級前后彈性槽(熱槽)超聲縱波檢驗
調節級前端存在彈性槽(熱槽),常規的超聲波檢驗探頭無法實施。為了實現外圓檢測,可使用矩形晶片直人射縱波探頭或00-40TR雙晶探頭放置在彈性槽內進行周向掃查。靈敏度調節采用底波方法及試塊方法,底波法無需再制作試塊。轉子結構有中心孔和無中心孔實心轉子兩種。實心轉子圓柱體曲底面調節靈敏度時的當量計算如下:
式中:――平底孔缺陷至探測面距離;
――鑄件底面至探測面距離;
――材質衰減系數;
I――波長;
――平底孔缺陷的當量直徑;
――中心孔圓柱面與平底孔缺陷的回波分貝差。
對于熱槽內裂紋,常用表面檢測方法(如滲透著色法、磁粉法)檢測,由于存在矩形槽,很難實施常規的程序。在實際操作時,采用點式渦流探傷方法不僅能檢出缺陷,而且能測量出裂紋深度,是一種值得推廣的方法。
4、壽命預測
某電廠汽輪機截止大修時累計運行123208h,啟停336次。大修時,發現汽輪機轉子前軸封高溫段1,2號彈性槽底部圓弧過度圓角處分別存在周向斷續裂紋1條,深約2mm;周向連續裂紋2條,裂紋張口0.5-0.6mm,深約7mm。在對轉子鋼30CrMoV進行材質分析時,發現1,2號彈性槽底及調節級前葉輪根部表面維氏硬度值由最初的203降到目前的173。室溫下屈服強度467MPa也比標準屈服強度686MPa低很多。
按常規,必須對1,2號彈性槽底部裂紋進行車削處理,改進原彈性槽結構尺寸。同時,從1,2號彈性槽底的裂紋來看,調節級工作溫度最高,溫度變化也最強烈,其葉輪根部的壽命損耗也應該很大。因此,還應該對調節級葉輪根部表面進行預測和分析。
根據上述致裂壽命預測方法,通過查詢現存運行檔案、啟停和調峰情況,對汽輪機轉子調節級前葉輪根部表面進行了在蠕變疲勞交互作用下壽命損耗的計算,表1為該處在各運行時段壽命損耗情況。
從表1結果看,到這次大修時,壽命總損耗達到86.391%,接近轉子表面萌生裂紋程度,應對調節級前葉輪根部進行研磨處理,消除損傷表層,增加使用壽命。如不作任何處理,繼續運行2年,則壽命總損耗將達到109.718%,調節級前葉輪根部表面將出現裂紋。若對調節級前葉輪根部進行研磨處理,可使表面硬度恢復到Hv=193,繼續運行2年,壽命總損耗僅為13.755%。因此,對轉子表面進行研磨處理是必要的。
