物理学给人类提供了大量的物质财富,同时也提供了精神财富。物理学的高技术和强渗透性也使之成为社会发展的重要推动力。下面是我为大家整理的物理学论文,供大家参考。
摘要:论述了X射线的发现,不仅对医学诊断有重大影响,还直接影响20世纪许多重大发现;半导体的发明,使微电子产业称雄20世纪,并促进信息技术的高速发展,物理学是计算机硬件的基础;原子能理论的提出,使原子能逐步取代石化能源,给人类提供巨大的清洁能源;激光理论的提出及激光器的发明,使激光在工农业生产、医疗、通信、军事上得到广泛应用;蓝光LED的发明,将点亮整个21世纪.事实告诉我们,是物理学推动科技创新,由此得出结论:物理学是科技创新的源泉.昭示人们,高校作为培养人才的场所,理工科要重视大学物理课程.
关键词:X射线;半导体;原子能;激光;蓝光LED;科技创新;大学物理
1引言
物理学是一门研究物质世界最基本的结构、最普遍的相互作用以及最一般的运动规律的科学[1-3],其内容广博、精深,研究方法多样、巧妙,被视为一切自然科学的基础.纵观物理学发展历史可以发现:其蕴含的科学思维和科学方法能够有效促进学生能力的培养和知识的形成,同时,其每一次新的发现都会带动人类社会的科技创新和科技发展.正因如此,大学物理成为了高等学校理、工科专业必修的一门基础课程.按照教育部颁发的相关文件要求[4-5],大学物理课程最低学时数为126学时,其中理科、师范类非物理专业不少于144学时;大学物理实验最低学时数为54学时,其中工科、师范类非物理专业不少于64学时.然而调查显示,众多高校(尤其是新建本科院校)并没有严格按照教育部颁发的课程基本要求开设大学物理及其实验课程.他们往往打着“宽口径、应用型”的晃子,大幅压缩大学物理和大学物理实验课程的学时,如今,大学物理及其实验课程的总学时数实际仅为32-96学时,远远低于教育部要求的最低标准(180学时).试问这么少的课时怎么讲丰富、深奥的大学物理?怎么能够真正发挥出大学物理的作用?于是有的院、系要求只讲力学,有的要求只讲热学,有的则要求只讲电磁学,…面对这种情况,大学物理的授课教师在无奈状态下讲授大学物理.从《大学物理课程报告论坛》上获悉,这不是个别学校的做法,在全国具有普遍性.殊不知,力、热、光、电磁、原子是一个完整的体系,相互联系,缺一不可.这种以消减教学内容为代价,解决课时不足的做法,就如同削足适履,是对教育规律不尊重,是管理者思想意识落后的一种体现.本文且不论述物理学是理工科必修的一门基础课,只论及物理学是科技创新的源泉这一命题,以期提高教育管理者对大学物理课程重要性的认识.
2物理学是科技创新的源泉
且不说力学和热力学的发展,以蒸汽机为标志引发了第一次工业革命,欧洲实现了机械化;且不说库伦、法拉第、楞次、安培、麦克斯韦等创立的电磁学的发展,以电动机为标志引发了第二次工业革命,欧美实现了电气化.这两次工业革命没有发生在中国,使中国近代落后了.本文着重论述近代物理学的发展对科学技术的巨大推动作用,从而得出结论:物理学是科技创新的源泉.1895年,威廉•伦琴(WilhelmR魻ntgen)发现X射线,这种射线在电场、磁场中不发生偏转,穿透能力很强,由于当时不知道它是什么,故取名X射线.直到1912年,劳厄(MaxvonLaue)用晶体中的点阵作为衍射光栅,确定它是一种光波,波长为10-10m的数量级[6].伦琴获1901年诺贝尔物理学奖,他发现的X射线开创了医学影像技术,利用X光机探测骨骼的病变,胸腔X光片诊断肺部病变,腹腔X光片检测肠道梗塞.CT成像也是利用X射线成像,CT成像既可以提供二维(2D)横切面又可以提供三维(3D)立体表现图像,它可以清楚地展示被检测部位的内部结构,可以准确确定病变位置.当今,各医院都设置放射科,X射线在医学上得到充分利用.X射线的发现不仅对医学诊断有重大影响,还直接影响20世纪许多重大科学发现.1913-1914年,威廉•享利•布拉格(willianHenrgBragg)和威廉•劳仑斯•布拉格(WillianLawrenceBragg)提供布拉格方程[6,P140]2dsinα=kλ(k=1,2,3…)式中d为晶格常数,α为入射光与晶面夹角,λ为X射线波长.布拉格父子提出使用X射线衍射研究晶体原子、分子结构,创立了X射线晶体结构分析这一学科,布拉格父子获1915年诺贝尔物理学奖.当今,X射线衍射仪不仅在物理学研究,而且在化学、生物、地质、矿产、材料等学科得到广泛应用,所有从事自然科学研究的科研院所和大多数高等学校都有X射线衍射仪,它是研究物质结构的必备仪器.1907年,威廉•汤姆孙(W•Thomson)发现电子,电子质量me=×10-31kg,电子荷电e=×10-19C.电子的荷电性引发了20世纪产生革命.1947年,美国的巴丁、布莱顿和肖克利研究半导体材料时,发现Ge晶体具有放大作用,发明了晶体三极管,很快取代电子管,随后晶体管电路不断向微型化发展.1958年,美国的工程师基尔比制成第一批集成电路.1971年,英特尔公司的霍夫把计算机的中央处理器的全部功能集成在一块芯片上,制成世界上第一个微处理器.80年代末,芯片上集成的元件数已突破1000万大关.微电子技术改变了人类生活,微电子技术称雄20世纪,进入21世纪微电子产业仍继续称雄.到各个工业区看看,发现电子厂比比皆是,这真是小小电子转动了整个地球啊!电子不仅具有荷电性,还具有荷磁性.
1925年,乌伦贝克—哥德斯密脱(Uhlenbeck-Goudsmit)提出自旋假说,每个电子都具有自旋角动量S轧,它在空间任意方向上的投影只可能取两个数值,Sz=±h2;电子具有荷磁性,每个电子的磁矩为MSz=芎μB(μB为玻尔磁子)[7].电子的荷磁性沉睡了半个多世纪,直到1988年阿贝尔•费尔(AlberFert)和彼得•格林贝格尔(PeterGrünberg)发现在Fe/Cr多层膜中,材料的电阻率受材料磁化状态的变化呈显著改变,其机理是相临铁磁层间通过非磁性Cr产生反铁磁耦合,不加磁场时电阻率大,当外加磁场时,相邻铁磁层的磁矩方向排列一致,对电子的散射弱,电阻率小.利用磁性控制电子的输运,提出巨磁电阻效应(giantmagnetoresistance,GMR),磁电阻MR定义MR=ρ(0)+ρ(H)ρ(0)×100%式中ρ(0)为零场下的电阻率,ρ(H)为加场下的电阻率[8].GMR效应的发现引起科技界强烈关注,1994年IBM公司依据巨磁电阻效应原理,研制出“新型读出磁头”,此前的磁头是用锰铁磁体,磁电阻MR只有1%-2%,而新型读出磁头的MR约50%,将磁盘记录密度提高了17倍,有利于器件小型化,利用新型读出磁头的MR才出现笔记本电脑、MP3等,GMR效应在磁传感器、数控机库、非接触开关、旋转编码器等方面得到广泛应用.阿尔贝?费尔和彼得?格林贝格尔获2007年诺贝尔物理学奖.1993年,Helmolt等人[9]在La2/3Ba1/3MnO3薄膜中观察到MR高达105%,称为庞磁电阻(Colossalmagnetoresistance,CMR),钙钛矿氧化物中有如此高的磁电阻,在磁传感、磁存储、自旋晶体管、磁制冷等方面有着诱人的应用前景,引起凝聚态物理和材料科学科研人员的极大关注[10-12].然而,CMR效应还没有得到实际应用,原因是要实现大的MR需要特斯拉量级的外磁场,问题出在CMR产生的物理机制还没有真正弄清楚.1905年,爱因斯坦提出[13]:“就一个粒子来说,如果由于自身内部的过程使它的能量减小了,它的静质量也将相应地减小.”提出著名的质能关系式△E=△m莓C2式中△m.表示经过反应后粒子的总静质量的减小,△E表示核反应释放的能量.爱因斯坦又提出实现热核反应的途径:“用那些所含能量是高度可变的物体(比如用镭盐)来验证这个理论,不是不可能成功的.”按照爱因斯坦的这一重大物理学理论,1938年物理学家发现重原子核裂变.核裂变首先被用于战争,1945年8月6日和9日,美国对日本的广岛和长崎各投下一颗原子弹,迫使日本接受《波茨坦公告》,于8月15日宣布无条件投降.后来原子能很快得到和平利用,1954年莫斯科附近的奥布宁斯克原子能发电站投入运行.2009年,美国有104座核电站,核电站发电量占本国发电总量的20%,法国有59台机组,占80%;日本有55座核电站,占30%.截至2015年4月,我国运行的核电站有23座,在建核电站有26座,产能为千兆瓦,核电站发电量占我国发电总量不足3%,所以我国提出大力发展核电,制定了到2020年核电装机总容量达到58千兆瓦的目标.核能的利用,一方面减少了化石能源的消耗,从而减少了产生温室效应的气体———二氧化碳的排放,另一方面有力地解决能源危机.利用海水中的氘和氚发生核聚变可以产生巨大能量,受控核聚变正在研究中,若受控核聚变研究成功将为人类提供取之不尽用之不竭的能量.那时,能源危机彻底解除.
20世纪最杰出的成果是计算机,物理学是计算机硬件的基础.从1946年计算机问世以来,经历了第一至第五代,计算机硬件中的电子元件随着物理学的进步,依次经历了电子管、晶体管、中小规模集成电路、大规模集成电路、超大规模集成电路;主存储器用的是磁性材料,随着物理学的进步,磁性材料的性能越来越高,计算机的硬盘越来越小.近日在第十六届全国磁学和磁性材料会议(2015年10月21—25日)上获悉,中科院强磁场中心、中科院物理所等,正在对斯格明子(skyrmions)进行攻关,斯格明子具有拓扑纳米磁结构,将来的笔记本电脑的硬盘只有花生大小,ipod平板电脑的硬盘缩小到米粒大小.量子力学催生出隧道二极管,量子力学指导着研究电子器件大小的极限,光学纤维的发明为计算机网络提供数据通道.
1916年,爱因斯坦提出光受激辐射原理,时隔44年,哥伦比亚大学的希奥多•梅曼(TheodoreMaiman)于1960制成第一台激光器[14].由于激光具有单色性好,相干性好,方向性好和亮度高等特点,在医疗、农业、通讯、金属微加工,军事等方面得到广泛应用.激光在其他方面的应用暂不展开论述,只谈谈激光加工技术在工业生产上的应用.激光加工技术对材料进行切割、焊接、表面处理、微加工等,激光加工技术具有突出特点:不接触加工工件,对工件无污染;光点小,能量集中;激光束容易聚焦、导向,便于自动化控制;安全可靠,不会对材料造成机械挤压或机械应力;切割面光滑、无毛刺;切割面细小,割缝一般在;适合大件产品的加工等.在汽车、飞机、微电子、钢铁等行业得到广泛应用.2014年,仅我国激光加工产业总收入约270亿人民币,其中激光加工设备销售额达215亿人民币.
2014年,诺贝尔物理学奖授予赤崎勇、天野浩、中山修二等三位科学家,是因为他们发明了蓝色发光二极管(LED),帮助人们以更节能的方式获得白光光源.他们的突出贡献在于,在三基色红、绿、蓝中,红光LED和绿光LED早已发明,但制造蓝光LED长期以来是个难题,他们三人于20世纪90年代发明了蓝光LED,这样三基色LED全被找到了,制造出来的LED灯用于照明使消费者感到舒适.这种LED灯耗能很低,耗能不到普通灯泡的1/20,全世界发的电40%用于照明,若把普通灯泡都换成LED灯,全世界每个节省的电能数字惊人!物理学研究给人类带来不可估量的益处.2010年,英国曼彻斯特大学科学家安德烈•海姆(AndreGeim)和康斯坦丁•诺沃肖洛夫(Kon-stantinNovoselov),因发明石墨烯材料,获得诺贝尔物理学奖.目前,集成电路晶体管普遍采用硅材料制造,当硅材料尺寸小于10纳米时,用它制造出的晶体管稳定性变差.而石墨烯可以被刻成尺寸不到1个分子大小的单电子晶体管.此外,石墨烯高度稳定,即使被切成1纳米宽的元件,导电性也很好.因此,石墨烯被普遍认为会最终替代硅,从而引发电子工业革命[14].2012年,法国科学家沙吉•哈罗彻(SergeHaroche)与美国科学家大卫•温兰德(),在“突破性的试验方法使得测量和操纵单个量子系统成为可能”.他们的突破性的方法,使得这一领域的研究朝着基于量子物理学而建造一种新型超快计算机迈出了第一步[16].
2013年,由清华大学薛其坤院士领衔、清华大学物理系和中科院物理研究所组成的实验团队从实验上首次观测到量子反常霍尔效应.早在2010年,我国理论物理学家方忠、戴希等与张首晟教授合作,提出磁性掺杂的三维拓扑绝缘体有可能是实现量子化反常霍尔效应的最佳体系,薛其坤等在这一理论指导下开展实验研究,从实验上首次观测到量子反常霍尔效应.我们使用计算机的时候,会遇到计算机发热、能量损耗、速度变慢等问题.这是因为常态下芯片中的电子运动没有特定的轨道、相互碰撞从而发生能量损耗.而量子霍尔效应则可以对电子的运动制定一个规则,电子自旋向上的在一个跑道上,自旋向下的在另一个跑道上,犹如在高速公路上,它们在各自的跑道上“一往无前”地前进,不产生电子相互碰撞,不会产生热能损耗.通过密度集成,将来计算机的体积也将大大缩小,千亿次的超级计算机有望做成现在的iPad那么大.因此,这一科研成果的应用前景十分广阔[17].物理学的每一个重大发现、重大发明,都会开辟一块新天地,带来产业革命,推动社会进步,创造巨大物质财富.纵观科学与技术发展史,可以看出物理学是科技创新的源泉.
3结语
论述了X射线,电子、半导体、原子能、激光、蓝光LED等的发现或发明对人类进步的巨大推动作用,自然得出结论,物理学是科技创新的源泉.打开国门看一看,美国的著名大学非常注重大学物理,加州理工大学所有一、二年级的公共物理课程总学时为540,英、法、德也在400-500学时[18].国内高校只有中国科学技术大学的大学物理课程做到了与国际接轨,以他们的数学与应用数学为例,大一开设:力学与热学80学时,大学物理—基础实验54学时;大二开设:电磁学80学时,光学与原子物理80学时,大学物理—综合实验54学时;大三开设:理论力学60学时,大学物理及实验总计408学时.在大力倡导全民创业万众创新的今天,高等学校理所应当重视物理学教学.各高校的理工科要按照教育部高等学校非物理类专业物理基础课程教学指导委员会颁发的《非物理类理工学科大学物理课程/实验教学基本要求》给足大学物理课程及大学物理实验课时.
参考文献:
〔1〕祝之光.物理学[M].北京:高等教育出版社,.
〔2〕马文蔚,周雨青.物理学教程[M].北京:高等教育出版社,.
〔3〕倪致祥,朱永忠,袁广宇,黄时中,大学物理学[M].合肥:中国科学技术大学出版社,2005.前言.
〔4〕教育部高等学校非物理类专业物理基础课程教学指导分委员会.非物理类理工学科大学物理课程教学基本要求[J].物理与工程,2006,16(5)
〔5〕教育部高等学校非物理类专业物理基础课程教学指导分委员会.非物理类理工学科大学物理实验课程教学基本要求[J].物理与工程,2006,16(4):1-3.
〔6〕姚启钧,光学教程[M].北京;高等教育出版社,.
〔7〕张怪慈.量子力学简明教授[M].北京:人民教育出版社,.
〔8〕孙阳(导师:张裕恒).钙钛矿结构氧化物中的超大磁电阻效应及相关物性[D].中国科学技术大学,.
一、全息教学在初中物理教学中运用的策略
1.运用全息理论,对初中物理教学课型进行合理选择与搭配
新课改以后,物理课堂教学由传统的讲授内容方面转变到物理的过程方面,其核心是给学生提供机会、创造机会。因此,在物理教学中,教师要善于运用全息教学理论,并根据学生的生活经验和已有的知识背景,对课型合理地选择与搭配,带领学生运用多种方法对物理知识进行重演在现,激励学生发现并提出问题,进而激发学生学习物理的兴趣,培养学生创新和探究能力。例如:在讲静电屏蔽时,首先带领学生对静电屏蔽进行了实验,并得到了正确的结果。突然有一个学生提出问题“:用电吹风吹头时,电吹风其对电视信号有影响,那么是不是静电屏蔽不完全成立?”于是带领学生们又做了如下实验:将一个手机放在一个密闭的纸盒内,用另一部手机呼叫,学生们听到了响声。再让同学思考,如果将手机放在前面做过实验的金属笼内,是否能听到铃声?多数学生根据静电屏蔽原理猜测肯定不能。然而将手机放进铁笼后,仍能听到铃声。学生们都感到疑惑,难道静电平衡理论有误?针对这种现象让大家思考了“静电”二字,然后向学生们解释手机信号是一种电磁波而不是静电,其属一种交变的电磁场,遇到金属网时,金属网会感应出同频率的电磁波,只是强度变小,因此在仍能听到笼中手机铃声,也解释了,也就解释了为什么吹风机对电视信号有影响。这样通过对物理知识重演再现与对比的方式,加深了学生对物理知识的理解,从而提高了教学质量。
2.运用全息理论,根据物理教材和学情选择合适的教学方法
在进行物理教学时,物理教材中的安排的知识点难易程度不同,如果各个知识点都按照相同的教学方法去讲解,容易理解的知识点学生会掌握的相对熟练,而对于相对较难的知识点,就可能会导致学生对其似懂非懂,这样就会不利于学生的学习。这样物理教师在运用全息理论时,不要一味的按照一个教学方法进行讲解要注意对教学方法的改变,使学生能够熟练地掌握知识点。另外,每个学生对于知识点的掌握情况不同,有些学生可能掌握的好一些,有些学生掌握的差一些,因此物理教师要根据学情来选择教学方式,既要照顾那些掌握知识差的同学,也要让掌握较好的同学能够学到更多的知识。例如,在向同学讲解“测量”的知识点时,对与学生来说这个相对知识点相对容易,在日常生活中很容易接触到,因此教师在运用全息教学论时,可以先向学生对所要内容的主旨,主要思路进行讲解,然后对主要知识点进行仔细讲解,经过这样的讲解,学生会很容易对测量知识进行掌握。而在向学生讲解“光学规律”时,学生对其中的规律和容易混淆,如果物理教师还按照讲解“测量”方法向学生进行讲解,学生就很难掌握。因此,教师要改变教学方法,既要向学生进行理论讲解,也要带领学生对个规律进行实验,通过实验加深学生对光学规律的理解,使学生对知识点能够更好地掌握。3.运用全息理论,根据知识内容和特点选择合适的评价方式在物理教学中,物理教师对学生的评价方式非常重要,有的评价方式会激发学生学习物理的知识的兴趣,而有的评价方式可能使学生受到打击,从而失去学习物理的兴趣。因此教师要合理的运用全息理论,并且根据知识内容和特点选择合适的评价方式,激发学生学习物理的兴趣。例如,在课堂上让学生回答问题时,学生回答对了要给与肯定的评价,而如果学生回答错了,要用积极的评价方式去评价,用全息理论去告诉他,其在探讨知识的过程中,没有选择正确的方式方法,让其用正确的方式再去进行探讨,这样既让学生知道了自己了不足,也对学生进行了鼓励学生,这样学生就会乐意去学习,从而大大地提高物理教学质量。
二、结束语
能不能给我发一份呢?
摄影测量与遥感技术发展论文主要通过对摄影技术与遥感技术的发展进行了研究,并对其在各个方面的运用进行了论述。
摄影测量与遥感技术发展论文【1】
摘要:随着经济的不断发展,科学的不断进步,摄影测量与遥感技术因其运用范围广、作用大而走上了逐渐发展的道路,并且对国民经济生活起着重要的影响。
关键词:摄影测量;遥感技术;发展;应用
摄影测量与遥感技术被划分在地球空间信息科学的范畴内,它在获取地球表面、环境等信息时是通过非接触成像传感器来实现的,并对其进行分析、记录、表达以及测量的科学与技术。
3S技术的应用、运用遥感技术以及数字摄影测量是其主要研究方向。
在多个领域内都可以运用遥感技术与摄影测量,比如:自然灾害、勘查土木工程、监测环境以及国土资源调查等。
随着我国经济的不断发展,运用到遥感技术与摄影测量的领域也在逐渐的增多。
在人类认识宇宙方面,遥感技术与摄影测量为人类提供了新的方式与方法,也为人类对地球的认知以及和谐共处提供了新的方向。
遥感技术和摄影测量可以提供比例不同的地形图以服务于各种工作,并且还能实现基础地理信息数据库的建立;遥感技术与摄影测量与地图制图、大地测量、工程测量以及卫星定位等构成了一整套技术系统,是测绘行业的支柱。
一、摄影测量与遥感技术的发展
从摄影测量与遥感技术的发展来看,摄影测量与遥感技术在近30年的时间里已经涉及到城市建设、水利、测绘、海洋、农业、气象、林业等各个领域,在我国的经济发展中起着至关重要的作用。
摄影测量从20世纪70年代后期从模拟摄影中分离出来,并逐渐步入数字摄影阶段,摄影测量正在逐渐的转变为数字化测绘技术体系。
(一)摄影测量与遥感技术有利于推动测绘技术的进步
我国的摄影测量从上世纪70年代后期经历一个系统的转变。
在经历了模拟摄影测量以及解析摄影测量阶段之后,摄影测量终于步入了数字摄影测量的阶段,这也成为我国传统测绘体系解体,测绘技术新体系兴起的标志。
首先,从数字影像的类型来看,当前我国已经建立了数字栅格图、数字高程模型以及数字正射影像,土地利用与地名数据库也随之建立起来,摄影测量与数据库的多样性在一定程度上为生产运用提供了可能,从而进一步推动了测绘技术的发展。
其次,由于摄影测量与遥感技术的飞速发展,也逐渐被国家所重视,并利用这两项技术来完成了各种地理比例尺地形图的绘制。
此外,还推动了诸多具有全国界别的基础地理信息数据库的建立。
比如:比例尺级别为1:50000,1:1000000等的国家级地理信息数据库;除开国家级的,还有省级、县级等的地理信息数据库等。
(二)摄影测量与遥感技术有利于提升空间数据的获取能力
我国获取空间数据的能力在经过五十年的发展,有了较大的提升。
对具有自主知识产权的处理遥感数据平台进行了研发,从而推动了国产卫星遥感影像地面处理系统的建立,并在摄影测量方面积极进行研究和探索,为我国独立处理信息、获取观测体系的建立提供了坚实的基础。
首先,从获取数据的能力方面来看,传感器在国家863以及973计划的支持上成功被研制出来,成功发射了对地观测的包括通信卫星、海洋卫星、气象卫星以及资源卫星等五十多颗卫星,并推动了资源、风云、环境减灾以及海洋四大民用对地观测卫星体系的建立,实现了从太阳和地球同步轨道对地球多传感器、多平台的观测以及对地球表面分辨率不同的雷达和光学图像的获取,并将这些获取的数据用于对海洋现象、大气成分、自然灾害以及水循环等各个方面的监测。
其次,从数据储备方面来看,数据积累已经成功的覆盖了全国海域、陆地以及我国周围国家和地区的包括一千五百万平方公里的地球表面数据。
二、摄影测量与遥感技术在国民经济各项领域中的运用
(一)摄影测量与遥感技术在应对自然灾害中的运用
在发生自然灾害时,为了能够第一时间了解灾情的具体分布,获取高分辨率灾区遥感影像,可以采用低空无人遥感、航天、航空遥感等方式,对灾区原有的地理信息以及尺度进行整合,推动地理信息服务平台的建立,将多尺度影像地图制作出来,及时、有效的提供地理信息以及地图数据支持,为及时制定出应对自然灾害的措施提供了依据。
比如在汶川地震时,在灾区道路交通与通信严重受损的情况下,通过摄影测量与遥感技术在第一时间获取了灾区的详细信息与资料,并利用航空遥感技术和无人机连续、动态的实现对灾区的监测,并对道路交通以及房屋倒塌等情况进行分析,建立起灾区地理信息综合服务平台,将灾区的地理信息数据进行整合,比如水系、居民地以及交通等,为各级抗震救灾指挥部门作出正确的决策以及救援人员的搜救工作提供了及时有效的灾情信息。
在灾区的救援工作中,发挥着至关重要的作用。
(二)摄影测量与遥感技术在气象中的运用
在气象方面中,摄影测量与遥感技术主要运用在对各种气象灾害的.预报和监测两方面。
在热带天气系统的监测方面,气象卫星发挥着极其重要的作用,尤其是对于台风的预报和监测。
在我国的春、夏季中,雷雨、暴雨等作为多发性的灾害性天气,在监测和分析方面,如果运用常规的气象观测资料是非常困难的。
利用具有高空间分辨率和高时间密度特点的卫星云图以及卫星产品,可以对对流系统的演变、发生、移动以及发展过程进行全方位的监测,从而为对流天气的分析和提前预警提供了非常重要的信息。
三、结语
摄影测量与遥感技术的应用已经逐渐步入信息化阶段。
随着我国航空航天技术的不断发展,如何将各行各业的发展与摄影测量和遥感技术相结合从而推动我国经济的发展,已经成为未来摄影测量和遥感技术发展的主要方向。
【参考文献】
[1]张景雄.地理信息系统与科学[M].武汉:武汉大学出版社,2010:108―114
[2]张剑清.潘励.王树根.摄影测量学[M].武汉:武汉大学出版社,2009:89―93
[3]李德仁.王树根.周月琴.摄影测量与遥感概论[M].北京:测绘出版社,2008:131―137
[4]乔瑞亭.孙和利.李欣.摄影与空中摄影学[M].武汉:武汉大学出版社,2008:178―182
[5]窦超.李兆钧.浅谈摄影测量与遥感的发展应用[M].青海国土经略,2011(06):29―31
摄影测量与遥感技术的新特点及技术【2】
摘要:本文主要分析了近年来我国摄影测量与遥感技术表现出的许多新的特点,分别从航空摄影自动定位技术、近景摄影测量、低空摄影测量、SAR数据处理、多源空间数据挖掘等方面进行了总结与论述。
关键词:电子科技论文发表,科技论文网,自动定位技术,近景摄影测量,低空摄影测量,SAR数据处理,多源空间数据挖掘
前言:摄影测量与遥感是从摄影影像和其他非接触传感器系统获取所研究物体,主要是地球及其环境的可靠信息,并对其进行记录、量测、分析与应用表达的科学和技术。
随着摄影测量发展到数字摄影测量阶段及多传感器、多分辨率、多光谱、多时段遥感影像与空间科学、电子科学、地球科学、计算机科学以及其他边缘学科的交叉渗透、相互融合,摄影测量与遥感已逐渐发展成为一门新型的地球空间信息科学。
1、航空摄影自动定位技术
近年来,随着卫星导航和传感器技术的进步,遥感对地目标定位逐步摆脱了地面控制点的束缚,向少控制点甚至是无控制点的方向发展。
利用基于载波相位测量的GPS动态定位技术测定航空影像获取时刻投影中心的3维坐标,以此为基础研究了GPS辅助空中三角测量理论和质量控制方法,在加密区四角布设地面控制点的GPS辅助光束法区域网平差的精度可满足摄影测量规范的精度要求,大量减少了航空摄影测量所需的地面控制点。
研究成果已大规模用于国家基础测绘,产生了显著的社会和经济效益。
开展利用在飞机上装载IMU和GPS构成的POS系统直接获取航摄像片6个外方位元素的多传感器航空遥感集成平台研究,可实现定点航空摄影和无地面控制的高精度对地目标定位。
研究成果表明,在1:5万及以下比例尺的4D产品生产中,可直接使用POS系统测得的像片外方位元素进行影像定向,基本无需地面控制点和摄影测量加密,从而改变了航空摄影测量的作业模式,并使无图区、困难地区的地形测绘和空间信息数据的实时更新成为可能。
2、近景摄影测量技术
近景摄影测量的研究应用领域已涉及空间飞行器制造、航空工业、船舶工业、汽车工业、核能工业、化学工业以及医学、生物工程、公安刑事侦破、交通事故及其他事故现场处理、古建筑建档和恢复、大型工程建设监测等方面。
利用数字相机与实时数字近景摄影测量技术相结合建立相应的工业零件检测系统。
该类系统使用高重叠度序列图像作为影像数据源,利用较多同名特征的冗余观测值成功地进行粗差剔除,根据2维序列图像导出物体不同部位的3维信息,然后将这些3维信息融为统一的表面模型,实现了高精度3维重建。
利用数码相机与全站仪集成形成一个全新的测量系统——摄影全站仪系统。
尽管传统近景摄影测量近年来得巨大发展,但必须在被测物体表面或周围布设一定数量的控制点,摄影测量工作者心中的“无接触测量“没有真正实现。
全站仪作为一种高精度测量仪器在工程测量中被广泛接受,本质上它是一种基于”点“的测量仪器。
将它与基于”面“的摄影测量有机地结合起来,形成一个全新的测量系统——摄影全站仪系统。
在该系统中,量测数码相机安装在全站仪的望远镜上,测量时利用全站仪进行导线测量,在每个导线点利用量测数码相机对被测物体进行摄影。
每张影像对应的方位元素可以由导线测量与全站仪的读数中获取。
3、低空摄影测量技术
近年来随着低空飞行平台(固定翼模型飞机、飞艇、直升机、有人驾驶小型飞机)及其辅助设备的进一步完善、数码相机的快速普及和数字摄影测量技术的日趋成熟,由地面通过无线电通讯网络,实现起飞、到达指定空域、进行遥感飞行以及返回地面等操作的低空遥感平台为获取地面任意角度的清晰影像提供了重要途径。
建立基于无人驾驶飞行器的低空数字摄影测量与遥感硬件系统。
硬件平台包括无人驾驶遥控飞行平台,差分GPS接收机,姿态传感器,高性能数码相机和视频摄像机,数据通讯设备,影像监视与高速数据采集设备,高性能计算机等等。
需要深入研究无人驾驶飞行平台的飞行特性,并研制三轴旋转云台、差分GPS无线通讯、视频数据的自动下传、自动曝光等关键技术。
研究无人驾驶飞行平台的自动控制策略。
在飞行器上搭载飞控计算机,由差分GPS数据得到飞艇(相机)的精确位置,在此基础上对较低分辨率的视频序列影像进行匹配,结合姿态传感器的输出信号实时自动确定飞行器的姿态,从而进行飞行自动控制,并将所有数据同时下传到地面监控计算机。
研究多基线立体影像中连接点的多影像匹配方法与克服影像几何变形的稳健影像匹配方法。
数字表面模型与正射影像的自动获取及立体测图。
4、SAN数据处理技术
SAR成像具有全天时、全天候的工作能力,它与可见光红外相比具有独特的优势。
随着我国SAR传感器研制技术的进一步发展,先后研制了不同波段,不同极化方式,空间分辨率达到 In的传感器,并在SAR立体测绘方面设计了不同轨道和相同轨道的重复观测,为我国开展SAR技术的相关研究奠定了数据基础。
根据不同应用目的的SAR图像与可见光图像的融合。
利用SAR和可见光反映地物不同特性的特点,在提取不同土壤性质以及洪水监测和灾害评估方面采用不同的融合方法,取得了一定的理论成果,并完成了国家和部门的科研课题。
SAR图像噪声去除方法。
由于SAR的成像特点,造成了SAR图像的信噪比低,噪声严重。
提出了自适应滤波思想,基于图斑的去噪方法以及噪声去除方法的评价等。
机载和星载重复轨道的SAR立体测图技术以及星载的InSAR技术和D—InSAR的突破。
完成了星载InSAR生成DEM及D—InSAR形变检测的相关软件开发,利用极化SAR数据提取地物目标,开展极化干涉测量的研究。
5、多源空间数据挖掘技术
多源空间数据挖掘技术主要研究应用数学方法和专业知识从多源对地观测数据中,提取各种面向应用目的的地学信息。
从遥感图像数据中挖掘GIS数据。
在统计模式识别的基础上,通过神经网络、模糊识别和专家系统等技术实现图像光谱特征自动分类。
基于纹理分析的分类识别。
包括基于统计法的纹理分析、基于分形法的纹理分析、基于小波变换的纹理分析、基于结构法的纹理分析、基于模型法的纹理分析和空间/频率域联合纹理分析等。
遥感图像的解译信息提取。
把计算机自动识别出来的影像,结合GIS数据库或解译员的知识,确定其对应的地学属性。
包括基于GIS数据的图像信息识别、基于地学知识辅助的图像信息识别、基于专家知识辅助的图像信息识别、基于立体观察的图像信息识别、基于矢量栅格转化的信息提取和基于多源数据融合的信息识别等。
摄影测量与遥感的现状及发展趋势【3】
摘 要:随着信息时代的来临,人类社会步入全方位信息时代,各种新兴的科学技术迅猛发展,并广泛应用于人类生活中去。
摄影测量与遥感技术被广泛应用于我国测绘工作去,本文探讨了我国摄影测量与遥感的发展现状以及展望了发展趋势。
关键词:摄影测量;遥感;现状
随着信息时代的来临,人类社会步入全方位信息时代,各种新兴的科学技术迅猛发展,并广泛应用于人类生活中去。
摄影测量经历了模拟摄影测量、解析摄影测量和数字摄影测量三个阶段。
而在这期间,从遥感数据源到遥感数据处理、遥感平台和遥感器以及遥感的理论基础探讨和实际应用,都发生了巨大的变化。
数字地球(digitalearth)的概念是基于信息高速公路的假设和地理空间信息学的高速发展而产生的,数字地球为摄影测量与遥感学科提供了难得一遇的机会和明确的发展方向,与此同时,也向摄影测量和遥感技术提出了一些列的挑战。
而摄影测量和遥感学科是为数字地球提供空间框架图像数据及从数据图像中获得相关信息惟一技术手段
一、国内外摄影测量与遥感的现状
(一)摄影测量现状
摄影测量经历了漫长的发展过程,随着计算机技术以及自动控制技术的高数发展,进入20世纪末期的时候,基于全数字自动测图软件的完成,数字摄影测量工作站获得了迅猛发展并普遍存在于测量工作中。
进入21世纪后,科学技术的提升帮助摄影测量进入了数字化时代,数字摄影测量学学科与计算机科学有了大面积的知识交叉,摄影测量工具也变为较为经济的计算机输入输出设备,这种革命性的变革,使得数字摄影测量提升到了另一个台阶,数字摄影测量的语义信息提取、影像识别与分析等方面均产生了从质到量的变化。
目前我国各省测绘局均已广泛应用了数字摄影测量,建立了数字化测绘生产基地,实现了全数字化摄影测量与全球定位系统之间的有机合成,并且应用与测量实际工作中。
(二)遥感技术现状
目前遥感技术主要应用在日常的天气、海洋、环境预报及灾害监测、土地利用、城市规划、荒漠化监测、环境保护等方面,为社会带来了巨大的经济利益。
尤其要提出的是航天遥感,是利用卫星遥感获取各种信息是目前最有效的方法。
在实现数字地球概念,卫星遥感技术具有很重要的地位。
数字地球的实际意义就是将地球转为一个虚拟的球体,以数字形式来表达地球上的不同种类的信息,实现三维式和多分辨形式的地球描述。
数字地球是一个数量庞大的工程,从长远来看,信息量的更新一集信息的收取都需要卫星遥感技术提供可靠的信息源,换句话说,卫星遥感是实现数字地球的必要手段,也是其他手段不能够替代的。
二、摄影测量与遥感的应用与主要技术
(一)摄影测量与遥感在地籍测量中的应用
应用数字摄影测量与遥感模式进行地籍测量前景非常广阔。
航空航天事业的飞速发展,为高分辨率卫星遥感影像技术为空间地理信息提供主要的数据元。
主要以激光成像雷达、双天线SAR系统等三维数字摄影测量系统。
利用卫星遥感进行土地资源调查和土地利用动态监测,为快速及时的变更地籍测量做好参照,同时还能顺利的完成地籍线画图的测绘,还可以得到正射影像地籍图、三维立体数字地籍图等附属产品。
数字摄影测量主要以大比例尺航空像片为数据采集对象,利用该技术在航片上采集地籍数据,实行空三加密。
数字摄影测量与模式得到的地籍图信息丰富,实时性强;大部分工作均在室内完成,降低劳动强度与人工成本,还能大幅度提高工作效率,是一种非常实用的地籍测量模式。
(二)摄影测量在三维模型表面重建的应用
三维物体的重建技术可广泛应用于古建筑重建和文物保护、医学重建、工业量测、人脸重建、人体重建及程勘察等方面,这种技术主要通过手持量测数码相机进行操作,得到一组具有短基线和多度重叠的图片,通过立体匹配获取可靠的模型点数据。
基于短基线多影像数字摄影测量的快速三维重建技术能够解决静静摄影测量中不能同时兼顾变形早点近景和远景的问题,在操作过程中采用量测数码相机以及手持拍摄方式,使得这种技术简单快速,并且具有高度自动化的有点。
(三)遥感自动定位技术的应用
遥感自动定位技术能够确定影响目标的实际位置,并且准确的解译影响属性,在GPS空中三角测量的基础上,利用惯性导航系统,形成航空影响传感器,实现高精度的定点摄影成像。
在卫星遥感条件下,精度甚至可以达到米级。
遥感自动定位技术的应用,有助于实现实时测图和实时数据更新的作业流程,能够大量减少野外像控测量的工作量。
三、摄影测量与遥感发展展望
目前,摄影测量与遥感技术在数据获取与处理、信息服务和数据分析方面都有了新的进展,数据获取装备发展迅猛,数据处理系统自动化程度相应的提高,航空摄影测量软件实现模块化和标准化,实现了内外一体化的航空摄影测量方法,遥感影像信息管理能力增强。
除此之外,还可以看到测绘领域的全球化进程日益加剧。
四、结语
虽然现在摄影测量与遥感技术相对发展迅速,并且已经广泛应用与测绘工作中,逐步实现数字化与智能化。
在我国目前,摄影测量与遥感装备存在产品种类单一、生产效率低等实际生产问题,这是与飞速发展的信息产业背道而驰的,达不到国际水平。
需要国家发展测绘仪器制造业和专业软件开发能力,跨学科展开合作,集中优势力量,通过政府出台政策来引导市场发展,我国想要在摄影测量与遥感上取得更大的飞跃,还有一段很长的路要走。
参考文献:
[1]李德仁等.地球空间信息学与数字地球[C].空间数据基础设施与数字地球论文集,1999.
[2]刘经南.激光扫描测高技术的发展与现状[M].武汉大学学报,2003(2):132-137.
[3]郑立中,陈秀万.中国卫星遥感与定位技术应用的现状和发展[A].中国遥感奋进创新二十年学术论丈集[C].北京:气象出版社,2001.
大概就这样了 参考一下吧基于landsat-TM影像的专题信息提取学生姓名:XX 学号:20085080079院系:城市与环境科学学院 专业:XX指导教师:XX 职称:助教摘 要:本文以沈阳地区为研究区,利用光谱信息提取水体、植被,采用基于灰度共生矩阵的纹理量的分类法,通过TM5波段提取灰度共生矩阵和灰度联合矩阵,计算并提取最能反映类别差异的纹理量值将光谱信息混淆的水田、旱田、居民地用分离,得到最终的分类结果。结果表明:将纹理特征应用于图像分类中可区分光谱混淆的地类,光谱与纹理特征结合得到的分类精度要高于单纯光谱的分类精度。关键词:遥感影像;光谱特征;纹理特征;灰度共生矩阵;分层提取;土地利用Abstract:Based on the study of shenyang area for using spectral information extraction,water,vegetation,based on gray symbiotic matrix of the texture classification,through the TM5 band extraction graylevel co-occurrence matrix and gray,and joint matrix extraction can reflect the differences between vector-valued texture category will confuse the paddy fields,spectral information structure,separation,with residents of the final results of the show that: the texture characteristics will be applied to image classification can distinguish the confusion of spectral spectrum and texture feature combination,the classification accuracy than pure spectral classification words:remote sensing image;spectrum feature;texture feature;text gray-level co-occurrence matrix;layered extraction;land-use引言遥感图像信息专题特征的提取,需要对TM图像的光谱信息和纹理信息进行综合分析,以达到提高影像分类精度的目的[1] 。在自然资源调查中,遥感图像已成为重要的空间数据源,其中TM图像信息是进行土地利用/覆盖变化动态监测的重要依据。常规提取TM图像信息主要是利用影像的光谱分辨率进行的,难以正确区分光谱易混淆的地物,例如菜地与其他耕地类型。提取TM图像中易混淆地物信息,可以充分利用影像的空间分辨率及影像上丰富的纹理信为了息来完成信息提取。纹理分析方法在许多领域都有重要的应用,吴高洪等[2]为了提高纹理图像分割的边缘准确性和区域一致性以及降低分割错误率,提出了一种基于小波变换进行纹理分割的方法。因此,研究地物在影像上的纹理特征,建立和充分应用基于纹理特征的地物分类及信息提取方法,将是今后研究高分辨率遥感影像信息提取的方向之一[3]。图像分析需要用到影像的灰度和纹理信息,灰度即波谱信息,是最基本的信息,纹理反映了灰度的空间变化情况,它由纹理基元按某种确定的规律或者某种统计规律排列组成。为了能用计算机进行纹理分析和形成统一的尺度,需将纹理量化,以定量反映纹理信息,形成纹理变量和纹理图像以便分析[4]。1 研究区概况苏家屯是沈阳市的九个市辖区之一,位于沈阳南部,距沈阳市中心15公里,与抚顺、本溪、辽阳三市毗邻。这里气候适宜,雨量适中,年均气温8度,年均降水量700毫米。物产丰富,蕴藏着丰富的煤石油天然气铁矿石和优质矿泉水等自然资源。苏家屯农业发达,盛产水稻、玉米,是国家确定的现代化农业示范区。本文选择数据源所选取的数据是沈阳地区2001年8月11日TM影像区的子区域。根据沈阳地区的农事历,选择10月上旬的遥感资料为宜。2光谱信息地物的光谱一般是指像素的亮度值,地表的各种地物由于物质组成和结构不同而具有独特的波谱反射和辐射特性,在图像上反映为各类地物在各波段上灰度值的差异。地物光谱响应特征是多光谱遥感影像地物识别最直接,也是最重要的解译元素。3 纹理特征纹理也是遥感影像的重要信息,它通过色调或颜色的变化表现细纹或细小的纹案,这种细纹或细小的纹案在某一确定的图像区域中以一定的规律重复出现。目标地物的纹理特征与航空相片的比例尺和太阳高度角有关。另外,它反映了影像的灰度统计信息、地物本身的结构特征和地物空间排列的关系,是进行目视判读和计算机自动解译的重要基础[5]。许多研究表明,除了原始影像光谱信息以外,加上纹理信息就可以使分析准确性和精度提高[6]。遥感图像中多为无规则纹理,一般采用统计方法进行纹理分析,目前用得较多的统计方法有共生矩阵法、分形维法和马尔可夫随机场法。所谓灰度共生矩阵是由影像灰度级之间二阶联合条件概率密度所构成的矩阵,反映了影像中任意两点间灰度的空间相关性。其方法是先依据影像的灰度级数和灰度变化情况计算出4个方向(右、下、右上和左下)任意两个灰度级相邻出现的概率矩阵,它能提供多个纹理量,可以从多个侧面描述影像的纹理特征,因而在纹理分类中得到广泛的应用[7]。4 提取方法 数据预处理本文对沈阳地区遥感影像进行光学增强处理,并采用高通滤波来进行滤波处理对影像进行融合将融合后的影像进行几何校正。本文以1∶5万比例尺地形图为底图,选取均匀地分别在整幅图像内的60个控制点,采用二次多项式纠正模型建立两幅影像的对应关系。配准精度在个像元以内, 土地利用分类体系的确定参考国家土地利用分类体系,结合研究区土地资源的实际情况,TM影像波谱特征及其分辨率等,把研究区土地利用现状分类系统按二级进行分类,一级类型5个,分别为水体、水田、旱地、居民地、植被。遥感信息提取遥感图像的某些波段往往存在异物同谱和同物异谱现象,如果把多种地物放到一起考虑,由于这些波段的加入,会使信息提取变得非常复杂,这也正是传统上基于统计特征的监督和非监督分类遇到的难题。而对地物进行分层处理,就可以充分利用各类地物在不同波段的特征,收到较好效果[8,9]。对某一地物进行提取,获得该信息层,与原图像进行逻辑与运算,做掩膜处理,从而将该地物像元从原始图像中去除,以避免它对其他地物提取的影响,从而为以后的信息提取创造了纯净的环境。基于地物光谱模型的遥感影像分类为获得光谱知识,在原始图像上进行采样。在采样过程中考虑到同类地物颜色的差异,如水域的深浅等,每一地类进行了多个样本值的合并,得到地物的综合光谱特征值(如图1)。图1 地物光谱特征水体的提取:太阳光照射到水面少部分被反射到空中大部分被入射到水体,入射到水体的光,部分被水体吸收,部分被水中的悬浮物反射,少部分透射到水底。被水底吸收和反射。被悬浮物反射和被水体反射的辐射,部分返回水面,折回到空中。因此,遥感器所接收到的辐射就包括水面反射光,悬浮物反射光,水底反射光和天空反射光(如图2)。由于不同水体的水面性质和水体特性的不同,从而形成传感器上接收到的反射光谱就存在差异,为遥感探测水体提供了基础。在可见光范围内,水体的反射率总体比较低,不超过10%,一般为4%~5%,并随着波长的增大逐渐降低,到μm处约2%~3%,过了μm,水体几乎成为全吸收体。因此,在近红外的遥感影像上清澈的水体成黑色。因此在提取水体时图面上黑色部分即为水体。图2 传感器接收到的光谱植被的提取:健康植物的波谱曲线有明显的特点(如图3),在可见光的μm附近有一个反射率为10%~20%的小反射峰。在μm和μm附近有两个明显的吸收谷。在~μm是一个陡坡,反射率急剧增高。在近红外波段~μm之间形成一个高的,反射率可达40%或更大的反射峰。在μm、μm和~μm处有三个吸收谷。它们分别受叶子色素,细胞构造,含水量等的影响。因此,在对TM影像上的植被进行提取时,要考虑以上因素。图3 健康植被的光谱特征基于纹理信息的分类在图1中容易看到水田、旱地、居民地有很大的光谱相似度,因此需要根据纹理特征进行提取。本文用水体和植被信息分别对原始影像做掩膜,再结合纹理信息作监督分类提取居民地、水田和旱地。为了突出图像的纹理,提高对图像的解译和分析能力,在对图像进行纹理分析之前,利用ErdasImagine软件对掩膜后的影像进行了增强处理。为了进行纹理分类,首先必须提取各类的纹理特征。试验中先提取各类样本,统计各种类纹理特征,再找出最大差异的纹理量,作为分类特征量进行分类(如图4)。纹理特征的提取需考虑到窗口的大小、方向和步长。本文利用TM第5波段的纹理特征,采用了3X3大小的窗口、四个方向的均值[10]、步长为1来对纹理值(包括角二阶距、对比度、熵、相关)进行特征统计。图4 纹理样本图本文所有的纹理分析均在上进行,主要目标是实现对输入遥感影像进行纹理分析,输出纹理分析的结果,以便通过使用结果,以不同的结合方式辅助分类作对比研究。从图5中我们可以看到,3种地类在ASM纹理特征量上差异最大,COR上次之,因此取用ASM、COR特征值,对3种地物加以提取。图5 3种纹理特征曲线旱田的提取:从纹理曲线中可以看出旱田的ASM量与水田、居民地有很大的差异,因此通过实验对ASM进行阈值设定来提取旱田。居民地和水田的区分:采用基于纹理特征和光谱特征相结合的方法,对居民地进行提取。水田和居民地在ASM特征量上,有着较大的差异,但仔细观察可以发现,在去除了旱田的干扰后,水田和居民地在COR特征量上也有着很大的差异。同时一些研究提出了(归一化建筑指数)[11]:NDVI=(TM 5- TM 4)/(TM 5+ TM 4)来对居民地进行提取(见表1)。从表2中可以看出,这种方法并不适合本文的研究区,但是对原始的光谱特征信息进行分析可以发现,在只存有水田和居民地的图像上,两者在TM5上的亮度值差距很大。综上所述,可以对COR和TM5的亮度值进行阈值设定提取居民地,将其与水田相分离。表1 5种地物的NDVI指数指标 水体 水田 旱地 居民地 植被NDVI 0.24271 0.218619 0.380397 0.231489 0.1663375精度评价衡量分类精度最广泛的方法是由Congalton提出的误差矩阵法(error matrix),为了评价分类试验精度,本文采用随机抽样方法抽取400个点作正确率评价,通过对原图的目视判读结合实地考察对结果进行正确率评价,建立混淆矩阵,计算其Kappa系数(见表2),在ERDAS监督分类中总正确率为 %(见表3),两者相比较可以看出,基于光谱和纹理特征的信息分层提取方法能够很好的对研究区影象进行分类。表2 光谱纹理信息分类精度%居民地 水田 旱地` 水体 植被居民地水田旱地水体植被总合正确率/% 总正确率= Kappa系数=表3 EARDS监督分类精度居民地 水田 旱地` 水体 植被居民地水田旱地水体植被总合正确率/% 31232401072463357788 39748378 81112386 5 180182 702337937997总正确率= %6结语(1)试验表明,对地物进行分层处理,就可以充分利用各类地物在不同波段的特征。避免已提取地物对其他地物提取的干扰,为后续信息提取创造了纯净的环境;同时还可以有效地减少了漏分和误分,提高分类正确率。本文采用此方法对建设用地信息提取,获得较为满意的效果。(2)综合运用光谱知识、纹理信息对于仅基于遥感多光谱信息的传统分类方法,能够更有效地提取出土地利用类型信息,精度有了一定提高。(3)本文在进行纹理分析时,仅使用了单波段的影象数据,对于多波段影象数据未能充分利用; TM全色波段纹理清晰,如能加以利用,会对分类精度的提高有一定的帮助。参考文献[1] 梅安新,彭望琭,秦其明.遥感导论[M].北京,高等教育出版社,2003.[2] 吴高洪,章毓晋,林行刚等.利用小波变换和特征加权进行纹理分割[J].中国图像图形学报,2001,6(4):333-337.[3] 张禾.基于纹理特征的遥感影像居民地自动提取方法[J].江汉石油职工大学学报,2007,(4):93-96[4] 黄桂兰,郑肇葆,杨敏.一种基于共生矩阵法的影像纹理分类方法[J].测绘通报,1996,(3):28-31.[5] 周廷刚,郭达志,盛业华.灰度矢量多波段遥感影像纹理特征及其描述[J].西安科技学院学报,2000,2(4):336-338.[6] 舒宁.关于多光谱和高光谱影像的纹理问题[J].武汉大学学报,2004,29(4):292-295.[7] 武文波,陈静基于ETM+的遥感影像信息提取研究[J]甘肃农业大学学报2007,43(4).[8] 李四海,恽才兴.土地覆盖遥感专题信息的分层提取方法及其应用[J].遥感技术与应用,1999,(4):[9] 柴芸.甘肃省沙化土地监测研究[J].甘肃农业大学学报,2003,38(3):296~301.[10] Treitz P,Howarth spectral spatial andTerrain variables for forest ecosystem classification[J].Photogrammetric Engineering Remote Sensing,2000,66(3):305-317.[11] 查勇,倪绍祥,杨山.一种利用图像自动提取城镇用地信息的有效方法[J].遥感学报,2003,(1):38-391.标题 XXXXXXXXXXXXXX(宋体三号字加黑,居中)学生姓名:XX 学号:XXX(五号宋体字不加黑,居中)XXXX院(系) XX专业(五号宋体字不加黑,居中)指导教师:XXX 职称:XXX(五号宋体字不加黑,居中)(空两格)摘 要(黑体小四):具体内容(楷体小四号字不加黑)(空两格)关键词(黑体小四): **;**;** (楷体小四号字不加黑)(空一行)Abstract(Times New Roman小四加黑): 具体内容(Times New Roman小四不加黑)Key Words(Times New Roman小四加黑):**;**;** (Times New Roman小四不加黑)前言(宋体小三号加黑)一、政府信息公开制度概述(一级标题宋体四号字加黑)(一)政府信息公开的内涵(二级标题仿宋体小四号字加黑)1.政府信息公开(三级标题宋体小四号字)正文内容(宋体小四号不加黑)、图表说明(宋体小五号字不加黑)
水泥物理指标的试验方法【1】
摘 要:水泥是混凝土的重要组成部分之一,其品质的好坏,将直接影响混凝土的质量,进而影响整个工程的质量,如何正确地检验水泥的品质,就成了公路检测试验部门的一个重要任务。
本文分析了水泥标准稠度用水量、水泥凝结时间、水泥安定性等物理指标在试验中容易出现的问题和注意事项。
关键词:水泥;标准稠度用水量;水泥凝结;试验
1 水泥净浆搅拌
水泥净浆搅拌的均匀与否直接影响标准稠度用水量、凝结时间、安定性测定。
水泥净浆搅拌与水泥和水的计量、净浆搅拌机等有关,因此应对电子天平、加水器和净浆搅拌机等仪器设备进行严格控制。
量水器
规范规定:量水器分度值为,精度1%。
读数时以弯月低面为准。
一些试验室对这条规定没有引起足够的重视,直接采用量筒加水,量筒的分度值为1mL,根本无法满足试验精度要求,造成标准稠度用水量的加水误差。
电子天平
电子天平应满足精度要求,最大量程1000g,感量1g,并定期检定。
水泥复称,避免计量误差。
一些试验室在加水时采用称量的方法,认为电子天平的精度很高,加水量能控制得比较准确,但忽略了环境温度对水的密度的影响,如果采用称量的方法必须进行温度修正
才能确保试验数据的准确性。
水泥净浆搅拌机
水泥净浆搅拌机应符合JC/T729的要求。
水泥净浆搅拌机的工作程序为:启动搅拌机―低速搅拌120s―停15s―高速搅拌120s停机。
净浆搅拌前,应先用拧干的湿抹布将搅拌锅内壁和搅拌叶片抹湿,但是不能带有明水,并且在重复试验时始终保持同一湿度,这一点是调整加水量的关键,量水器加水再准,如果抹布忽干忽湿,加水量都很难控制。
先将量好的拌和水靠锅口小心倒入锅中,再用加料器在5~10s内小心地将称好的500g水泥加入水中,避免水泥溅出或粘在锅内壁、叶片上形成干灰,影响净浆的标准稠度。
注意试验的顺序为先加水,后加水泥。
在停15s时将锅壁和叶片上的水泥刮入锅中,特别提醒的是操作一定要快,防止刮刀还在锅内没有刮完,搅拌机已开始高速搅拌而引发事故。
2 水泥标准稠度用水量
水泥凝结时间测定是以标准稠度用水量制成的标准稠度净浆装在圆锥试模中来测定的。
标准稠度用水量的确定,对水泥凝结时间、水泥安定性的检验都非常关键。
不同加水量对水泥凝结时间的影响很大,同一水泥用水量愈多,凝结时间愈长,用水量减少,凝结时间会缩短。
因此标准规定凝结时间测定用水量必须满足标准稠度用水量的要求,以确保同一水泥的用水量基本相同。
标准稠度用水量测定有标准法(试杆法)和代用法(试锥法)。
我们一般采用试杆法。
搅拌结束后,立即将搅拌好的水泥净浆装入试模中,要一次装满,并用擦湿的水泥刀从外向内螺旋插捣使其填实,然后拿稳玻璃板连同试模,尽量平端,轻轻振动数次,使浆体内气泡由大变小,再用水泥刀刮平多余的净浆,尽量使刮平面光滑并与试模顶边齐平。
刮平后迅速移至试杆下,使试杆垂直自由下落沉入水泥净浆中,试杆停止下沉或释放试杆30s后记录下沉深度,整个操作过程要在搅拌结束内完成。
试杆法操作时水量调整的规律难于把握。
操作时应注意以下要点:
(1)测定标准稠度用水量时,应将拌和水一次加入,然后视试杆沉入的情况,根据经验调整水量重新称样另拌一锅,如此重复直至达到试杆下沉深度6mm±1mm,并注意下沉时不要阻挡试杆,更不能碰动维卡仪,避免因操作不规范造成误差。
(2)测定出水泥的标准稠度用水量后,不能直接用该水泥净浆装模来测定凝结时间,应按标准稠度用水量重新拌和一锅净浆来装模测定凝结时间,避免因操作时间过长、标准稠度针下落位置留有空隙而造成误差。
(3)标准稠度用水量的测定要求在拌和结束后内完成整个测试操作。
如果时间超过,由于水泥的水化和水分的蒸发,净浆稠度变大,标准用水量会受到很大影响。
因而试验人员正确熟练的操作是关键。
3 水泥凝结时间测定
水泥的凝结时间对工程施工的质量和进度至关重要。
水泥凝结时间过慢,会因水泥浆体或混凝土强度发展缓慢而使脱模时间延长,严重影响工程进度;水泥凝结过快,拌制的水泥浆体和混凝土来不及输送和浇注就失去了流动性或可塑性,使浇捣不能顺利进行,甚至会
在浇捣过程中破坏已不具备触变性的浆体结构,导致混凝土的性能和整个工程质量的降低。
所以水泥凝结时间的测定显得尤为重要。
应从以下几个方面进行控制:
做好温、湿度的控制
水泥的凝结时间受环境温度和湿度影响很大,只有在规定的温度、湿度条件下,水泥凝结时间的测定才具有复演性和可比性。
GB/T 1346-2001规定,试验室温度为20±2℃,相对湿度大于50%,养护箱温度20±1℃,相对湿度大于90%,而且规定水泥试样、拌和水、仪器和用具的温度应与试验室内室温一致。
因为养护箱内试验温度越高,水泥水化速度越快,凝结时间越短;湿度过小,水泥浆体水分蒸发加快,凝结时间缩短。
试验前做好仪器检查
凝结时间测定的主要仪器是维卡仪。
要保证维卡仪的金属棒自由顺畅地滑动,调整至试杆接触玻璃板时指针对准零点,初凝时间测定时维卡仪调整至试针接触玻璃板时指针对准零点。
同一时间测定多个试样时,各圆模的玻璃底板厚度要相同,避免厚度不一致影响零点的
调整,造成试验数据的混淆。
有些试验人员调整试杆接触试模顶边时指针对准零点,这种做法是错误的,因为在试样刮平过程中,试样与试模顶边不一定在同一个水平面上,造成试验误差。
凝结时间测定
在测定凝结时间时,首先要检查试针是否弯曲或表面是否锈蚀,弯曲或锈蚀的试针会使自由下落的阻力增大,产生初凝时间提前的假象。
初凝时间测定在开始时应轻轻扶持金属柱,使其徐徐下降,以防试针撞弯,但结果以自由下落为准。
试针下落的位置应距圆模内壁10mm以外的圆模中心,落点最好在距圆模内壁10~20mm的环状带上,应避免针孔之间的位置过于接近、密集。
每测一次要用湿布抹干净试针。
注意从水泥全部加入水中后30min时开始第一次测定,快要初凝时每隔5min测试一次。
当试针下沉到距底板4±lmm时重复测试,两次结论一样达到初凝;标准要求在初凝时间到达时,应及时将圆模翻转进行终凝时间的测定,在翻转过程中要注意操作技巧,先用一块玻璃板放在试模上面,连同玻璃板一起翻转过来后,沿着水泥方向均匀用力抽出原来的玻璃板,小心不要损坏试体。
终凝用安装了一个环形附件的终凝针测试,每次测定前要确认环形附件的透气孔无堵塞,环形圈与试针之间的凹槽无水泥浆。
临近终凝时每隔15min测试一次,当试针沉入试体,即环形开始不能在试体上留下痕迹时重复测试,两次结论一样时达到终凝。
测试初凝和终凝时间的操作要注意试针突然放松的力度要巧而适宜,既能使试针垂直自由地沉入水泥净浆,又要避免维卡仪晃动。
4 水泥体积安定性
水泥体积安定性,是评定水泥质量的重要指标之一,也是保证水泥制品、混凝土质量的必要条件。
安定性不良的水泥会使水泥硬化体膨胀开裂、强度降低、甚至引起严重工程事故。
水泥安定性测定有试饼法(代用法)和雷氏法(标准法),有争议时雷氏夹法为标准。
我们一般采用雷氏夹法。
操作中应注意以下几点:
(1)由于雷氏夹较小,在装浆和用小刀插捣时,雷氏夹很容易倾斜,底面浆体容易漏出,有些试验人员为了抓牢雷氏夹,紧紧捏着试针,使得雷氏夹的体积减少,结果试样在养护24h后,很容易从雷氏夹内脱落下来,无法测定。
还有一种情况是:插捣用的小刀过宽,向下插捣时会撑开雷氏夹,向上拔出时又会带出一些水泥浆,不容易密实,也影响到测试结果的准确性。
所以小刀宽度一般不要大于10mm。
(2)沸煮 调整沸煮箱内的水位,保持在整个沸煮过程中没过试件。
雷氏夹脱去玻璃板取下试件,先测量雷氏夹指针尖端的距离A,精确到,把试件放入沸煮箱内的支撑板上,指针朝上,试件之间互不交叉,然后在30min±5 min内加热至沸,并恒沸3h±5 min,中途不得添补试验用水,避免因温度高而出现的烫伤情况发生。
(3)结果判别 沸煮结束后,取出试件,测量雷氏夹指针尖端的距离C,精确到,标准规定:当两个试件煮后增加距离(C-A)的平均值不大于时,认定水泥安定性合格,当两个试件的(C-A)值相差超过时,应用同一水泥立即重做一次试验,再如此,则认为该水泥的安定性不合格。
5 结束语
本文通过对水泥净浆搅拌、标准稠度用水量确定、水泥凝结时间测定、水泥安定性测定等试验环节的阐述,重点论述了试验操作过程中的注意事项、试验环境、仪器设备等因素的`影响,并对如何提高水泥试验能力提出建议。
参考文献
[1]JTG E30-2005,公路工程水泥及水泥混凝土试验规程.
[2]JC/T 727-1996,水泥物理检验仪器净浆标准稠度与凝结时间测定仪.
[3]JC/T 729-1996,水泥物理检验仪器水泥净浆搅拌机.
[4]孙忠义,王建华.公路工程试验工程师手册[M].北京:人民交通出版社,2009.
通用硅酸盐水泥物理指标及其试验方法【2】
摘要:介绍了通用硅酸盐水泥物理指标及试验方法。
关键词:凝结时间;安定性;强度;细度
通用硅酸盐水泥按混合材料的品种和掺量分为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥。
硅酸盐水泥的强度等级分为、、、、、六个强度等级。
普通硅酸盐水泥的强度等级分为、、、四个强度等级。
矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水水泥的强度等级分为、、、、、六个强度等级。
通用硅酸盐水泥技术要求包括化学指标和物理指标。
化学指标包括不溶物、烧失量、三氧化硫、氧化镁、氯离子。
物理指标包括:凝结时间、安定性、强度、细度。
1凝结时间
硅酸盐水泥初凝时间不及小于45min,终凝时间不大于390min。
普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥初凝时间不小于45min,终凝时间不大于600min。
初凝时间的测定,水泥净浆的拌制:用水泥�浆搅拌机搅拌,搅拌机和搅拌叶片先用湿布擦过,将拌合水倒入搅拌锅内,然后在5s-10s内小心将称好的500g水泥加入水中,防止水和水泥�出;拌合时先将锅放在搅拌机的锅座上,升至搅拌位置,启动搅拌机,低速搅拌120s,停15s,同时将叶片和锅壁上的水泥浆刮入锅中间,接着高速搅拌120s停机。
拌合结束后,立即将拌制好的水泥净浆装入已置于玻璃底板上的试模中,用小刀插捣,轻轻振动数次,刮去多余的净浆抹平后迅速将试模和底板移到维卡仪上,并将其中心定在试杆下,降低试杆直至与水泥净浆表面接触,拧紧螺丝1s-2s后,突然放松,使试杆垂直自由的沉入水泥净浆中。
在试杆停止深入或释放试杆30s时记录试杆至底板之间的距离,升起试杆后,立即擦净;整个操作应该在搅拌后内完成。
以试杆沉入净浆并距底板6mm±1mm的水泥净浆为标准稠度净浆。
其拌合水量为该水泥的标准稠度用水量,按水泥质量的百分比计。
以标准稠度用水量制成标准稠度净浆一次装满试模,振动数次刮平,放入湿气养护箱中养护至加水后30min时进行第一次测定,维卡仪试针与水泥净浆表面接触,拧紧螺丝1s-2s后,突然放松,或观察试针停止下沉30s时指针的读数。
临近初凝时每隔5min测定一次。
当试针沉至距底板4mm±1mm时,为水泥达到初凝状态,由水泥全部加入水中至初凝状态的时间为水泥的初凝时间。
终凝时间的测定:直径大端向上,再放入湿气养护箱中继续养护,临近终凝时间每隔15min测定一次,当试针沉入试体时,既环形附件开始不能在试体上留下痕迹时,为水泥达到终凝状态。
由水泥全部加入水中至终凝状态的时间为终凝时间,用“min”表示。
2安定性
每个试样需成型两个试件,每个雷试夹需配备质量约75-85的玻璃板两块,凡与水泥净浆接触的玻璃板和雷氏夹内表面都要稍稍涂上一层油。
将雷氏夹放在已稍擦油的玻璃板上,并立即将已制好的标准稠度净浆一次装满雷氏夹,装浆时一只手轻轻扶持雷氏夹,另一只手用宽约10mm的小刀插捣数次,然后抹平,盖上稍涂油的玻璃板,接着立即将试件移至湿气养护箱内养护24h±2h。
调整好沸煮箱的水位,使能保证在整个沸煮过程中都能超过试件,不需中途添补试验用水,同时又能保证在30min±5min内升至沸腾。
脱去玻璃板取下试件,先测量雷氏夹尖端间的距离(A),精确至,将试件放入沸煮箱水中试件架上,在30min±5min内加热至沸并恒沸180min±5min。
沸煮结束后,放掉水冷却至室温。
测量雷氏夹指针尖端的距离(C),准确至,当(C-A)的平均值不大于时,即认为该水泥安定性合格,当两个试件(C-A)相差超过时,应用同一样品立即重做一次试验。
再如此,则认为该水泥安定性不合格。
3强度
试体成型试验室的温度应保持在20℃±2℃,相对温度应不低于50%。
试体带模养护的养护箱或雾室温度应保持在20℃±1℃,相对温度应不低于90%。
试体养护池水温度应在20℃±1℃范围内。
水泥450g±2g,标准砂1350g±5g,水土保持225ml±1ml。
把水加入锅里,再加入水泥,把锅放在行星式水泥胶砂搅拌机的固定架上,上升至固定位置。
立即开动机器,低速搅拌30s后,在第二个30s开始的同时均匀的将砂子加入。
高速再拌30s。
停90s,再高速搅拌60s。
胶砂制备后立即成型。
将空试模和模套固定在振实台上,将砂分两层装入试模,装第一层时,每个槽里约放300g胶砂,用大播料器垂直架在模套顶部沿每个模槽来回一次将料层播平,接着振实60次。
再装入第二层胶砂,用小播料器播平,再振实60次。
移走模套,从振实台上取下试模,用一金属直尺以近似90℃的角度架在试模模顶的一端,然后沿试模长度方向以横向锯割动作慢慢向另一端移动,一次将超过试模部分的胶砂刮去,并用同一直尺以近乎水平的情况下将试体表面抹平。
放入雾室或湿箱的水平架子上养护。
试体龄期是从水泥加水搅拌开始试验时算起,不同龄期强度试验在下列时间里进行。
24h±15min,48h±30min,72h±45min,7d±2h,>28d±8h。
4细度
硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的细度以比表面积表示,其比表面积不小于300m�2/kg;矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水水泥的细度以筛余表示,其80um方孔筛筛余不大于10%或45um方孔筛筛余不大于30%.试验前所用试验筛应保持清洁,负压筛和手工筛应保持干燥。
负压筛析法:试验时,80um筛析试验称取试样25g,45um筛析试验称取试样10g。
筛析试验前应把负压筛放在筛座上,盖上筛盖,接通电源,检查控制系统,调节负压至4000Pa―6000Pa范围内。
称取试样精确至,置于洁净的负压筛中,放在筛座上,盖上筛盖,接通电源,开动筛析仪连续筛析2min,在此期间,如有试样附着在筛盖上,可轻轻敲击筛盖使试样落下。
筛毕,用天平称量全部筛余物。
对其它粉状物料、或采用45-80以外规格方孔筛进行筛析试验时,应指明筛子的规格、称样量、筛析时间等相关参数。
试验筛必须经常保持洁净,筛孔畅通,使用10次后要进行清洗。
金属框筛、铜丝网筛清洗时应用专门的清洗剂,不可用弱酸浸泡。
水泥检验工技术总结
金属材料是指由金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。包括纯金属、合金、金属间化合物和特种金属材料等。人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切。继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代,均以金属材料的应用为其时代的显著标志。现代,种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。我们对金属材料的认识应从以下几方面开始:一、分类:金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。①黑色金属又称钢铁材料,包括含铁90%以上的工业纯铁,含碳 2%~4%的铸铁,含碳小于 2%的碳钢,以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、精密合金等。广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。②有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金,通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。有色合金的强度和硬度一般比纯金属高,并且电阻大、电阻温度系数小。③特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料,以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等;还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能合金,以及金属基复合材料等。金属材料按生产成型工艺又分为铸造金属、变形金属 、喷射成形金属,以及粉末冶金材料。铸造金属通过铸造工艺成型,主要有铸钢、铸铁和铸造有色金属及合金。变形金属通过压力加工如锻造、轧制、冲压等成型,其化学成分与相应的铸造金属略有不同。喷射成形金属是通过喷射成形工艺制成具有一定形状和组织性能的零件和毛坯。金属材料的性能可分为工艺性能和使用性能两种。二、性能为更合理使用金属材料,充分发挥其作用,必须掌握各种金属材料制成的零、构件在正常工作情况下应具备的性能(使用性能)及其在冷热加工过程中材料应具备的性能(工艺性能)。材料的使用性能包括物理性能(如比重、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等)、化学性能(耐用腐蚀性、抗氧化性),力学性能也叫机械性能。材料的工艺性能指材料适应冷、热加工方法的能力。三、生产工艺:金属材料生产,一般是先提取和冶炼金属 。有些金属需进一步精炼并调整到合适的成分,然后加工成各种规格和性能的产品。提炼金属,钢铁通常采用火法冶金工艺,即采用转炉、平炉、电弧炉、感应炉、冲天炉(炼铁)等进行冶炼和熔炼;有色金属兼用火法冶金和湿法冶金工艺 ;高纯金属以及要求特殊性能的金属还采用区域熔炼、真空熔炼和粉末冶金工艺。金属材料通过冶炼并调整成分后,经过铸造成型,或经铸造、粉末冶金成型工艺制成锭、坯,再经塑性加工制成各种形态和规格的产品。对有些金属制品,要求其有特定的内部组织和力学性能,还常采用热处理工艺 。常用的热处理工艺有淬火、正火、退火、时效处理(将淬火后的金属制件置于室温或较高温度下保温适当时间,以提高其强度和硬度)等。四、发展趋势:金属材料的发展已从纯金属、纯合金中摆脱出来。随着材料设计、工艺技术及使用性能试验的进步,传统的金属材料得到了迅速发展,新的高性能金属材料不断开发出来。如快速冷凝非晶和微晶材料、高比强和高比模的铝锂合金、有序金属间化合物及机械合金化合金、氧化物弥散强化合金、定向凝固柱晶和单晶合金等高温结构材料、金属基复合材料以及形状记忆合金、钕铁硼永磁合金、贮氢合金等新型功能金属材料,已分别在航空航天、能源、机电等各个领域获得了应用,并产生了巨大的经济效益。
钢结构无损检测 摘要:通过对应用于建筑钢结构行业中的几种常规无损检测方法的简述,归纳了被检对象所适用的不同无 损检测方法。为广大工程技术人员和管理人员了解、学习、应用无损检测技术提供参考。 关键词:建筑钢结构;无损检测 1 前言 建筑钢结构由于其强度高、工业化程度高以及综合经济效益好等优点,自上世纪 90 年代,特别是近年来得 到了迅猛发展,广泛应用于工业和民用等领域。由于一些重点工程,建筑钢结构发生了严重的质量事故, 如郑州中原博览中心网架曾发生了崩塌事故,所以建筑钢结构的安全性和可靠性越来越受到重视。 建筑钢结构的安全性和可靠性源于设计,其自身质量则源于原材料、加工制作和现场安装等因素。评价建 筑钢结构的安全性和可靠性一般有三种方式:⑴模拟实验;⑵破坏性实验;⑶无损检测。模拟实验是按一 定比例模拟建筑钢结构的规格、材质、结构形式等,模拟在其运行环境中的工作状态,测试、评价建筑钢 结构的安全性和可靠性。模拟实验能对建筑钢结构的整体性能作出定量评价,但其成本高,周期长,工艺 复杂。破坏性实验是采用破坏的方式对抽样试件的性能指标进行测试和观察。破坏性实验具有检测结果精 确、直观、误差和争议性比较小等优点,但破坏性实验只适用于抽样,而不能对全部工件进行实验,所以 不能得出全面、综合的结论。无损检测则能对原材料和工件进行 100%检测,且经济成本相对较低。 上世纪 50 年代初,无损检测技术通过前苏联进入我国。作为工艺过程控制和产品质量控制的手段,如今在 核电、航空、航天、船舶、电力、建筑钢结构等行业中得到广泛的应用,创造了巨大的经济效益和社会效 益。无损检测技术是建立在众多学科之上的一门新兴的、综合性技术。无损检测技术是以不损伤被检对象 的结构完整性和使用性能为前提,应用物理原理和化学现象,借助先进的设备器材,对各种原材料,零部 件和结构件进行有效的检验和测试,借以评价它们的完整性、连续性、致密性、安全性、可靠性及某些物 理性能。无损检测经历了三个阶段,即无损探伤(Non-destructive Inspection,简称 NDI)、无损检测 (Non-destructive testing,简称 NDT)、无损评价(Non-destructive Evaluation,简称 NDE)、无损 探伤的含义是探测和发现缺陷。无损检测不仅仅要探测和发现缺陷,而且要发现缺陷的大小、位置、当量、 性质和状态。无损评价的含义则更广泛、更深刻, 它不仅要求发现缺陷,探测被检对象的结构、性质、状 态,还要求获得更全面、更准确的,综合的信息,从而评价被检对象的运行状态和使用寿命。应用于钢结 构行业中的常规无损检测方法有磁粉检测(Magnetic Testing 简称 MT)、渗透检测(Penetrate Testing, 简称 PT)、涡流检测(Eddy current Testing 简称 ET)、声发射检测(Acoustic Emission Testing 简称 AET)、超声波检测(Ultrasonic Testing,简称 UT)、射线检测(Radiography Testing,简称 RT)。在 建筑钢结构行业中,按检测缺陷产生的时机,无损检测方法可以按下图分类。 2 检测方法的简述 磁粉检测(MT) 原理 铁磁性材料被磁化后,产生在被检对象上的磁力线均匀分布。由于不连续性的存在,使工件表面和近表面 的磁力线发生了局部畸变而产生了漏磁场,漏磁场吸附施加在被检对象表面的磁粉,形成在合适光照下可 见的磁痕,从而达到检测缺陷的目的。 适用范围 可以对铁磁性原材料,如钢板、钢管、铸钢件等进行检测,也可以对铁磁性结构件进行检测。 局限性 仅适用铁磁性材料及其合金的表面和近表面的缺陷检测,对检测人员的视力、工作场所、被检对象的规格、 形状等有一定的要求。 优点 经济、方便、效率高、灵敏度高、检测结果直观。 渗透检测(PT) 原理 在被检对象表面施加含有荧光染料或着色染料的渗透液,渗透液在毛细血管的作用下,经过一定时间 后,渗透液可以渗透到表面开口的缺陷中去。经过去除被检对象表面多余的渗透液,干燥后,再在被检对 象表面施加吸附介质(显象剂)。同样在毛细血管的作用下,显象剂吸附缺陷中的渗透液,使渗透液回渗 到显象剂中,在一定的光照下,缺陷中的渗透液被显示。从而达到检测缺陷的目的。 适用范围 适用于非多孔状固体表面开口缺陷。 局限性 仅适用于表面开口缺陷的检测,而且对被检对象的表面光洁度要求较高,涂料、铁锈、氧化皮会覆盖表面 缺陷而造成漏检。对检测人员的视力有一定要求,成本相对较高。 优点 设备轻便、操作简单,检测灵敏度高,结果直观、准确。 涡流检测(ET) 原理 金属材料在交变磁场的作用下产生了涡流,根据涡流的分布和大小可以检测出铁磁性材料和非铁磁性材料 的缺陷。 适用范围 适用于各种导电材料的表面和近表面的缺陷检测。 局限性 不适用不导电材料检测,对形状复杂的试件很难应用,比较适合钢管、钢板等形状规则的轧制型材的检测, 而且设备较贵;无法判定缺陷的性质。 优点 检测速度快,生产效率高,自动化程度高。 声发射检测(AET) 原理 材料或结构件受到内力或外力的作用产生形变或断裂时, 以弹性波的形式释放出应变能的现象称为声发射, 也称为应力波发射。声发射检测是通过受力时材料内部释放的应力波判断被检对象内部结构损伤程度的一 种新兴动态无损检测技术。 适用对象 适用于被检对象的动态监测,如对大型桥梁、核电设备的实时动态监测。 局限性 无法监测静态缺陷、干扰检测的因素较多;设备复杂、价格较贵、检测技术不太成熟。 优点 可以远距离监控设备的运行情况和缺陷的扩展情况,对结构的安全性和可靠性评价提供依据。 超声波检测(UT) 原理 超声波是指频率大于 20 千兆赫兹的机械波。根据波动传播时介质的振动方向相对于波的传播方向不同,可 将波动分为纵波、横波、表面波和板波等。用于钢结构检测的主要是纵波和横波。 超声波探伤仪激励探头产生的超声波在被检对象的介质中按一定速度传播,当遇到异面介质(如气孔、夹 渣)时,一部分超声波反射回来,经仪器处理后,放大进入示波屏,显示缺陷的回波。 适用对象 适用于各类焊逢、板材、管材、棒材、锻件、铸件以及复合材料的检测,特别适合厚度较大的工件。 局限性 检测结果可追溯性较差;定性困难,定量不精确,人为因素较多;对被检工件的材质规格,几何形状有一 定要求。 优点 检测成本低、速度快、周期短、效率高;仪器小、操作方便;能对缺陷进行精确定位;对面积型缺陷的检 出率较高(如裂纹、未熔合等) 射线检测(RT) 原理 射线是一种波长短、频率高的电磁波。 射线检测,常规使用×射线机或放射性同位素作为放射源产生射线,射线穿过被检对象,经过吸收和衰减, 由于被检试件中存在厚度差的原因,不同强度的射线到达记录介质(如射线胶片),射线胶片的不同部位 吸收了数量不等的光子,经过暗室处理后,底片上便出现了不同黑度的缺陷影象,从而判定缺陷的大小和 性质。 适用范围 适用较薄而不是较厚(如果工件的厚度超过 80mm 就要使用特殊设备进行检测,如加速器)的工件的内部体 积型缺陷的检测。 局限性 检测成本高、周期长,工作效率低;不适用角焊逢、板材、管材、棒材、锻件的检测;对面状的缺陷检出 率较低;对缺陷的高度和缺陷在被检对象中的深度较难确定;影响人体健康。 优点 检测结果直观、定性定量准确;检测结果有记录,可以长期保存,可追溯性较强。 3 小结 综上所述,每种无损检测方法的原理和特点各不相同,且适用的检测对象也不一样。在建筑钢结构的行业 中应根据结构的整体性能,检测成本及被检对象的规格、材质、缺陷的性质、缺陷产生的位置等诸多因素 合理选择无损检测方法。一般地,选择无损检测方法及合格等级,是设计人员依据相关规范而确定的。有 的工程,业主也有无损检测方法及合格等级的要求,这就需要供需双方相互协商了。 钢结构在加工制作及安装过程中无损检测方法的选择见表 1 被检对象 原材料检验 板材 锻件及棒材 管材 螺栓 焊接检验 坡口部位 清根部位 对接焊逢 角焊逢和 T 型焊逢 UT 检测方法 UT、MT(PT) UT(RT)、MT(PT) UT、MT(PT) UT、PT(MT) PT(MT) RT(UT)、MT(PT) UT(RT)、PT(MT) 被检对象所适用的无损检测方法见表 2 内部缺陷 表面缺陷和近表面 检测方法 UT ● ○ ● ● MT ● ● ● ● PT ● ○ ○ ● ET △ △ ● × AET △ △ △ △ 发生中缺陷检 测 检测方法 RT 被检对象 试 件 分 类 锻件 铸件 压延件(管、板、型材) 焊逢 × ● × ● 分层 疏松 气孔 内部 缩孔 缺陷 未焊透 未熔合 缺陷 分类 夹渣 裂纹 白点 表面裂纹 表面 缺陷 表面气孔 折叠 断口白点 × × ● ● ● △ ● ○ × △ ○ — × ● ○ ○ ○ ● ● ○ ○ ○ △ × — × — — — — — — — — — ● △ ○ ● — — — — — — — — — ● ● ○ ● — — — — — — — — — ● △ ○ — — — — — △ △ △ △ △ △ — — — 注:●很适用;○适用;△有附加条件适用;×不适用;—不相关 参 1. 考 文 献 强天鹏 射线检测 [M] 云南科技出版社 2001 2. 3. 4. 5. 周在杞等 张俊哲等 无损检测技术及其应用 [M] 科学出版社 王小雷 锅炉压力容器无损检测相关知识 [M] 李家伟等 无损检测 冉启芳 2001 1993 [M] 机械工业出版社 2002 无损检测方法的分类及其特征的介绍 [J] 无损检测 1999 2 钢网架结构超声波检测及其质量的分 [J] 无损检测 2001 6 磁粉检测(MT) 磁粉检测(MT) 原理 铁磁性材料被磁化后,产生在被检对象上的磁力线均匀分布。由于不连续性的存在,使工件表面和近表面 的磁力线发生了局部畸变而产生了漏磁场,漏磁场吸附施加在被检对象表面的磁粉,形成在合适光照下可 见的磁痕,从而达到检测缺陷的目的。 磁粉探伤的原理及概述 磁粉探伤的原理 磁粉探伤又称 MT 或者 MPT(Magnetic Particle Testing),适用于钢铁等磁性材料的表面附近进行探伤 的检测方法。利用铁受磁石吸引的原理进行检查。在进行磁粉探伤检测时,使被测物收到磁力的作用,将 磁粉(磁性微型粉末)散布在其表面。然后,缺陷的部分表面所泄漏出来泄露磁力会将磁粉吸住,形成指 示图案。指示图案比实际缺陷要大数十倍,因此很容易便能找出缺陷。 磁粉探伤方法 磁粉探伤检测的顺序分为前期处理、磁化、磁粉使用、观察,以及后期处理。 前期处理→磁化→磁粉使用→观察→后期处理 以下分别说明各个步骤的概要。 (1)前期处理 探探伤面如果有油脂、涂料、锈、或其他异物附着的情况下,不仅会妨碍磁粉吸附在伤痕上,而且还会出 现磁粉吸附在伤痕之外的部分形成疑私图像的情况。因此在磁化之前,要采用物理或者化学处理,进行去 除污垢异物的步骤。 (2)磁化 将检测物适当磁化是非常重要的。通常,采用与伤痕方向与磁力线方向垂直的磁化方式。另外为了适当磁 化,根据检测物的形状可以采用多种方法。日本工业规格(JIS G 0565-1992)中规定了以下 7 种磁化方法。 ①轴通电法……在检测物轴方向直接通过电流。 ②直角通电法……在检测物垂直于轴的方向直接通过电流。 ③Prod 法……在检测物局部安置 2 个电极(称为 Prod)通过电流。 ④电流贯通法……在检测物的孔穴中穿过的导电体中通过电流。 ⑤线圈法……在检测物中放入线圈,在线圈中通过电流。 ⑥极间法……把检测物或者要检测的部位放入电磁石或永磁石的磁极间。 ⑦磁力线贯通法……对通过检测物的孔穴的强磁性物体施加交流磁力线,使感应电流通过检测物。 (3)磁粉使用磁粉探伤的原理 ① 磁粉的种类 为了让磁粉吸附在伤痕部的磁极间形成检出图像,使用的磁粉必须容易被伤痕部的微弱磁场磁化,吸附在 磁极上,也就是说需要优秀的吸附性能。另外,要求形成的磁粉图像必须有很高的识别性。 一般,磁粉探伤中使用的磁粉有在可见光下使用的白色、黑色、红色等不同磁粉,以及利用荧光发光的荧 光磁粉。另外,根据磁粉使用的场合,有粉状的干性磁粉以及在水或油中分散使用的湿性磁粉。 ② 磁粉的使用时间 磁粉使用时间分为一边通过磁化电流一边使用磁粉的连续法,以及在切断磁化电流的状态即利用检测物的 残留磁力的残留法两种。 (4)观察 为了便于观察附着在伤痕部位的磁粉图像,必须创造容易观察的环境。普通磁粉需要在尽可能明亮的环境 下观察,荧光磁粉则要使用紫外线照射灯将周围尽量变暗才容易观察。 (5)后期处理 磁粉探伤结束,检测物有可能仍作为产品或是需要送往下一个加工步骤接受机械加工等。这时就需要进行 退磁、去除磁粉、防锈处理等后期处理。 适用范围 可以对铁磁性原材料,如钢板、钢管、铸钢件等进行检测,也可以对铁磁性结构件进行检测。 局限性 仅适用铁磁性材料及其合金的表面和近表面的缺陷检测,对检测人员的视力、工作场所、被检对象的规格、 形状等有一定的要求。 优点 经济、方便、效率高、灵敏度高、检测结果直观。 生产厂家: 生产厂家:济宁联永超声电子有限公司 仪器设备名称: 仪器设备名称:CDX-Ⅲ该机型磁粉探伤仪 Ⅲ 仪器概况:CDX-Ⅲ该机型磁粉探伤仪是具有多种磁化方式的磁粉探 伤仪设备。仪器采用可控硅作无触点开关,噪音小、寿命长、操作简 单、方便、适应性强、工作稳定。是最近推出新产品,它除具有便携 式机种的一切优点,还具有移动机种的某些长处,扩展了用途,简化 了操作,还具有退磁功能。 该设备有四种探头: 1、旋转探头: 型)能对各种焊缝、各种几何形状的曲面、平面、 (E 管道、锅炉、球罐等压力容器进行一次性全方位显示缺陷和伤痕。 2、电磁轭探头: 型)它配有活关节,可以对平面、曲面工件进行 (D 探伤。 3、马蹄探头: 型)它可以对各种角焊缝,大型工件的内外角进行 (A 局部探伤。 4、磁环: 型)它能满足所有能放入工件的周向裂纹的探伤,用它 (O 来检测工件的疲劳痕(疲劳裂痕均垂于轴向)及为方便,用它还可以 对工件进行远离法退磁。 总之,该仪器是多种探伤仪的给合体,功能与适用范围广,尤其应用 于不允许通电起弧破表面零件的探伤。 无损检测概论及新技术应用 无损检测概论及新技术应用 概论 摘要: 摘要:综述了无损检测的定义、方法、特点、要求等基本知识,以及无损检测在 现今社会中的应用实例,其中包括混凝土超声波无损检测技术、涡流无损检测技 术、渗透探伤技术。 关键词: 关键词:无损检测;混凝土缺陷;涡流检测;渗透探伤。 引言: 引言:随着现代工业的发展,对产品的质量和结构的安全性、使用的可靠性提出 了越来越高的要求,无损检测技术由于具有不破坏试件、检测灵敏度高等优点, 所以其应用日益广泛。无损检测是工业发展必不可少的有效工具,在一定程度上 反映了一个国家的工业发展水平,其重要性已得到公认。 1、 无损检测概论 、 无损检测 检测概论 无损检测就是利用声、光、磁和电等特性,在不损害或不影响被检对象使用 性能的前提下,检测被检对象中是否存在缺陷或不均匀性,给出缺陷的大小、位 置、性质和数量等信息,进而判定被检对象所处技术状态(如合格与否、剩余寿 命等)的所有技术手段的总称。 常用的无损检测方法有射线照相检验(RT)、超声检测(UT)、磁粉检测(MT)和 液体渗透检测(PT) 四种。 其他无损检测方法: 涡流检测(ET)、 声发射检测 (AT) 、 (TIR) 泄漏试验 、 (LT) 交流场测量技术 、 (ACFMT) 漏磁检验 、 (MFL)、 热像/红外 远场测试检测方法(RFT)等。 基于以上方法,无损检测具有一下应用特点: 1>不损坏试件材质、结构 无损检测的最大特点就是能在不损坏试件材质、 结构的前提下进行检测, 所以实施无损检测后,产品的检查率可以达到 100%。但是,并不是所有需要测 试的项目和指标都能进行无损检测,无损检测技术也有自身的局限性。某些试验 只能采用破坏性试验, 因此, 在目前无损检测还不能代替破坏性检测。 也就是说, 对一个工件、材料、机器设备的评价,必须把无损检测的结果与破坏性试验的结 果互相对比和配合,才能作出准确的评定。 2>正确选用实施无损检测的时机 在无损检测时, 必须根据无损检测的目的,正确选择无损检测的时机,从而顺利 地完成检测预定目的,正确评价产品质量。 3>正确选用最适当的无损检测方法 由于各种检测方法都具有一定的特点,为提高检测结果可靠性,应根据设备 材质、制造方法、工作介质、使用条件和失效模式,预计可能产生的缺陷种类、 形状、部位和取向,选择合适的无损检测方法。 4>综合应用各种无损检测方法 任何一种无损检测方法都不是万能的,每种方法都有自己的优点和缺点。应 尽可能多用几种检测方法,互相取长补短,以保障承压设备安全运行。此外在无 损检测的应用中,还应充分认识到,检测的目的不是片面追求过高要求的“高质 量”,而是应在充分保证安全性和合适风险率的前提下,着重考虑其经济性。只 有这样,无损检测在承压设备的应用才能达到预期目的。[1] 通过各种检测方法,最终对于无损检测的要求是:不仅要发现缺陷,探测试 件的结构、状态、性质,还要获取更全面、准确和综合的信息,辅以成象技术、 自动化技术、计算机数据分析和处理技术等,与材料力学、断裂力学等学科综合 应用,以期对试件和产品的质量和性能作出全面、准确的评价。 2、 无损检测在各领域的应用 、 无损检测基于以上优点,在现今社会受到广泛关注和应用,为实际生产工作减 少了废料成本,提供了极大的方便。其中超声波检测技术、涡流检测、渗透探伤 技术、霍尔效应无损探伤技术应用极为出色。 混凝土超声无损检测 混凝土是我国建筑结构工程最为重要的材料之一,它的质量直接关系到结构 的安全。多年来,结构混凝土质量的传统检测方法是以按规定的取样方法,制作 立方体试件,在规定的温度环境下,养护 28d 时按标准实验方法测得的试件抗压 强度来评定结构构件的混凝土强度。用试件实验测得的混凝土性能指标,往往是 与结构物中的混凝土性能有一定差别。因此,直接在结构物上检测混凝土质量的 现场检测技术,已成为混凝土质量管理的重要手段。 所谓混凝土“无损检测”技术,就是要在不破坏结构构件的情况下,利用测 试仪器获取有关混凝土质量等受力功能的物理量。 因该物理量与混凝土质量之间 有较好的相互关系,可采用获取的物理量去推定混凝土质量。[2] 混凝土超声检测是用超声波探头中的压电陶瓷或其他类型的压电晶体加载某 频率的交流电压后激发出固定频率的弹性波, 在材料或结构内部传播后再由超声 波换能器接收,通过对采集的超声波信号的声速、振幅、频率以及波形等声学参 数进行分析,以此推断混凝土结构的力学特性、内部结构及其组成情况。超声波 检测可用于混凝土结构的测厚、探伤、混凝土的弹性模量测定以及混凝土力学强 度评定等方面. [3] 涡流无损检测 涡流检测的基本原理:将通有交流电的线圈置于待测的金属板上或套在待测 的金属管外。这时线圈内及其附近将产生交变磁场,使试件中产生呈旋涡状的感 应交变电流,称为涡流。涡流的分布和大小,除与线圈的形状和尺寸、交流电流 的大小和频率等有关外,还取决于试件的电导率、磁导率、形状和尺寸、与线圈 的距离以及表面有无裂纹缺陷等。因而,在保持其他因素相对不变的条件下,用 一探测线圈测量涡流所引起的磁场变化,可推知试件中涡流的大小和相位变化, 进而获得有关电导率、缺陷、材质状况和其他物理量(如形状、尺寸等)的变化或 缺陷存在等信息。但由于涡流是交变电流,具有集肤效应,所检测到的信息仅能 反映试件表面或近表面处的情况。[4] 应用:按试件的形状和检测目的的不同,可采用不同形式的线圈,通常有穿过 式、探头式和插入式线圈 3 种。穿过式线圈用来检测管材、棒材和线材,它的内 径略大于被检物件, 使用时使被检物体以一定的速度在线圈内通过, 可发现裂纹、 夹杂、凹坑等缺陷。探头式线圈适用于对试件进行局部探测。应用时线圈置于金 属板、管或其他零件上,可检查飞机起落撑杆内筒上和涡轮发动机叶片上的疲劳 裂纹等。插入式线圈也称内部探头,放在管子或零件的孔内用来作内壁检测,可 用于检查各种管道内壁的腐蚀程度等。为了提高检测灵敏度,探头式和插入式线 圈大多装有磁芯。涡流法主要用于生产线上的金属管、棒、线的快速检测以及大 批量零件如轴承钢球、汽门等的探伤(这时除涡流仪器外尚须配备自动装卸和传 送的机械装置) 、材质分选和硬度测量,也可用来测量镀层和涂膜的厚度。[5] 优缺点:涡流检测时线圈不需与被测物直接接触,可进行高速检测,易于实现 自动化,但不适用于形状复杂的零件,而且只能检测导电材料的表面和近表面缺陷, 检测结果也易于受到材料本身及其他因素的干扰。 渗透探伤技术 液体渗透检测的基本原理:零件表面被施涂含有荧光染料或着色染料的渗透 剂后,在毛细管作用下,经过一段时间,渗透液可以渗透进表面开口缺陷中;经 去除零件表面多余的渗透液后,再在零件表面施涂显像剂,同样,在毛细管的作 用下,显像剂将吸引缺陷中保留的渗透液,渗透液回渗到显像剂中,在一定的光 源下 (紫外线光或白光) 缺陷处的渗透液痕迹被现实, 黄绿色荧光或鲜艳红色) , ( , 从而探测出缺陷的形貌及分布状态。[6] 渗透检测适用于具有非吸收的光洁表面的金属、非金属,特别是无法采用磁 性检测的材料,例如铝合金、镁合金、钛合金、铜合金、奥氏体钢等的制品,可 检验锻件、铸件、焊缝、陶瓷、玻璃、塑料以及机械零件等的表面开口型缺陷。 渗透检测的优点是灵敏度较高(已能达到检测开口宽度达 的裂缝) ,检测 成本低,使用设备与材料简单,操作轻便简易,显示结果直观并可进一步作直观 验证(例如使用放大镜或显微镜观察) ,其结果也容易判断和解释,检测效率较 高。缺点是受试件表面状态影响很大并只能适用于检查表面开口型缺陷,如果缺 陷中填塞有较多杂质时将影响其检出的灵敏度。[7] 3、 结语 、 随着现代科学技术的发展,激光、红外、微波、液晶等技术都被应用于无损 检测领域,而传统的常规无损检测技术也因为现代科技的发展,大大丰富了应用 方法,如射线照相就可细分为 X 射线、γ射线、中子射线、高能 X 射线、射线 实时照相、层析照相……等多种方法。 无损检测作为一种综合性应用技术,无损检测技术经历了从无损探伤,到无 损检测,再到无损评价,并且向自动无损评价、定量无损评价发展。相信在不远 的将来, 新生的纳米材料、 微机电器件等行业的无损检测技术将会得到迅速发展。 参考文献【1】李喜孟.无损检测.机械工业出版社.2011 】 【2】父新漩. 混凝土无损检测手册.人民交通出版社.2003 】 【 3】 冯子蒙.超声波无损检测于评价的关键技术问题及其解决方案.煤矿机 】 械.2009(9) 【4】唐继强.无损检测实验.机械工业出版社.2011 】 【5】李丽茹.表面检测.机械工业出版社.2009 】 【6】国防科技工业无损检测人员资格鉴定与认证培训教材编审委员会.机械工业 出版社.2004 【7】胡学知主编. 中国劳动社会保障出版社.2007 】
1、状态:常温下为固体,汞除外。2、颜色:大多数为金属光泽,银白色,少数有特殊色,块状金属有金属光泽,有些粉末状金属呈黑色或暗灰色。3、特性:大多数有延性和展性,延性最好的是铂,展性最好的是金;具有良好的传热导电性,导电性最好是银。4、密度:除锂、钠、钾较水轻外,其余密度均较大,最轻的是锂。5、熔点:一般均较高,但差异较大,最难熔的金属是钨,熔点最低是汞。6、硬度:一般较大,但差别较大,最硬的是铬,除汞液态外,最软的金属是铯,碱金属均可用小刀切割开。
具有导热性、导电性、延展性
为了更好的提高微生物食品的安全性,对微生物的检验技术的发展就变得十分的重要。下面是我为大家整理的食品微生物论文,供大家参考。
【论文关键词】:食品微生物 实验教学 实验开放管理
【论文摘要】:食品微生物实验教学中,本文从精心选择实验内容,有效组织管理实验教学,引进综合考评机制并加强开放管理实验室方面进行思考和 总结 ,以期确保实验课安全、有序、成功的完成,达到教学目的。
实验教学是高等 教育 教学活动的重要环节。通过实验课不仅可以加深学生对课堂内容的理解,巩固已学到的理论知识,而且能够培养学生理论联系实际的能力、分析问题和解决问题的能力,对于活跃思维、提高创新能力起着积极的作用。
食品微生物学是食品专业学生必修的专业课,是普通微生物学的延伸。食品微生物学是一门实践性和应用性较强的学科,它要求学生在系统学习基础理论知识的基础上,掌握食品微生物学检测技术、分离纯化技术、鉴定技术、发酵食品的制备技术、食品加工与保鲜技术以及现代分子微生物学实验 方法 等。通过食品微生物实验教学培养出不仅具有丰富理论知识,而且能掌握现代生物技术并熟练操作的高技能人才。
如何加强食品微生物实践教学的组织指导,如何调动学生的积极性,提高实验教学效果一直是我们关注和探索的问题。下面简单谈一下我们在食品微生物实验教学中遇到的问题,解决的方法和对一些问题的思考。
1 精心选择实验内容,调动学习积极性
随着食品工业和微生物检测技术的迅速发展,食品微生物学及其实验课的内容也不断扩展,而实验课既受理论课内容进度的限制,又受课时及实验室等客观条件的限制。要在有限的课时内,系统、科学地完成食品微生物所有的实验项目是绝对不可能的,这就要求我们实验教师在掌握微生物学教学大纲的前提下,结合现代科技的发展和食品微生物的研究动态,精心设计实验课教学体系,合理选择实验项目。
选择实验内容,我们由浅入深,由感性到理性。首先要求学生对食品中常见细菌、酵母菌、霉菌、乳酸菌进行观察,掌握其性状特征和培养生长条件。学会识别哪些是有益菌,哪些是有害菌,利用有益菌的代谢活动制造更多的发酵产品,提高食品的质量,同时防止有害菌引起食品腐败变质以及食物中毒。其次选择有代表性的发酵食品作为实验内容,使学生了解利用微生物生产发酵食品的整个过程,通过这些实验使同学们对食品发酵有一个总体印象,并能举一反三。最后对不同的食品和发酵食品设计实验,让学生掌握食品微生物学检测技术、分离纯化技术、鉴定技术。并在课堂上结合自己的科研成果和食品研究 热点 介绍食品工业发展的前沿动态。
实验设计过程中,不仅有验证性实验,更多地引进了综合性和设计性实验,学生分成几人一组,让学生从实验设计,自己选择原材料,准备实验材料,试剂的配置,培养基的制备和灭菌等都由学生自己完成,最后写成规范的实验 报告 。学生对此积极性很高,甜酒酿、酸奶、腐乳等都是同学们喜欢并制作的发酵食品。在这个过程中学生将所学内容贯通,并熟悉掌握各个环节的操作步骤,这对学生将来步入社会,在工作岗位上独立开展工作都会有很大的帮助。
2 强化基础技能的训练,有效组织管理实验教学
食品微生物学是在掌握微生物的基本实验技能的基础上开展的,学生无菌操作观念的培养、正确使用、掌握微生物的实验仪器,如光学显微镜、灭菌消毒器械等都非常重要。但基于很多原因,学生的这些基础技能还是很薄弱,所以我们在进行食品微生物的每一个实验的每一个步骤中只要涉及这些基础性的知识,都会给予强调,亲自演示。
学生微生物基础技能培养和形成,不是一两堂课能完成,也不是单单有老师演示后学生就可以掌握,必须让学生每人亲自动手。但在实际教学过程中,由于学生人数的增加,硬件等条件限制,人手一套实验器材不现实,那么在有限人力、有限资源情况下,使每一位同学都能动手操作并熟悉实验过程,有效组织和管理实验教学过程就尤为重要。
(1)首先任课教师和实验技术人员充分做好预实验,对实验的关键步骤和关键操作点都做到心中有数,在授课过程中有重点地强调,并分析某步骤出现问题可能会出现的结果。
(2)每次实验之前任课教师和实验技术人员就实验进行积极的沟通,不仅对实验准备的物品和材料沟通,更要对实验的组织过程协商。
(3)在实验过程中则需要任课教师和实验技术人员相互协作,并充分发挥学生班干部和小组长的作用。课堂理论教学课和实验课最大的区别在于,实验课更注重学生的动手参与,以及实验过程出现问题发现问题的及时解决。 (4)教师要严于律已,教师要严格要求自己,实验过程中耐心指导,热情帮助,回答好学生提出的每个问题,并随时纠正不正确或不规范操作。
3 加强实验课考核,引进综合实验考评
实验课的成绩给定,往往包括实验课出勤率和实验报告成绩两方面综合。所以首先就要求教师认真考勤,只有学生的出勤率有保证才能有效地组织教学活动。其次,要求实验报告书写规范,详细完成实验报告,对实验结果进行讨论,实验失败要分析原因。同时教师也对实验报告认真批改,实验报告是对实验的总结,也是对实验课质量高低的检验。通过对实验报告的批改,可以发现学生的实验操作能力和观察分析问题的能力。
实际教学中,实验报告雷同和抄袭的现象比较多见,为综合考评学生实际动手能力和对实验技能的掌握,建议今后引进期末的综合实验考评:即将各个试验项目设计成不同的实验题目,让每个学生随机抽取并在有限的时间内独立完成操作,视完成的情况给予评分。比如:“食品中常见菌类的平板培养”考察了无菌操作、培养基的制备,对食品中常见菌类平板接菌技术;“食品中常见菌类的形态观察”考察了革兰氏染色,各真菌形态辨别等。在进行具体考核过程中,可把每个考核的内容进行量化定出详细的评分标准,根据学生的每一个操作环节现场打分,并对同学进行现场提问,让学生进行答辩。
4 有计划推进实验室的开放 加强实验室开放管理
微生物实验室的开放是对食品微生物实验课的有益补充,能强化、巩固、提升对食品微生物课程内容的理解,我们鼓励学生设计和开发自己的科研项目,而且学校有很优厚的资金加以支持。但是开放实验室不是无条件的,有时因实验操作不当引起的安全隐患是很严重和难以预料。因此实验室开放时管理须给予加强。
建立科学的管理机制,利用校园网建设实验网站,公布开放实验项目的题目、时间和地点,供学生选择和预约。
专人负责学生的科研队伍,对菌种、标准品、和学生用到的有毒有害物质要有专人负责,注意保管,不随意丢弃,做好无害化处理。对使用仪器学生做好使用登记,实验物品注意清洗、归还、交接。
总之,食品微生物实验课,只有提高对实验教学活动的认识,精心选择实验内容,合理有效组织和管理实验过程,并加强实验课的考核,在此基础上,推进实验室对学生的开放,加强开放实验室的管理,就能确保实验课安全、有序、成功的完成,达到教学目的,也使学生真正有所收获。
参考文献
[1] 赖建平.从培养学生创新能力入手加强化学院食品微生物学实验教学改革[J].广东化工,2007,2:77~79.
[2] 潘蕾.实验室开放管理的研究与实践[J].实验技术与管理,2007,9:131~133.
[3] 陶思源,食品微生物实验课教学改革的初探[J].辽宁行政学院学报,2005,4:211~212.
[论文关键词]:食品微生物 教学改革 多媒体课件
[论文摘要]:针对食品微生物学课程教学, 文章 从教学内容、教学手段、 教学方法 和成绩考核标准等几个方面进行了探讨,为食品微生物教学改革提供了新的思路。
食品微生物学是一门研究与食品有关的微生物的科学,通过对微生物的基本知识、基础理论和基本实验技能的教学,使学生能辨别有益的、腐败的和病原的微生物,从而在食品制造、保藏过程中,充分利用有益微生物,控制有害微生物的活动,以防止食品的变质[1]。该课程内容多,涉及面广,技术性实用性强,是食品专业的专业基础课程。在教学中,除重视基础理论知识、基本操作技能的传授外,也注重了培养学生分析问题、解决问题的能力,做法和体会如下:
一、变学生被动为主动,变换教学立场
教师的备课不是简单的“背课”[2],是在对教学内容熟悉的基础上,优化内容,根据食品微生物学知识体系的要求合理分配教学时间,增加学生在课堂上的参与和主动,启发引导学生完成学习任务,充分发挥教为主导,学为主体的作用。要改以往课堂以教师讲为主,学生被强迫坐于课堂,不能也不敢出声的传统教学模式,做到让学生“动”起来,让学生自身主动地进入到学习状态,增加学习兴趣,提高学习效果。
如“食品微生物学”与“生物化学”等课程相互渗透、相互联系,在授课时间上有前有后,为了避免相近课程某些内容重复,我们进行了授课内容的优化。对于先修课程生物化学,已讲过“物质代谢”内容,则以学生为主角,让学生课下查阅资料丰富相关知识尤其是一些科研论文(这样可以启发学生发现更多问题),然后课堂向教师提问的方式来完成这部分教学内容。教师要根据学生提问的难易做到由浅及深地回答,帮助学生回顾已忘或还未掌握的内容。学生在提问时,允许学生充分发挥想象;老师答疑时要尽可能多联系一些日常生活的实例和本学科当前研究的最新进展,用简练、幽默、易懂的语言回答相关问题,这样既丰富了学生知识,又调动了学生积极性和趣味性,让学生在课堂上能够感觉到自己是课堂主角,要发挥主角作用。
二、善于利用多媒体教学资源
传统的板书加挂图的食品微生物教学模式已远远不能满足当今学生的信息量。计算机辅助教学成为当今教育科学及教学手段的重要组成部分[3]。多媒体技术应用于食品微生物教学中,使教学效果前所未有的提高。首先,多媒体技术使直观教学成为可能。将微观世界在课堂上生动再现,其效果胜过任何语言的描述。其次,多媒体提供的信息量远远大于传统教学模式。课堂上学生可以观看多幅图片,阅读多篇教学材料,这个数量可以是传统教学的几倍。第三,多媒体将多种教学资源进行了整合,提供了多种教学方法,如课件、动画、相关网络声像资料及新闻报道等。
食品微生物学,不仅内容丰富,涉及面广,发展迅速,而且个体微小,学生对它的认识远不如对宏观事物,再加上其营养方式、遗传类型多种多样、代谢机制错综复杂,学生往往感觉其知识繁琐、抽象和难以理解。针对这种情况,将多媒体技术应用到微生物学课程的教学,受到了学生的普遍欢迎。通过flash动画、PPT课件、高清晰显微照片、动态显微录像等CAI教学软件,使微观世界宏观化、教学内容形象化[4]。例如,把细菌、真菌、病毒的显微世界以色彩丰富、直观清晰、生动形象的三维画面或科教电影形式展示给学生,以动画的形式表现出细菌鞭毛的运动、T偶噬菌体的增殖、主动吸收的方式、细胞的分裂过程等内容。不仅激发了学生的学习兴趣,有助于学生的理解与接受,而且可突破教学中的难点,加大教学的信息量,提高讲课的效率。
三、采取形象化教学形式
在实际教学过程中要注重知识的逻辑性和系统性,强化抽象理论与具体实例结合,增加学生对抽象理论的感性认识和接受能力。食品微生物学主要讲解了微生物在食品生产、贮运及销售过程的利害影响,但由于微生物的自身特性,我们很难就只有显微条件下才能观察到的细小生物让其形象化,宏观化。虽然多媒体已经在此方面有了很大改善,但要做到与具体实例联系更加紧密,更加强化学生的感性认识,我们必须借助实际生产、生活中的例子来实现形象化教学。如,上课时我们将一些常见的白酒、红酒、酸乳、面包、酱类等发酵食品带入课堂来讲授微生物在发酵食品中的应用,并且通过与实验紧密结合,开展发酵酸乳来增强学生对微生物利用的认知,让学生自已亲自动手制作酸乳,品评自已的劳动成果,便于理解和掌握教学内容重点。再如讲到微生物对食品的危害时,我们选用了一些发霉的粮食、发霉的马铃薯以及发臭的肉和罐头等进入课堂,这样在理论讲解时有现实的例子,无论从教师的讲授还是学生掌握都因有了宏观感性认识而变得轻松容易。
四、调动学生兴趣,培养创新能力
兴趣是学习的动力,也是创新的动力,创新的过程需要兴趣来维持。教育学家乌申斯基说:“没有丝毫兴趣的强制学习,将会扼杀学生探求真理的欲望。”[5]食品微生物课堂教学中要注重培养学生的学习兴趣,养成学生良好的学习习惯,为学生创造性学习奠定基础。那么如何在微生物教学过程中做到调动学生兴趣,培养创新能力呢?我们主要从三方面来做起。第一,因材施教。学生的个性差异和智力发展情况各不相同,因材施教,对不同层次的学生实施不同程度的思维能力和创造能力,对不同层次的学生要有不同的评价标准和不同的目标要求。第二,以“新”为轴,调动学生学习兴趣。教学中突出“新”的理念(即运用新思想,联系新理论,列举新课题等),在激发学生的学习热情,培养提出问题,解决问题的能力,积极参加各种学术讨论会,大胆提问等方面都无疑会起重要作用,同时还赋予学生宝贵的 创新思维 。第三,多样化传授知识。改传统课堂教学模式,引入食品中微生物变化的课外观察,自行了解微生物的生长变化;鼓励学生课堂提问,学生课外查阅资料课堂以报告会形式进行教学内容讨论;积极开展相关实验,引入校园河水中微生物检测实验,培养学生自行设计安排和完成实验的能力。
五、强化实验教学,重视动手能力
食品微生物学是一门实验性、技能性很强的专业基础课,这一学科的在校大学生踏上工作岗位前,普遍存在动手能力较差、实验技能欠缺的问题。充分利用现有的力所能及的各种条件,加强实验技能培训,是最快捷有效的弥补方法。
(一)课堂实验
食品微生物实验课开始时,讲明实验目的、要求、步骤和注意事项,努力使实验成功的要求变成学生头脑中的指令,使每位同学都全神贯注地投入到实验当中去。从最基本的操作技术做起,抓住实验课上一切可以利用的机会,采取多种形式强化基本技能。具体如下:
最初,教师进行实验目的、要求、步骤和注意事项的详细讲解。
其次,以多媒体的形式将预先录制的实验过程向学生播放。这样既可以回顾理论教学内容加深实验印象,又可使学生初步了解实验过程、实验步骤及实验中的关键操作,帮助掌握实验技能。
再次,教师与学生同时进行实验操作。这样进行实验,学生在观看了录像后对部分仍不明白或是记忆不清楚的地方可以通过教师演示与他们实验的同步,进行实验信息交换,从而让学生能够最短最及时最迅速地掌握正确的实验技能。
最后,进行实验总结,认真完成实验报告的写作和批阅,从中找出问题并进行集中答疑,进一步修正学生实验中的错误。
(二)课外实验
不定期安排学生在课外做些简单实验或集中安排学生课外进行实验技能训练。如在讲微生物腐败变质时安排学生课外取一空矿泉水瓶内装入校园河流中比较清澈的水,然后进行封口存放,直至水质变化产生腥臭。让学生通过这种现象来强化课堂所学内容,起到了良好教学效果。再如集中学生利用课余时间进行校园河水中微生物检测实验,让学生以小组为单位独立完成从实验设计到完成检测报告一系列工作,并且最后进行结果评比。这样不但丰富了学生课余生活,而且还调动了学生的学习积极性,提高了学生的实际动手和综合运用知识的能力。
六、建立适合当代大学生的考核机制[6],正确评定学生成绩
实行理论和实验考试分离,突出实验,综合评定的考试模式。改以往教师授课内容为蓝本,学生考前背,考后忘的非正常态考试模式。将理论考查内容面放宽加大,强调与实际食品生产的联系,将知识点以命题形式溶入现实生活,做到“学以致用”。实验考试采用笔试和操作各占一半的命题形式,做到实验理论和实验操作并行,要求学生在规定时间内完成两部分命题,达到理论、操作都掌握的目的。实验笔试以实验基本原理和关键操作步骤为主要命题范围,实验操作以抽签形式定,内容均为食品微生物必须掌握的实验内容,如显微镜观察、细菌染色、细菌计数等。最后学生成绩由理论和实验两部成绩再结合平时的课堂提问及实验情况进行综合评定,给出学生一个公平公正科学的考核成绩。通过这种模式考试既要求学生掌握了食品微生物的相关理论知识,又培养了学生的实验操作技能,为以后的实际工作打下了坚实基础。
实践证明,我们进行的食品微生物课程教学改革的大胆尝试是成功的。教学内容的丰富更新、教学手段的现代化,考核机制的客观化,不仅提高了教学质量和教学效果,而且激发了学生的学习兴趣,拓宽了学生的知识面,增强了学生的动手能力,适应了现代社会对人才培养的要求。
参考文献
[1]贾英民,食品微生物学[M],北京,中国轻工业出版社,2001,1~243
[2]朱宏飞,微生物教学中激发学生兴趣的几点探索[J],微生物学通报,2007,34(1)173~175
[3]梁峙,微生物教学中的CAI[J],彭城职业大学学报,2001,3(16),76~79
[4]李平、杜先锋、蒋军,运用多媒体课件好食品微生物学的尝试[J],高等农业教育,2002,10,42~44
[5]叶丹玲,如何在微生物教学中培养学生的创新意识[J],宁波工程学院学报
摘要: 随着人类社会的进步,食品安全已经成为世界性的公共卫生问题,不仅影响到人类的健康,而且关系到国家的安全及稳定,大力发展科学技术,研究新检验方法,快速推广普及有效检测技术越显重要。本文介绍了免疫检测技术、分子生物学方法、快速测试片法、电阻电导测定法四方面的检测方法,并评述了他们的特点。随着生物等新技术新方法在食品微生物检验领域应用,文章对近几年食品微生物检测技术和方法进行介绍,这样做有效的提高了检测效率和检验速度。
关键词: 检测方法;微生物
0 引言
随着人们现代科学技术的发展,“细菌门”、“福寿螺”、“毒饺子”等名词的出现,食品安全问题越来越受到人们的重视,根据WHO统计,全球每年有近15亿人感染食源性疾病,其中70%是食品中致病微生物污染引起的。各个环节中都有污染微生物的可能,包括食品生产、加工、储存、运输、销售等,目前,微生物对食品的污染问题成为人们关注领域。
1 食品微生物分类及命名
微生物并不是生物学分类学上的专门名词,而是对所有形体微小,单细胞的或个体结构较为简单的多细胞的、甚至没有细胞结构的低等生物的统称。其群体非常庞杂,种类繁多,包括细胞型和非细胞型两类。凡具有细胞形态的微生物称为细胞型微生物。细胞型微生物按细胞结构又分为原核微生物和真核微生物。
2 食品微生物检测技术及方法
免疫检测技术———酶联免疫吸附剂测定法 (ELIsA)[1]
免疫学是研究生物体对抗原物质免疫应答性及其方法的生物-医学科学。免疫应答是机体对抗原刺激的反应,也是对抗原物质进行识别和排除的一种生物学过程。现代免疫学将“免疫”定义为:机体对“自己”和“异己”识别、应答过程中所产生的生物学效应的总和,正常情况下是维持内环境稳定的一种生理性功能。
酶联免疫分析法(ELIsA)是食品检验中应用的主要免疫检测技术。它的中心就是让抗体与酶复合物结合,然后通过显色来检测。具体说就是使抗原或抗体结合到某种固相载体表面,即与某种酶连接成酶标抗原或抗体,这种酶标抗原或抗体既保留其免疫活性,又保留酶的活性。在测定时,把受检标本(测定其中的抗体或抗原)和酶标抗原或抗体按不同的步骤与固相载体表面的抗原或抗体起反应。用洗涤的方法使固相载体上形成的抗原抗体复合物与其他物质分开,最后结合在固相载体上的酶量与标本中受检物质的量成一定比例。加入酶反应底物,底物被酶催化变为有色产物,产物的量与标本中受检物质的量直接相关,可根据颜色反应的深浅来进行定性或定量分析。
分子生物学方法
核酸探针法[2] 核酸探针是将已知核苷酸序列
DNA片段用同位素或其他方法标记,加入已变性的被检DNA中,在一定条件下即可与该样品中有同源序列的DNA区段形成杂交双链,从而达到鉴定样品中DNA的目的,这种能认识到特异性核苷酸序列有标记的单链DNA分子就称为核酸探针或基因探针。与免疫学方法相似,探针也需要附加适当标记。以往研究的探针技术要使用放射性同位素,只在专门的实验室使用,而现在较热门的技术是以核酸杂交为基础的第二代技术一—比色计。该方法依赖核糖体RNA(tRNA)发育中储存的核酸成分进行检测。这种天然富含rRNA标靶序列的使用使得无辐射检测成为可能,同时又保持了与放射性同位素方法相当或者更高的灵敏度。总体说,核酸探针技术是一种较为理想的技术,特点是敏感、特异、简便、快速,缺点是一种菌就需要一种探针,目前尚未建立所有菌种探针,该技术还有待进一步发展,再者就是检验费用比较昂贵。
聚合酶链反应法(PcR方法)[2] 聚合酶链反应 (PCR)PCR是美国科学家Mllllis于1983年发明的体外快速扩增特定基因或DNA序列的方法。又称为基因体外扩增法,是一种体外选择性扩增DNA或RNA的技术。该方法通过对人工难以培养的微生物相应RNA或DNA片段扩增,检测扩增的产物含量,从而快速对饲料中致病菌的含量进行检测。PCR技术可直接检测样品中痢疾杆菌,大肠杆菌、乳酸杆菌、肉毒梭菌等。
快速测试片法 快速测试片法是利用无毒的纸膜、纸片、胶片为培养基载体,快速、定性和定量检测试纸和胶片的食品微生物检测方法,它是一种集现代化学、高分子科学、微生物学于一体的检测方法。对有些项目的测定,其准确度和精确度高,几乎与标准方法相媲美。其优点:第一,常规法需要时间较长,而且温度要求严格,而测试片操作简单,大大缩短了测试时间,以往许多实验室不能实施,不能达到及时检测的目的。第二,快速测试片可以在取样时同时接种,防止延长接种时间时由于细菌繁殖造成的数量增多,结果更能反映当时样本中真实的细菌数。第三,测定少量样品,不需配试剂,价格低廉,可随时进行,便于运输,携带方便,易于消毒保存,操作简便快速。
电阻电导测定法 电阻电导测定法原理是:在细菌生长繁殖期间,将大分子物质(蛋白质、糖类等)分解成有机酸、氨基酸等带电荷的小分子物质,改变其培养液的导电度。这样,通过电阻和导电度的数值变化,就可推算出样品含菌数。目前已开发出来的电阻电导检测器有:美国Vitek公司生产的Bactometer可适用于检测肉品、乳制品等含菌量;英国推出的Mathus系统,可用来检测牛乳、酿造液、鱼及海产品的含菌量[3]。
3 结束语
随着人们生活质量的不断提高,食品安全问题已逐渐成为世界性公共卫生问题,直接关系到人类的健康。本文中罗列了几个方面的食品中微生物的检测技术,虽然很多技术依然存在一定的问题,有的属于世界前沿,有的还处于发展阶段,但其应用价值日显突出。
参考文献:
[1]王兰兰.临床免疫学和免疫检验[M].北京:人民卫生出版社,2003:91-93.
[2]杨向荣,江志毅等.快速方法在食品微生物检测中的应用[J].学术论坛,2006,5.
[3]周向华,王衍彬,叶兴乾等.电阻抗法在食品微生物快速检测中的应用[J].粮油加工与食品机械,2003(10):73-75.
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食品快速检验检测技术以其简捷性和便携性两大优势得到了快速发展。 下面是我为大家整理的食品快速检测技术论文,希望你们喜欢。
食品的快速检验检测技术
摘要:食品安全已成为社会关注的焦点问题。文章介绍了目前常用的食品安全快检技术,并展望了其发展方向。
关键词:食品安全 快检 技术综述
引言
食品安全(food safety)是指食品无毒、无害,符合应当有的营养要求,对人体健康不造成任何急性、亚急性或者慢性危害。俗话说“民以食为天”,食品安全关系到人民群众的身体健康和生命安全,关系到社会和谐稳定,而近年来食品安全问题层出不穷,加了吊白块的面粉,有毒的大米,注了水的鸡肉,掺了石蜡的火锅底料,硫酸泡过的荔枝,以及假酒假烟假蜂蜜劣质奶粉充斥着市场,真让老百姓担心起这片“天”。因此,对食品的生产、加工和销售环节实施监测监控势在必行,食品安全分析检测技术应运而生。
传统的食品安全分析检测技术主要是指化学分析法和大型仪器检测法,相对成熟。但它们的操作只能局限于实验室,操作复杂,耗时长,不能满足对食品质量安全实时监督掌控的需求,尤其在突发事件时,快速检验检测技术以其简捷性和便携性两大优势得到了快速发展。
1、食品快速检验检测技术的研究现状
化学速测技术
化学速测技术主要是根据待测成分的某些化学性质,将样品与特定试剂发生水解、氧化、磺酸化或络合等化学反应,通过与标准品的颜色比较或特定波长下的吸光度比较,以获得检测结果,通常也成为化学比色分析法。
利用普通化学原理的速测法主要包括检测试剂和试纸,随着检测仪器的不断发展,国内外均已有与测试剂相配套的微型光电比色计。针对试纸检测的仪器也有报道,如硝酸盐试纸条[1],主要是将硝酸盐还原为亚硝酸盐,在弱酸性条件下与对氨基苯磺酸重氮化后,和N-1-盐酸萘乙二胺偶合形成紫红色染料,试纸变色,插入检测仪读数即可。德国默克公司生产的与试纸联用的光反射仪技术相对成熟,国内尚无商品化仪器问世。
利用生物化学原理的速测法主要应用于微生物的检测,商品化成品以美国3M公司的PerrifilmTM Plate系列微生物测试片为代表,在检测金黄色葡萄球菌时,只需要测试片与确认片配套使用即可。测试片有上下两层薄膜组成,下层的聚乙烯薄膜上印有网格,便于计数,同时覆盖着含有特异性显色物质和抗生素的培养基,若样品中含有金黄色葡萄球菌,无须增菌,直接接种纸片培养24h后便可观察到显示出特殊颜色的菌落;确认片与测试片相似,只是含有不同的特异性显色物质,将有疑似菌落的测试片影印到确认片后,培养1-3h即可观察,不需进行繁琐的生理生化鉴定。而常规的Baird-Parker平板计数法耗时长达78h。
酶抑制速测技术
酶抑制速测技术主要用于食品中农药残留和重金属的快速检测。这些物质可通过键合作用造成酶的化学性质和结构的改变,产生的酶-底物结合体会发生颜色、吸光度或者pH值的变化,通过测定这些变化以达到定性或定量检测的目的。根据检测方式的不同,可分为试纸法、pH计法和光度法。相比而言,试纸法成本低、操作简单,更易于推广。它主要是将酶和底物分别固定在两张试纸片上,当样品中有待测组分时,会对酶产生抑制作用,两张试纸片接触后,酶和底物结合便会发生显著地颜色变化,比较适合农贸市场和超市等一些食品集散地的实时安全监管。由于该方法的检出限和保存性等方面的局限,只适用于初筛检测[2]。
生物传感器速测技术
生物传感器技术是利用生物感应元件的专一性,按照一定的规律将被测量转换成可用信号,使这种信号强度与待测物浓度形成一定的比例关系,具有快速、灵敏、高效的特点,是目前食品安全检测技术的研究热点,广泛应用于食品中农药残留、兽药残留等方面的检测,与传统的离线分析技术相比,它更适应于在复杂的体系内进行快速在线连续监测,在现场快速检测领域有着不可逾越的优势,按照传感器类型又可分为免疫传感器、酶传感器、细胞传感器、组织传感器、微生物传感器等等。
免疫传感器是在抗原抗体结合免疫反应的基础上发展起来的生物传感器。利用压电免疫传感器检测食品中常见肠道细菌时,通过葡萄球菌蛋白A将肠道菌共同抗原的单克隆抗体宝贝在10MHz的石英晶体表面,以大肠菌群为例,响应值可达10-6-10-9。
免疫速测技术
免疫速测是利用抗原抗体的专一、特异性反应建立起来的方法,根据选用的标记物可分为放射免疫检测、酶免疫检测、荧光免疫检测、发光免疫检测、胶体金免疫检测等。酶联免疫吸附检测法是应用较为广泛的一种免疫速测技术。它将酶标记在抗体/抗原分子上,形成酶标抗体/抗原即酶结合物,抗原抗体反应信号放大后,作用于能呈现出颜色的底物上,可通过仪器或肉眼进行辨别。目前,黄曲霉毒素酶联免疫试剂盒已广泛应用于食品检测中。
分子生物学速测技术
聚合酶链式反应(PCR)是近年来分子生物学领域中迅速发展并运用的一种技术,在食品检测中主要用于微生物的检测。它利用是否能从待测样品所提取的DNA序列中扩增出与目标菌种同源性的核酸序列来判定是否为阳性,该方法从富集菌体、提取遗传物质、PCR扩增到电泳、测序鉴定,可控制在24h,而致病菌的传统培养检测至少需要4-5天。
随着研究的逐深入,由PCR技术派生出的实时荧光PCR法、DNA指纹图谱法、免疫捕获PCR法、基因芯片法等也逐步得到了应用。基因芯片技术可以在很小的面积内预置千万个核酸分子的微阵列,利用细菌的共有基因作为靶基因,选用通用引物进行扩增,利用特异性探针检测这些共有基因的独特性碱基,从而区分出不同的细菌微生物。该法特异性强、敏感性高,可实现微生物检测的高通量和并行性检测。
2、食品快速检验检测技术的发展方向
食品安全快检法以其简捷性和便携性两大优势得到了快速发展,但缺点也显而易见,需要完善的地方依然很多:
简单 速检验检测技术往往是由一些非专业技术人员使用,因此,检测方法采样、处理、检测、分析等各个环节简单、易行是该方法的一大发展趋势。
准确 检法前处理简单,势必导致待测样品纯度不高,基体干扰大。因此,在今后方法的研究中,应更多关注与如何避免假阳性结果,尤其是在分子生物学速测法中,增强靶基因的特异性、引物的特异性、排除死菌体造成的假阳性应得到进一步探索。
便携 着微电子技术、智能制造技术、芯片技术的发展,检测仪器应向微型化、集约化、便携化方向发展,以满足更多的现场、实时、动态的检测要求。
经济 测成本的高低直接决定着检测技术能否得到广泛的推广和应用,如何在确保又好又快的检测基础上,尽最大可能的降低成本也是今后的研究方向。
标准化前,我国尚未制定出与食品安全快速检测技术相关的标准和规范,这也阻碍了快检法的推广和应用。随着技术的提高和检测中对快检法的需要,应及时制定出相关标准规范以增强快检结果的认可性和权威性。
参考文献
[1]房彦军,周焕英,杨伟群。试纸-光电检测仪快速测定食品中亚硝酸盐的研究【J】解放军预防医学杂志,2004,22(17):18-21
[2]易良键。食品安全快速检测方法的应用和研究【J】中国信息科技,2012,3:46
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