生物医学电磁技术范文

导语：如何才能写好一篇生物医学电磁技术，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词： 生物医学工程专业 医学信号检测与仪器 产学研人才培养模式 课程群

在美国及欧洲等经济发达国家，早在上世纪50年代就指出生物医学工程的重要性，目前海外知名高校均设有生物医学工程专业，本专业世界排名前三位的高校分别是美国约翰霍普金斯大学、哈佛大学和宾夕法尼亚大学。生物医学工程专业招生分数在这几所学校中也往往远高于其他专业，其毕业生也受到其他各大高校研究室、大型生物医学研发企业和各大医院青睐，毕业后发展前景良好。

目前，全国设置生物医学工程专业的高校达140所左右，在天津市开设生物医学工程专业的高校仅有天津大学、天津医科大学、河北工业大学和天津工业大学，其他天津市市属高校均未开设该专业。其中天津大学以光学仪器为专业特色，天津医科大学以医学背景为主解决一些临床存在的工程问题，河北工业大学以电磁计算为专业特色。

天津市把医疗器械产业作为调整经济结构，促进经济转型升级过程中重点培育的新兴产业，加强医药器械研发的产、学、研联合，支持医疗器械产业走“专、精、特、新”道路，着力培育医疗器械特色产业。天津市人才的需求情况：2013年，天津市生物医药产业工业总产值突破1000亿元。生物医药企业2000余家。2012年，主营业务收入超过百亿元企业3家，50～100亿元企业3家，10～50亿元企业6家，1～10亿元企业58家。天津市医疗器械生产企业284家（2013年底统计），其中规模以上企业共36家，医疗器械注册企业2500余个。技术服务企业：行业产值近亿元。因此天津市急需这方面的高端专业人才。

生物医学工程专业是21世纪最具发展前景的专业之一，为适应我国和天津市“十三五”经济建设和科技发展的需要，推动“天津市医疗仪器产业”的发展，天津工业大学设置了天津市首个专门以培养医学信号检测及仪器方向高端专业人才为主的“生物医学工程”本科专业。本专业在与学校办学定位和专业结构布局相统一的基础上，以培养复合型人才，增强学生工程技术和工程实践能力为目标，逐步形成产学研相结合的人才培养模式。为了适应这种发展趋势，天津工业大学生物医学工程专业2012年本成为“天津市生物医学工程学会”理事单位；2013年成为“天津滨海新区转换医学产业技术战略联盟”理事单位；2014年与中国医学科学院生物医学工程研究所共同组建“天津市医学电子诊疗技术工程中心”；2015年成为“中国生物医学工程学会健康工程分会”成员，这些发展都是为了加快发展产学研相结合的人才培养模式。

课程建设总体思路是按照目前的专业定位进行课程的建设，形成以《生理学》、《生物医学电子学》、《传感器与医学工程》、《医学电子仪器设计》、《嵌入式系统》、《医学成像新技术》、《医学仪器概论与标准》等为核心课程，构建医学信号检测及仪器为方向的课程群，带动整个生物医学工程课程体系的建设和发展。

本专业开设的主要理论课程有：高级语言程序设计（C）、大学物理、电路理论、模拟电子技术、数字电子技术、信号与系统、高频电子、生物医学电子学、人体解剖、生理学、工程光学、传感器与医学工程、医学电子仪器设计、医学成像新技术、医学仪器概论与标准、嵌入式系统、数字信号处理及DSP技术、EDA原理及应用、电磁场与电磁波、通信原理、虚拟仪器技术、光电检测技术与系统、电磁兼容、生物医学光子学、医学图像处理、生命科学导论等。

主要实践课程有：电路理论实验、模拟电子技术实验、数字电子技术实验、生物医学电子学实验、生理学实验、传感器与医学工程实验、医学电子仪器设计实验、医学成像新技术实验、电工实践、电子实践、电子系统设计与工程实践（1，2）、嵌入式系统设计专题实践、生物医学工程实践1（偏重医学信号检测原理与方法）、生物医学工程实践2（偏重医学电子仪器的开发与实现）、毕业实践、毕业设计。

本专业毕业生可以在培养具有生命科学、医学信号检测理论与方法、医学电子仪器设计等方面知识和能力，德智体全面发展，能在生命科学研究领域、医疗仪器及器械领域、健康产品领域、医疗卫生事业单位等从事研究、设计、市场、销售、教学、管理和服务等方面工作，具有医学信号检测及仪器方向的创新型、复合型、应用型人才，适应国家和天津市“十三五”的医疗仪器产业的发展需求。本专业学制四年，学生毕业后可获得工学学士学位。

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随着科学技术的发展，越来越多的电子、电气设备进入了人们生活和生产的各个领域。其中在生物医学领域：灭菌（食品、流动票劵、饲料等）、诊断（CT等）、理疗（高频、微波）、手术（激光手术刀、微波手术刀）等。但这些设备在正常运行的同时也向外辐射电磁能量，可能对其他设备产生不良的影响，甚至造成严重的危害，这就是电磁干扰。据统计，全世界空间电磁能量平均每年增长7%～14%，在有限的空间和有限的频率资源条件下，由于各种电子、电气设备的数量与日俱增，使用的密集程度越来越大，电磁干扰的严重性也就越来越突出。

采用一定的技术手段，使同一电磁环境中的各种电子、电气设备都能正常工作，并且不干扰其他设备的正常工作，这就是电磁兼容（Electromagnetic Compatibility ，EMC）。在国家标准GB/T4365-1995中对电磁兼容严格的定义是：设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。

就目前医疗设备小型、高灵敏度和智能化的实现，使它们更易受电磁干扰的影响，特别是那些电磁兼容性差的诊断仪器，为医生提供了失真的数据、波形及图像等信息，使得医生不能做出正确诊断，从而影响有效的治疗，甚至危及人的生命。

医用电气设备的电磁兼容性主要包括2个方面 ：发射和抗扰度。（1）发射：医用电气设备对周围环境 (例如：医院、家用环境、手术室、病房、救护车等 ) 产生的电磁干扰；（2）抗扰度 ：医用电气设备抵抗环境电磁干扰的能力。医用电气设备适用的电磁兼容标准是IEC60601-1-2。IEC60601-1-2 的第一版于1993年，规定辐射发射、传导发射2项发射试验和静电放电、辐射抗扰度、电快速瞬变脉冲群、浪涌4项抗扰度试验。

IEC60601-1-2 的第二版于 2001年，对第一版做较大的改动，增加2项发射试验（谐波发射，电压波动和闪烁），增加 3 项抗扰度试验（传导抗扰度、工频磁场、电压跌落和中断），在实验方法上也有更细致的描述。

随着医疗设备的电磁兼容问题日益突显，国际上许多国家从法规上采取了措施对医疗设备产品的电磁兼容性进行控制，我国政府也非常重视这个问题，已于2005年4月1日，由国家食品药品监督管理局批准发了：“YY05 05-2005 医用电气设备电磁兼容性要求和试验” 行业标准，经过两年执行过渡期，已于2007年4月1日起正式执行。这就需要我们在医疗实践中贯彻这个行业标准，努力提高医疗设备的电磁兼容性，提升设备的抗干扰能力，将潜在的电磁干扰风险降到最低。此外，我国的电磁兼容标准和国际上类似，分为四大类：基础标准（Basic Standards）、通用标准（Generic Standards）、产品类标准(Product Family Standards)和系统间电磁兼容标准（Standards of Intersystem Compatibility）。

提高敏感设备的抗扰度是实现电磁兼容的有效手段，解决电磁兼容问题只需从以下3个要求来着手，控制干扰源的电磁辐射，抑制电磁干扰的传播途径，增加敏感设备的抗干扰能力。作为一个医用设备的用户，我们更多的是考虑系统间的电磁兼容性的问题，系统间的兼容性技术也是通过屏蔽，接地和滤波等技术实现，只不过实施方法不同。

系统间的屏蔽是对两个空间区域进行金属隔离，以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一区域感应和辐射，其目的是隔断电磁场的r合途径。它有两个方面：一是将敏感设备或系统用屏蔽体包围起来，防止受外界磁场的干扰。另一方面是将干扰源屏蔽起来，防止干扰磁场向外扩散，影响其它的无线设备或人体。

接地技术的引入最初是为了防止电力或电子等设备遭雷击而采取的保护性措施。随着电子通信和其它数字领域的发展，在接地系统中只考虑防雷和安全已远远不能满足要求了。而且随着电子设备的复杂化，信号频率越来越高，因此，在接地设计中，信号之间的互扰等电磁兼容问题必须给予特别关注，否则，接地不当就会严重影响系统运行的可靠性和稳定性。电路和用电设备的接地按功能分为安全接地或信号接地两方面。安全接地就是采用低阻抗的导体将用电设备的外壳连接到大地上，使操作使用人员不致因设备外壳漏电或故障放电而发生触电危险；信号接地是在系统和设备中采用低阻抗的导 线或地平面为各种电路提供具有共同参考电位的信号返回通路，使流经该地线的各电路信号电流互不影响，信号接地的主要目的是为了抑制电磁干扰，是以电磁兼容性为目标的接地方式。

对于医院这个医疗设备的主要使用方，其对于设备的抗电磁干扰有更高的要求。对于X线诊断系统、CT系统、磁共振成像系统及超生诊断系统，不能因为电磁干扰而影响诊断的图像质量或出现与患者病灶部位不相符的图像。超生治疗设备、体外碎石设备和伽玛刀，这类设备不能由于干扰而影响或改变其治疗参数或影响治疗部位，否则对患者的正常部位就会造成伤害。因此，对医护人员和采购人员甚至维修人员的电磁兼容知识的学习培训就显得尤为重要。按照使用现场的电磁环境选购符合电磁兼容要求的产品并正确的使用操作。减少医疗场所的电磁干扰，是对患者的尊重，也是对生命的敬畏。

参考文献：

[1]电磁兼容-原理、技术和应用

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1.1可生物降解杂化膜

尝试用原料皮修边废弃物牛胶原结合天然聚合物如淀粉、大豆和2-羟乙基纤维素制作可生物降解杂化膜。与纯的胶原膜相比，研发的杂化膜表现出超强的力学、结没有使用有毒性的交联剂。尽管胶原来源于制革下脚料的牛皮，细胞相互作用研究表明，杂化膜具有良好的生物相容性，且随生物聚合物浓度的增加，细胞生长能力增强。这样，来源于原料皮下脚料的胶原表现出是纯净的，无细胞毒性，因此适合于各种生物医学应用。

1.2杂化生物纤维

从废弃动物皮中提取胶原与羟乙基纤维素（HEC）和牛血清蛋白（A）混合，湿纺成生物可降解杂化纤维（C/HEC/A），用戊二醛气体进一步交联，并进行分析。用X-射线衍射和红外光谱研究杂化纤维，其显示的峰与胶原、纤维素、血清相对应。生物聚合基质中掺入纤维素合理改进了杂化纤维的力学性能、膨胀性和热性能。在显微镜下观察到，血清蛋白的加入可改进纤维表面的规整性，而不改变孔隙率。因此，这种杂化生物纤维可潜在用于缝合材料以及不同的生物医学应用。

1.3自掺杂的碳纳米材料

我们曾报道过用胶原废弃物通过简单的高温处理合成多功能碳纳米材料。我们的研究显示，来源于生物废弃物的碳纳米材料具有部分石墨化结构，为洋葱状形貌，合理地掺杂有氮和氧。由于在石墨碳晶格链接有丰富的化学官能团，因此纳米碳材料具有多功能性。我们还证明了它能潜在用于高容量的锂离子电池。结果表明，生物废弃物可潜在转化为高价值的碳纳米材料产品，预示着可用绿色、简单和可持续的方法生产新一代自掺杂碳纳米材料。

1.4导电纳米生物复合材料有人报道了用修边废弃山

羊皮胶原制备多功能生物复合膜的简单方法。方法之一，是将废弃物洗净，于750℃碳化4h，合成导电和磁性石墨纳米材料(GrC)。将修边废弃物中提取的胶原和壳聚糖及GrC结合形成柔韧的、半透明的、导电导磁的微米厚的生物复合膜(GrC/Col–Ch)。随着壳聚糖和GrC浓度的增加，该生物复合膜的导电性逐渐增加。GrC/Col–Ch薄膜的抗张强度在GrC用量10%以下增加时，随之增强，用量再增加，则降低，从扫描电镜断口可观察到这一情况。这种合成的生物复合膜的小磁铁性已被用于磁跟踪和刺激。另一种方法是我们报道的用指甲花叶提取物作为还原剂大规模合成铜纳米粒子。由于煅烧的铜纳米粒子的导电性，我们利用胶原废弃物与之结合制备导电纳米复合膜。当插入电池之间，二极灯管发出光亮，我们证明了这一点。

1.5铬碳核壳纳米材料

当皮变成革的过程中就产生了铬络合胶原废弃物。我们报道的一种简单的热处理方法，将危险工业废弃物转化成铬碳核壳纳米材料，这种材料通过具有自掺杂氧和氮功能的部分石墨化纳米碳层包裹着铬基纳米粒子，如图7所示。由于具有巨大的导电率、发冷光和室温铁磁性，这种新的核壳材料具有多功能。我们证明这种核壳材料能用于电磁干扰（E-MI）屏蔽，或在aza-Michael反应中作为催化剂。因此我们认为皮革废弃物可以瞬间变成高价值的铬碳纳米材料，方法绿色、简单、可规模化，且可持续，在各种应用中具有巨大的潜力。

1.6磁纳米生物复合材料

通过一个简单的方法，利用皮革工业的废弃蛋白胶原和超顺磁性氧化铁纳米粒子制备了一种稳定的磁性纳米复合材料（SPIONs）。通过量热法、显微法和光谱技术证明了螺旋结构胶原纤维和球型SPIONs分子间的相互作用。这种纳米复合材料具有选择吸油性和磁跟踪能力，可用于去除油污。通过热处理转化成了一个双功能石墨化纳米碳材料，吸油后纳米复合材料的环境可持续性在这里也得到了证实，如图8所示。该方法为将生物废弃物规模化转化成有用纳米材料提供了一条的新途径，且廉价、易于规模化。

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摘要：

目的设计用于经颅磁刺激的线圈，要求能够对大脑皮质进行多点刺激，且具有聚焦性好、制作简单、使用方便等特点。方法利用电磁仿真方法，以圆形线圈和8字形线圈为基础，计算线圈在均匀人体模型中感应电场的分布情况，比较尺寸、绕法对经颅磁刺激线圈的聚焦性和刺激深度的影响。在此基础上设计了一种多圆相切线圈，并计算该线圈在均匀人体和真实头部模型中的电场分布。结果感应电场强度随刺激深度的增加呈指数式衰减。减小圆形线圈的尺寸，会提高聚焦性，同时可减弱感应电场强度。8字形线圈比圆形线圈具有更好的聚焦性，多层绕法综合效果较好。多圆相切线圈具有8字形线圈的优点，且可以进行多点刺激。结论尺寸、绕法等因素对线圈的聚焦性和刺激深度具有重要影响，多圆相切线圈在经颅磁刺激中具有很好的应用前景。真实头部模型仿真，对于线圈的设计和靶区定位具有重要意义。

关键词：

经颅磁刺激；线圈；电场分布；真实头部模型；SEMCADX

0引言

经颅磁刺激作为一种非侵入式、无痛的磁刺激技术，自1985年Baker等［1］首次成功应用于人体后，受到人们的广泛关注。TMS的工作原理是将简短强烈的电流脉冲送至位于被试头顶处的线圈中，激励线圈产生脉冲磁场，继而通过电磁感应在大脑内部产生感应电场。感应电场调节神经的跨膜电位从而影响神经活动，产生兴奋或者抑制作用［2］。磁刺激技术是通过空间耦合进入人体的，因此相较于电刺激技术，具有无创、无痛、深入、不接触皮肤等优点。其在临床上主要应用于大脑皮质兴奋性的研究、正常和病理的人脑功能映射的研究以及对各类精神疾病的治疗。研究表明，TMS尤其是重复经颅磁刺激在脑基础研究及对抑郁症、帕金森、脑卒中等疾病的治疗上发挥着重要的作用［3－6］。在磁刺激技术的各种应用中，一般感应电场强度最大的地方为大脑的激活区域［7］，要对目标区域（靶区）进行准确而有效的刺激则对线圈磁场的聚焦性和刺激深度具有很高的要求。由于靶区内部并没有实质的电流源，所以无法真正将磁感生电流聚焦。然而，改变穿过靶区组织的电流密度的聚焦性却是可行的，这主要取决于线圈的形状、大小、绕法和位置等因素，故线圈的设计成为磁刺激系统研制的重点和难点。人们主要借助理论计算［8］、数值仿真［9－10］以及感应电流检测［11］等方式对线圈的电磁场分布进行研究。通过仿真研究线圈设计中的各种因素与磁场聚焦性、刺激深度之间的关系，可以为线圈的设计以及优化奠定基础。同时，结合真实头部模型的仿真可以对刺激部位进行定位，确保磁场作用于靶区的准确性与有效性。圆形线圈最早应用于TMS系统［1］，它产生的是非聚焦的环形电场，刺激的大脑区域为对应线圈边缘的环形区域。针对圆形线圈，人们做了各种尝试，包括将线圈的一侧按一定角度进行弯折［12］，或者改变圆形线圈边缘的绕线密度［13］和凹凸性［14］，但是这些方法只是略微提高了圆形线圈的聚焦能力。1988年，Ueno和他的同事提出的8字形线圈显著提高了TMS的聚焦性［15］。8字形线圈由一对相邻且内部电流方向相反的环形线圈组成，产生的聚焦电场位于两翼线圈相切处的下方。以8字形线圈为基础的变形包括固定两翼线圈为一定角度，将两个环形线圈的外侧均折起，增加中心相切处的绕线密度以及优化两翼线圈的形状［16］等。为了提高线圈的性能，人们还提出了许多其他的线圈以及变形，包括Slinky线圈、四叶形线圈、线圈阵列和双锥形线圈、H线圈、皇冠线圈等，其中线圈阵列可以提供多个聚焦点，四叶形线圈被证明在刺激长纤维组织上的效果优于8字形线圈［17］，而H线圈则在深度TMS上存在巨大的优势［10，18］。对于任何线圈，刺激到大脑深部的能力均是以电磁场扩散为代价的。这些线圈以及变形均在一定程度上提高了TMS的聚焦性或者刺激深度，但同时也存在诸如制作工艺复杂、磁漏大、效率低等缺点。使用辅助手段，例如高磁导率的铁芯［19］和屏蔽板［20］等也对线圈的电磁场优化具有一定的作用。目前，TMS系统中应用最多的还是8字形线圈，这主要是由于8字形线圈的刺激深度为1～2cm，可以进行大脑皮质的刺激，具有较好的聚焦性，最重要的是制作简单，使用方便。人类的很多活动都是有大脑协同作用的结果，而且很多神经或者精神类疾病也都涉及多个脑区，在进行大脑功能研究和相关疾病的治疗中单点刺激往往具有一定的局限性，所以设计一款可以进行多点刺激的线圈是十分必要的。理论上线圈的大小、绕法、形状和位置等因素直接影响靶区的感应电流密度，影响治疗效果，所以本文利用电磁场仿真技术，首先分析了线圈半径和绕法对感应电场分布的影响以及8字形线圈的性能，并设计一种多圆相切线圈，这种线圈继承了8字形线圈的诸多特点，具有制作简单使用方便，聚焦性好、旁瓣刺激小、可进行多点刺激等优点。最后，利用真实人体头部模型揭示了多圆相切线圈的颅内电场分布情况，对于磁刺激的靶区定位和后续的线圈改进具有重要意义。

1方法

1.1电磁场仿真本文所用的电磁场仿真的工具为SEMCADX，这是一款基于时域有限差分方法和有限元法的三维全波段仿真软件。FDTD是Yee等于1966年提出的，是将空间离散为若干立方体，分别计算小立方体上的场强，从而获得整个空间的场分布，基础为麦克斯韦方程组［21］。麦克斯韦方程组的微分形式如下所示：×H＝J＋Dt×E＝J＋BT•B＝0•D＝ρ式中：×为旋度算符；•为散度算子；H为磁场强度；J为传导电流密度；D为电位移；E为电场强度；B为磁感应强度；ρ为电荷密度。式（1）～式（4）分别为全电流定律、法拉第电磁感应定律、磁通连续性原理以及静电场高斯定律的微分形式。电磁场仿真需要进行以下几个步骤：建模，施加激励源，给定材料，划分网格，求解设置，查看结果和后处理。其中，建模、给定材料并设定参数和划分网格较为重要，可以自己创建模型也可以导入现有模型，给定材料并设定参数决定了介质以及激励情况，剖分网格的好坏则直接影响仿真的精细程度以及对硬件资源的要求。本文建模采用的均是内径为25mm的漆包铜线，激励源为电流源，采用正弦波，最大电流为3000A，频率为03Hz［22］。由于感应电磁场与功率成正比，所以采用总功率归一化的处理方法，这样可以消除在相同电流激励下因线圈匝数不同导致的总功率不同对电磁场强度的影响。为了简化计算，在进行线圈分析和设计时，将人体组织看作是均匀介质，可以获得规则的电场分布，易于比较分析，将均匀人体模型的电导率设置为033S／m［10］。

1.2线圈尺寸、绕法对感应电场的影响

为了研究线圈半径对于感应电场分布的影响，本文采用单匝圆形线圈，内部半径依次为15mm、20mm、25mm。为了研究线圈绕法对于感应电场分布的影响，本文采用8字形线圈，匝数为4，组成8字形线圈的两个圆形线圈内的电流方法相反，采用螺线管形、多层绕法和蚊香形三种绕法，如图1所示。虽然TMS是通过磁场耦合进入人体的，但作用于人体的是感应电场，故提取线圈下方5mm处直径方向上以及线圈下方1～50mm主轴方向上均匀人体组织内的感应电场进行分析。

1.38字形线圈和多圆相切线圈

考虑到8字形线圈是TMS系统中应用最广泛的，本文将通过对比圆形线圈和8字形线圈的电场分布，分析8字形线圈的优点。采用的圆形线圈和8字形线圈均为单匝，单个圆的内部半径为20mm，提取线圈下方5mm处径向上的均匀人体组织内的感应电场进行分析。结合8字形线圈的特点，本文设计一种新型的多圆相切线圈，如图2所示，其中箭头表示电流方向。该线圈由5个内半径为20mm内圈圆和1个内半径为65mm外圈圆组成，中心圆分别与内圈4个圆外部相切，通反向电流时可以将其看作4个8字形线圈，切点下方会形成聚焦电场；外圈大圆内的电流方向与中心圆相同，与内圈4个圆的相反，这样就会在增强中心圆电磁场强度的同时减弱旁瓣的电磁场强度；圆形线圈制作工艺简单。

1.4真实头部模型仿真

为了使线圈的电场能准确作用于靶区，并观察线圈在人体内部的电场分布，本文采用由IT’IS基金会提供的26岁女性Ella的人体真实头部模型［23］。该人体模型是基于高分辨率的核磁图像得到的，将人体精确分割成了80多种不同的组织，其中头部组织约16种。在电磁仿真中，对于不同频率的激励源，人体组织的属性值不同，故将模型导入SEMCADX后，需要根据设定的频率，调用模型自带的生物组织电磁仿真材料参数数据库，对相应的组织属性值进行设置，本研究中头皮的电导率为00002S／m，头盖骨、灰质和白质的电导率为002S／m，脑髓液的电导率为2S／m。本文设计的多圆相切线圈置于头顶上方，与头皮的最小距离为5mm。激励源为电流源，采用正弦波，最大电流为3000A，频率为03Hz，计算时将总功率进行归一化处理。在计算完成后处理时，可以显示感应电场在任一组织中的分布情况，例如灰质或者头皮等，也可以根据需求选择对应的大脑区域。

2仿真结果

不同半径圆形线圈的径向感应电场分布如图3（a）所示，从中可以看出圆形线圈的感应电场的最大值对应于线圈的边缘；半径为15mm的圆形线圈的感应电场强度最小，约为14×10－3V／m，但是聚焦性较好；半径为25mm的圆形线圈的感应电场强度最大，约为20×10－3V／m，但是聚焦性最差。图3（b）为不同半径圆形线圈的轴向感应电场分布，可以看出轴向上的感应电场强度随轴向深度的增大呈指数式的衰减；在相同的轴向深度下，半径越大，感应电场强度越高。圆形线圈的刺激范围为环形，聚焦性差，在总功率一致的情况下，减小线圈的尺寸可以提高聚焦性，但是其感应电场强度也会随之减弱。图4为不同绕法的8字形线圈的感应电场分布图，从中可以看出通反向电流的8字形线圈，在其两翼相切处的电场强度最大；同一轴向深度下，螺线管形的感应电场最小，蚊香形的感应电场最大，但是多层绕法的聚焦性更好，且旁瓣强度相对较小。8字形线圈的刺激范围为一点，聚焦性好，在总功率一致的情况下，多层绕法的综合效果较好。单匝圆形线圈和8字形线圈的感应电场对比情况如图5所示，从中可以看出，8字形线圈对于感应电场具有聚焦增强效应，当功率相同时，同一轴向深度下，8字形线圈的感应电场最大值大约为圆形线圈的2倍；8字形线圈的峰值出现在两翼相切处，刺激范围为一点，相较于圆形线圈的环形刺激范围，其聚焦性更好。图6是本文设计的多圆相切线圈和8字形线圈的感应电场分布图，为了更加直观地比较两线圈感应电场的峰值情况，将8字形线圈的电场向右平移了20mm，即一个半径的长度，使得两线圈的电场峰值在同一横坐标上。由图可知，两线圈的聚焦性基本相同，多圆相切线圈旁瓣强度较小，对非靶区刺激较弱；当刺激深度大于10mm时，多圆相切线圈的感应电场强度高于8字形线圈，深度刺激时更有优势；8字形线圈在两翼相切处形成一个刺激点，而本文提出的多圆相切线圈会形成4个刺激点，可进行多点刺激；在制作工艺上，该新型线圈由6个圆形线圈组合而成，制作简单，使用方便。将本文的多圆相切线圈平行于XY平面置于头顶上方，距离头皮的最近距离为5mm，得到的感应电场在大脑灰质上的分布情况如图7所示。从图中可以看出虽然多圆相切线圈具有4个刺激点，但是4个刺激点下方灰质上的感应电场强度并不一致。这主要是由于人头的椭球形状和线圈的平面结构，导致线圈的4个刺激点与灰质的最近距离不一致。由于人脑后侧的灰质距离最近，从而最高电场强度出现在后侧刺激点对应的灰质区域。也正是由于人体结构的不规则，从而突出了真实头部模型仿真在靶区定位和线圈设计上的重要性。

3讨论与结论

经颅磁刺激在人脑功能的研究和各类精神疾病的治疗上应用广泛，且潜力巨大。为了有效刺激目标区域即靶区，实现研究或者治疗目的，人们不断进行刺激线圈的设计与改进，以求达到更好的聚焦性和刺激深度，其中数值仿真是一种重要手段。在线圈的设计中，尺寸、绕法、形状和位置等因素直接影响靶区的感应电流密度，影响治疗效果。针对圆形线圈的尺寸问题，半径越大刺激深度越深，但是聚焦性会变弱。线圈的感应电场强度随深度呈指数式衰减。在线圈的设计上，刺激深度和聚焦性遵循着此消彼长的规律：刺激较深的线圈聚焦性差，这从DengZhiDi等［10］提出的对线圈深度－聚焦性的量化方法可以看出。设计人员需要根据具体情况来权衡，制定合适的尺寸。对于绕法问题，多层绕法的综合情况要优于螺线管形和蚊香形，但是螺线管形聚焦性偏好，旁瓣强度低，蚊香形线圈的刺激深度更深。针对多层绕法，当匝数较多时，优化组合方式以达到更好的综合效果是设计人员需要考虑的问题。所谓的综合效果不仅仅指聚焦性和刺激深度，还要考虑发热、噪声［24］和效率［25］等因素。虽然，TMS的线圈设计已历经多年，也研制出了针对聚焦性或者刺激深度的各种线圈，但是8字形线圈仍是目前应用最广泛的。通过8字形线圈和圆形线圈的感应电场的比较，可以看出8字形线圈在两翼相切处具有电磁场增强效应，虽然刺激深度与圆形线圈相似，但却大幅度提高了聚焦性，再加上其制作工艺简单、功耗低、使用方便的有利因素，使得8字形线圈到现在仍然被广泛使用。基于8字形线圈的优点，本文设计一种多圆相切线圈，与传统的8字形线圈相比，在不降低聚焦性的同时提高了刺激强度，而且具有4个刺激点，可以进行多点刺激。使用真实头部模型分析线圈的电场分布情况，可以有效地定位靶区，确定线圈与头皮间的距离以及方位等，指导实验进行，并为线圈进一步改进提供依据。本文仅分析了多圆相切线圈在单匝时的感应电场情况，也就是说只考虑了形状这个单一因素，在今后的研究中还需考虑尺寸和绕法等因素的影响。研究表明，8字形线圈具有较好的聚焦性，且制作工艺简单。本文提出的多圆相切线圈，继承了8字形线圈的优点，而且还可以进行多点刺激，真实头部模型的仿真揭示了感应电场的颅内分布，并为靶区的定位和线圈的优化奠定了基础。

参考文献：

［12］魏孔炳，董绪伟，逯迈，等．经颅磁刺激圆形线圈变形对空间磁场分布的影响［J］．科学技术与工程，2014，（3）：12－15．

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关键词：固体核磁；各向异性；魔力转角；微观结构

中图分类号：TB324 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）09-0174-02

1 产生背景

①起源。核磁共振（NMR）现象源于核自旋和磁场的相互作用，最先在1945年由哈佛大学的Edward Mills Purcell和斯坦福大学的Felix Bloch分别独立观测到。为此他们获得1952年诺贝尔物理学奖。在核磁共振中，有许多核自旋的相互作用，每一种都可能包含着丰富的结构和动力学信息，加上能够定量分析且对样品无损伤以及可针对特定原子的特点，使核磁共振成为一种十分理想、强大的分析手段。

②发展（从液体核磁到固体核磁）。1946年美国Varian公司研制出世界上第一台超导磁场的核磁共振谱仪（HR-200型，200MHZ，场强4.74T）。1964年后，核磁共振谱仪经历两次重大的技术革命：其一是磁场超导化；其二是脉冲傅立叶变换技术。从根本上提高了核磁共振波谱仪的灵敏度，谱仪的结构也有了很大的变化。2004年布鲁克Biospin公司推出了全球第一款用于核磁共振领域的900 MHz主动屏蔽式超导核磁共振磁体产品900US2TMmagnet，是当时最高场强的主动屏蔽式磁体产品。从20世纪70年代开始，在磁共振频谱学和计算机断层技术等基础上，又发展起一项崭新的核磁共振成像技术，在医学临床上获得巨大成功。普通核磁共振波谱仪所测样品多为液体，物质的许多性质在液态时是无法观察到的，为此固体核磁技术应运而生。现在利用固体核磁共振技术研究高分子化合物可以表征材料的分子结构进而监视反应的进度，在矿物分析、表面吸附和表面化学反应方面也具有独特的优势。

2 基本原理

由于聚集态的差异使得固体和液体的物理性质不尽相同，为固体核磁技术的实现增加了难度。下面从两个方面来简单介绍固体核磁技术的实现。

如果我们将样品分子视为一个整体，则可将固体核磁中探测到的相互作用分为样品内部的相互作用和外加环境对样品的作用。

样品内部的相互作用。主要是样品内在的电磁场在与外加电磁场相互作用时产生的多种相互作用力，这主要包括：化学环境（分子中由于内在电磁场屏蔽外磁场的强度、方向等）；分子内与分子间偶极自旋偶合相互作用，对于自旋量子数I>1/2的四极核尚存在四极作用。

外部环境对样品的作用有。由处于纵向竖直方向的外加静磁场作用于特定的核磁活性的核上产生的塞曼相互作用，核子相对映的频率为拉莫尔频率；由处于X-Y平面的振荡射频场产生的作用与待测样品的扰动磁场。

在固体核磁共振实验中首先用强的静磁场使样品中核子的能级发生分裂，能级分裂后，处于高能级与低能级的核子数目分布改变，符合波尔兹曼分布原理：处于低能级的核子数目较多而高能级的数目较少，最终产生一个沿竖直向上的净磁化矢量。

此磁化矢量在受到沿x-y平面的振荡射频磁场作用后产生扭矩最终将沿竖直方向的磁化矢量转动特定的角度。在固体核磁共振实验中，由于分子处于固体状态从而难以使体系中的偶极自旋偶合作用通过分子热运动而平均化。同时，分子间偶极自旋偶合作用相对很强，通常静态条件下观察到的核磁共振谱往往是信息被偶极自旋偶合作用掩盖下的宽线谱。在固体核磁测试中，虽然质子的自然丰度与旋磁比都比较高，但是由于体系中质子数目多，相互偶极自旋耦合强度远高于稀核，例如13C和15N等，因此在大多数情况下固体核磁采用魔角旋转技术（MAS）与交叉极化技术（CP）可得到高分辨的杂核固体核磁谱。对于1H 必须采用魔角旋转与多脉冲结合方式（CRAMPS）将质子的磁化矢量转至魔角方向方能得到高分辨质子谱。

①魔角旋转。在静态固体NMR谱中主要展现的是化学位移各向异性、偶极自旋耦合和四极相互作用的信息，这些物理作用往往展现出的是宽线谱。如果在研究中对这些信息不感兴趣，而更多关注于化学位移与J-耦合时，可通过将样品填充入转子，并使转子沿魔角方向高速旋转，即可实现谱线窄化的目的。这是因为上述作用按时间平均的哈密顿量均含有因子（1-3cos2θ），因此如果将样品沿θ=54.7°（即正方体的体对角线方向）旋转时，上述强的化学位移各向异性、偶极自旋偶合和四极相互作用被平均化，而其他相对较弱的相互作用便成为主要因素，因此有利于得到高分辨固体核磁共振谱。

②交叉极化。对于13C、15N等体系虽然通过魔角旋转技术有效地压制了同核偶极相互作用，但是这些核的旋磁比很小，自然丰度比较低，如果采用直接检测这些核的实验方法将导致整个实验过程的灵敏度非常低。为进一步提高这些核的实验灵敏度，又发展了交叉极化技术。通过该技术可将1H核的磁化矢量转移到13C或15N等杂核上，从而提高实验灵敏度。交叉极化过程的详细物理解释需要采用平均哈密顿理论，在此不做描述。

③核去偶。固体核磁共振实验中采用高功率去偶技术是为了进一步提高图谱的分辨率与灵敏度。经过高功率照射后使原来存在偶极作用的氢与杂原子之间的作用消失，这样原来所呈现的多峰就合并为一个，使得谱线的强度增加，并且使谱图的重叠减弱，有利于识谱。但是不可避免的是在此过程中由于去偶技术的采用也使得反映有关原子周围的化学环境、原子间相对距离等信息被消除。

3 应用

固体核磁技术和液体核磁技术皆脱胎自核磁共振之基础，其本质是通过分析核磁共振谱线的特征，以达到测知物质结构之目的，谓之核磁共振波谱分析。更进一步的，固体核磁于生物大分子、材料学、有机合成领域，乃至更前沿的地质勘测和人脑研究，无非是把目前高度发展的电子信息处理技术加诸核磁共振波谱的结果之上，以得出更深层次的结论。以下是固体核磁技术几个具体的应用方向。

3.1 探索物质微观结构和理化机制

核磁共振谱技术是将核磁共振现象应用于分子结构测定的一项技术。对于有机分子结构测定来说，核磁共振谱扮演了非常重要的角色，核磁共振谱与紫外光谱、红外光谱和质谱一起被有机化学家们称为“四大名谱”。核磁共振技术发展得最成熟、应用最广泛的是氢核共振。除此之外C、P等核磁共振谱亦拥有各自的优势。目前利用高分辨核磁共振谱仪测定的有机化合物的核磁共振谱图早已逾十万种，许多实验室都出版了谱图集。

利用这些已有的技术条件，对反应物或产物进行结构解析和构型确定成为可能。更深层次地，合成反应中的电荷分布及其定位效应、探讨反应机理等也可更加方便的得到探讨，并从微观上解释大分子的性质和结构的关系。最终根据动力学数据给出较确切的反应机理。

此外，利用固体核磁共振方法也可解决某些凝聚态物理范畴的晶体结构的问题，研究固体中分子的动力学和热力学性质。例如，利用固体核磁共振方法研究硅酸盐材料（如水泥、玻璃）的形成过程。

3.2 人类日常生活息息相关的方面

人类生活密切依赖于高分子材料，从睁开双眼开始，几乎所有的活动无可避免的涉及高分子材料。合成树脂、塑料、橡胶、纤维，乃至于必不可少的药物等，这些必需品的生产或多或少需要利用到固体核磁技术。

固体核磁共振技术在高分子聚合物和合成橡胶中的应用包括多元共聚物的定性和定量分析、异构体的鉴别、基团鉴别和规整性的分析等。

在药学中，固体核磁共振技术在活性药物化合物的筛选方面，凭借它极高的效率和准确性有着很大的应用前景。其中以分子为基础对活性药物的筛选是其它方法不可取代的。依靠固体核磁技术简便性、无损伤性和连续性，可以对人体之中的药物反应进行直接的观测，这对与药理学的研究有着极大的价值。

3.3 医学

医学领域是固体核磁最具价值的应用领域之一。由于人体中的大量碳水化合物，成熟的氢核磁共振成像技术以其在区分病变与正常组织的差异时表现的卓越能力格外引人注目。

核磁共振成像技术是核磁共振在医学领域的应用。人体内含有非常丰富的水，不同的组织，水的含量也各不相同，如果能够探测到这些水的分布信息，就能够绘制出一幅比较完整的人体内部结构图像。

作为少有的精确快速而又对人体无害的医学检测手段，有数据显示：全球每年有接近一亿的病例利用核磁共振成像技术进行检查。值得瞩目地，固体核磁技术在对大脑等软组织的有很强的分辨力，不仅仅能够显示有形的实体病变，而且还能够对脑、心、肝等的功能性反应进行精确的判定。

然而，固体核磁技术也面临自身的局限。作为解剖性影像诊断，固体核磁技术在一些病变方面显得捉襟见肘。同时核磁仪器的昂贵成本亦限制其应用。此外，固体核磁仪器的发热问题也是其在生物医学方面面临的挑战之一。概言之，在医学领域固体核磁技术已初显成效，但仍面临诸多挑战。

4 前景

固体核磁技术在材料学和生化机理等领域的研究为人类的生活提供了大量实际的便利，它甚至还有更具历史意义一面：人类从未停止探索生命的起源和去向，随着固体核磁技术对于人脑的研究，或许人类即将获得“智慧从何而来”的答案。利用固体核磁共振研究生物体的细微理化机制或许就是人类打开生命奥秘的钥匙。

参考文献：

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[2] 杨伟，渠荣遴.固体核磁共振在高分子材料分析中的研究进展[J].高分子通报，2006，（12）.

[3] 刘东华，李显耀，孙朝晖.核磁共振成像[J].大学物理，1997，（10）.

[4] 黄卫华.走近核磁共振[J].医药与保健，2004，（3）.

[5] 万乐.利用核磁共振方法探查岩溶水[J].CT理论与应用研究，1999，（8）.

[6] 程晓春.核磁共振技术在化学领域的应用[J].四川化工，2005，（3）.

[7] 严宝珍.核磁共振在分析化学中的应用[M].北京：化工工业出版社，1995.

篇6

论文摘要：介绍了纳米磁性材料的用途,阐述了纳米颗粒型、纳米微晶型和磁微电子结构材料三大类纳米磁性材料的研究和应用现状。

1引言

磁性材料一直是国民经济、国防工业的重要支柱与基础，广泛地应用于电信、自动控制、通讯、家用电器等领域，在微机、大型计算机中的应用具有重要地位。信息化发展的总趋势是向小、轻、薄以及多功能方向进展，因而要求磁性材料向高性能、新功能方向发展。纳米磁性材料是指材料尺寸限度在纳米级，通常在1～100nm的准零维超细微粉，一维超薄膜或二维超细纤维（丝）或由它们组成的固态或液态磁性材料。当传统固体材料经过科技手段被细化到纳米级时，其表面和量子隧道等效应引发的结构和能态的变化，产生了许多独特的光、电、磁、力学等物理化学特能，有着极高的活性，潜在极大的原能能量，这就是“量变到质变”。

纳米磁性材料的特殊磁性能主要有：量子尺寸效应、超顺磁性、宏观量子隧道效应、磁有序颗粒的小尺寸效应、特异的表观磁性等。

2纳米磁性材料的研究概况

纳米磁性材料根据其结构特征可以分为纳米颗粒型、纳米微晶型和磁微电子结构材料三大类。

2.1纳米颗粒型

磁存储介质材料：近年来随着信息量飞速增加，要求记录介质材料高性能化，特别是记录高密度化。高记录密度的记录介质材料与超微粒有密切的关系。若以超微粒作记录单元，可使记录密度大大提高。纳米磁性微粒由于尺寸小，具有单磁畴结构，矫顽力很高的特性，用它制作磁记录材料可以提高信噪比，改善图像质量。

纳米磁记录介质：如合金磁粉的尺寸在80nm，钡铁氧体磁粉的尺寸在40nm，今后进一步提高密度向“量子磁盘”化发展，利用磁纳米线的存储特性，记录密度达400Gbit/in2，相当于每平方英寸可存储20万部红楼梦小说。

磁性液体：它是由超顺磁性的纳米微粒包覆了表面活性剂，然后弥漫在基液中而构成。利用磁性液体可以被磁场控制的特性，用环状永磁体在旋转轴密封部件产生一环状的磁场分布，从而可将磁性液体约束在磁场之中而形成磁性液体的“O”形环，且没有磨损，可以做到长寿命的动态密封。这也是磁性液体较早、较广泛的应用之一。此外，在电子计算机中为防止尘埃进入硬盘中损坏磁头与磁盘，在转轴处也已普遍采用磁性液体的防尘密封。磁性液体还有其他许多用途，如仪器仪表中的阻尼器、无声快速的磁印刷、磁性液体发电机、医疗中的造影剂等等。

纳米磁性药物：磁性治疗技术在国内外的研究领域在拓宽，如治疗癌症，用纳米的金属性磁粉液体注射进人体病变的部位，并用磁体固定在病灶的细胞附近，再用微波辐射金属加热法升到一定的温度，能有效地杀死癌细胞。另外，还可以用磁粉包裹药物，用磁体固定在病灶附近，这样能加强药物治疗作用。

电波吸收（隐身）材料：纳米粒子对红外和电磁波有吸收隐身作用。由于纳米微粒尺寸远小于红外及雷达波波长，因此纳米微粒材料对这种波的透过率比常规材料要强得多，这就大大减少波的反射率，使得红外探测器和雷达接收到的反射信号变得很微弱，从而达到隐身的作用；另一方面，纳米微粒材料的比表面积比常规粗粉大3-4个数量级，对红外光和电磁波的吸收率也比常规材料大得多，这就使得红外探测器及雷达得到的反射信号强度大大降低，因此很难发现被探测目标，起到了隐身作用。

2.2纳米微晶型

纳米微晶稀土永磁材料：稀土钕铁硼磁体的发展突飞猛进，磁体磁性能也在不断提高，目前烧结钕铁硼磁体的磁能积达到50MGOe，接近理论值64MGOe，并已进入规模生产。为进一步改善磁性能，目前已经用速凝薄片合金的生产工艺，一般的快淬磁粉晶粒尺寸为20-50nm，如作为粘结钕铁硼永磁原材料的快淬磁粉。为克服钕铁硼磁体低的居里温度，易氧化和比铁氧体高的成本价格等缺点，目前正在探索新型的稀土永磁材料，如钐铁氮、钕铁氮等化合物。另一方面，开发研制复合稀土永磁材料，将软磁相与永磁相在纳米尺寸内进行复合，就可获得高饱和磁化强度和高矫顽力的新型永磁材料。

纳米微晶稀土软磁材料：在1988年，首先发现在铁基非晶的基体中加入少量的铜和稀土，经适当温度晶化退火后，获得一种性能优异的具有超细晶粒（直径约10nm）软磁合金，后被称为纳米晶软磁合金。纳米晶磁性材料可开发成各种各样的磁性器，应用于电力电子技术领域，用作电流互感器、开关电源变压器、滤波器、漏电保护器、互感器及传感器等，可取得令人满意的经济效益。

2.3磁微电子结构材料

巨磁电阻材料：将纳米晶的金属软磁颗粒弥散镶嵌在高电阻非磁性材料中，构成两相组织的纳米颗粒薄膜，这种薄膜最大特点是电阻率高，称为巨磁电阻效应材料，在100MHz以上的超高频段显示出优良的软磁特性。由于巨磁电阻效应大，可便器件小型化、廉价，可作成各种传感器件，例如，测量位移、角度，数控机床、汽车测速，旋转编码器，微弱磁场探测器（SQUIDS）等

磁性薄膜变压器：个人电脑和手机的小型化，必须采用高频开关电源，并且工作频率越来越高，逐步提高到1～2MHz或更高。要想使高频开关电源进一步向轻薄小方向发展，立体的三维结构铁芯已经不能满足要求，只有向低维的平面结构发展，才能使高度更薄、长度更短、体积更小。对于10～25W小功率开关电源，将采用印刷铁芯和磁性薄膜铁芯。几个微米厚的磁性薄膜，基本上不成形三维立体结构，而是二维平面结构，其物理特性也与原来的立体结构不同，可以获得前所未有的高性能和综合性能。

磁光存储器：当前只读和一次刻录式的光盘已经广泛应用，但是可重复写、擦的光盘还没有产业化生产。最具有发展前途的是磁性材料介质的磁光存储器，其可以像磁盘一样反复多次地重复记录。目前大量使用的软磁盘，由于材料介质和记录磁头的局限性，其存储密度已经达到极限；另外其已经不能满足信息技术的发展要求，无法在一张盘上存储更多的图象和数据。采用磁光盘存储，就能在一张盘上记录数千兆字节到数十千兆字节的容量，并且能反复地擦写使用。

3展望

纳米技术是本世纪前20年的主导技术,纳米材料是纳米技术的核心,是21世纪最有前途的材料,也是纳米技术的应用基础之一。纳米科技的发展给传统磁性产业带来了跨越式发展的重大机遇和挑战,纳米级磁性材料的开发和研究是磁性材料发展的一个必然方向,但同时也应重视用纳米技术改造传统产业和对现有材料进行纳米改性方面的研究,以全面提高企业的技术水平和竞争能力,在世界民族之林树立中华民族的大旗。

参考文献

［1］?@王瑞金.磁流体技术的应用与发展［J］.新技术新工艺,2001,(10):15-18.

［2］?@许改霞，王平，李蓉等.纳米传感技术及其在生物医学中的应用［J］.国外医学生物工程分册，2002，25（2）：49-54.

篇7

1血液透析机的原理血液和透析液在透析器(人工肾)内借半透膜接触和浓度梯度进行物质交换（图1）,使血液中的代谢废物和过多的电解质向透析液移动,透析液中的钙离子、碱基等向血液中移动，从而清除患者血液中的代谢废物和毒物;调整水和电解质平衡;调整酸碱平衡，具有人体肾脏的部分功能[3]。

2血液透析机的组成[4]

2.1液路部分

液路部分包括温度控制系统、除气系统、透析液配比系统、流量控制系统、超滤控制系统、漏血探测等部分[5]。（1）温度控制系统：温度控制系统由加热器、热交换器、和温度传感器组成。加热器是使透析液达到要求温度的主要部件，通常采用电热棒直接加热，功率1500W左右。带有高温保护装置，超过设定温度，自动断开。热交换系统使进入机器的水与即将排出的废液在不锈钢管道中相对流动，废液的热量通过管壁传到反渗水。计算机系统通过机器分布在各处的温度传感器测量各点温度，反馈控制加热器，使温度始终控制在设定的范围内（35~42℃）。（2）除气系统：除气系统包括除气泵、除气室、除气阀和管路。其原理是由负压泵产生大约500mmHg负压，使溶解在反渗水中的气体扩张成气泡逸出，避免气泡对流量、温度、电导度的测量产生影响，或气泡积聚在透析膜的一侧影响透析，对病人的健康产生危险。（3）透析液配比及电导度监测系统：透析液配比及电导度监测系统由A液泵、B液泵、电导度监测系统、配比室组成。透析液的配比就是将浓缩液和反渗水进行配比，达到需要的浓度。透析浓缩液目前一般为碳酸氢盐，分为A、B液，计算机系统根据设置的配方控制A、B泵，使A液由A液泵吸入，B液由B液泵吸入，并且按固定容量吸入。（4）超滤系统[6]：超滤是压力梯度使液体通过薄膜的过程。在血液透析过程中，正压血层与负压透析液层形成薄膜之间的压力梯度，这个压力梯度成为跨膜压（TMP），作用是清除血液的多余水分。现在的超滤系统一般为容量超滤，操作者设定超滤量后，由计算机系统自动控制。容量超滤系统一般分为2种，一种是平衡腔控制法（图2），一种是流量计控制法（图3）[7]。①平衡腔控制法，容量平衡装置是由2个平衡室及8个阀组成，每个平衡室又被弹力膜分成新鲜透析液和用后透析液2部分，每个间隙有2个阀。现在还在平衡腔增加了膜的位移传感器，使平衡膜在达到极限位置时略提前发信号切换电磁阀，以改善实际跨膜压的波动，使透析流量更稳定，患者感到平稳。工作原理:在第一相时，阀2、3、5、8打开，1、4、6、7关闭。C2被新鲜的透析液充满，迫使C1排出等量的废液。同时C3被废液充满，C4排出等量的透析液到透析器。在第二相时所有的阀关闭130ms，以消除阀对平衡腔的影响。在第三相时，1、4、6、7阀打开，2、3、5、8关闭。C4被被新鲜的透析液充满，迫使C3排出等量的废液。同时C1被废液充满，C2排出等量的透析液到透析器。在第四相时，所有的阀关闭130ms。该四相重复进行，保证入透析器的流量与出透析器的流量严格相等[8]。②流量计控制法，流量计控制法采用双通道电磁流量超滤控制系统，通过对2个流量通道高精度的扫描和采样，控制和反馈调节超滤的进行。超滤单元通过电磁原理平衡流速反馈式容量来控制流量和计算超滤。此容量测量体包括2个形状相同的管路，输送液体来往透析器，管路装置于固体铁氧磁心内，周围包着电磁铁线圈。当电流经过铁线圈，就会产生电磁场，当含有电解质的液体流经磁场，其所在的管路便会产生低电压。每条管路内的铂电极量度电压量，来直接确定流量。第1条管路量度通往透析器的流量，第2条管路量度回流的流量。两者之间的差量就是超滤量。从通道1和通道2采集数据，由Ch2rate-Ch1rate=UFrate，反馈控制跨膜压以达到预期的超滤量。同时机器内部每30min将进行自动校准，由于超滤单元的机械部件为固定静止的，因此不会造成泄漏和磨损。容量测量体检测速率800次/s，所得数据资料不断向主机流量和超滤控制系统汇集，这种精确的量度方法保正了流量的连续和稳定[9]。（5）漏血探测部分[10]：血液透析过程中有时会发生透析器破膜，就会发生漏血，这对病人是非常危险的，为了检测漏血的发生，一般血液透析机采用光学方法检测。其原理是将发光二极管和光敏三极管分别安装在漏血探测器室壁两侧，当发生漏血时，发光管的光线受阻，光敏管接受的信号减小，引起报警。在透析过程中如果有沉淀或过脏，易发生假报警，这就需要操作人员及时清除漏血检测部位的赃物。

2.2血路部分

血路部分包括[1：血泵、肝素泵、气泡探测器、预充探测器、动静脉压力监测、静脉夹等（图4）。（1）血泵：血泵的作用是推动血液由透析器返回病人体内，目前常用的是滚柱式血泵，速率范围是0~600mL/min。（2）肝素泵：由于病人的血液在体外循环与空气接触，很容易发生凝血现象，使用肝素防止发生凝血。肝素泵实际是一推进栓连接20mL的注射器,推进栓可使肝素连续（0.6~1.0mL/h）或定量输入。（3）气泡探测器：空气栓塞是血液透析过程中最严重的并发症。空气探测器是检测静脉血液管路中的血液是否有气泡，它由超声发射器、超声接收器组成。在气泡探测器出现报警时，血泵将会停止转动，静脉夹夹死，超滤自动设置为0。（4）预冲探测器：它是在自动化程度比较高的机型里，用来区分管路里是血液还是生理盐水，继而区分是治疗状态还是预冲状态。在预冲时，当它探测到血液，就会自动启动血液部分监测系统，如静脉压、漏血、空气报警等；在治疗中，尤其是在自动回血时，它会提示管内已无血液，可以停止回血。一般这个结构都和静脉夹位置比较近，由于它的血液监测功能，可以提醒护士有没有正确安装静脉夹。

3血液透析机的硬件扩展随着科技的发展，透析机的扩展功能得到强有力的技术支持。

3.1血液温度监测仪

血液温度监测仪（BTM）用以调整透析过程中的热量平衡，大量研究证实，对于循环不稳定的患者，提供可控的热能负平衡将对透析期间血管的稳定性起到积极的作用。运用控制功能，治疗期间一些非生理性的、对血管副反应的、乃至至今尚未被注意体温变化引起的危害将会避免。

3.2血容量监测

血容量监测（BVS）就是基于红细胞压积的变化，提供对血管内，水份含量的估算，对容量性低血压有很有效的提示作用。它的一般原理就是，通过监测血液对红光的透过能力，估算红细胞压积。而我们知道，血液透析对血液中水份的改变是显著的，而对红细胞数量的改变是可以忽略不计的。那么红细胞压积的改变，就足以代表血液中水份的改变。如果治疗中，从血管里脱水的速度（即患者脱水速度）大于组织向血管里补充的速度，那么显然会导致血容量下降，当这个下降超过一定的幅度，就会导致低容量性的低血压。有了的对血容量的监测，对调整适合的脱水曲线，以及配合相应的血液渗透压（改变透析液Na浓度）调整都有明确的指导意义[12]。

3.3再循环监测

在血液透析治疗中，血液再循环（治疗后血液未经体循环又重新进入体外循环）切实存在，在双腔插管的条件下更为明显。它的一般原理是，在透析液侧给一个高温脉冲，则血液被加温。在血液入口侧，监测温度变化，如果很快接受到明显的温度变化，则可以确认再循环的存在。再循环的存在会导致治疗效果明显下降，有了明确的再循环依据，为改善治疗方案提供了有力依据。

3.4无创血压监测

无创血压监测，实际就是把电子血压计整合到机器内部，现阶段无丝毫技术性和技巧性。如果能和血容量监测以及脱水控制联合应用，才是真正有意义的选件。

3.5加拿大糖尿病检测（DIASCAN）或在线尿素清除指数监测（OCM）

若想提高患者的生活质量,重要一点是透析的充分性，现在评价透析充分性使用的指标是尿素清除指数（Kt/v），通常是通过检测透析前/后的尿素氮值计算而得。

4血液透析机的网络及软件扩展

4.1网络化管理[13]

血液透析中心长期采用手工病历记录的形式管理患者诊疗信息，记录患者的首次病程、历次透析记录、化验检查常规用药、特殊处理等。目前，该管理形式已不能适应当前医院信息化管理的要求，因此，透析中心的信息数字化管理已是大势所趋。每个厂家开放国际标准端口，使所有的机器联网。通过透析工作站能对所有的机器进行管理，监控每台机器的运行状态、诊断每台机器的故障。例如GambroExalis通过透析机RS232接口或网口，可以实现机器联网，做到中央操作、监护、存贮、重显各种记录、打录各种显示资料。系统通过透析中心信息管理客户端，将患者诊疗信息数据汇总、统一存储、管理,大大地提高了工作效率和医疗管理质量。

4.2软件扩展

为了更好地便于操作和使用，一些机型在操作软件上提供了自动预充、自动回血、定时消毒等软件，还具备方便维修的特点。透析机作为水电结合的医疗产品，故障率较高，为减少维修时间，各厂家都推出了新的技术，如方便齐全的定标程序；完备的故障代码系统[14]。

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[关键词]电磁带隙结构 天线设计 应用

中图分类号：TM725 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）20-0025-01

上世纪80年代末。美国的科学家提出了电磁带隙结构，这种新的前沿问题从出现开始就一直是相关领域专家、学者研究的重点。在天线设计领域中，电磁带隙结构相比于一般的材料而言，具有一定的优势。首先，在天线设计中使用电磁带隙材料可以有效降低表面波和介质波模产生的损耗。其次，使用电磁带隙材料还可以提高天线增益。总之，将电磁带隙结构应用于天线设计中是比较合理的。因此，进行有关电磁带隙结构及在天线设计中应用的研究是具有实际应用价值的。本文将从介绍多频带和小型化电磁带隙设计入手，介绍谐波抑制和陷波特性的印刷天线设计。

1 多频带和小型化电磁带隙设计

电磁带隙结构相比于其它同类结构而言具有一定的独特性，从而也吸引了大批的学者对其进行深入研究。随着电磁带隙结构在相关领域中应用的不断普及，为了满足不同的设计要求，各种新型的电磁带隙结构层出不穷。其中，多频带电磁带隙结构的出现是为了满足不同频带的应用需求。而小型化电磁带隙结构的出现则是为了提升阵列天线的性能。下文将对这两种新型的电磁带隙结构做具体的介绍。

1.1 蘑菇状电磁带隙结构分析

蘑菇状电磁带隙结构一般使用正方形的贴片，是由周期单元的谐振或共振机制产生的带隙特性。通过实验可以判断蘑菇状电磁带隙结构的频率带隙和其参数之间的关系。在实验的过程中，一般都是改变其中的一个常数，使其它参数保持不变。例如，想要观察电磁带隙贴片的边长对其频率带隙的影响，则只改变电磁带隙的边长，其它参数不变，观察实验结果。实验过程中，分别改变蘑菇状电磁带隙结构的贴片边长、电磁带隙介质的厚度、介质的相对介电常数、缝隙间距以及连接电磁带隙贴片和地板之间的金属圆柱半径。最终实验结果显示，蘑菇状电磁带隙结构的频率带隙和贴片边长、电磁带隙介质的厚度、介质的相对介电常数成反比关系，即当贴片边长、电磁带隙介质的厚度、介质的相对介电常数三个参数增大时，蘑菇状电磁带隙结构的频率带隙是减小的。而蘑菇状电磁带隙结构的频率带隙和电磁带隙的缝隙间距、连接电磁带隙贴片和地板之间的金属圆柱半径是成正比关系的。即当电磁带隙结构的缝隙间距、连接电磁带隙贴片和地板之间的金属圆柱半径增大时，蘑菇状电磁带隙结构的频率带隙是增大的。在实际应用的过程中，为了满足相关设计要求，通常会同时改变其中的几个电磁带隙结构参数。

1.2 多频带电磁带隙结构设计

我们知道，电磁带隙结构的谐振会产生频率带隙。如果想要实现多频带电磁带隙结构，则会需要使用多个谐振回路。在本文中，为了满足多个谐振回路的要求，在电磁带隙贴片上开出细槽。在电磁带隙贴片上开细槽的具体方法如下。要在贴片对角线的位置上开出四个细槽，然后再在正方形贴片的四个边上开细槽，每一条边上开出两个细槽。多个谐振回路的产生主要通过腐蚀贴片上的细槽来实现。在形成多个谐振回路后就构成了一个多频带电磁带隙结构。如图1：

1.3 小型化电磁带隙结构设计

首先，介绍螺旋地板的小型化电磁带隙结构。螺旋地板的小型化电磁带隙结构相当于并联的LC谐振电路。如果想要将电磁带隙结构的尺寸变小，则要增加等效的电容或者是增加等效的电感，这样才能够有效降低谐振频率。蘑菇状电磁带隙结构介质的磁导率和介质厚度将会影响蘑菇状电磁带隙结构的电感大小。而螺旋地板电磁带隙结构是在蘑菇状电磁带隙结构的基础上设计出来的，相比于蘑菇状电磁带隙结构多了一个额外电感，这样可以降低谐振频率。螺旋地板电磁带隙结构的谐振频率和额外电感成反比，即当额外电感增加时，谐振频率会减小。

可以利用仿真技术来对比蘑菇状电磁带隙结构和螺旋地板电磁带隙结构的性能。通过仿真实验发现，螺旋地板电磁带隙结构带隙频率在1.95GHz和2.81GHz之间，要低于蘑菇状电磁带隙结构的带隙频率。对于螺旋地板电磁带隙结构而言，如果想要降低带隙频率则需要增加电感值和减小螺旋臂宽。但在工程实践过程中，这种方法是比较难以实现的。因此，为了实现降低螺旋地板电磁带隙结构带隙频率的目的，则可以在两个螺旋地板电磁带隙结构中增加电感，即电感加载的螺旋地板小型化电磁带隙结构。

2 谐波抑制和陷波特性的印刷天线设计

微带天线具有一定的优点，同时也具有一定的缺点。微带天线的优点就是重量比较小、体积小、经济成本低、易集成。也正是因为微带天线具有这样的优点，才被广泛地应用相关领域中。例如在卫星通信、生物医学、环境检测等领域中均有使用微带天线。但微带天线也具有带宽比较窄、损耗大的缺点。如果是微带天线和射频器件集成使用，则谐波辐射不仅能会造成微带天线能量损耗，同时还会干扰射频器件。通过使用电磁带隙结构可以有效抑制谐波辐射，减少对射频器件的干扰。

电磁带隙结构的谐振可以阻断谐波附近电磁波的传播，进而形成频率带隙。电磁带隙结构的谐振有两种形式，一种是自谐振，即电磁带隙结构单元自身产生的谐振，另一种是互谐振，即电磁带隙结构单元和其它单元之间通过相互作用产生的谐振。在一些比较特殊的情况下，这两种类型的谐振可以同时存在，但其中只有一种起主要作用。蘑菇状电磁带隙结构可以产生自谐振和互谐振，其中互谐振起主要作用。共面紧凑型电磁带隙结构产生的是互谐振。哑铃型DGS（电磁带隙结构的衍生物）产生的是自谐振。如图2：

微带天线产生于上世纪70年年代，最初是由Howell和Munson研制出来的。在微带天线出现以后，经历了快速发展的阶段。微带天线的贴片有很多种形状，可以是正方形的，也可以是三角形的。正如上文所述，微带天线具有一定的优点，同时也具有一定的缺点。因此，在进行微带天线设计的过程中应尽量采取有效措施减少因微带天线缺点而带来的影响。

微带天线在工作的过程中会受谐波辐射的影响，谐波不仅会造成微带天线能量损耗，同时还会干扰其他微波器件。因此，在设计的过程中必须要抑制谐波。而利用蘑菇状电磁带隙结构的谐振特点可以有效抑制微带天线的谐波辐射。

超宽带通信技术在精准定位、探地雷达等领域中具有广泛地应用。但由于超宽带系统的工作频段与无线通信系统的频段有重合的地方，为了减少超宽带天线对无线通信系统频段的干扰，可以利用电磁带隙结构将超宽带天线设计成具有陷波特性的超宽带单极子天线。

4 总结

总之，电磁带隙结构作为一种特殊的人工电磁材料，相比于一般的电磁材料而言具有一定的优势，将其应用于微带天线设计领域中，可以提高微带天线的性能。

参考文献

[1] 路宏敏，余志勇，赵益民，那彦.一种具有新颖电磁带隙结构的印刷电路板电源平面[J].西安电子科技大学学报，2011，03：20-23.

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【关键词】 多参数监护仪； 原理； 故障实例； 维修

一.多参数监护仪工作原理

医用多参数监护仪的基本原理是通过电极和传感器拾取人体心电、血压、呼吸，氧饱和度等生理参数信号，并将这些信号转化为电信号。监护仪主要是由四个部分组成：信号参数、模拟处理、数字处理、信息输出。

（1）信号参数。这部分的功能是通过电极和传感器拾取人体心电、血压、呼吸，氧饱和度等生理参数信号，并将这些信号转化为电信号；（2）模拟处理。将采集的信号通过模拟电路进行阻抗匹配、过滤、放大等处理，由模拟转换器把人体生理参数的模拟信号转化为数字信号，送入数字处理部分，它由模/数转换器、微处理机、存储器等组成，是多参数监护仪的核心部分；（3）数字处理。微处理机接收来自控制面板的控制信息，通过执行程序，对数字信号进行运算、分析和存储；（4）信息输出。将经过处理后的数据结果输出，在输出结果的同时协调、检测整机各部分的工作，如显示波形、文字、图形、分析报告，启动各类报警和打印纪录。

医用多参数监护仪集合了电子技术、计算机技术、生物医学工程技术，它的硬件结构与微型计算机系统基本一致，实际上它就是一台微型计算机系统。参考计算机系统的结构，医用多参数监护仪的整机部件构成又分为：电源模块、系统控制器模块、程序处理器模块、图形显示器模块I/O系统模块、监护参数模块等功能模块组成。

二. 多参数监护仪常见故障及其处理办法

根据多参数监护仪的实际使用经验，其常见故障主要有以下几类：

（一）电源模块、系统控制器模块常见故障

电源模块、系统控制器模块故障现象主要表现为：使用交流电源和电池均不能开机，电源指示灯不亮。导致故障的主要原因：由于电源指示灯不亮，故障原因可以判断为电源、系统控制器模块故障，应先检查电源。

检修方法：首先检查电池，如果发现电池电量已耗尽，更换一个新电池后。如果更换电池以后机器可以用电池正常开机，但显示交流电仍未接入，则进一步检查，检查保险丝是否已损坏，是否出现严重发黑，判断后续电路可能存在短路，拆机检查电源模块，如果发现AC-DC转换器的整流器已短路，则更换故障的元件，机器恢复正常。设备在使用过程中，整流器短路，使保险丝熔断，AC-DC转换器电压没有输出，机器会转为电池直流电压工作，直至电力消耗尽。

（二）图形显示器模块常见故障

图形显示器模块常见故障表现为：黑屏，没有图像。故障的原因主要是开机后，机器有自检音，电源灯正常；按血压测量键，血压泵工作，说明黑屏原因是显示屏的背景荧光灯未亮，高压逆变器工作异常。

检修方法：以迈瑞PM-9000E白屏现象为例，机器出现白屏说明显示屏的背景荧光灯工作正常，可能存在程序处理器模块板无显示信号输入，此时可外接显示器进行判断，若显示正常，则说明显示屏损坏，或程序处理器模块到显示屏之间的排线松脱；若外接显示器无显示，则可能程序处理器模块故障。

（三）多参数模块常见故障

在临床使用过程中，多参数模块模块故障出现的几率最大，表现为无ECG波形，或读数不稳定基线漂移、干扰大；或无RESP波形，检修时一般应遵循由简到难的原则，首先判断导联线是否完好，电极片是否位置正确、接触良好、有无生锈等，导致联连失败；其次要注意查看导联设置模式，如果仪器选择了五导联模式，但连接了三导联的导联线，那肯定无波形了，建议使用心电信号发生器并备用一条新的导联线，配合示波器，可快速准确判别故障点。例如以迈瑞PM-9000E出现心电读数不稳定，干扰大的现象，针对这种情况首先应排除来自导联线输入端的干扰，比如：接地不良、电板片失效、导线接触不好或高频电刀干扰等；其次排除机外原因还是机内原因引起的，可拔下导联线，看基线是否是一条直线，线上有无干扰，如果没有，说明仪器本身没有问题，干扰是外部原因引起的。如不存在外部干扰，则说明模块内部有问题。

（四）血氧监护模块常见故障

在医用多参数监护仪的众多参数模块中，血氧监护（SPO2模块）出现故障几率较大，一般表现为无SPO2读数，或读数不稳定、断续、搜索超时，检修时应首先判断血氧探头是否完好，再检查SPO2模块。由于血氧探头价格不菲，在进行维修应谨慎行事，用万能表直接测量发射、接收二极管，可判别故障点，如果血氧探头断线，可用焊接修复。如果血氧探头的发射、接收二极管损坏，又难以找到合适的元件，可以用另外一只损坏的血氧探头进行 拼凑、维修。

（五）血压模块常见故障

血压模块（NIBP模块）常见故障主要是血压泵组件损坏，如：泵电机绕组断路、短路，电磁阀绕组断路、短路、漏气等等，其中以漏气最为多见。漏气故障表现为测量血压时充气时间过长，或压力始终充不上去 （低于150mmHg），无法测量，显示袖带没绑好或太松。如果漏气部位在机外，例如：袖带漏气，连接导管漏气，则容易发现，亦容易处理，可直接更换新的袖带与连接导管试试。如果漏气部位在机内，则大多数是因为机内负责放气的电磁阀老化，关闭不全，引起漏气，机内连接管质量很好，连接管松动或老化引起漏气现象较少见。

三.小结

医用多参数监护仪在临床中使用广泛，对其质控检测，保证其时刻处于完好待用状态，这对保证医疗安全具有重要意义。因此，应将多参数监护仪的质量控制作为医院医疗设备质量控制中的一项重要内容，应从验收、使用、维护、报废的整个周期内构成一个完整的质量控制体系，这不仅符合现代医院管理的需求，也是保证医疗质量的重要手段，为患者享受高质量的治疗服务提供了重要保障。同时，医院还应积极培养医疗设备保障部门技术人员，提高其专业水平，以切实保障多参数监护仪的良好使用。

参考文献：

[1]仲继.多参数监护仪的日常维护和维修[J].中国医学装备，2010，6（7）：50-52.

[2]张乔冶.关于心电监护仪的应用及故障维修的研究[J].科技资讯，2011（07）：128-130.

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[关键词]电气工程及其自动化 建设 发展趋势

中图分类号：TM76-4；G712 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）03-0286-01

一、引言

电气工程及其自动化专业是一个工程性和基础性都很强的专业。电气工程的基础性决定了其具有很强的学科交叉和派生能力，如今的通信工程专业、电子信息工程专业、自动化专业、计算机科学与技术专业乃至生物医学工程专业都是从电气工程专业派生或再派生而形成，这些专业统称为电子与信息类专业而它们和电气工程专业一起又被统称为电类专业，电气工程专业是电子与信息类专业的母体，而这些专业的产生和发展又大大推动了电气工程专业的发展，这一特点就要求我们在制定专业培养方案时不能仅局限于电气工程自身而应兼顾整个电类专业，基于上述思想我们认为该专业的目标是：培养能够从事与电气工程有关的装备制造、系统运行、自动控制、信息处理、试验分析、研究开发、经济管理以及计算机应用等领域工作的应用型高级工程技术人才。

二、电气工程及其自动化的发展历史

希腊学者米利都是最早对电有认识的人，他观察用布摩擦琥珀后，会吸引如羽毛等轻小的东西。但是最早对静电有系统和科学的研究则是从17世纪开始的。17世纪的英国医生吉尔伯特所著的书中，对“电”进行了最早的论述，英语“E-lectric”一词即起源于希腊语 “Electrica”和拉丁语“Electrum”。随后，英国人格雷发现了电的导体和绝缘体。法国人杜菲在众多实验中发现，几乎所有物质都可以摩擦生电，并且他更仔细地发现，所产生的电有两种，带有异种电者会相互吸引，带有同种电者会相互排斥。

18世纪美国人富兰克林用“风筝实验”证明了电的存在。19世纪上半叶，安培安培发现电流的磁效、法拉第发现电磁感应定律。19世纪下半叶，电磁理论集大成者麦克斯韦尔的理论为电气工程奠定了基础。19世纪末到20世纪初，西方国家的大学陆续设置了电气工程专业。

1908年，南洋大学堂（交通大学前身）设置了电机专科，这是我国大学最早的电气工程专业，至今已有一个世纪。1920年，东南大学设置了电机工程系。1932年，清华大学设置了电机系。1949年后，我国出现了一大批以工科为主的多科性大学，也出现了一批机电学院，这些学院基本上都有电机工程系。1958年，在北京电力学校的基础上成立了北京电力学院，当时的电力工程系设有“发电厂电力网及电力系统专业”、“高压电技术专业”等，它们就是现在的“电气工程及其自动化专业”的前身。1961年，哈尔滨工业大学的发电教研室部分教师和学生并入北京电力学院，充实了该专业的力量。1961至1962年，哈尔滨工业大学又有发电、高压和电自三个专业的10名研究生转入北京电力学院，开启了研究生培养的先河。1977年，恢复高考后，大部分学校的“电机工程系”陆续改为“电气工程系”。1986年，国务院批准“电力系统及自动化”为博士学位授权学科。1988年，我国高校进行了大规模专业目录调整，将电工类专业和电子与信息类专业和电子与信息类专业合并为“电气信息类”，专业数大大减少，专业口径大大拓宽。

三、电气自动化技术专业学习的优势

1、安全性

随着国家制度法规的不断完善以及科学技术发展的日新月异，人身安全的重视程度了逐渐凸显。由于我国的工业自动化水平较低，使得一些较为危险的机器相当一部分是依靠人工操作的，一旦操作失误或者机器出现故障，容易带来极大的人身安全隐患。而自动化控制技术利用终端系统的操作，建立了选择程序，通过自动识别操作规范问题，及时停止电气操作或者切断电源，能极大程度的避免事故的发生。

2、效率高

作为科技发展的核心产物，电气自动化技术在处理数据信息的高速性和准确度上的优势是巨大的。其运行模式是由接收特殊指令的应用设备来完成最终的执行指令。对于不同的设备自动生成不同的指令，减少了错误率，加之传输速度很快，电气自动化系统的反馈校验功能，机器运行的高效以及精准度就越发明显，确保了运作的及时有效。

四、电气自动化教学成果特点

1、便捷性

电气自动化产品主要是把电子技术、计算机技术、网络技术等集于一个产品上，达到产品的功能自动化，这就给人们的生活带来了极大地便利，为社会节省了大量的人力物力，这在很大程度上促进了社会的进步和发展，推动了社会生产力的发展。

2、广泛性

随着人们生活水平的提高，人们对消费品的要求也越来越高，这就使自动化产品的市场很大，这个从大家日常生活中随处可见的此类产品可见一斑，比如人们每天所坐的公交车的车门、市民经常使用的电梯等，人们逐渐适应了这种自动化产品所带来的便利，这也使此类产品占据着很大的消费市场。

3、发展性

电气自动化产品的发展一般都与计算机的发展相配套，这是因为自动化的过程需要计算机来操作，随着电子技术和计算机技术的飞速发展，电气自动化产品的发展会更加智能化，也就是自动化程度会更高，所能完成的任务量及速度也会更大和更快捷。

五、结语

电气工程及其自动化专业集电子技术、计算机技术、电机电器技术信息、网络控制技术及机电一体化技术等诸多专业技术于一体，是一门综合性较强的专业学科，能够适应各行各业的发展需求。该专业属于信息产业，被人们誉为朝阳产业，发展相当迅速，市场对专业人才的需求巨大，是当今高科技发展的新趋势。随着我国工业化进程的不断加快，电气工程及其自动化专业在工业中的应用越来越广泛，对推动我国工业发展发挥着重要作用。当今社会总的形势是国家综合实力不断增强、人民生活水平及需求不断提高，催生了自动化产品的大量普及，智能家居、智能交通等高新技术产品逐渐进入老百姓的家庭，为电气工程及其自动化专业的发展开创了广阔的发展前景。

参考文献

[1] 刘海蛟.《科技创新与应用》2013年.

[2] 朱仲海.分析电气工程及其自动化的建设与发展[j].城市建设理论研究，2012，（12）.