脑电帽原理和使用简介
语音乐律研究报告2008
脑电帽原理和使用简介
杨若晓
YANG Ruoxiao
0 引言
人类语言是一套特殊的符号系统，具有十分复杂的心理加工机制。语言心理加工的生理基础就是人脑。人们对语言的脑机制研究由来已久，从初期通过解剖研究非正常语言能力者的大脑发现和语言行为息息相关的broca脑区和wernickle 脑区，到现在技术进步背景下利用各种脑成像技术对人脑语言机制的各种探索。而在各种脑成像技术中，脑电技术（Electroencephalogram，简称EEG）以其具有的高时间分辨率特点和性价比高而被广泛利用。而在脑电技术中，事件相关电位（Event related potential，简称ERP）通过有意地赋予刺激以特殊的心理意义，利用多个或多样的刺激引起的脑的电位，成为一种特殊的脑诱发电位。由于它不仅能够反映大脑的单纯生理活动，还能反映认知过程中大脑的神经电生理的变化，因而被称为认知电位，在对语言加工的研究中广泛运用。本文将首先对脑电技术原理和ERP技术原理进行简单介绍，之后对目前为止发现的与语言加工过程有关的ERP成分进行简单说明，最后介绍16导脑电帽（MLAEC1/EC2 EEG Electro-Cap System）的基本使用方法。
1 脑电技术简介
脑电技术，或者脑电图（EEG）是通过置于头皮表面的电极记录的脑波图谱，是用神经电生理的方法检测而得到的脑神经细胞的活动。脑电图的最大的优越性在于时间分辨率相当高，大约在1毫秒左右，这就使得脑电能够相当好地记录到脑波的上升和下降。人类的自发EEG波幅（amplitude）约为10-100μν（1微伏=1伏特的百万分之一）。而由心理活动引起的脑电要比自发脑电更弱，一般只有2到10微伏，通常淹没于自发电位中，所以ERP需要从EEG中提取。
2 事件相关电位（ERP）技术原理
事件相关电位（ERP）是经由将记录到的EEG 脑部原始电生理信号进行再分析处理而得到的。它是经由内在事件或外在事件刺激所引发的脑电位波形变化，因而可以反应出人类生理或心理活动相关的脑电活动，一般用来研究大脑处理刺激至反应认知过程的活动过程。
2.1 事件相关电位ERP的基本定义
事件相关电位（ERP）的定义有广义和狭义之分。从广义上来说，凡是外加一种特定的刺激于有机体，在给予刺激或撤销刺激时，在神经系统任何部位引起的电位变化都可称为事件相关电位。从狭义来讲，事件相关电位是指凡是外加一种特定的刺激，作用于感觉系统或脑的某一部位，在脑区引起的电位变化，目前一般ERP仅指该狭义定义。有时为更清楚地专指脑产生的事件相关电位，有的场合也会使用“事件相关脑电位（event-related brain potentials）”的说法(魏景汉，罗跃嘉, 2002)。
2.2 提取ERP的基本原理
自发的脑电（EEG）成分复杂而不规则，而一次刺激所诱发的ERP波幅约为2-10微伏，比自发的EEG电位要小得多，淹没于EEG中，二者构成小信号和大噪音的关系，无法直接测量研究，所以ERP需要从EEG中提取。
2.2.1 ERP的主要特点
ERP的主要特点有以下三个方面：
2.2.1.1 ERP需要开放电场
脑电（EEG）是由于皮质大量神经组织的突触后电位同步总和而成，而单个神经元电活动非常微小，不能在头皮记录到，只有神经元群的同步放电才能记录到。这种脑组织神经元排列方向一致的情况，构成所谓的开放电场（open field），反之则是方向不一致相互抵消的封闭电场（closed field）。因此，ERP 只能反映某些脑部的激活情况，而有些脑部即使处于激活状态，但由于其神经元没有能够形成开放电场，ERP上也是无法反映的。
2.2.1.2 ERP的潜伏期和波形
ERP有两个重要特性：潜伏期恒定和波形恒定。潜伏期就是ERP波形与刺激间的时间间隔。与ERP的两个特性相对，自发脑电则是随机变化的。所以，所以利用这两个恒定就可以通过叠加从EEG中将ERP提取出来。
2.2.1.3 ERP是平均诱发电位
ERP是通过对原始EEG进行叠加得到的，也就是说叠加n 次后的ERP 波幅增大了n 倍，因而需要再除以n，使ERP 恢复原形，即还原为一次刺激的ERP 数值。所以ERP 也被称为平均诱发电位，平均指的是叠加后的平均。
2.2.2 ERP的提取基础和过程
下面简单介绍ERP的提取基础和过程。
2.2.2.1 ERP的采集装置
首先介绍ERP的采集装置。
2.2.2.1.1 采集ERP时的头部定位系统
采集ERP时的头部定位系统是一个电极帽，上面有多个记录或吸收头皮放电情况的电极，这些电极在帽子上的位置是根据国际脑电学会在1958年制定的10-20国际脑电记录系统(Jasper, 1958)而设置的。
10-20系统的原则是头皮电极点之间的相对距离以10%和20%来表示，采用2条标志线：1）矢状线：从鼻根至枕外隆凸的连线，又称中线。从前往后标出5个记录点——Fpz, Fz, Cz, Pz和Oz。Fpz之前与Oz之后各占中线全长的10%，其余点间距皆占20%。2）两外耳道之间的连线。从左至右也记录5个点——T3, C3, Cz, C4和T4。T3和T4外侧各占10%，其余点间距皆占20%。
经过以上两线的边缘4点，以Cz为圆心画圆，4个点间各在圆周上等距地取2个点，并在Fz、C3、Pz、C4间各取一个点，这样10-20系统共由21枚有效电极组成。其他的16导、32导、64导、128导和256导电极帽也是根据10-20系统扩展而成的。
图1 (A-C) 10-20国际脑电系统示意图：(A) 矢状线；(B) 冠状线；(C) 10-20国际脑电系统电极位置。
2.2.2.1.2 ERP实验室的基本设置
ERP实验室的基本设施主要包括：1）洗漱间，用于被试头皮处理，例如洗头等；2）主控间，用于监控试验程序呈现、脑波记录和被试实验；3）被试间，用于被试进行实验，应该具有较好的隔音和隔光效果。
2.2.2.2 采集ERP时的叠加技术原理
由于在实际采集数据过程中ERP是淹没在EEG中的，所以为了从EEG中提取出ERP，需要对被试者施以多次重复刺激“S”，再将每次刺激产生的含有ERP的EEG加以叠加与平均，最后得到一次刺激的ERP值。ERP可以通过叠加原始EEG数据获得的原因在于作为ERP背景的EEG波形与刺激间没有固定的关系，而其中所含的ERP波形在每次刺激后都是相同的（当然不是绝对的相同），并且ERP波形与刺激之间的时间间隔（即潜伏期）也是固定的，所以经过叠加，ERP会随叠加次数成比例地增大，而EEG则按照随机噪音的方式加和。于是，经过叠加后的ERP 就会从EEG的背景中浮现出来。
2.2.2.3 ERP数据采集流程
下图2和图.3分别给出了普通情况下ERP实验过程的示意图和ERP数据提取的主要过程示意图。
图2 ERP实验示意图（DOG，Data output gate，数据输出
器）。
图3 ERP数据提取的主要过程示意图。
2.2.3 ERP信号的优点和缺点
ERP 的优点在于：1）无创性和时间分辨率（ms）高；2）便于与反应时配合进行认知过程（认知可分为认知过程和认知状态，过程指的就是时间过程）研究；3）设备相对简单，对环境的要求不高。
ERP 的主要缺点在于低空间分辨率，ERP 在空间上只能达到厘米级，主要的影响因素是容积导体效应与封闭电场问题。另外，ERP 只能采用数学推导来实现脑电的源定位，这种方法获得的脑内激活区域位置的可靠性也是有限的。
3 和语言加工有关的ERP成分
和语言加工有关的ERP成分主要包括MMN、CPS、(E)LAN、P600/SPS和N400。
首先，在语音加工层面，MMN（mismatch negativity, 失匹配负波）反映了脑对听觉刺激的物理属性的变化进行的自动化的前注意加工过程，MMN在1978年被首次报道 (R. N??t?nen, Gaillard, & M?ntysalo, 1978)。随后的研究表明MMN可以反映出脑对语音类别的敏感性(Risto
N??t?nen et al., 1997)，因而它常常被用来作为语
音范畴所对应的一种脑电成分。近来一些研究还
试图在更大的语言单位和高级的认知过程中寻找MMN的痕迹(Pulvermuller & Shtyrov, 2006)。测
量MMN的实验中一般给被试呈现一系列标准的
听觉刺激，在这些标准刺激中随机插入与之不同
的变异刺激，这时，如果变异刺激与标准刺激相
比属于不同的类别，即跨越了类别的界限，就会
看到非常明显的MMN，而同一类别内的变异刺
激则不会诱发出MMN。另外一种和语音加工关
系密切的ERP成分是新近发现的CPS（closure positive shift），CPS是在关于德语的韵律研究中
被发现和命名的 (Steinhauer, Alter, & Friederici, 1999)，它和自然语言的韵律加工关系密切，CPS
的发现在一定程度上说明韵律因素对句法分析的
作用。最近基于汉语的CPS研究也得到了开展(Li & Yang)。
(E)LAN和P600/SPS是主要反映句法加工的ERP成分。(E)LAN（（Early）Left anterior negativity，左前负成分）与句子的句法加工密切
相关,如果某个句子环境要求出现某个词类，而实
际上出现的不是这个词类的词，那么就会诱发出(E)LAN。代表句法违反的LAN 成分独立于与语
义违反相关的N400，因而被认为是与句法违反的
直接的指标(刘燕妮 & 舒华, 2003)。P600/SPS （Syntactic Positive Shift，句法正漂移）是与句法
违反有关的、出现在关键词之后500-600ms的正
成分(Osterhout & Holcomb, 1992)，它可以在多种
句法违反中出现，如表3.1所示。
表3.1 P600/SPS效应示例(刘燕妮 & 舒华, 2003)
短语结构违反（Phrase structure anomalies）
The scientist criticized Max’s of proof the theorem.
句法类别歧义（syntactic－category ambiguity ）The mental became refining by the goldsmith who was honored.
句子成分位置违反（Sentence-constituent movement anomalies）
I wonder which dress the guests at the party were shocked when the bride wore.
动词时态违反（Verb tense anomalies）
The cats won’t eating the food that Mary leaves them.
而在语义加工层面，由Kutas和Hillyard(Kutas & Hillyard, 1980)在1980年发现的
N400被视为反映语义加工的重要脑电指标。在他
们的实验中，他们给被试视觉呈现7个词组成的
句子，每个词单独呈现700ms,直到句子结束，其
中75％的句子是语义一致的，25％的句子是最后
一个词与整个句子不一致的。语义不一致的条件
会诱发出一个偏后侧分布的负波。
4 实验室脑电帽使用简介
北京大学中文系语言学实验室所有的脑电帽
系统为配合ADInstruments公司的多导生理记录
仪PowerLab和LabChart及Scope软件一起使用
的脑电帽系统，其型号为：MLAEC2 EEG Electro-Cap System 2 (large & medium cap)，为Electro-Cap International公司生产，即下文所说的ECI脑电帽。
4.1 实验室脑电帽系统的组成部分
下面将整个脑电帽系统软硬件的构成分“脑
电帽系统”和“采集系统”进行介绍：
1.脑电帽系统：
a)16导（共16个电极）EC I TM 大型脑电帽和
中型脑电帽各一个。
b)电极适配器（Electrode Board Adapter）。【实
验室还未到位】
c)身体绑带（Body Harness）。
d)用于临时快速插入的电极2个（quick insert
electrodes）。
e)耳部电极2个（ear electrodes）。
f)用于固定额头处两个参照电极的一次性
圆形海绵体100个（disposable sponge
disks）。
g)用于注射导电膏的注射器2支
（needle/syringe kits）。
h)导电膏2盒（electro-gel）。
i)头部测量皮尺（head measuring tape）。
j)脑电帽清洗溶剂（ivory cleaning liquid）。
k)一本纸本使用说明（a manual）。
l)一张关于使用说明的DVD光碟。
图4 脑电帽系统组成（MLAEC2 EEG Electro-Cap System
2 (large & medium cap)）2.采集系统：
a)16通道生物电放大器（GT201 16 Channel
Bio Amp），如图5。
b)5导生物电放大缆线（MLA2540 5-Lead
Shielded Bio Amp Cable），如图6。
c)LabChart及Scope采集信号软件，如图7和
8。
图5 16通道生物电放大器（GT201 16 Channel Bio Amp）
图6 导生物电放大缆线（MLA2540 5-Lead Shielded Bio
Amp Cable）
图7 LabChart采集信号软件
图8 Scope采集信号软件
4.2 实验室脑电帽系统的使用简介
脑电帽系统的使用步骤由以下几个方面组成，以下以成人被试为例进行介绍，如果以婴幼儿为被试，还有一些不同步骤和注意事项，但具体可以参看使用说明手册，在本文不做说明。使用步骤如下：
1.安装电极适配器（Installing the Electrode Board Adapter）。使用时可以根据脑电帽电极连接线的颜色插入适配器上相应颜色孔中。
2.为被试做好带脑电帽和记录脑电前的准备。具体的一些注意事项包括：1) 被试的头发必须是干的；2) 被试头发上的如发夹这样的饰物、帽子和耳环都必须在实验前摘除；3) 对于ECI脑电帽，实验前并不要求被试必须清洗头发；4) 在为被试戴脑电帽时，可请被试坐在一个椅背笔直的椅子上，在戴好脑电帽和测量过电阻抗后再请被试移到椅背有倾斜的椅子上或者躺到床上。
3.为被试戴上身体绑带（Put the body harness on the patient）。可请被试伸直双臂和地面平行，将身体绑带绑在被试腋窝以下的胸前，使绑带上的按扣眼位于胸前中部，方便后面步骤的使用。身体绑带的松紧要求以被试感到舒服为准。
4.测量被试头部周长（Measure the circumference of the head）以选择大小合适的脑电帽。可以利用和脑电帽系统配合的颜色皮尺或者普通皮尺测量，测量时将皮尺缠绕脑部一圈，缠绕时有两个参照点：鼻根点（nasion，即头盖骨中鼻骨和前额骨相连接的那点）向上1英寸的点和枕骨隆突（inion，即脑后枕骨外的突出部分）向上1英寸，这两个参照点决定了皮尺的测量范围。如果采用的脑电帽自带的有色彩的皮尺，可以根据实际测量结果看皮尺最后的测量点落于哪种颜色区域，就选择那种颜色的脑电帽，如果最后测量点落入两个颜色交界处，那么选择较大尺寸那个颜色的脑电帽；如采用普通皮尺，则可参考使用手册上给出的标准。
5.佩戴耳部电极，并注入导电膏和使电极和皮肤紧密接触（Attach the ear electrodes: add gel and abrade the skin）。
6.在脑电帽的Fp1和Fp2两个参照电极点套上一次性圆形海绵体（Place disposable sponge disks around Fp1 and Fp2）。Fp1和Fp2是脑电帽位于前额的两个参照点。
7.测量和标记Fp线（Measure and mark the Fp line）。在给被试戴脑电帽之前，测量从鼻根点到枕骨隆突的距离，即第4点所述测量头部周长，之后将测量结果的小数点向左移动一位，例如38cm?3.8cm，之后由鼻根点向上测量头部周长左移一位小数点的距离，获得一个点，在前额处该点的平行位置取两点，使用可清洗笔标记，即为Fp1和Fp2点。
8.根据以上测量结果为被试选择尺寸合适的脑电帽，将脑电帽前部的带有一次性海绵体的两点固定在前额已标记的Fp1和Fp2点，然后用流畅的动作向前往后拉脑电帽，帮助被试戴好脑电帽（Slip the proper size cap onto the patient’s head）。
9.将脑电帽绑带和身体绑带连接起来（Attach the cap straps to the body harness）。脑电帽绑带需紧扣身体绑带，否则可能导致后续脑电测量不准。
10.将脑电帽的电极接线口和电极适配器的连接口相连（Connect the cap connector to the electrode board adapter）。
11.用系统所带注射器为每个脑电帽上的电极内注入导电膏；并快速地在电极内前后摇动注射器针管（Fill each electrode cavity with electro-gel; rock the blunted needle/syringe rapidly back and forth）。注入导电膏时可用左手食指和中指夹住要注射电极，右手使用注射器注入导电膏；注射时可以轻微地提升注射器针管，使其不完全接触头皮，之后注入导电膏，注入量以导电膏刚刚溢出电极一点为准；之后保持针管在电极中，用右手前后快速地前后摇动注射器；当每个电极都注入导电膏后，用干净纱布擦去溢出的导电膏。
12.检测电极阻抗，保证每个电极的电阻抗都等于或低于3000 欧姆（Check the electrode impedance; equaling or being lower to 3K ohms are necessary）。必须保证每个电极的电阻抗都等于或低于3000 欧姆，否则不能开始脑电记录。如果有电极的电阻抗高于3000 欧姆，可采用以上12中所述方法在该电极内加入适量导电膏，再进行电阻抗测试；如电阻抗依然不符合要求，则可使用“快速插入电极（Quick Insert Electrode）”插入该电极孔内，并在外面贴上Micropore胶带固定该电极，之后需要在电极适配器（Electrode Board Adapter）上移除对应的脑电帽电极，而将快速插入电极的连接口连入电极适配器的该位置，注意记录使用快速插入电极的位置和过程，之后再次检测该电极的电阻抗；如果使用快速插入电极后电极电阻抗依然不符合要求，则需直接
向ECI公司咨询。当所有电极的电阻抗测试均满足等于或低于3000 欧姆，则被试可以进行脑电测试。
13.请被试移到有倾斜椅背的椅子上或者躺到床上，使他们的姿势更加舒适一些。（Move the patient to the bed or reclining chair for recording）。
14.正式记录开始之前，在被试头部下、后脖颈下放置一块卷好的毛巾（Place a towel roll under the patient’s head before starting the recording）。放置毛巾的缘故是为了防止脑电帽电极和床或椅子产生摩擦。放置毛巾的位置以被试感到舒适为佳，可根据被试需要灵活调整。
15.在正式开始记录前需要调试每个电极是否通畅和是否正确地接入相应记录通道（Electro-Cap system check）。调试时按照电极顺序进行，主要方法是依次轻敲（tap）电极，观察记录显示屏上是否有相应的波动，如果有说明电极已通，可以进行测试下一个电极。如果没有波动显示或者记录通道错误，则需检查是否敲对电极和通道是否接入正确，如果问题不能解决，可联系ECI公司进行咨询。
16.记录脑电实验结束后，为被试移除脑电帽、耳部电极和身体绑带；之后用干净毛巾擦除被试额头、耳朵和头发上的导电膏，经过这些处理后被试可以很容易地洗去头部的残留导电膏（Patient cleanup）。
17.清洗脑电帽和对脑电帽的保养（Cap cleaning and preventive maintenance）。ECI脑电帽必须在每次实验后进行清洗，否则会降低其使用寿命。清洗脑电帽时的注意事项包括以下一些：1) 清洗脑电帽时只能采用系统自带的脑电帽清洗溶剂（Ivory cleaning liquid）或者Palmolive清洗剂；
2) 清洗时应该取下脑电帽与身体绑带连接的绑带，脑电帽绑带应单独清洗，由于其比较厚硬所以可以用刷子和肥皂水清洗，建议一周清洗一次；
3) 不要将颜色不同的脑电帽混洗，在最初几次清洗时脑电帽可能会掉色；4) 清洗脑电帽时注意只将带有电极的脑电帽放入加入了专用清洗剂的水中清洗，而与适配器相连的电极连接头一定不能着水；5) 用清洗溶剂清洗后，用清水完整冲洗干净脑电帽，6）之后将脑电帽放置晾干，晾干时一定注意将脑电帽电极部分放置得低于与适配器相连的电极连接头部分，以防止后者着水；6) 每个月应该用棉签擦拭脑电帽电极防止氧化物在其中的逐渐堆积。
此外，实验中可能还会使用到“快速插入电
极（Quick insert electrode）”，其使用方法可参见
上文13中关于“检测电极电阻抗”的相关内容。
以上17点为使用实验室脑电帽系统时的基
本步骤和注意事项，具体更为详细的内容可以参
看纸本使用手册和观看DVD光碟的演示说明。
6 结语
脑电成分ERP 波形是大脑对各种事物变化
所引起的电活动，是人对事物认知，心理行为的
一种客观的表现形式，是“观察脑功能的窗口”，
在心理学、生理学、认知科学、神经科学、临床
医学及其他生命科学相关领域具有很高的研究与
应用价值。事件相关脑电位(ERP)采集和分析系
统，凭借其精度高、抗干扰性强、操作简便、功
能多样等优点，成为ERP 分析的有效工具，是
国际和国内科学研究和临床应用方面目前最为流
行的研究技术之一；并已被应用到认知心理学、
精神病学、运动医学、临床医学、人体工学等各
个科学研究领域。
参考文献
[1]Jasper, H. (1958). The ten-twenty electrode
system of the International Federation.
Electroencephalography and clinical neurophysiology, 10, 371-375.
[2]Kutas, M., & Hillyard, S. A. (1980). Reading
Senseless Sentences: Brain Potentials Reflect
Semantic Incongruity. Science, 207(4427),
203-205.
[3]Li, W., & Yang, Y. Perception of prosodic
hierarchical boundaries in Mandarin Chinese
sentences. Neuroscience, In Press, Accepted
Manuscript.
[4]N??t?nen, R., Gaillard, A. W. K., & M?ntysalo,
S. (1978). Early selective-attention effect on
evoked potential reinterpreted. Acta Psychologica, 42(4), 313-329.
[5]N??t?nen, R., Lehtokoski, A., Lennes, M.,
Cheour, M., Huotilainen, M., Iivonen, A., et al.
(1997). Language-specific phoneme representations revealed by electric and
magnetic brain responses. Nature, 385, 432-434. [6]Osterhout, L., & Holcomb, P. J. (1992).
Event-related brain potentials elicited by
syntactic anomaly. Journal of Memory and
Language, 31(6), 785-806.
[7]Pulvermuller, F., & Shtyrov, Y. (2006).
Language outside the focus of attention: The mismatch negativity as a tool for studying higher cognitive processes. Progress in Neurobiology, 79(1), 49-71.
[8]Steinhauer, K., Alter, K., & Friederici, A. D.
(1999). Brain potentials indicate immediate use
of prosodic cues in natural speech processing.
Nat Neurosci, 2(2), 191-196.
[9]魏景汉，罗跃嘉 (Ed.). (2002). 认知事件相关
脑电位教程. 北京: 经济日报出版社
[10]刘燕妮, & 舒华. (2003). ERP 与语言研究. 心
理科学进展, 11(3), 296-302.
（杨若晓北京大学中国语言文学系语言学实验室 100871 yangruoxiao@https://www.wendangku.net/doc/dd9018877.html,）
磁场测量的原理和元件
磁场测量的原理和元件 磁场是无形的，在实际检测中，通常是将磁场转换成电信号然后实现自动化处理，从而实现无形磁场的可视化。磁电转换原理和元件有以下几种： 1.感应线圈 感应线圈的原理：通过线圈切割磁力线产生感应电压，而感应电压的大小与线圈匝数、穿过线圈的磁通变化率或者线圈切割磁力线的速度成线性关系。感应线圈测量的是磁场的相对变化量，并对空间域上的高频率磁场信号更敏感。 2.磁通门 磁通门传感器是利用被测磁场中高导磁铁芯在交变磁场的饱和激励下，其磁感应强度与磁场强度的非线性关系来测量的弱磁场的一种传感器，其原理是建立在法拉第电磁感应定律和某些材料的磁化强度M与磁场强度H的非线性关系上。使用磁通门传感器的仪器有磁通门高斯计，如磁通门高斯计GF600，能精确测量微弱的磁场，仪表无须调零，是测量弱磁场最好的选择，但磁通门传感器不能长期暴露在高磁场环境下，使用环境应低于100G(10mT)。 3.霍尔传感器 霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，测量绝对磁场大小。 霍尔效应从本质上讲是运动的带点粒子在磁场中收到洛伦兹力作用引起的偏转，从而形成霍尔电势V=K H①·I·B。以霍尔传感器开发出来的仪器有霍尔效应高斯计，常用的有手持式高斯计G100，具有精度高、温度补偿功能强、零点漂移小和磁场测量反应速度快等优点。 4.磁敏电阻 磁阻效应是指某些金属或半导体的电阻值随外加磁场变化而变化的现象。 常用的元件有磁敏电阻、磁敏二极管、磁敏三极管等。 5.磁共振法 原子核磁性的直接和精密的测量是利用核磁共振的方法。核磁共振是原子核磁矩系统在相互垂直的恒定磁场B和角频率ω的交变磁场的同时作用下，满足ω=γ②B时，原子核系统对交变磁场产生强烈吸收（共振吸收）现象。 除了上述介绍的几种方法外，还有磁光克尔效应法、磁膜测磁法、磁致收缩法、磁量子隧道效应法、超导效应法等。 ①元件的灵敏度，它表示在单位磁场和单位控制电流下霍尔电势的大小 ②为原子核的磁旋比，即原子核的磁矩与角动量之比。
水准测量的原理
水准测量的原理 一、几种常见的水准测量方法 1.几何水准测量(简称水准测量); 2.三角高程测量; 3.气压高程测量(物理高程测量)。 二、水准测量原理 水准测量 就是利用水平视线来求得两点的高差。例如图2－1中,为了求出A 、B 两点的高差AB h ,在A 、B 两个点上竖立带有分划的标尺——水准尺,在A 、B 两点之间安置可提供水平视线的仪器——水准仪。当视线水平时,在A 、B 两个点的标尺上分别读得读数a 与b,则A 、B 两点的高差等于两个标尺读数之差。即: b a h AB -= (2－1) 如果A 为已知高程的点,B 为待求高程的点,则B 点的高程为: AB A B h H H += (高差法) (2－2) 读数a 就是在已知高程点上的水准尺读数,称为“后视读数”;b 就是在待求高程点上的水准尺读数,称为“前视读数”。高差必须就是后视读数减去前视读数。高差AB h 的值可能就是正,也可能就是负,正值表示待求点B 高于已知点A,负值表示待求点B 低于已知点A 。此外,高差的正负号又与测量进行的方向有关,例如图2－2中测量由A 向B 进行,高差用AB h 表示,其值为正;反之由B 向A 进行,则高差用BA h 表示,其值为负。所以说明高差时必须标明高差的正负号,同时要说明测量进行的方向。 图 2－1 由图2－1可以瞧出,B 点高程还可以通过仪器的视线高程H i 来计算,即 H i ＝H A ＋a (2－3) H B ＝H i －b (仪高法) (2－4) 三、转点、测站 当两点相距较远或高差太大时,则可分段连续进行,从图2－2中可得: b a h h b a h b a h b a h AB n n n ∑-∑=∑=-=-=-=Λ Λ2 221 11 (2－5)
磁通门磁力仪工作原理结构与使用
磁通门磁力仪 磁通门式磁敏传感器又称为磁饱和式磁敏传感器。它是利用某些高导磁率的软磁性材料(如坡莫合金）作磁芯，以其在交直流磁场作用下的磁饱和特性及法拉第电磁感应原理研制的测磁装置。 这种磁敏传感器的最大特点是适合在零磁场附近工作的弱磁场进行测量。传感器可作成体积小，重量轻、功耗低，既可测T、Z，也可测ΔT、ΔZ，不受磁场梯度影响，测量的灵敏度可达 0．01 nT，且可和磁秤混合使用的磁测仪器。由于该磁测仪对资料解释方便，故已较普遍地应用于航空、地面、测井等方面的磁法勘探工作中，在军事上，也可用于寻找地下武器（炮弹、地雷等）和反潜。还可用于预报天然地震及空间磁测等。 4.1磁通门式磁敏传感器的物理基础 （一）磁滞回线和磁饱和现象 铁磁性材料的静态磁滞回线，如图1．35所示。在图中当磁化过程由完全退磁状态开始，若磁化磁场等于零，则对应的磁感应强度也为零。随着磁化磁场H的增大，磁感应强度B亦增大，扭曲线OA段所示。但当H增加到某一值Hs之后，B就几乎不随H的增加而增强，通常将这种现象称作磁饱和现象。开始饱和点所对应的Bs、H。，分别称作饱和磁感应强度和饱和磁场强度。 图1.35 静态磁滞回线示意图 当H增加到Hs后，如使H逐渐减小下来，磁感应强度也就随之减小下来。但实践证明，一般这种减小都不是按照AO所示的规律减小，而是按照AB所示的轨迹进行，并且当磁场H 减小到零时，磁感应强度B并不等于零，也就是说磁感应强度的变化滞后于磁场H的变化，这种现象称为磁滞现象。 当H由H S减小到零时，B所保留的值Br被称作最大剩磁，之所以叫最大剩磁是由于H 从小于Hs的不同值减小到零，其所对应的剩磁也是不同的，但以H从Hs减小到零时所对应的剩磁Br最大。 欲使剩磁去掉，就需加一个与原磁化磁场相反的磁场，如OC段所示。线段OC即表示使磁感应强度B恢复到零时所需要的反向磁场强度，这一场强通常称为矫顽力，并用Hc表示。 最大剩磁Br饱和磁感应强度Bs饱和磁场强度Hs及矫顽力Hc是磁性材料的四个重要
水准测量原理
第二章 水准测量 高程是确定地面点位置的要素之一，在工程建设的设计、施工与管理等阶段都具有十分重要的作用。测定地面点高程的工作称为高程测量。高程测量按所使用的仪器和施测方法不同，主要有水准测量和三角高程测量等。水准测量是高程测量中最常用的一种方法。本章主要介绍水准测量原理、水准仪的构造及其使用、水准测量的施测方法与成果整理以及仪器的检验与校正等内容。 2-1 水准测量原理 水准测量不是直接测定地面点的高程，而是测出两点间的高差。即在两个点上分别竖立水准尺，利用水准测量的仪器提供的一条水平视线，瞄准并在水准尺上读数，求得两点间的高差，从而由已知点高程推求未知点高程。 如图2-1所示，设已知A 点高程为A H ，用水准测量方法求未知点B 的高程B H 。在A 、B 两点中间安置水准仪，并在A 、B 两点上分别竖立水准尺，根据水准仪提供的水平视线在A 点水准尺上读数为a ，在B 点的水准尺上读数为b ，则A 、B 两点间的高差为： b a h AB -= （2-1） 图2-1 水准测量
原理 设水准测量是由A 点向B 点进行，如图2-1中箭头所示，则规定A 点为后视点，其水准尺读数a 为后视读数；B 点为前视点，其水准尺读数b 为前视读数。由此可见，两点之间的高差一定是“后视读数”减“前视读数”。如果a >b ，则高差AB h 为正,表示B 点比A 点高；如果a 角度测量的原理及其方法
角度测量的原理及其方法 角度测量原理 一、水平角测量原理 地面上两条直线之间的夹角在水平面上的投影称为水平角。如图 3-1所示，A、B、O为地面上的任意点，通OA和OB直线各作一垂 直面，并把OA和OB分别投影到水平投影面上，其投影线Oa和Ob 的夹角∠aOb，就是∠AOB的水平角β。 如果在角顶O上安置一个带有水平刻度盘的测角仪器，其度盘 中心O′在通过测站O点的铅垂线上，设OA和OB两条方向线在水 平刻度盘上的投影读数为a1和b1，则水平角β为： β= b1 - a1(3-1) 二、竖直角测量原理 在同一竖直面内视线和水平线之间的夹角称为竖直角或称垂直 角。如图3-2所示，视线在水平线之上称为仰角，符号为正；视线在 水平线之下称为俯角，符号为负。
图3-1 水平角测量原理图图3-2 竖直角测 量原理图 如果在测站点O上安置一个带有竖直刻度盘的测角仪器，其竖盘中心通过水平视线，设照准目标点A时视线的读数为n，水平视线的读数为m，则竖直角α为： α= n - m (3-2) 光学经纬仪 一、DJ6级光学经纬仪的构造 它主要由照准部(包括望远镜、竖直度盘、水准器、读数设备)、水平度盘、基座三部分组成。现将各组成部分分别介绍如下：１．望远镜 望远镜的构造和水准仪望远镜构造基本相同，是用来照准远方目标。它和横轴固连在一起放在支架上，并要求望远镜视准轴垂直于横轴，当横轴水平时，望远镜绕横轴旋转的视准面是一个铅垂面。为了控制望远镜的俯仰程度，在照准部外壳上还设置有一套望远镜制动和
微动螺旋。在照准部外壳上还设置有一套水平制动和微动螺旋，以控制水平方向的转动。当拧紧望远镜或照准部的制动螺旋后，转动微动螺旋，望远镜或照准部才能作微小的转动。 ２．水平度盘 水平度盘是用光学玻璃制成圆盘，在盘上按顺时针方向从0°到360°刻有等角度的分划线。相邻两刻划线的格值有1°或30′两种。度盘固定在轴套上，轴套套在轴座上。水平度盘和照准部两者之间的转动关系，由离合器扳手或度盘变换手轮控制。 ３．读数设备 我国制造的DJ6型光学经纬仪采用分微尺读数设备，它把度盘和分微尺的影像，通过一系列透镜的放大和棱镜的折射，反映到读数显微镜内进行读数。在读数显微镜内就能看到水平度盘和分微尺影像,如图3-4所示。度盘上两分划线所对的圆心角，称为度盘分划值。 在读数显微镜内所见到的长刻划线和大号数字是度盘分划线及其注记，短刻划线和小号数字是分微尺的分划线及其注记。分微尺的长度等于度盘１°的分划长度，分微尺分成６大格，每大格又分成10，每小格格值为1′，可估读到0.1′。分微尺的0°分划线是其指标线，它所指度盘上的位置与度盘分划线所截的分微尺长度就是分微尺读数值。为了直接读出小数值，使分微尺注数增大方向与度盘注数方向相反。读数时，以在分微尺上的度盘分划线为准读取度数，而后读取该度盘分划线与分微尺指标线之间的分微尺读数的分数，并估读
脑电图的测量
脑电图的测量 脑电图记录的是各个电极点间的电势差。脑电图测量仪怎么能不受外在环境电势的干扰，记录到各个神经元产生的微弱电信号呢？首先，让我们了解一下电势差，电流和电阻的定义。 高中物理讲到的电压等于电流乘于电阻，适用于用电池的直流电手电筒。另一个相似的来自墙壁插座的交流电公式是电压等于电流乘于阻抗。阻抗要比电阻复杂得多，阻抗与导体的电阻，电感，电容和交流电的频率有关。 在上面的公式里，电流即每秒通过垂直面的电荷数，电压是推动电子的力量，电阻和阻抗是物质所特有的阻碍电子流动的力量。橡胶原子的最外层轨道电子饱和，原子释放电子需要对抗很大的阻力，因此橡胶是很好的绝缘体。 大脑产生类似于正玄波的交流电。脑电的振幅从正向的顶点到负向的顶点。 A脑电图仪器：怎样采集脑电信号，去除掉不想要的电活动。 头皮任两点间的电势差很小，摩擦你的鞋底，同时把手伸向你的受试，电线中产生的电流就比脑电大几千倍。所以，第一步：脑电仪包含前放大器，只放大脑电信号。第二步：把连续的模拟信号转化成间断的数字信号。第三步：按一定的方式把数字信号呈现，更容易滤波，来选取我们感兴趣的脑电。 1：放大器 放大器只放大脑电信号。连接电极点到放大器的电线越短，比如放到受试肩膀或是头部绷带上的前置放大器，这样充当天线的电线很短，接受到更少的环境电信号。另外，一条好的屏蔽线可以把环境电信号直接接地，而不影响脑电的电流。所有电极点电流的采集都应用同一的电压，以保证电极点被同样的放大和过滤，我们推荐有两台脑电仪，这样当问题被发现，可以把受试的电极帽插到另一台脑电仪上。 放大器是怎样工作的？ 放大器检测并同等放大两个输入电流，并翻转一个电极点的极性，并相减，把相同的干扰信号去除，叫做差比放大器，即共模抑制。 共模抑制比即输入的电压除去输出的电压，高达100 000倍。共模抑制效应会在以下两种情况下失效。第一：电极点的电阻值不同。第二：接地电线导电不好。 后置放大器安放在信号过滤完成。它只和接地电极相减，并放大脑电信号。 2：滤波 电脑的滤波器包括低通，高通和带阻。滤波不只是删除频率过高或过低的波形。它是减弱不想要的频率的波形的振幅。比如我们不想要的，又不可避免的肌电伪差，可以通过缩小振幅和减慢频率而去除。 高通 脑电反馈里的高通滤波常逐渐从1或2赫兹开始过滤，频率设置在0.5赫兹，德尔塔波可以清楚的看到，但要与眼电伪差相区分，但外界的电信号干扰可覆盖这种低频的信号。在其他的脑电仪里，高通可关闭或开着，适应于不同频率的波的分析。 低通 脑电反馈里的低通滤波常设置在32赫兹，当我们区分30赫兹的沉思脑电，40赫兹的认知脑电，相似频率的肌电，和60或50赫兹的灯光，电脑，延伸线干扰都需要用到低通滤波。 带通
脑电图机工作原理及干扰的排除
脑电图机工作原理及干扰的排除 人体组织细胞总在自发地不断产生着很微弱的生物电活动，利用在头皮上安装电极将细胞的电活动引出来并经脑电图机放大后记录下来得到有一定波形、波幅、频率和相位的图形、曲线，即为脑电图。当脑组织发生病理或功能改变时，这种曲线也会发生相应的改变，从而为临床诊断治疗大脑及神经系统疾病，如畸形中枢神经系统感染，颅内肿瘤与慢性病变，脑血管疾病，脑损伤及癫痫等提供依据。 当神经元受遗传、病理、电化学或药物刺激时，细胞膜的平衡遭到破坏，产生高度去极化，这时可产生动作电位，这个局部动作电位又会破坏下一段细胞膜的平衡状态，这一系列反复恢复和破坏细胞膜的生化物理过程，便构成了动作电位在神经元和神经细胞膜上的单向传递，就产生了脑电信号，其幅值范围为1 0-100μV，脑电图机就是拾取这种极其微弱的脑电信号进行放大处理，描迹记录的仪器，用以诊断神经系统疾病的仪器，其基本原理框图如下： 输入盒为金属屏蔽盒，头皮电极导线通过输入盒与脑电图机输入端相连接，当今市场上的脑电图机一般在输入盒内缓冲放大器以降低噪音。导联选择器实现不同导联及信号通道的选择。由于脑电信号微弱，幅值极低，要求脑电图机有很高的放大增益，故脑电图机多采用多极放大技术，以实现其较高的增益。还要求有很高的其模抑制比。对电源的稳定性也有严格要求，一般在电源电压波动±10%时，输出电压变化要小于0．01%，特别是供给前置放大级的电源电压波动应小于0．5μV。 电极与皮肤接触电阻的大小，与脑电记录的质量有直接关系，一般接触电阻应小于20KΩ，如果大于此值，必须清洁皮肤，处理电极或采用更好的电极膏，以保证测量的准确，所以脑电图机设有电极—皮肤接触阻抗测量装置。 由于脑电信号幅值变化较大，就要求增益控制能有多档调节。
磁通门技术
磁通门技术 I国内外研究现状 磁通门是利用被测磁场中高导磁铁芯在交变磁场的饱和激励下，其磁感应强度与磁场强度的非线性关系来测量弱磁场的一种传感器。磁通门传感器也称磁强计，由探头和接口电路组成，具有分辨率高(最高可达10-11T)、测量弱磁场范围宽(在10-8T以下)、可靠、简易、经济、耐用、能够直接测量磁场的分量和适于在高速运动系统中使用等特点。磁通门传感器的研究起始于1928年，几年后才出现了利用磁性材料自身磁饱和特性的磁通门磁强计，它被用来测量1mT以下的直流或低频交流磁场。1936年，Aschenbrenner和Goubau称达到了0.3nT的分辨率。在第二次世界大战中，用于军事探潜的磁通门传感器有了较大的发展。 用电流传感器作为电气设备绝缘在线检测系统的采样单元，已得到业内人士的共识。目前，电流传感器有多种类型，如霍尔传感器、无磁芯电流传感器、高导磁非晶合金多谐振荡电流传感器、电子自旋共振电流传感器等。由于电力系统使用环境的特殊性，许多传感器存在自身的局限性。目前应用于电力系统的电流传感器多是以电磁耦合为基本工作原理的，从采样方式上分，这类传感器主要有直接串入式、钳式、闭环穿芯式三种。大量的研究试验表明，基于“零磁通原理”的小电流传感器更适合电力系统绝缘在线检测的要求。本文所述小电流传感器即是以磁通门技术为基本原理，加上闭环控制在电子电路中的应用，使小电流传感器具有高精度、高稳定度、抗干扰能力强等优点[1]。 磁通门是一种磁测量传感器。由于它在动目标中可以极敏感地感应地磁强度,早在本世纪30年代就被应用于航磁测量部门。近20年来,在物理学、电子技术、金属冶炼等方面取得的巨大成果,使磁通门在弱磁测量、抗电磁干扰、耐高温、可靠性、寿命、价格方面取得了前所未有的进展。在地质勘探和石油钻井中,包括磁通门在内的敏感元件提供的有关钻头前进方向的信息,使按设计井身轨迹实现高质量定向—水平钻井成为可能。 我在这里简单列举几个国际上取得的成果。Milan M. Ponjavic 等人提出了一种自激震荡的磁通门传感器模型，对在模型中影响传感器工作的主要特性都进行了讨论[2]。Q. Ma等人设计了一种新型DC传感器，这种新型DC传感器可以有效提高测量的准确度，同时具有良好的线性度。这种传感器是基于磁势自平衡和反馈补偿的[3]。Eyal Weiss等人研究了一种正交磁通门传感器，这种传感器不仅改善了磁通门的等效磁噪声，而且简化了磁通门的输出过程[4]。Szewczyk, R课题组为我们呈现了一种双轴微型化磁通门传感器，这种传感器的铁芯由铁钴合金制造，并且依托于PCB多层技术，同时为磁通门的进一步微型化提供了依据[5]。
水准测量的方法及其实施
水准测量的方法及其实施 水准测量原理 水准测量的基本测法是：在图2-1中，已知A点的高程为H A，只要能测出A点至B点的高程之差，简称高差h AB。，则Ｂ点的高程 H B就可用下式计算求得： H B=H A+h AB (2-1) 差h AB。的原理如图2-1所示， 在A、B两点上竖立水准尺， 并在A、B两点之间安置— 图2-1 水准测量原理示意图架可以得到水平视线的仪器 即水准仪，设水准仪的水平视线截在尺上的位置分别为M、N，过A 点作一水平线与过B点的竖线相交于C。因为BC的高度就是A、B 两点之间的高差h AB。，所以由矩形MACH就可以得到计算h AB的式： h AB = a - b (2-2) 测量时，a、b的值是用水准仪瞄准水准尺时直接读取的读数值。 因为A点为已知高程的点，通常称为后视点，其读数a为后视读数，
而B点称为前视点，其读数b为前视读数。即 h AB = 后视读数-前视读数 视线高H i=H A+a （2-3）Ｂ点高程H B=H i-b (2-4）综上所述要测算地面上两点间的高差或点的高程，所依据的就是一条水平视线，如果视线不水平，上述公式不成立，测算将发生错误。因此，视线必须水平，是水准测量中要牢牢记住的操作要领。 水准仪和水准尺 一、微倾式水准仪的构造 如图2-2所示，微倾式水准仪主要由望远镜、水准器和基座组成。水准仪的望远镜能绕仪器竖轴在水平方向转动，为了能精确地提供水平视线，在仪器构造上安置了一个能使望远镜上下作微小运动的微倾螺旋，所以称微倾式水准仪。 1．望远镜 望远镜由物镜、目镜和十字丝三个主要部分组成，它的主要作用是能使我们看清远处的目标，并提供一条照准读数值用的视线。 十字丝是在玻璃片上刻线后，装在十字丝环上，用三个或四个可
水准仪测量高程的方法和步骤
水准仪测量高程的方法和步骤 2010-11-28 01:58:11| 分类：工程测量|举报|字号订阅 [教程]第二章水准测量 未知2009-12-13 16:21:06 网络 内容：理解水准测量的基本原理；掌握 DS3 型微倾式水准仪、自动安平水准仪的构造特点、水准尺和尺垫；掌握水准仪的使用及检校方法；掌握水准测量的外业实施（观测、记录和检核）及内业数据处理（高差闭合差的调整）方法；了解水准测量的注意事项、精密水准仪和电子水准仪的构造及操作方法。 重点：水准测量原理；水准测量的外业实施及内业数据处理。 难点：水准仪的检验与校正。 §2.1 高程测量（ Height Measurement ）的概念 测量地面上各点高程的工作 , 称为高程测量。高程测量根据所使用的仪器和施测方法的不同，分为： （1）水准测量 (leveling) （2）三角高程测量 (trigonometric leveling) （3）气压高程测量 (air pressure leveling) （4）GPS 测量 (GPS leveling) §2.2 水准测量原理 一、基本原理 水准测量的原理是利用水准仪提供的“水平视线”，测量两点间高差，从而由已知点高程推算出未知点高程。
a ——后视读数 A ——后视点 b ——前视读数 B ——前视点 1、A 、 B 两点间高差： 2、测得两点间高差后，若已知 A 点高程，则可得B点的高程： 。 3、视线高程： 4、转点 TP(turning point) 的概念：当地面上两点的距离较远，或两点的高差太大，放置一次仪器不能测定其高差时，就需增设若干个临时传递高程的立尺点，称为转点。 二、连续水准测量
水准测量基本原理教案
水准测量基本原理（教案）
水准测量基本原理 课型：讲授 教学目的与要求： 了解高程测量常用的方法。 理解水准测量基本原理。 掌握高差法、仪高法及连续水准测量计算未知点高程的方法。教学重点、难点： 重点：水准测量基本原理。 高差法、仪高法及连续水准测量计算未知点高程的方法。 难点：水准测量基本原理。 采用教具： 多媒体课件 复习、提问 1、高程的定义、高差的定义。
第一讲 水准测量基本原理 一、高程测量（测定地面点高程）的方法 高程是确定地面点位置的要素之一，在工程建设的设计、施工与管理等阶段都具有十分重要的作用。测定地面点高程的工作称为高程测量。按所使用的仪器和施测方法分：水准测量、三角高程测量、气压高程测量和GPS 高程测量。 二、水准测量基本原理 水准测量不是直接测定地面点的高程，而是测出两点间的高差。即在两个点上分别竖立水准尺，利用水准测量的仪器提供一条水平视线，瞄准并在水准尺上读数，求得两点间的高差，从而由已知点高程推求未知点高程。 如图1-1所示，设已知A 点高程为A H ，用水准测量方法求未知点B 的高程B H 。在A 、B 两点中间安置水准仪，并在A 、B 两点上分别竖立水准尺，根据水准仪提供的水平视线在A 点水准尺上读数为a ，在B 点的水准尺上读数为b ，则A 、B 两点间的高差为：b a h AB -= 图1-1 水准测量原理
设水准测量是由A 点向B 点进行，如图1-1中箭头所示，则规定 A 点为后视点，其水准尺读数a 为后视读数； B 点为前视点，其水准 尺读数b 为前视读数。由此可见，两点之间的高差一定是“后视读数”减“前视读数”。如果a >b ，则高差AB h 为正,表示B 点比A 点高；如果 a < b ，则高差AB h 为负，表示B 点比A 点低。 在计算高差AB h 时，一定要注意AB h 的下标A B 的写法： AB h 表示A 点至B 点的高差，BA h 则表示B 点至A 点的高差，两个高差应该是绝对值相同而符号相反，即：BA AB h h ＝－ 测得A 、B 两点间高差AB h 后，则未知点Ｂ的高程B H 为： )(b a H h H H A AB A B -+=+= （1-1） 水准测量：水平视线（水准仪）+水准尺→待定点与已知点高差+已知点高程→未知点高程。 三、推导以下几种计算未知点高程的公式： 1、高差法（由一点求另一点）：直接利用高差计算未知点高程。 b a h AB -=（后视读数－前视读数）；AB A B h H H += 2、视线高法（仪高法，由一点求多点）：由仪器视线高程H i 计算未知点B 点高程。H A 为A 点的高程，a 为水准尺读数，b 为待求高程点水准尺读数。 ?? ? -=+=b H H a H H i B A i 注意事项： ①区别仅在与计算方法不同；
水准测量的原理
水准测量的原理 、几种常见的水准测量方法 1．几何水准测量（简称水准测量） ； 2．三角高程测量； 3．气压高程测量（物理高程测量） 。 二、水准测量原理 水准测量 是利用水平视线来求得两点的高差。例如图 2－1中，为了求出 A 、B 两点的 高差 h AB ，在 A 、B 两个点上竖立带有分划的标尺—— 水准尺 ，在 A 、B 两点之间安置可提 供水平视线的仪器—— 水准仪 。当视线水平时，在 A 、B 两个点的标尺上分别读得读数 a 和 b ，则 A 、 B 两点的高差等于两个标尺读数之差。即： （2－1） 如果 A 为已知高程的点， B 为待求高程的点，则 B 点的高程为： H B H A h AB （高差法） 读数 a 是在已知高程点上的水准尺读数，称为“后视读数” 准尺读数，称为“前视读数” 。高差必须是后视读数减去前视读数。高差 hAB 的值可能是正， 也可能是负，正值表示待求点 B 高于已知点 A ，负值表示待求点 B 低于已知点 A 。此外， h BA 表示，其值为负。所以说明高差时必须 由图 2－ 1可以看出， B 点高程还可以通过仪器的视线高程 H i 来计算，即 H i ＝ H A ＋ a （2－ 3） H B ＝ H i －b （仪高法） （2－4） 三、转点、测站 当两点相距较远或高差太大时，则可分段连续进行，从图 2－2 中可得： h 1 a 1 b 1 h 2 a 2 b 2 h n a n b n h AB h a b （2－2） ； b 是在待求高程点上 高差的正负号又与测量进行的方向有关，例如图 2－2中测量由 A 向 B 进行，高差用 h AB 表 （2－5） 示，其值为正；反之 由 B 向 A 进行，则高差用
脑电技术
1. 正电子发射型计算机断层显像（Positron Emission Computed Tomography，简称 PET） 正电子发射型计算机断层显像是核医学领域比较先进的临床检查影像技术。 正常范围PET特别适用于在没有形态学改变之前，早期诊断疾病，发现亚临床病变以及评价治疗效果。目前，PET在肿瘤、冠心病和脑部疾病这三大类疾病的诊疗中尤其显示出重要的价值。 其大致方法是，将某种物质，一般是生物生命代谢中必须的物质，如：葡萄糖、蛋白质、核酸、脂肪酸，标记上短寿命的放射性核素（如F18，碳11等），注入人体后，通过对于该物质在代谢中的聚集，来反映生命代谢活动的情况，从而达到诊断的目的。 最近各医院主要使用的物质是氟代脱氧葡萄糖，简称FDG。其机制是，人体不同组织的代谢状态不同，在高代谢的恶性肿瘤组织中葡萄糖代谢旺盛，聚集较多，这些特点能通过图像反映出来，从而可对病变进行诊断和分析。 PET 分子显像基本原理为：PET 示踪剂(分子探针)→引入活体组织细胞内→PET 分子探针与特定靶分子作用→发生湮没辐射，产生能量同为0.511MeV但方向相反互成180°的两个γ光子→PET 测定信号→显示活体组织分子图像、功能代谢图像、基因转变图像。 2.核磁共振技术（Nuclear magnetic resonance (NMR) technology） 核磁共振技术可以直接研究溶液和活细胞中相对分子质量较小(20，000 道尔顿以下)的蛋白质、核酸以及其它分子的结构，而不损伤细胞。与此同时，其可以解决蛋白质、DNA/RNA、碳水化合物的结构，可以鉴定动态特征。 核磁共振的基本原理是： 原子核有自旋运动，在恒定的磁场中，自旋的原子核将绕外加磁场作回旋转动，叫进动(precession)。进动有一定的频率，它与所加磁场的强度成正比。如在此基础上再加一个固定频率的电磁波，并调节外加磁场的强度，使进动频率与电磁波频率相同。这时原子核进动与电磁波产生共振，叫核磁共振。核磁共振时，原子核吸收电磁波的能量，记录下的吸收曲线就是核磁共振谱(NMR-spectrum)。由于不同分子中原子核的化学环境不同，将会有不同的共振频率，产生不同的共振谱。记录这种波谱即可判断该原子在分子中所处的位置及相对数目，用以进行定量分析[3]及分子量的测定，并对有机化合物进行结构分析。 核磁共振检查对人体有无危害？ 核磁共振成像是利用电子计算机对人体断面进行图像分析诊断的检查方法，它不用X线，而是磁场，其基本原理是人体所含氢原子在强磁场下给予特定的高波后
水准测量的基本原理及测量方法
水准测量的基本原理及测量方法 内容：理解水准测量的基本原理；掌握DS3 型微倾式水准仪、自动安平水准仪的构造特点、水准尺和尺垫；掌握水准仪的使用及检校方法；掌握水准测量的外业实施（观测、记录和检核）及内业数据处理（高差闭合差的调整）方法；了解水准测量的注意事项、精密水准仪和电子水准仪的构造及操作方法。 重点：水准测量原理；水准测量的外业实施及内业数据处理。 难点：水准仪的检验与校正。 §2.1 高程测量（Height Measurement ）的概念 测量地面上各点高程的工作, 称为高程测量。高程测量根据所使用的仪器和施测方法的不同，分为： （1）水准测量(leveling) （2）三角高程测量(trigonometric leveling) （3）气压高程测量(air pressure leveling) （4）GPS 测量(GPS leveling) §2.2 水准测量原理 一、基本原理 水准测量的原理是利用水准仪提供的“水平视线”，测量两点间高差，从而由已知点高程推算出未知点高程。
a ——后视读数A ——后视点 b ——前视读数B ——前视点 1、A 、 B 两点间高差： 2、测得两点间高差后，若已知A 点高程，则可得B点的高程： 。 3、视线高程： 4、转点TP(turning point) 的概念：当地面上两点的距离较远，或两点的高差太大，放置一次仪器不能测定其高差时，就需增设若干个临时传递高程的立尺点，称为转点。 二、连续水准测量
如图所示，在实际水准测量中，A 、 B 两点间高差较大或相距较远，安置一次水准仪不能测定两点之间的高差。此时有必要沿A 、 B 的水准路线增设若干个必要的临时立尺点，即转点（用作传递高程）。根据水准测量的原理依次连续地在两个立尺中间安置水准仪来测定相邻各点间高差，求和得到A 、 B 两点间的高差值，有： h 1 = a 1 － b 1 h 2 = a 2 － b 2 …… 则：h AB = h 1 + h 2 +…… + h n = Σ h = Σ a －Σ b 结论：A 、 B 两点间的高差等于后视读数之和减去前视读数之和。 § 2.3 水准仪和水准尺 一、水准仪(level) 如图所示，由望远镜、水准器和基座三部分组成。
水准测量的原理说课讲解
水准测量的原理
水准测量的原理 一、几种常见的水准测量方法 1．几何水准测量（简称水准测量）； 2．三角高程测量； 3．气压高程测量（物理高程测量）。 二、水准测量原理 水准测量是利用水平视线来求得两点的高差。例如图2－1中，为了求出 A 、 B 两点的高差AB h ，在A 、B 两个点上竖立带有分划的标尺——水准尺，在 A 、 B 两点之间安置可提供水平视线的仪器——水准仪。当视线水平时，在A 、B 两个点的标尺上分别读得读数a 和b ，则A 、B 两点的高差等于两个标尺读数之差。即： b a h AB -= (2－1) 如果A 为已知高程的点，B 为待求高程的点，则B 点的高程为： AB A B h H H += （高差法） (2－2) 读数a 是在已知高程点上的水准尺读数，称为“后视读数”；b 是在待求高程点上的水准尺读数，称为“前视读数”。高差必须是后视读数减去前视读数。高差AB h 的值可能是正，也可能是负，正值表示待求点B 高于已知点A ，负值表示待求点B 低于已知点A 。此外，高差的正负号又与测量进行的方向有关，例如图2－2中测量由A 向B 进行，高差用AB h 表示，其值为正；反之由B 向A 进行，则高差用BA h 表示，其值为负。所以说明高差时必须标明高差的正负号，同时要说明测量进行的方向。 图 2－1 由图2－1可以看出，B 点高程还可以通过仪器的视线高程H i 来计算，即 H i ＝H A ＋a (2－3) H B ＝H i －b （仪高法） (2－4) 三、转点、测站 当两点相距较远或高差太大时，则可分段连续进行，从图2－2中可得：
脑电测量系统
脑电测量系统 一、产品名称：脑电测量系统 二、数量：1套 三、技术参数要求： 1、计算机系统： 医疗级主机系统：英特尔i5处理器；内存：4G；硬盘：1000G；光驱：DVD刻录机；鼠标：USB接口；键盘：USB接口；网卡：100/1000MB；显示器：21寸液晶触摸屏，1920*1080；打印机：激光 2、信号放大器： 2.1 通道数：最多可同时采集32通道脑电信号，其中含9对双极生物电通道，可扩展8个直流通道，外接呼吸机和监护仪信号同步采集 2.2 放大器与主机传输方式：网线数字传输 *.3 输入阻抗：≥130M *2.4 共模抑制比：＞125dB 2.5 噪音：< 1.5V pk-pk 2.6 数模转换：≥16 bits 2. 7 带宽：0.016～500Hz 2.8 采样精度：＜0.153μV *2.9 采样频率：每通道≥2000Hz；（要求提供药监局检测报告） 2.10 灵敏度：10, 20, 30, 50, 70, 100, 150, 200, 300, 500, 700, 1k, 2k, 5kV/cm 1,2, 3, 5, 7, 10, 15, 20, 30, 50, 70, 100, 200, 500V/mm 2.11 高频滤波：15, 30, 35, 40, 50, 60, 70, 100，200…1500Hz； 2.12低频滤波：0.001, 0.16, 0.3, 0.5, 1, 1.6, 2, 3, 5,10,…最高可达190Hz； 2.13 时间基准：2, 5, 10, 20, 30, 60, 120, 240, 300, 600, 1200秒/页；6, 8, 10, 15, 30, 60, 120, 240mm/秒 *2.14外设端口：TCD，ECG、SpO2 、NIBP、Temp，ICP 3、摄像系统 数字视频摄像系统： 18x光学，12x数字 带有Exview HAD CCDTM的超级图像质量 可通过遥控器直接控制摄像机调节各种常用参数 4、专业软件系统功能要求： 4.1 Windows7操作系统，中文Office办公软件 4.2 中、英文采集脑电图回放软件，中英界面可方便切换，满足国际论文语言显示要求 4.3 具有阻抗实时监测功能：可对病人阻抗进行实时监测，便于即时发现病人记 录电极阻抗状态，阻抗过高时系统可自动标记并报警 4.4 断电自动恢复功能：系统断电恢复通电后，可自动开机并记录到断电前的病人记录状态，同时可自动报警通知护士站 4.5 事件列表：对各事件发生的时间，持续时间及次数进行列表统计，阅图时可直接跳转到该事件的数据位置 4.6 特殊事件标记记录：可对记录时发生的特殊事件进行自动标记或手动标记
水准测量的原理和使用方法
水准测量的原理和使用方法 确定地面点高程的测量工作，称为高程测量。高程测量又是测量三项基本工作之一。根据使用仪器和施测方法的不同，高程测量可分为水准测量、三角高程测量和气压高程测量。用水准仪测量高程，称为水准测量，它是高程测量中最常用、最精密的方法。 水准测量的原理： 水准测量是利用一条水平视线，并借助水准尺，来测定地面两点间的高差，这样就可由已知点的高程推算出未知点的高程。测定待测点高程的方法有高差法和仪高法两种。 1．高差法 如图2-1所示，若已知A 点的高程A H ，欲测定B 点的高程B H 。在A 、B 两点上竖立两根尺子，并在A 、B 两点之间安置一架可以得到水平视线的仪器。假设水准仪的水平视线在尺子上的位置读数分别为A 尺（后视）读数为a ，B 尺（前视）读数为b ，则A 、B 两点之间的高程差（简称高差AB h ）为 b a h AB -= （2-1） 于是B 点的高程B H 为 AB A B h H H += （2-2） b a H h H H A AB A B -+=+= （2-3） 这种利用高差计算待测点高程的方法，称高差法。这种尺子称为水准尺，所用的仪器称为水准仪。 图2-1 水准测量原理
2．仪高法 由式2-3可以写为 b a H H A B -+=)( （2-4） 如图2-2所示，即 b H H i B -= 上式中i H 是仪器水平视线的高程，常称为仪器高程或视线高程。仪高法是，计算一次仪高，就可以测算出几个前视点的高程。即放置一次仪器，可以测出数个前视点的高程。 综上所述，高差法和仪高法都是利用水准仪提供的水平视线测定地面点高程。必须注意 ①前视与后视的概念一定要清楚，不能误解为往前看或往后看所得的水准尺读数。 ②两点间高差AB h 是有正负的，计算高程时，高差应连其符号一并运算。在书写AB h 时，注意h 的下标，AB h 是表示B 点相对于A 点的高差；BA h 则表示是A 点相对于B 点的高差。AB h 与BA h 的绝对值相等，但符号相反。 图2-2 仪高法水准测量
脑电帽原理和使用简介
语音乐律研究报告2008 脑电帽原理和使用简介 杨若晓 YANG Ruoxiao 0 引言 人类语言是一套特殊的符号系统，具有十分复杂的心理加工机制。语言心理加工的生理基础就是人脑。人们对语言的脑机制研究由来已久，从初期通过解剖研究非正常语言能力者的大脑发现和语言行为息息相关的broca脑区和wernickle 脑区，到现在技术进步背景下利用各种脑成像技术对人脑语言机制的各种探索。而在各种脑成像技术中，脑电技术（Electroencephalogram，简称EEG）以其具有的高时间分辨率特点和性价比高而被广泛利用。而在脑电技术中，事件相关电位（Event related potential，简称ERP）通过有意地赋予刺激以特殊的心理意义，利用多个或多样的刺激引起的脑的电位，成为一种特殊的脑诱发电位。由于它不仅能够反映大脑的单纯生理活动，还能反映认知过程中大脑的神经电生理的变化，因而被称为认知电位，在对语言加工的研究中广泛运用。本文将首先对脑电技术原理和ERP技术原理进行简单介绍，之后对目前为止发现的与语言加工过程有关的ERP成分进行简单说明，最后介绍16导脑电帽（MLAEC1/EC2 EEG Electro-Cap System）的基本使用方法。 1 脑电技术简介 脑电技术，或者脑电图（EEG）是通过置于头皮表面的电极记录的脑波图谱，是用神经电生理的方法检测而得到的脑神经细胞的活动。脑电图的最大的优越性在于时间分辨率相当高，大约在1毫秒左右，这就使得脑电能够相当好地记录到脑波的上升和下降。人类的自发EEG波幅（amplitude）约为10-100μν（1微伏=1伏特的百万分之一）。而由心理活动引起的脑电要比自发脑电更弱，一般只有2到10微伏，通常淹没于自发电位中，所以ERP需要从EEG中提取。 2 事件相关电位（ERP）技术原理 事件相关电位（ERP）是经由将记录到的EEG 脑部原始电生理信号进行再分析处理而得到的。它是经由内在事件或外在事件刺激所引发的脑电位波形变化，因而可以反应出人类生理或心理活动相关的脑电活动，一般用来研究大脑处理刺激至反应认知过程的活动过程。 2.1 事件相关电位ERP的基本定义 事件相关电位（ERP）的定义有广义和狭义之分。从广义上来说，凡是外加一种特定的刺激于有机体，在给予刺激或撤销刺激时，在神经系统任何部位引起的电位变化都可称为事件相关电位。从狭义来讲，事件相关电位是指凡是外加一种特定的刺激，作用于感觉系统或脑的某一部位，在脑区引起的电位变化，目前一般ERP仅指该狭义定义。有时为更清楚地专指脑产生的事件相关电位，有的场合也会使用“事件相关脑电位（event-related brain potentials）”的说法(魏景汉，罗跃嘉, 2002)。 2.2 提取ERP的基本原理 自发的脑电（EEG）成分复杂而不规则，而一次刺激所诱发的ERP波幅约为2-10微伏，比自发的EEG电位要小得多，淹没于EEG中，二者构成小信号和大噪音的关系，无法直接测量研究，所以ERP需要从EEG中提取。 2.2.1 ERP的主要特点 ERP的主要特点有以下三个方面： 2.2.1.1 ERP需要开放电场 脑电（EEG）是由于皮质大量神经组织的突触后电位同步总和而成，而单个神经元电活动非常微小，不能在头皮记录到，只有神经元群的同步放电才能记录到。这种脑组织神经元排列方向一致的情况，构成所谓的开放电场（open field），反之则是方向不一致相互抵消的封闭电场（closed field）。因此，ERP 只能反映某些脑部的激活情况，而有些脑部即使处于激活状态，但由于其神经元没有能够形成开放电场，ERP上也是无法反映的。 2.2.1.2 ERP的潜伏期和波形
一种独特的脑电信号放大检测电路设计
2008-04-12 11:23 一种独特的脑电信号放大检测电路设计 作者：时间：2008-03-03 来源: 1 引言 脑电信号(EEG]是由脑神经活动产生并且始终存在于中枢神经系统的自发性电位活动，含有丰富的大脑活动信息，是大脑研究、生理研究、临床脑疾病诊断的重要手段。通过对脑电信号进行记录，以提供临床数据和诊断的依据。因此脑电信号的提取具有非常重要的临床意义。 2 设计时常遇到的技术困难 (1)脑电信号十分微弱，一般只有50μV左右，幅值范围为5μV～100 μV。因此它要求放大增益比一般仪器要高得多; (2)脑电信号频率低，其范围一般在0.5 Hz~35Hz，这使得放大器的低频截止的选择非常困难，当受到尖峰脉冲干扰或导联切换的时候，放大器容易出现堵塞现象; (3)存在工频50 Hz和极化电压等强大的背景干扰。其中工频50Hz干扰主要以共模形式存在，幅值较大，所以脑电信号放大器必须具有很高的共模抑制比。而极化电压干扰的存在使得脑电放大器的前级增益不能过大; (4)由于人体是一个高内阻信号源，内阻可达几十千欧乃至几百千欧，而且它的内阻抗既易于变化，又可能各支路不平衡，所以，脑电信号放大器的输入阻抗必须在几兆欧以上。 可见，要设计出高质量的脑电信号放大器，要求前置放大器必须具有输入阻抗高、共模抑制比高(CMBR)、噪声低、非线性度小、抗干扰能力强以及合适的频带和动态范围等性能，这使得放大器的设计存在较大的困难，但这也是整个脑电信号采集系统设计能否成功最重要的关键性的一个环节。 3 信号放大检测电路设计 脑电信号放大检测电路如图1所示。由该图可知，该部分主要由缓冲级、前置差分放大电路、50 Hz 工频陷波电路、电压放大电路、低通滤波器电路、电平调节电路、线性光耦合电路等组成。 在人体和脑电前置放大器之间设置缓冲级主要是为了实现更高的输入阻抗，电平调节电路是为了满足A/D转换器输入量程的需要。 3.1 前置差分放大电路 3.1.1 电路组成及特性 前置放大是整个脑电图仪的关键环节。本设计在“三运放”的基础上，通过采用新型的电路结构，巧妙地利用了仪器放大器共模抑制比与增益的关系(见表1)，并结合阻容耦合电路、共模驱动技术、浮地跟踪电路等，可以在抑制直流干扰的情况下提供较高的共模抑制比，具有对外围无源器件参数不敏感的特点。具体电路设计见图2。