第二章 常用仪器设备
第二章技术测量基本知识与常用计量器具

度量指标是用以选择和使用计量器具、研究和判别测量方法正确 性的依据。
第一节 技术测量的基本知识
1.刻度间距(刻线间距)计量器具标尺上两相邻刻线中心的距离。 2.分度值(刻度值或读数值)计量器具标尺上每一刻度间距所代表 的被测量的数值。 3.示值范围 计量器具标尺上所显示或指示的起始值到终止值的 范围。 4.测量范围 计量器具所能测量的被测量的最小值到最大值的范 围。 5.灵敏度(放大比)计量器具对被测的量变化的反映能力。
第二节 测量长度尺寸的常用计量器具
表2-4 其他游标量具
第二节 测量长度尺寸的常用计量器具
表2-4 其他游标量具
第二节 测量长度尺寸的常用计量器具
图2-3 带表卡尺 1—量爪 2—百分表 3—毫米标尺
第二节 测量长度尺寸的常用计量器具
图2-4 数显卡尺 1—下量爪 2—上量爪 3—游框显示机构 4—尺身
第一节 技术测量的基本知识
(3)量仪 将被测几何量的量值转换成可直接观测的指示值(示值) 或等效信息的计量器具,一般具有传动放大系统。 1)机械式量仪 用机械方法实现原始信号转换的量仪,如指示表、 杠杆齿轮比较仪等。 2)光学式量仪 用光学方法实现原始信号转换的量仪,如光学计、 工具显微镜等。 3)电动式量仪 将原始信号转换为电量形式信息的量仪,如电感 比较仪、电容比较仪、干涉仪等。
第二节 测量长度尺寸的常用计量器具
6.量块的使用方法 量块的使用方法可分为按“级”使用和按 “等”使用两种。
二、游标量具
利用游标和尺身相互配合进行测量和读数的量具称游标量具。 1.游标卡尺的结构形式和用途 游标卡尺简称卡尺,最常用的三 种见表2-2。
表2-2 常用的游标卡尺(单位:mm)
常用仪器设备使用管理制度

常用仪器设备使用管理制度第一章总则第一条为了加强仪器设备的管理,提高仪器设备的使用效率和完好率,保证教学、科研、生产等工作的顺利进行,根据国家有关法律法规和学校规章制度,结合我校实际情况,制定本制度。
第二条本制度适用于学校各类仪器设备的使用、管理、维护和维修工作。
第三条仪器设备使用管理应遵循科学、规范、安全、高效的原则,确保仪器设备安全运行,充分发挥其功能。
第四条学校设备管理部门负责全校仪器设备的使用管理工作,各级使用单位应明确专人负责仪器设备的使用管理工作。
第二章仪器设备的采购与验收第五条仪器设备的采购应按照学校的规定和程序进行,确保设备质量。
第六条仪器设备到达后,应及时进行验收。
验收时,应认真核对设备型号、规格、数量、质量等,确保设备符合采购要求。
第七条验收合格的仪器设备,应及时建立设备档案,包括设备说明书、验收报告、调试记录等相关资料。
第三章仪器设备的使用与管理第八条仪器设备使用前,必须进行培训,确保使用者熟悉设备的操作方法和安全注意事项。
第九条使用单位应建立健全仪器设备使用管理制度,明确使用责任人和使用要求。
第十条仪器设备使用时,应严格按照操作规程进行,确保设备安全运行。
第十一条仪器设备使用中出现故障,应立即停止使用,并及时报设备管理部门进行维修。
第十二条仪器设备应定期进行维护保养,保持设备的良好状态。
第十三条仪器设备的使用记录应齐全,包括设备使用时间、使用人员、使用情况等。
第四章仪器设备的维修与报废第十四条仪器设备维修应由专业人员进行,确保设备修复后能正常使用。
第十五条维修记录应详细,包括维修时间、维修内容、更换零部件等。
第十六条仪器设备达到使用寿命或无法修复时,应按照学校相关规定进行报废处理。
第五章仪器设备的调配与共享第十七条仪器设备可以根据实际需要进行调配,提高设备利用率。
第十八条鼓励仪器设备的共享,使用单位之间可以相互借用,但必须经过双方同意,并办理借用手续。
第十九条借用仪器设备应签订借用协议,明确借用期限、使用要求等。
第二章机能学实验常用实验仪器、设备及手术器械

12.有打印单、多通道的实验数据功能;在打印时,还可进行图形比例压缩,确定打印位置等。
三. BL-420E生物机能实验系统使用指南
在机能学实验基本操作训练阶段,要求掌握BL-420E生物机能实验系统的主要操作方法,保证后续实验能顺利进行。首先需要熟悉该系统软件BL-NewCentury的操作主界面,熟悉主界面上各个部分的用途、功能,为以后实验操作做好准备。下面将介绍BL-NewCentury软件主界面上各个部分的功能。
通过该命令,显示通道的背景颜色将在黑色和白色这两种常见的颜色中进行切换
隐、显标尺格线
通过该命令,可以显示或隐藏背景上的标尺格线
添加通用标记
在实验过程中,单击该命令,将在波形显示窗口的顶部添加一个实验标记,标记编号从1开始顺序进行
上下文相关帮助
当选择该按钮后,鼠标指针变成一个带问号的箭头,此时用鼠标指向屏幕的不同部分,按下鼠标左键,将弹出关于指定部分的帮助信息。
表2-1 BL-NewCentury软件主界面上各部分功能列表
名称
功能
备注
标题条
显示BL-NewCentury软件的名称以及实验标题等信息
菜单条
显示所有的顶层菜单项,您可以选择其中的某一菜单项以弹出其子菜单。最底层的菜单项代表一条可执行命令
菜单条中一共有8个顶层菜单项
工具条
一些最常用命令的图形表示集合,它们使常用命令的使用变得方便与直观,可直接点击执行
零速采样
该命令可实现零扫描速度下的数据采样功能。所谓零速采样是指:在扫描速度为零的情况下,仍然进行数据采样,并且将最新采样的数据显示在波形显示窗口的最右边,而整个波形并不向前移动。在零速采样的情况下,数据并不记录、存盘
工程类实验室仪器设备操作规程

工程类实验室仪器设备操作规程第一章总则第一条为了规范工程类实验室仪器设备的使用与管理,保证实验室工作的顺利进行,制定本规程。
第二条本规程适用于工程类实验室内的仪器设备的操作与管理。
第三条实验室人员在进行仪器设备操作时,必须遵守以下规定:1.按照实验计划和操作规程进行操作;2.仪器设备的使用完毕后,应及时进行清理和维护,保持设备的干净和正常工作状态;3.遵守实验室的安全规定,确保实验室人员的人身安全;4.对于不熟悉操作的仪器设备,应进行请教或培训后方可操作;5.实验室人员在使用仪器设备时,应注意资源的合理利用。
第二章实验室仪器设备的操作规程第四条实验室仪器设备的操作规程应包括以下内容:1.仪器设备的基本操作方法;2.仪器设备的安装与调试;3.仪器设备的使用步骤及注意事项;4.仪器设备的维护与保养;5.仪器设备的故障处理方法;6.仪器设备的报废处理方法。
第五条对于不同的仪器设备,操作规程应作具体的规定和说明,包括但不限于以下内容:1.仪器设备的工作原理和操作步骤;2.仪器设备的使用注意事项和安全要求;3.仪器设备操作时应注意的细节和技巧;4.仪器设备的故障可能及其处理方法;5.仪器设备的保养和维护措施。
第三章仪器设备的维护与保养第六条实验室人员在使用完仪器设备后,应进行维护与保养。
第七条仪器设备的维护与保养应包括以下内容:1.定期对仪器设备进行清洁和消毒;2.检查仪器设备各部件的工作状态;3.对于受损或损坏的设备部件及时更换或修理;4.及时记录维护和保养情况。
第八条对于涉及化学实验的仪器设备,还应注意以下事项:1.对于有腐蚀性物质的仪器设备,应及时清理并做好防护工作;2.化学试剂和溶剂的储存应符合相关规定;3.在处理有毒物质时,应采取有效措施保护实验人员的健康。
第九条对于常用的仪器设备,应建立定期检查和维护的计划,并记录相关情况。
第四章仪器设备的故障处理第十条当仪器设备出现故障时,实验室人员应遵循以下原则进行处理:1.首先,应停止使用故障设备,确保人员和设备的安全;2.其次,应尽快确定故障原因,并进行相关的维修和处理;第十一条在处理仪器设备故障时,实验室人员应遵循以下流程:1.记录故障现象和其他相关信息;2.尝试找出故障原因;3.根据故障原因采取相应的维修措施;4.在维修过程中,要小心操作,防止对仪器设备造成进一步损坏;5.重新检查和测试设备,确保修复至正常工作状态。
第二章——植物组织培养实验室

D、金属用品洗涤
金属用品一般不宜用各种洗涤液洗涤(新的可以用热洗衣粉水 洗净),需要清洗时,一般用酒精擦洗,然后火焰干燥。
E、除菌过滤器
除菌过滤器用清水冲洗后,用洗液冲洗,再用清水冲洗,最后 用蒸馏水冲洗,晾干备用
(二)灭菌技术
1.灭菌工作是极其重要的。
首先应建立有菌和无菌的概念有菌的范畴: 有菌:凡是暴露在空气中的物体,至少其表面都是有菌的。如植物的表面、 超净工作台的台面,未处理的工具和手等。 无菌:高压高温处理(工具、器皿、培养基等)如:火烤后的物体;
(二)药品贮存和配制仪器设备
1.冰箱 • 作用:低温保存材料,存放药品、
培养基母液、激素、酶制剂。
2.天平
• 陈列于制备室中 • 作用:称取大量元素、微量元素、
酶制剂
3.酸度计
• 陈列于制备室中 • 作用:测定培养基及酶制剂的pH值
PHS-802中文台式酸度计
通用型或经济型酸度计
(三)观察分析仪器设备
5.摇床和旋转床
• 进行液体培养时用以改善气体状况
小型臭氧发生器
不锈钢蒸馏水器(单蒸水)
三、玻璃器皿及用具
(一)玻璃器皿 1.培养器皿 培养用的:试管、三角瓶、培养皿等 2.分注器 类型:注射器式分注器、漏斗式分注器、
量筒漏斗式分注器 3.其他玻璃仪器 烧杯、量筒、移液管、容量瓶、试剂瓶等
电子技术基础复习总结.docx

第二章常用仪器设备介纟1、仪器的选用原则是什么?:1屋程:所选仪器屋程应大于待测信号的范围;2 幅度:所选仪器的幅度应满足待测电路所需信号幅度的要求;3频率范围:所选仪器的频率范围应大于待测电路的频带宽度;4输入阻抗:所选择仪器的输入阻抗在所有量程范围内应足够高,如果输入阻抗不为常数,其数值变化应在允许的范围内。
2、仪器使用的注意事项是什么?1正确选择测量仪器的功能和量程;2保证仪器的精准度:注意仪器使用的规定条件3严格遵守操作规程:使用前先检查仪器的面板旋钮,使之处于所需位置。
使用直流稳压电源,先将电源接通并调整输出电压到所需数值,然后关掉电源,待检杏全部电路连接无误再接通电源;4测量仪器的“接地”与“共地”3、电子电路接地的I」的是什么?1使仪器屮所有单元电路都有一个基准零电位; 2带有接地屏蔽体的电路,防止外界电磁场的T扰,同时防止电路内部产生的电磁场外泄;3许多仪器的金属底座、机壳及外漏件为了屏蔽等需要,通常与电路中的地线是相连的4、电子电路共地的口的是什么?将各台屯子仪器及被测装置的地端,按照信号输入、输出的顺序可靠地连接在一起,要求接线电阻和接触电阻越小越好。
5、模拟万用表的工作原理是什么?模拟万用表分三部分组成:指示部分、测量电路、转换装置。
其核心部件是磁电式微安表头,测量原理是先通过一定的测量电路,将被测电量转换成电流信号,再由电流信号去驱动磁电式表头指针的偏转, 在刻度尺上指示出被测量的大小。
6、模拟万用表的使用方法:1使用前先将表水平放置。
检查指针是否在“0”刻度的位置上,若不在则必须调整机械调零螺钉,使指针指在0位置上;2测量电阻时应根据被测量电阻的量值选择合适的量程,当不能估计被测量的量值时,应先将量程转换开关旋钮置于最大量程位置上,然后慢慢调至适当的量程,令指针尽可能指示在表头刻度屮间;3欧姆调零,测量电阻每次更换量程都要先进行欧姆调零,即将两根表笔短接,调整欧姆调零电位器R1,使指针达到零位,若欧姆调零旋钮到尽头指针仍未到零,则说明表内电池电压过低,应更换新电池。
常用检测仪器
1、应力应变: (1)应变片→静态应变仪→计算机 (2)钢弦→自动采集箱→计算机 (3)差动电阻应变计→数字电桥 (4)光纤应变传感器→静态光纤应变仪 2、变形(挠度、位移、沉降、转角) (1)百分表、千分表→人工读数、记录 (2)电阻应变式位移计→静态应变仪→计算机 (3)光电式桥梁挠度仪 (4)滑线电阻、差动变压器式位移计、连通管式挠度计→ 专用测量装置 (5)倾角仪
第二章 常用检测仪器设备
量测仪表的主要技术性能指标:
⑷ 分辨率:使仪器仪表示值发生变化的最小输入量的变化值。 是仪器仪表测量被测物理量最小变化值的能力。 ⑸ 滞后:在恒定的环境下,某一输入量从起始量程增至最大 量程,再由最大量程减至最小量程,正反两个行程输出值之间 的偏差称为滞后。滞后常用全量程中的最大滞后值与满量程输 出值之比来表示。引起滞后的原因是由于机械仪表中有内摩擦 或仪表元件吸收能量引起的。 ⑹ 可靠性:在规定的条件下,(满足规定的技术指标)满足 给定的误差极限范围内连续工作的可能性,或者说构成仪表的 元件或部件的功能随时间的增长仍能保持稳定的程度。
常用检测仪器设备
仪器设备分类:
(1)按工作原理分: 机械式仪器——纯机械传动、放大、指示。 电测仪器——利用机电变换,并用电量显示。 光学测量仪器——利用光学原理转换、放大、显示。 复合式仪器——有两种以上工作原理复合而成。 伺服式仪器——带有控制功能的仪器。
(2)按仪器用途分: 应变计——钢弦传感器、电阻应变片。 位移传感器——百分表、千分表。 测力传感器——钢环拉力计。 倾角传感器——长水准式倾角测试仪。 频率计——索力仪、部分应变仪。 测振传感器——INV-306大容量数据采集与处理系统。
第二章 常用检测仪器设备
工业分析-教案
工业分析-教案第一章:工业分析概述1.1 工业分析的定义和重要性1.2 工业分析的主要任务和方法1.3 工业分析的发展历程和趋势1.4 工业分析的基本要求和规范第二章:工业分析常用仪器与设备2.1 光谱分析仪器2.2 色谱分析仪器2.3 质谱分析仪器2.4 原子吸收分光光度计2.5 电化学分析仪器2.6 工业分析常用设备的使用和维护第三章:工业原料与产品分析3.1 原料分析的基本方法3.2 原料中有害物质的检测3.3 产品分析的基本方法3.4 产品中有害物质的检测3.5 原料与产品分析实例第四章:工业过程分析与控制4.1 工业过程分析的基本方法4.2 工业过程控制的基本原理4.3 工业过程控制仪表与设备4.4 工业过程分析与控制实例4.5 工业过程分析与控制在生产中的应用第五章:工业产品质量管理与认证5.1 工业产品质量管理的概念和方法5.2 产品质量认证的种类和程序5.3 产品质量认证机构及其职责5.4 产品质量认证的监督与检查5.5 工业产品质量管理与认证实例第六章:环境监测与工业污染分析6.1 环境监测的重要性6.2 工业污染物的种类与分析方法6.3 水质分析与监测6.4 空气质量分析与监测6.5 土壤污染分析与监测第七章:工业安全与事故分析7.1 工业安全事故的类型与影响7.2 工业安全分析的基本方法7.3 危险化学品的安全分析7.4 工业事故调查与分析流程7.5 工业安全事故预防与应对措施第八章:工业经济分析与评估8.1 工业经济分析的基本概念8.2 工业经济效益分析8.3 工业生产率分析8.4 工业市场分析与评估8.5 工业经济发展趋势与策略第九章:现代工业分析技术进展9.1 工业分析技术的发展趋势9.2 激光分析技术在工业中的应用9.3 传感器技术在工业分析中的应用9.4 色谱-质谱联用技术在工业分析中的应用9.5 工业分析技术的新发展及其挑战第十章:工业分析实验操作技巧10.1 实验操作的基本原则与安全10.2 样品的前处理方法10.3 分析仪器的操作与校准10.4 数据处理与分析重点和难点解析重点环节一:工业分析的定义和重要性工业分析的定义需要强调其对工业生产过程的监督和控制作用。
核医学仪器
核医学仪器Document number:PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998第二章核医学仪器核医学仪器是指在医学中用于探测和记录放射性核素放出射线的种类、能量、活度、随时间变化的规律和空间分布等一大类仪器设备的统称,它是开展核医学工作的必备要素,也是核医学发展的重要标志。
根据使用目的不同,核医学常用仪器可分为脏器显像仪器、功能测定仪器、体外样本测量仪器以及辐射防护仪器等,其中以显像仪器最为复杂,发展最为迅速,在临床核医学中应用也最为广泛。
核医学显像仪器经历了从扫描机到γ照相机、单光子发射型计算机断层仪(single photon emission computed tomography,SPECT)、正电子发射型计算机断层仪(positron emission computed tomography,PET)、PET/CT、SPECT/CT 及PET/MR的发展历程。
1948年Hofstadter开发了用于γ闪烁测量的碘化钠晶体;1951年美国加州大学Cassen成功研制第一台闪烁扫描机,并获得了第一幅人的甲状腺扫描图,奠定了影像核医学的基础。
1957年Hal Anger研制出第一台γ照相机,实现了核医学显像检查的一次成像,也使得核医学静态显像进入动态显像成为可能,是核医学显像技术的一次飞跃性发展。
1975年M. M. Ter-Pogossian等成功研制出第一台PET,1976年John Keyes和Ronald Jaszezak分别成功研制第一台通用型SPECT和第一台头部专用型SPECT,实现了核素断层显像。
PET由于价格昂贵等原因,直到20世纪90年代才广泛应用于临床。
近十几年来,随着PET/CT的逐渐普及,实现了功能影像与解剖影像的同机融合,使正电子显像技术迅猛发展。
同时,SPECT/CT及PET/MR的临床应用,也极大地推动了核医学显像技术的进展。
第一节核射线探测仪器的基本原理一、核射线探测的基本原理核射线探测仪器主要由射线探测器和电子学线路组成。
仪器分析操作规定(4篇)
仪器分析操作规定第一章总则第一条为规范仪器分析操作,保障实验室工作的顺利进行,制定本规定。
第二条本规定适用于所有从事仪器分析操作的实验室人员。
第三条实验室人员在仪器分析操作中应本着严谨、慎重、负责任的原则,严格按照该规定执行实验操作。
第四条实验室负责人应负责监督仪器分析操作规定的执行情况,并指导实验室人员进行技术培训和安全教育工作。
第五条违反本规定的行为,将依据实验室管理规定进行相应的处罚。
第二章仪器使用与维护第六条实验室人员在使用仪器之前应仔细阅读仪器的使用说明书,并按照说明书的要求正确使用仪器。
第七条仪器设备应在规定的操作环境下使用,确保仪器的稳定性和精确性。
第八条使用过的仪器应及时进行清洁和维护,保持仪器的正常工作状态。
第九条实验室人员应定期检查仪器的运行状况,并及时报修或更换问题仪器。
第十条实验室仪器设备的借用和归还应按照实验室管理规定进行。
第三章仪器分析操作程序第十一条实验室人员在进行仪器分析操作前,应对操作步骤和方法进行足够的了解和熟悉。
第十二条实验室人员在进行仪器分析操作前,应检查仪器的准备情况,确保仪器和试剂的可用性。
第十三条实验室人员在进行仪器分析操作时,应按照规定的操作程序进行实验。
第十四条实验室人员应严格按照试验所记录的实验条件和方法进行仪器操作,不得私自改变实验参数。
第十五条实验室人员在进行仪器分析操作时,应注意实验室的安全操作规程,做好安全防护措施。
第十六条实验室人员在进行仪器分析操作时,应关注仪器的运行状态,及时处理异常情况。
第十七条实验室人员应及时记录仪器分析操作的实验数据和结果,并妥善保管相关的原始记录。
第四章仪器分析操作质量控制第十八条实验室人员在进行仪器分析操作时,应严格按照质量控制要求进行实验。
第十九条实验室人员应及时校正和调试仪器,确保仪器的准确性和精确性。
第二十条实验室人员应定期参加质量控制活动,提高自身的实验技能和水平。
第二十一条实验室人员应随时关注实验室的质量控制指标和质保控制要求,确保实验结果的可靠性。
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第二章 常用仪器设备一、一维重心测量板(李世明)(一)系统功能一维重心测量板的主要功能就是来测量人体的一维重心位置,即人体重心至头顶或脚底的距离。
进一步可以计算人体重心的相对位置,即人体重心至头顶或脚底的距离与身高的比值。
(二)测量原理最初的一维重心测量板是由支点、体重秤和带有抵趾板的平衡板组成(见图1)。
目前,随着传感器技术的不断进步,体重秤多数已用力传感器加数字显示器来替代,显示器可直接显示力传感器测得的力的数值,准确可靠、方便读数。
依据静力学中的力矩平衡原理进行人体重心位置的测定。
图1为人体一维重心测量板,空板时秤的读数为M 0,人体重为W ,人躺在板上后(两足紧贴抵足板,足背屈)体重秤读数为M ,设人体总重心至A 点的距离为AC ,板重W B ,板长为AD ,板的重心至A 点的距离为AB ,则根据力矩平衡原理有图1 一维重心测量板示意图空板称量时 AD M AB 0⋅=⋅B W (1)人躺在板上时 AD M AC AB ⋅=⋅+⋅W W B (2)整理得 AD M M AC 0⋅-=W(3) 上式中的AC 为被试标准站立姿势时的总重心的绝对高度。
为了便于比较,可计算人体总重心的相对高度,即重心绝对高度与身高的比值,该指标可消去身高的影响,其公式为%100hAC %100⨯=⨯=身高重心绝对高度重心相对高度 (4) 式中h 为身高。
(三)测试指标一维重心测量板的直接测量到的是体重秤或力传感器测量的空板和人躺在板上时的力值,可通过进一步计算获得的测试指标有人体重心的绝对高度(人体重心至脚底的距离)和相对高度(人体重心至脚底的距离与身高的比值)。
(四)操作流程1. 根据要求安装好一维重心测量板。
2. 进行空板测量,记录空板时体重秤的读数M0以及板长AD。
3. 对人躺在板上进行测量,记录被试者以不同姿势平躺在测量板上体重秤或力传感器的读数。
4. 依据上述原理和测量结果,可算出不同姿势下人体重心的绝对高度和标准解剖位的相对高度。
(五)基本要求1. 读取体重秤或力传感器的读数应精确到仪器的最小读数。
2. 在一维重心测量板上所进行的各种姿势的称重测量,均应在人体保持静止不动的状态时进行读数。
二、录像解析系统(李世明)(一)系统功能人体在一定的时间和空间内运动。
时间和位移是这种运动的基本特征及外部表现。
为了非接触式地从运动中的对象如田径、球类、体操等运动员身体上获取足够的运动生物力学参数,摄影(录像)测量法是最普遍使用的方法,也是较为成熟的方法。
该法包括两个步骤:一是对运动对象的摄影(录像)拍摄过程,二是对已获取的摄影(录像)图像的解析过程。
在运动生物力学实践中,经历了一个从摄影拍摄、解析到录像拍摄、解析的一个发展历程。
开始广泛使用的是16 mm的高速摄影机进行摄影拍摄,使用最多的是美国产的locam 及photo-sonics两种,最高拍摄速度500格/秒。
偶尔也有使用35mm摄影机的情况。
影片解析是通过投影放映机将(高速)电影机拍摄下来的经冲洗过的电影胶片上的运动图像投影到数字化板上。
利用数字化板对运动图像进行数字化,可以得到每一时刻运动图像特征点的坐标,这些特征点的坐标是数字化的直接结果,也是后续计算的基础数据。
根据这些坐标值可以导出位移、角度、(角)速度以及(角)加速度等人体运动的运动学量。
这种影片解析技术的原理在运动拍摄与解析技术的整个发展过程中变化并不大,变化大的是解析所采用的软、硬件技术在不断地进步。
影片解析仪解析的基本原理如图1所示。
首先是用可停可慢放及倒放的分析放映机,把放大的影片图像投射到数字化板上。
然后便可以用数字化板取出有关点X、Y坐标。
数字化板由控制器、显示器、游标键盘及数字化点组成,它直接与电脑相连,取出的点坐标,直接送入电脑内存器进行暂时性存储。
这个影片的数字化过程是在一定软件控制下进行操作的。
图1 影片解析仪硬件系统由于摄影测量周期长、成本高,随着录像技术和计算机技术的飞速发展,录像拍摄与解析技术的研究得到高度重视,影片拍摄逐渐发展到录像拍摄,目前,这种录像拍摄与解析技术已经成熟,在运动生物力学中基本上取代了影片拍摄与解析的方法。
目前常用的有Ariel、SIMI等录像解析系统,国内生产的爱捷运动图像图形测量分析系统在国内亦有较多的用户。
录像解析系统是由大容量图像采集器和图形分析测量软件组成。
通过和计算机、录像机及图像监视器的连接,实时地将整个运动过程的图像采集并存储到大容量图像存储器中,然后通过图像分析软件可计算出运动员在训练比赛中的运动学参数,如图2所示。
图2 录像测量分析硬件系统随着计算机技术的不断提高,目前,已有多种录像解析系统大大简化了其硬件系统,如直接利用计算机的硬盘来代替图像采集存储器,利用计算机的显示器来代替图像采集器。
录像解析系统已经简化为解析专用软件加计算机即可完成录像解析任务。
为了解决运动分析的快速反馈问题,人们又研制了利用红外拍摄技术的运动分析系统,如瑞典产的Qualisys-MCU500红外远射三维运动测试分析系统、美国产的Motion AnalysisSystem系统、英国产的Vicon运动分析系统等。
其优点就是可以达到实时测量和自动识别,不足的是该测量方法没有运动的图像显示,采集过程无法重现,且在运动员身上需要贴放反光标志点,容易受到室外光线的干扰,因此,这种系统较适合于实验室的研究。
目前的录像解析系统主要具有以下几种基本功能:1. 录像编辑功能:可对运动录像进行裁剪、编辑,以建立要进行解析的录像文件。
2. 坐标提取功能:目前的录像解析技术普遍采用的是系统内的坐标系进行图像特征点的数字化工作,以得到每一时刻运动图像特征点的坐标,这些特征点的坐标是数字化的直接结果,也是后续计算的基础数据。
3. 数据平滑功能:从录像数字化的坐标叫原始数据。
这种数据里参杂着噪声。
噪声来自很多方面,如摄像机的振动、坐标框架的误差、确定关节点中心的人为误差等。
许多误差是随机产生的。
这种原始数据不能用来进行运动学及动力学的计算,必须进行数据平滑处理。
原始数据中包括有运动中的必要信息及噪声。
噪声一般是高频随机误差,带噪声的位移曲线经求速度的一次微分后会显著增大噪声幅度,使速度曲线严重失真。
二次微分获得的加速度曲线和频率成二次方的关系,频率越高的成分振幅变化越大,噪声的影响也越大。
因此在进一步计算之前一定要滤掉噪声。
数据平滑方法有数字滤波法、多项式曲线拟合法、付里叶级数法等多种方法。
目前国内外公认数字滤波法是较好的数据平滑方法。
4. 计算分析功能:根据特征点的坐标值可以导出位移、角度、(角)速度以及(角)加速度等人体运动的运动学量。
有的解析系统还有计算关节力、关节力矩等的动力学计算分析模块。
同时,多数解析系统都可以绘出各种参数随时间的变化曲线,与棍图的同步显示可使对图形结果的分析更加直观。
5. 数据输出功能: 系统计算分析的数据多数可以以文本格式输出,与多种其它软件兼容匹配,如Excel 等。
(二)测量原理目前,随着计算机技术的提高,录像解析系统的硬件大大简化,只要一台计算机再配上解析专用软件即可完成录像解析任务,图像的存储及图像的监视均利用计算机及其显示器完成,所以,录像解析系统的原理最主要的就是测量原理,即如何从拍摄的运动图像里经数字化过程提取到反映真实情况的特征点的坐标。
事实上,录像解析系统的原理与录像的拍摄和标定原理是分不开的,前者取决于后者。
如果录像的拍摄和标定是二维的,那么,在解析的时候就只能是解析出特征点的二维坐标数据,要得到三维坐标数据,就只能进行三维拍摄和三维标定。
下面,我们分别介绍二维测量原理和三维测量原理,当然,前者是后者的基础。
1. 二维测量原理(1)镜头成像原理摄像机最主要的部分就是镜头、镜头由凸透镜构成,根据凸透镜成像的光学原理,如图3所示,设物距为u ,焦距为f ,像距为v ,则uv f 111+= (1)由于使用最长的望远镜焦距也只不过150 mm 左右,而物距则可达10~50 m 左右,因此u>>v ,也就是u 远远大于v ,这时可近似认为01≈u,所以上式可简化成:v f 11=即v f =,这就是说,镜头的中心到焦点的距离(到底片的距离)就可以认为是焦距。
从图3中不难看到图像和实物之间的比例就是焦距与物距之比,即按三角形相似关系可得:图3 物距、像距与焦距的关系图像长度实际长度==f u K (2) K 为放大倍数,它对于摄影测量是非常重要的参数。
如果我们事先知道放大系数(k )和图像尺寸,物体尺寸就可以计算出来。
(2)二维标定为了获取放大系数k 的值,就必须进行二维标定。
可以用两种方法进行二维标定以获得放大倍数K 的值。
第一种是在拍摄现场记录下焦距f ,测量从镜头到运动物体之间的物距u ,u/f 即为放大倍数K ;另一种方法便是把1m 长的特制比例尺(图4)放在运动平面内,使比例尺与摄影机主光轴垂直。
在拍摄运动物体之前或之后,把比例尺拍入底片,然后撤掉。
应注意,固定住摄影机位置不动,摄影机主光轴发生变化,比例系数将发生变化。
经过投影放大后的底片图像可测得其图像尺寸,这时,比例尺尺寸/图像尺寸,便是放大倍数K 。
图4 二维标定常用的比例尺式样当然比例尺也可任意选择其长度。
拍摄时为了确定画面图像的坐标原点,在现场应设置参考点,也可选中现场中合适的固定物体作为参考点。
如果比例尺没有直接设置在运动平面上,而是在运动平面之前或之后的平面内设置了比例尺(如图5所示),可先通过图像解析出比例尺所在平面的比例系数k ’后,再换算成运动平面的比例系数k ,即'k OBOA 'k k ⋅=⋅=距离摄像机至比例尺平面的离摄像机至运动平面的距 (3)图5 比例尺设置不在运动平面上图示2. 三维测量原理运动技术中人体各环节的运动几乎全是三维运动,只有三维摄像获得的参数才能更准确BA 比例尺所在平面 运动平面 O地描述运动。
在条件允许时重要的研究项目最好采用三维拍摄与解析。
当然,三维测量比二维测量的技术更复杂一些,数据处理工作量更大。
三维摄像测量就是用两台或两台以上摄像机对运动人体进行摄像,得到两幅图像,这两张图像称为三维图像对,并由三维图像对上的像点位置信息解算待测点在三维空间中的位置。
当前,三维摄像的测量最多采用的是DLT (Direct Linear Transformation) 法。
DLT 是直接线性转换的意思,该法在上个世纪70年代就开始应用到运动生物力学中,它的任务是通过对两台及两台以上高速摄像机从不同角度同步拍摄人体运动,用两台(或多台)摄像机的二维图像坐标按直接线性转换法获得的公式,计算出各关节点及有关器械点的三维空间坐标。
这个技术就是在二维图像坐标(u ,v )和三维空间坐标(x,y,z)之间的转换,DLT 的方程1kZ jY iX d cZ bY aX u ++++++= (4) 1kZ jY iX h gZ fY eX v ++++++=(5) 上述两式有a,b,c……,k 这11个未知参数,为了求得这些未知参数,具体做法是在空间设置足够数量的控制点,事先精确测定每个控制点的空间坐标位置,用摄像机对控制点进行拍摄,并在计算机上获取像点的精确坐标。