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铜导线熔珠密度值的统计分析

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 摘 要:本文以铜导线喷溅熔珠密度值为研究对象。首先利用火灾痕迹物证综合实验台分别制备单股和多股铜导线一次短路喷溅熔珠、二次短路喷溅熔珠和火烧熔珠样品。其次,由于一次短路喷溅熔珠,二次短路喷溅熔珠和火烧熔珠内部形成孔洞的影响因素不同,造成其内部孔洞的分布不同,进而导致其密度不同,使用密度测定仪电子分析天平测出其质量和阿基米德排水法原理测定熔珠密度。第三,利用SPSS统计分析软件对熔珠密度进行统计分析。分别对不同类型熔珠密度的整体分布特征进行分析,找出三种熔珠密度特征值及各自分布规律。最后,讨论不同类型熔珠密度的影响因素,得出用于鉴定铜导线熔珠类型的结论。
本论文主要对铜导线喷溅熔珠密度进行统计分析,利用多种统计方法分别对一次、二次及火烧熔珠的密度进行统计,得出三种熔珠的密度值是服从正态分布规律,以及一次短路喷溅熔珠、二次短路喷溅熔珠和火烧熔珠的密度特征值呈现一定的规律性变化。进一步确定了密度法在线路火灾物证鉴定中的重要性。

关键词:火灾物证鉴定;密度法;铜导线熔珠;统计分析

Statistical analysis of the copper wires melted bead density values

Abstract:In this paper, the density of splash copper wire melted bead is the value of the object. Firstly, single and multi-strand copper wire short-circuit splash melting beads and secondary short-circuited splash melt beads and fire melted bead samplesare prepared on the fire traces of evidence comprehensive test-bed . Secondly, as a short-circuit splash weld beads, secondary short-circuit splash weld beads and fire melted bead internal formation of pores of different influencing factors, it resulted in a different distribution of its internal voids, which led to its density’s difference, density analyzer electronic analytical balance measure the quality and Archimedes principle is used on the determination of the density of the weld bead. Third, the melted bead density is statistical analysised by using SPSS statistical analysis software. The overall distribution characteristics of different types of weld beads density analysis is to identify the three melted bead density eigenvalues and their respective distribution law. Finally, draw the influencing factors of different types of weld beads density, and come to the conclusion used to identify the type of copper wire weld beads.
In this thesis, splashes of copper wires melted bead density is mainly statistically analysised, using a variety of statistical methods of primary, secondary and fire melted bead density statistics, draw three weld beads of density values following a normal distribution law , as well as a short-circuit splash weld beads, secondary short-circuit splash weld beads and fire melted bead density characteristics values show a certain regularity change. Further determine the importance of density in the area of fire evidence identification.

Keywords :Fire Forensic Science; Density method; copper wire weld beads; statistical analysis


目 录

摘 要 I
Abstract II
目 录 III

1 绪论 1
1.1 密度法的研究背景 1
1.2 常用统计分析方法及软件理论背景 3
2实验部分 6
2.1 熔珠的制备与提取 6
2.1.1 一次短路喷溅熔珠的制备 6
2.1.2 二次短路喷溅熔珠的制备 6
2.1.3 火烧熔珠的制备 6
2.2 熔珠密度的测定 6
2.2.1密度测定原理 6
2.2.2测量仪器 7
2.2.3测量方法 7
3 不同类型熔珠密度的特分析 9
3.1 不同类型铜导线熔珠密度的描述性分析 9
3.2一次短路喷溅熔珠的宏观特征及密度的特征统计 9
3.2.1一次短路喷溅熔珠的宏观特征 9
3.2.2一次短路喷溅熔珠的密度的特征统计 10
3.2.3 一次短路喷溅熔珠类型的金相验证 11
3.3 二次短路喷溅熔珠的宏观特征及密度的特征统计 12
3.3.1二次短路喷溅熔珠的宏观特征 12
3.3.2二次短路喷溅熔珠的密度值的特征统计 13
3.3.3二次短路喷溅熔珠类型的金相验证 14
3.4 火烧短路熔珠的宏观特征及密度值的特征统计 15
3.4.1火烧熔珠的宏观特征 15
3.4.2火烧熔珠的密度值的特征统计 16
3.4.3 火烧熔珠类型的金相验证 17
3.5 铜导线熔珠密度特征规律的比较分析 18
3.5.1 三种熔珠样品密度数据的统计分析 18
3.5.2 三种熔珠样品个数分布与比率分析 19
3.5.3 三种熔珠样品密度值的描述性分析 20
4 结论 23
参考文献 25
致谢 26
附表 27


1 绪论

1.1 密度法的研究背景
在建筑物电气线路火灾中,有时会在带电部分的铜质线路上找到铜线熔痕或者在燃烧残骸中找到铜导线喷溅熔珠。根据通电导线熔珠、熔痕形成的原因,一般将其分为一次短路和二次短路。在认定火灾原因过程中,一次短路可能是火灾的原因[1];而二次短路是火灾作用的结果。因此分析这些导线残留物熔痕和熔珠的表面形态和其内部的组织结构可以作为认定起火原因的重要证据[2]。
目前国内使用扫描电子显微镜( SEM) 对铜导线短路熔珠、熔痕进行了研究,取得了阶段性成果[3]。如:一次短路的孔洞均匀、细密,有明显的树枝晶、柱状晶和共析组织,熔珠断面和基体(杆) 断面呈抛物线型卵形花样等;二次短路的单股铜导线熔珠断面呈蜂窝状花样,断面的孔洞不均匀,有较大的气孔存在,在高倍像中,洞底部有平行的条状花纹,内壁有小的孔缩,卵石状颗粒和灰尘等。
国外许多国家在铜导线熔痕认定方面也形成了自己的特点:日本对一次短路熔痕和二次短路熔痕进行了外观形貌特征、金相组织、微观形貌等进行了特征比较观察,得出了一系列有价值的结论;台湾CHEN 等人利用离子质谱仪SIMS 对一次短路熔痕和二次短路熔痕不同深度表面的碳、铜、氧、氯进行测定,得出了在不同深度表面上,一次短路熔痕和二次短路熔痕氯的含量有明显不同,并且认定以此可作为判定的依据 。日本学者Eui - Pyeong Lee等人采用扫描电子显微镜、X - 射线散射分析仪进行了形貌观察和表面的成分分析,并利用拉曼光谱对熔痕碳化残留物结构进行测定,得出一次短路的导线熔痕内部含有石墨化碳和不定型碳,而二次短路的导线熔痕内部仅含有不定型碳。
国内外尚无详细的对火灾中的短路熔珠用密度法进行此类的研究,在其他领域,国际上已经开展了针对各自领域的密度测量研究,例如:医药,冶金,石油,采矿,机械制造,航空航天等,都采用过类似的方法对各自领域内的产品进行过研究,并根据不同的技术原理研制出各种测量密度的精密设备。
在工业制造领域方面,由于制造产品的需要,常常需要对产品进行多方面的检测,而密度也是其中重点之一。在工业产品方面的检测,既要求精确性和准确性,又要求快速。针对这些方面的要求,国内外均研制出一些设备或软件来满足需要。加拿大的InnovMetric公司推出了PolyWorks点云数据处理软件PolyWorks是目前世界上最优秀的点云数据处理软件之一,这种软件主要被应用于逆向工程领域。通过逆向工程能对物体表面特征进行采集,建立虚拟模型,再通过各种软件进行不同类型的处理。而收集数据最常用到的仪器就是坐标测量机、三维激光扫描仪。福建省计量科学研究院的刘震工程师,就曾在2009年利用逆向工程和三维激光扫描仪测量不规则物体的体积。首先用三维激光扫描仪采集物体表面特征信息,再用PolyWorks软件建立数学模型,最终测定体积并直接得出结果。
在化工和临床医学领域,超声波因其具有机械波所具有的各种物理特性,如波长、频率、反射、折射等;在均匀介质中沿直线传播,遇不同界面时会产生反射,反射的强弱与两种介质的声阻抗(声波传播速度与介质密度的乘积称为声阻抗)差异有关。所以已被广泛应用于密度的测量,而不同介质之间因阻抗差异而产生的界面反射是超声波诊断和测试的基础。目前已使用的超声波测量密度主要是利用超声波在不同介质中传播速度不同以及相位变化不同这一原理。
1、时间差法:主要是利用超声波在不同介质中传播速度不同这一原理,通过对超声波在油料中传播的时间差来评判物质的密度。
2、相位差法:当超声波在物质中传播时,相位会发生改变,这种改变同物质的密度是相关的。
以上两种方法常见于油料的密度测量,人骨的密度测量,特点是需要超声波穿越物质,即在一面发射超声波,另一面安装接收器。但却很难实现实时监测和反馈。传统的超生测量仪通常采用以上两种方法,以标定的方式来确定波速和密度的关系,建立起诸如Taylor级数展开式或者改进的Urick公式等关系式,这种声学特征量标定方法的局限性在于当测量样品改变时,声学特征量与密度的标定关系要随之改变,而且随着密度的变化,常会出现声学特征量对密度的不敏感区域,此外当实际温度与标定温度不相同时,此种测量方法将会出现误差,限制了此方法的测量范围。
针对以上的不足之处,上海理工大学颗粒与两相流测量技术研究所通过超生多次回波反射法测量超声波的波速和声阻抗值,再根据声波动理论来获得溶液的密度值。根据实验结果,发现超声多次回波反射法可实现同时测量样品的声阻抗和声速、密度,具有实验装置结构简单,实时处理和分析数据不需事先标定的优势,适用于工业生产中液体物质(溶液、悬浊液、乳浊液)密度的在线测量,但精度较之以前的方法并没有明显的改善。美国NORLAND医疗系统公司在1980年就研制出世界第一台数字化骨密度测量仪,技术始终世界领先,其所研制生产的设备已被世界各国知名的医疗机构采用。湖南大学的硕士研究生张吟利用上述两种原理改进了传统的超声波骨密度仪,因为传统的骨密度仪只能测量人骨,且限于跟骨部分,而改进后的骨密度仪可以测量禽畜的骨密度,因此可以被应用于食品检测等相关行业,其主要优点就是速度快,适合快速检测,但是改进后的密度仪在测量精确度方面并不比化学方法准确。
在科研机构方面美国Micromeritics公司生产的真密度仪应用阿基米德原理—气体膨胀置换法,利用小分子直径的惰性气体在一定条件下的玻尔定律,通过测定由于样品测试腔气体容量的减少来精确测定样品的真实体积,从而得到其真密度。石油大学仪器仪表研究所也根据气体玻尔耳定律并借助传感器,实现了一种测量小体积物体体积的方法,并且研制出了这种仪器。此种方法可以实现基准室和测量室随意组合,通过软件配合可任意调节测量范围。但对多孔性物体的体积测量不太适用。
目前密度法在火灾现场物证分析中的应用比较少。铜导线熔珠的性质在认定电器火灾原因过程中起到关键的作用,因此需要一种可靠而方便的技术方法来鉴别此类火灾痕迹的火灾现场。之前已经有人应用密度法对火场中不同类型熔珠样本进行研究,并得到一系列相关实验结论。本文通过对铜导线喷溅熔珠密度值进行统计分析来进一步找到密度规律以及分布特征,为密度法将来应用在火灾物证鉴定中做出一定工作。
1.2 常用统计分析方法及软件理论背景
统计方法是指有关收集、整理、分析和解释统计数据,并对其所反映的问题作出一定结论的方法。是指用多次测量值采用一定方法计算出的标准不确定度。不同于A类的其它方法计算者称为B类标准不确定度或称为标准不确定度的B类计算法(typeBevaluation)。在平均离子模型的基础上,发展了一个计算离子组态概率分布的有效方法,称为统计方法。
正确选择统计方法的依据是:
①根据研究的目的,明确研究试验设计类型、研究因素与水平数;
②确定数据特征(是否正态分布等)和样本量大小;
③正确判断统计资料所对应的类型(计量、计数和等级资料),同时应根据统计方法的适宜条件进行正确的统计量值计算;
最后,还要根据专业知识与资料的实际情况,结合统计学原则,灵活地选择统计分析方法。
1 计量资料的统计方法
分析计量资料的统计分析方法可分为参数检验法和非参数检验法。
参数检验法主要为t检验和方差分析(ANOVN,即F检验)等,两组间均数比较时常用t检验和u检验,两组以上均数比较时常用方差分析;非参数检验法主要包括秩和检验等。t检验可分为单组设计资料的t检验、配对设计资料的t检验和成组设计资料的t检验;当两个小样本比较时要求两总体分布为正态分布且方差齐性,若不能满足以上要求,宜用t 检验或非参数方法(秩和检验)。
方差分析可用于两个以上样本均数的比较,应用该方法时,要求各个样本是相互独立的随机样本,各样本来自正态总体且各处理组总体方差齐性。根据设计类型不同,方差分析中又包含了多种不同的方法。对于定量资料,应根据所采用的设计类型、资料所具备的条件和分析目的,选用合适的统计分析方法,不应盲目套用t检验和单因素方差分析。
2 计数资料的统计方法
计数资料的统计方法主要针对四格表和R×C表利用检验进行分析。 四格表资料:组间比较用检验或u检验,若不能满足 检验:当计数资料呈配对设计时,获得的四格表为配对四格表,其用到的检验公式和校正公式可参考书籍。 R×C表可以分为双向无序,单向有序、双向有序属性相同和双向有序属性不同四类,不同类的行列表根据其研究目的,其选择的方法也不一样。
3 等级资料的统计方法
等级资料(有序变量)是对性质和类别的等级进行分组,再清点每组观察单位个数所得到的资料。在临床医学资料中,常遇到一些定性指标,如临床疗效的评价、疾病的临床分期、病症严重程度的临床分级等,对这些指标常采用分成若干个等级然后分类计数的办法来解决它的量化问题,这样的资料统计上称为等级资料。
本文主要采用SPSS和EXCEL软件进行统计分析。
SPSS是世界上最早的统计分析软件,由美国斯坦福大学的三位研究生Norman H. Nie、C. Hadlai (Tex) Hull 和 Dale H. Bent于1968年研究开发成功。1984年SPSS总部首先推出了世界上第一个统计分析软件微机版本SPSS/PC+,开创了SPSS微机系列产品的开发方向,极大地扩充了它的应用范围,并使其能很快地应用于自然科学、技术科学、社会科学的各个领域。世界上许多有影响的报刊杂志纷纷就SPSS的自动统计绘图、数据的深入分析、使用方便、功能齐全等方面给予了高度的评价。
SPSS for Windows的分析结果清晰、直观、易学易用,而且可以直接读取EXCEL及DBF数据文件,现已推广到多种各种操作系统的计算机上,它和SAS、BMDP并称为国际上最有影响的三大统计软件。在国际学术界有条不成文的规定,即在国际学术交流中,凡是用SPSS软件完成的计算和统计分析,可以不必说明算法,由此可见其影响之大和信誉之高。最新的12.0版采用DAA(Distributed Analysis Architecture,分布式分析系统),全面适应互联网,支持动态收集、分析数据和HTML格式报告。
SPSS for Windows由于其操作简单,已经在我国的社会科学、自然科学的各个领域发挥了巨大作用。该软件还可以应用于经济学、生物学、心理学、地理学、医疗卫生、体育、农业、林业、商业、金融等各个领域。

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作者:佚名
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