法医鉴定用密度仪的设计

1　引　言

组织器官的密度测定是法医鉴定工作中的一个重要手段,即通过对各种事故中受害人的脏器或组织物密度进行测量比较,进而为案件的侦破及审判提供有力的线索和证据。

目前,在生产应用和实验中现有的密度仪有核子密度仪、X射线密度仪,超声波密度仪等。核子密度仪虽然简便、快捷,但由于内含小型密封放射源,在法医鉴定的野外使用中,千变万化的工作环境和条件使得操作人员对放射的防护容易忽视或淡化,从而导致放射事故的发生[1]。X射线密度仪则主要在医学界用于对骨骼中矿物质的含量进行测量,而且由于其放射元素易衰变,并且精度较低,也不适合法医鉴定工作的长期使用[2]。超声波密度仪的原理是根据超声波在所测样品中传播的距离、时间及样品密度之间的线性关系,通过实验推算出样品的实际密度[3],但由于人体组织器官体积较小,超声波在其中的传播时间不易获得精确数据,固不适合法医鉴定使用。所以超声波密度仪一般用于对原油等液体密度的测量[3]。

因此,在法医鉴定领域急需研制一种专用于法医鉴定工作的精度高、操作简便的密度测试仪器。考虑到测量精度和实际操作方面的要求,本文提出了一个数字式自动密度仪的研发思路,研制了集传感测试、信号采集、数据处理、结果校正、数据库管理于一体的法医签定用密度仪软硬件系统,实现了随时使用,随时储存,随时查询,随时管理的研发目标。免除了二次称量和计算的烦琐,使得在法医鉴定中,测试器官及组织密度更为准确和方便。

2　结构设计和工作原理

该法医用密度仪由两部分组成,其工作结构如图1所示。测量仪主要通过重量传感器和水位传感器完成对被测对象重量和体积的原始数据采集以及利用单片机将所采数据通过USB接口传输到PC上位机。PC机的主要任务则是通过串口通信程序控制对原始数据的接收,并进行数据的校正,计算、输出和管理。

　　密度仪的工作原理是,首先根据被测对象的大致重量在测量仪上手动选择重量传感器,测量仪安装了三个不同量程大小的重量传感器(分别为6 kg、3 kg、1kg),以减小系统误差。将容器装上适量的水放在所选传感器对应的称盘上,水位传感器半浸式竖直插入水中(见图1),确定位置后,按下软件窗口中的Clear键,确认此时的重量值和水位值为零点值。然后,在容器中放入被测对象,水面升高,待水面波动平定后,按下Start键采集数据获得一组相应的重量测量值和体积测量值。最后,由软件内部的数据处理算法对原始数据进行滤除平均,计算输出被测对象的密度。

3　误差分析和数据校正

　　该法医鉴定用密度仪设计完成后,在实验阶段测量值与真实值有较大出入,误差不在允许范围之内。经过分析发现造成误差的主要因素为以下三个方面:(1)容器截面积的不规则性对水位测量值计算体积时产生的影响;(2)半浸入式水位传感器浮力对重量测量产生的影响;(3)以及水位传感器过于灵敏对数据采集的稳定性所产生的影响。因此,为了确保精度,系统有针对性地做了相应的校正。