時(shí)間：2022-06-29 19:39:22
開(kāi)篇：寫(xiě)作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇測(cè)量?jī)x，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過(guò)程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
【關(guān)鍵詞】?jī)A角測(cè)量?jī)x；MSP430；加速度傳感器；低功耗
1.引言
本超低功耗傾角測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)中，使用了TI公司的MSP430、TPS61070、TPS61040和TPS54331等器件和加速度傳感器，實(shí)現(xiàn)了超低功耗高精度角度測(cè)量?jī)x的制作。首先，我們使用MSP430單片機(jī)，此單片機(jī)不僅具有處理能力強(qiáng)、運(yùn)算速度快、片內(nèi)資源豐富等優(yōu)點(diǎn)，而且具有超低功耗和間歇工作的優(yōu)勢(shì)。其在工作時(shí)工作電流只有200uA左右，當(dāng)處于休眠狀態(tài)時(shí)其工作電流在1uA左右，較好的滿足了超低功耗和控制運(yùn)算的需求。在實(shí)際使用中，我們讓它工作在2.5V，省電模式下RAM數(shù)據(jù)保持在低功耗模式，消耗電流僅0.1μA。其次，設(shè)計(jì)中還使用了TI公司的芯片TPS61070和TPS61040組成兩級(jí)BOOST升壓電路，相對(duì)于反激式升壓電路相比，該方案不但效率高，而且有利于降低電源損耗。在選擇降壓電路方案中，使用了TI公司的TPS54331芯片組成BUCK降壓電路。當(dāng)25V將至2.5V時(shí)普通的線性降壓芯片效率只有10%，但是這塊芯片在輕載情況下效率也可達(dá)到30%以上，而且功耗低。此次設(shè)計(jì)中，主要使用TI的芯片，性能很好，對(duì)制作的實(shí)現(xiàn)起到了促進(jìn)作用。
2.方案設(shè)計(jì)與論證
本設(shè)計(jì)要求通過(guò)測(cè)量重力加速度進(jìn)行角度測(cè)量，并保證精度達(dá)到±1度以內(nèi)，用2200uF電容供電，在工作情況下能持續(xù)工作60秒以上，并用1.5V干電池給電容充電。
2.1 控制系統(tǒng)的比較與選擇
方案一：采用DSP，具有高精度，運(yùn)算速度快的優(yōu)點(diǎn)，但DSP功耗高，不滿足本設(shè)計(jì)低功耗要求。
方案二：采用ATML的12C5A16AD，這款單片機(jī)價(jià)格便宜，但是運(yùn)算速度比較慢，功耗大，不符合本設(shè)計(jì)的要求。
方案三：采用TI公司的MSP430單片機(jī)為控制系統(tǒng)。此單片機(jī)不僅具有運(yùn)算速度快的特點(diǎn)而且具有間歇工作的優(yōu)勢(shì)。在工作時(shí)其電流在200uA左右，當(dāng)處于休眠狀態(tài)時(shí)其電流在1uA左右，較好的滿足了超低功耗的要求和控制運(yùn)算需求。
綜上論證選取方案三。
2.2 測(cè)角傳感器比較與選擇
方案一：MMA7455，它是10位精度三軸數(shù)字加速度傳感器，具有I2C，SPI通信接口，但是測(cè)量結(jié)果偏差較大，需要校正。
方案二：MMA8452加速度傳感器，此傳感器是一款智能、低功耗、三軸、電容式微機(jī)加速度傳感器，具有體積小，重量輕和豐富嵌入式的特點(diǎn)，可以減少整體功耗，有利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的超低功耗運(yùn)行。此傳感器具有12位高精度，偏差小，不需要校正的優(yōu)點(diǎn)，而且能夠返回?cái)?shù)字信號(hào)，有利于信號(hào)采集與功能實(shí)現(xiàn)。
綜上論證選取方案二。
2.3 供電降壓電路選擇
方案一：用7805組成線性降壓電路。選用7805雖然能將電壓降到要求值，但是，7805的工作原理就是將額外的壓降加在了芯片上，當(dāng)電壓由25V降到5V時(shí)，7805會(huì)嚴(yán)重發(fā)熱，功耗很大，在超低功耗下很難工作。
方案二：用TPS54331芯片構(gòu)成開(kāi)關(guān)型BUCK降壓電路。TI的TPS54331芯片集成了MOSFET與控制系統(tǒng)的功能，可以實(shí)現(xiàn)25v到3.3v的穩(wěn)壓。用此芯片實(shí)現(xiàn)的開(kāi)關(guān)型BUCK降壓電路功能，比功耗小，效率也高。
綜上論證選擇方案二。
2.4 充電升壓電路選擇
方案一：用反激擊式升壓電路，此電路雖然實(shí)現(xiàn)輸入輸出隔離，但是此方案工作效率低，功耗大，不利于1.5v蓄電池長(zhǎng)期使用。且反激式電路需繞制高頻變壓器，占用空間較大，不利于使用。
方案二：用TI公司的芯片TPS61070和TPS61040組成兩級(jí)boost升壓電路，相對(duì)反激式升壓電路相比，該方案效率高，易于低功耗設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)。
綜上論證選擇方案二。
2.5 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
通過(guò)以上方案選取我們的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)為通過(guò)boost升壓電路，將1.5V電壓升到充電電壓25V給電容充電。用充好電的電容通過(guò)BUCK電路降壓對(duì)測(cè)量?jī)x進(jìn)行供電，通過(guò)測(cè)試按鍵發(fā)出信號(hào)后測(cè)量?jī)x進(jìn)行測(cè)量后顯示。系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1。
3.理論分析和計(jì)算
3.1 傾角的計(jì)算方法
低功耗單片機(jī)控制，通過(guò)MMA8452加速度傳感器將加速度在X、Y、Z軸上（芯片坐標(biāo)軸如圖2）的分量通過(guò)I2C通信傳到單片機(jī)里，根據(jù)幾何關(guān)系進(jìn)行角度計(jì)算后由HT1621驅(qū)動(dòng)的4位LCD角度顯示。顯示分辨率為0.1度，精度達(dá)±1V，測(cè)角范圍為0-90度。
從傾角傳感器輸出到單片機(jī)的是重力加速度的XYZ軸分量，通過(guò)以下公式計(jì)算出：設(shè)X軸與水平面仰角α度，將坐標(biāo)系投影到XZ平面，可得一平面坐標(biāo)系，由此可求得各軸上的靜態(tài)加速度值：
經(jīng)傳感器采集后輸送給單片機(jī)Ax、Ay、Az三個(gè)數(shù)字量，其中，，，角度值。
3.2 理論功耗分析
3.2.1 單片機(jī)功耗
MSP430此單片機(jī)不僅具有運(yùn)算速度快的特點(diǎn)而且具有間歇工作的優(yōu)勢(shì)，在工作時(shí)其電流在200uA左右，當(dāng)處于休眠狀態(tài)時(shí)其電流在1uA左右，較好的滿足了超低功耗的要求和控制運(yùn)算需求。
我們選用的MSP430單片機(jī)在典型的200KHZ時(shí)鐘、2.5V電壓下工作時(shí)，僅消耗2.5μA，在1MHZ時(shí)鐘、2.5V電壓下工作時(shí)有250μA，在RAM數(shù)據(jù)保持在低功耗模式下消耗電流僅0.1μA。它具有5種工作模式，不同模式下消耗在0.1～400μA間，待機(jī)模式下消耗僅0.8μA。將CPU置為省電模式，可以大大減小能耗。
3.2.2 顯示器功耗
HT1621驅(qū)動(dòng)的段位顯示屏，此顯示屏雖然屏幕比較小，顯示內(nèi)容有限，但是此顯示屏可以在極低功耗下工作，外接32KHZ晶振，而不用內(nèi)置時(shí)鐘源，可以將工作電流控制在60μA以下。與普通的LCD顯示屏相比，此顯示屏不用背光，斷碼顯示，用I2C總線傳值，功耗更低。此顯示器驅(qū)動(dòng)芯片有間歇模式，處理完指令后可以進(jìn)入間歇模式，等待激活后繼續(xù)處理數(shù)據(jù)。這樣可以大大降低功耗。
3.2.3 加速度傳感器功耗
我們用的MM8452加速度傳感器可以低功耗和正常兩種模式。
如圖3所示，此傳感器開(kāi)啟后可以工作在喚醒和休眠2種模式下，當(dāng)可以設(shè)定工作時(shí)長(zhǎng)，節(jié)省能耗。低功耗模式下工作電流僅為14μA，正常模式下工作電流為24μA。
3.2.4 供電電路功耗
用TPS54331芯片構(gòu)成開(kāi)關(guān)型BUCK降壓電路。TI的TPS54331芯片集成了MOSFET與控制系統(tǒng)的功能，可以實(shí)現(xiàn)25v到0.8-5v的穩(wěn)壓。用此芯片實(shí)現(xiàn)的開(kāi)關(guān)型BUCK降壓電路功能，比線性電源功耗小，效率也高。
我們?yōu)榱诉M(jìn)一步降低功耗，將單片機(jī)供電調(diào)整到2.5V，可以使MSP430工作在極低功耗下。
4.電路與程序設(shè)計(jì)
4.1 電路設(shè)計(jì)
4.1.1 Buck降壓電路
由于電容電壓為25V，所以必須采用降壓電路將電壓降到2.5V后對(duì)電壓和加速度傳感器供電。為了減小功耗采用TI公司的的TPS54331芯片組成buck電路。此芯片組成的Buck電路最大極限是由28V降到0.8V，且該芯片穩(wěn)定性好，精度準(zhǔn)，功耗低等優(yōu)點(diǎn)。Buck電路圖如圖4。
4.1.2 充電裝置電路
用1.5V干電池對(duì)電容進(jìn)行充電，要求充電到25V。所以要將1.5V電壓經(jīng)過(guò)升壓電路升到25V。我們采用TI公司的TPS61040和TPS61070芯片組成兩個(gè)Boost電路，分兩級(jí)將1.5V升到5V再生到25V。TPS61040芯片最大升壓范圍是由1.8V到28V。TPS61070芯片最大的升壓范圍是由0.9V到5.5V。所以由單獨(dú)一片芯片不能制成由1.5V到25V的Boost升壓電路，故采用兩級(jí)升壓。這兩種芯片都具備穩(wěn)定好，精度高，功耗低等特點(diǎn)，對(duì)充電穩(wěn)定有重要意義。充電裝置電路圖如圖5-1。
TPS16070芯片將電池1.5V電壓升至5V，參數(shù)R1，R2及確定：根據(jù)芯片要求R2取180KΩ，R1=R2（Vo/VB-1）=180k*（5/0.5-1）=1.62MΩ，電容C2=3pF（200k/R2-1）=0.33pF。TPS61040芯片將上級(jí)輸出升至25V，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器R5來(lái)調(diào)節(jié)輸出，其中輸出Vout=1.233（1+R4/R3），通過(guò)調(diào)節(jié)R3與R4值可以改變輸出電壓。
4.1.3 加速度傳感器電路
測(cè)試按鍵與單片機(jī)相連控制是否進(jìn)行測(cè)試，單片機(jī)與MMA8452加速度傳感器通過(guò)I2C通信，由單片機(jī)與顯示器連接進(jìn)行顯示，加速度傳感器電路圖如圖6。
4.1.4 總體設(shè)計(jì)電路圖（如圖7、8）
4.2 程序結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)
程序流程判斷圖如圖9所示。
系統(tǒng)供電后，單片機(jī)啟動(dòng)首先進(jìn)入休眠狀態(tài)，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是否有鍵按下，若無(wú)鍵按下，繼續(xù)等待；若有鍵按下則根據(jù)按鍵功能進(jìn)入測(cè)量狀態(tài)或模式轉(zhuǎn)換顯示，然后由液晶顯示新測(cè)量的數(shù)值，單片機(jī)重新進(jìn)入休眠狀態(tài)，繼續(xù)檢測(cè)是否有鍵按下。
5.測(cè)試方案和結(jié)果
5.1 測(cè)試方案
調(diào)整好水平臺(tái)，將斜坡放在水平臺(tái)上，將電容充好電后盡快的接入測(cè)量?jī)x中，然后調(diào)整斜坡進(jìn)行測(cè)試觀察電容能工作時(shí)間和測(cè)量的角度。
5.2 測(cè)試結(jié)果
如表1、表2所示，2200uF電容供電，以每5秒一次的頻率進(jìn)行測(cè)量時(shí)，測(cè)量?jī)x工作時(shí)間約3分鐘。
100uF電容供電，可工作時(shí)間約為20秒。
6.結(jié)論
本超低功耗傾角測(cè)量?jī)x由于設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方案選取恰當(dāng)，單片機(jī)、芯片和電阻電容等參數(shù)選取合適，所以很好的滿足基本和發(fā)揮要求，真正實(shí)現(xiàn)超低功耗的功能。本設(shè)計(jì)以超低功耗為目標(biāo)，設(shè)計(jì)制作，較好的完成了超低功耗工作的目標(biāo)，并實(shí)現(xiàn)了較高的精度，成功的完成了設(shè)計(jì)目。該作品可用于實(shí)際測(cè)量，在實(shí)驗(yàn)室及工業(yè)生產(chǎn)中可作進(jìn)一步推廣。
參考文獻(xiàn)
[1]馬光.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006（1）.
[2]馬淑華，王鳳文，張美金.單片機(jī)原理與接口技術(shù)（第二版）[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2007.
[3]張加勝，張磊.電力電子技術(shù)[M].東營(yíng)：中國(guó)石油大學(xué)出版社，2004（6）.
[4]劉潤(rùn)華，李震梅.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第二版）[M].東營(yíng)：中國(guó)石油大學(xué)出版社，2007（1）.
[5]段曉敏，李杰，李文怡.基于MEMS加速度計(jì)的數(shù)字傾角測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)[A].電子設(shè)計(jì)工程，2009，17（8）：71-72.
[6]周慶飛，徐明龍.基于MSP430的高精度傾角測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[B].自動(dòng)化與儀器儀表，2011，153：40-42，48
[7]郭俊杰，趙維謙，邱麗榮等.基于差動(dòng)電容的高精度傾角測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)[B].傳感器與微系統(tǒng)，2009，28（8）：96-98.
[8]唐原廣，趙曙東.基于單片機(jī)的傾角測(cè)量系統(tǒng)[B].微計(jì)算機(jī)信息，2007，23（3-2）：95-97.
[9]謝浩元，喻言，歐進(jìn)萍.基于無(wú)線傾角傳感器的橋梁擾度測(cè)量研究[A].防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào)，2010，30（增刊）：31-34.
[10]王志輝，康紹崢，李寧等.無(wú)線數(shù)字式傾角測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].
基金項(xiàng)目：國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目（編號(hào)：20111080）。
關(guān)鍵詞 熱鋪層；厚度測(cè)量?jī)x；設(shè)計(jì)方法；成本控制
中圖分類(lèi)號(hào)：U418.6
文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B
文章編號(hào)：1000—033X（2012）07—0065—03
0 引言
在公路養(yǎng)護(hù)與工程施工工藝的瀝青混凝土路面攤鋪過(guò)程中，瀝青混凝土厚度的控制對(duì)施工成本控制、路面平整度、路面質(zhì)量和驗(yàn)收都具有非常重要的影響。目前，對(duì)瀝青混凝土熱鋪層的厚度測(cè)量一般采用十字螺絲刀套一個(gè)礦泉水瓶蓋插入熱鋪層，再用刻度尺測(cè)量螺絲刀插入深度來(lái)獲得測(cè)量數(shù)據(jù)。這種方法存在很大的測(cè)量誤差，精確度不高，使工程成本難以控制，且很容易因人為因素造成路面平整度下降（瀝青攤鋪機(jī)自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)中的手動(dòng)旋轉(zhuǎn)找平儀滑桿一圈可調(diào)整厚度范圍為0.2cm）。
如果用深度游標(biāo)卡尺進(jìn)行測(cè)量，由于瀝青混凝土熱鋪層溫度高（普通瀝青混凝土溫度達(dá)150℃，改性瀝青混凝土達(dá)170℃），而且混凝土中瀝青具有強(qiáng)粘性，現(xiàn)有游標(biāo)卡尺在使用過(guò)程中容易因發(fā)熱引起安全隱患。主標(biāo)尺容易在測(cè)量過(guò)程中因磨損而造成測(cè)量誤差，主標(biāo)尺粘上瀝青后滑動(dòng)困難，深度測(cè)量零位不可調(diào)節(jié)，使用不方便，因此深度游標(biāo)卡尺實(shí)用性不強(qiáng)。
申請(qǐng)日為2007年5月22日，公告號(hào)為CN201045574的中國(guó)實(shí)用新型專(zhuān)利公開(kāi)了一種便攜式保溫層厚度測(cè)量?jī)x。該測(cè)量?jī)x主體為帶有刻度的圓柱尺體，尺體頭部設(shè)為平頭圓錐體，尾部設(shè)為握柄，尺體外設(shè)有護(hù)帽。由于所設(shè)護(hù)帽是為了使用完畢后套入尺體方便攜帶，因而在測(cè)量溫度較高的瀝青混凝土熱鋪層時(shí)無(wú)法隔熱。且所述測(cè)量?jī)x僅包括一個(gè)尺體，使其測(cè)量的精度受到了限制。
1 厚度測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)
如圖1所示，厚度測(cè)量?jī)x包括主尺、動(dòng)尺、隔熱手柄、自動(dòng)復(fù)位彈簧、零位調(diào)節(jié)螺母和零位調(diào)整鎖緊螺母等部件。動(dòng)尺設(shè)置在主尺中部，并與其通過(guò)滑動(dòng)間隙配合；隔熱手柄套在主尺一端外部，并與其緊固連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本設(shè)計(jì)提供了一種能夠精確測(cè)量瀝青混凝土熱鋪層厚度的厚度測(cè)量?jī)x。
1.1主尺（含隔熱手柄）
主尺設(shè)計(jì)如圖2所示，外部包裹隔熱手柄，隔熱手柄采用耐高溫材料制作而威，方便擺放、作業(yè)和攜帶，主尺上標(biāo)有標(biāo)準(zhǔn)刻度，測(cè)量范圍根據(jù)動(dòng)尺移動(dòng)距離來(lái)確定。主尺設(shè)計(jì)要求應(yīng)方便加工制作，可采取整體車(chē)加工或者鑄造加工而成。
1.2動(dòng)尺
動(dòng)尺設(shè)計(jì)如圖3所示，包括動(dòng)尺基部和動(dòng)尺測(cè)量頭兩部分為方便測(cè)量頭拆卸。動(dòng)尺基部和動(dòng)尺測(cè)量頭之間采用螺紋連接，動(dòng)尺測(cè)量頭的寬度比動(dòng)尺基部窄。動(dòng)尺測(cè)量頭與零位調(diào)整螺母滑動(dòng)間隙配合；動(dòng)尺基部與主尺之間滑動(dòng)間隙配合。
1.3零位調(diào)節(jié)系統(tǒng)
零位調(diào)節(jié)系統(tǒng)由零位調(diào)整螺母和零位調(diào)整鎖緊螺母組成，二者均通過(guò)螺紋聯(lián)接固定在主尺尾部。外部設(shè)置有隔熱套，隔熱套采用耐高溫材料制作而成。零位調(diào)節(jié)系統(tǒng)能有效消除因測(cè)量頭磨損帶來(lái)的測(cè)量誤差，零位調(diào)節(jié)范圍可根據(jù)主尺尾部螺紋范圍來(lái)確定。
1.4自動(dòng)復(fù)位彈簧
自動(dòng)復(fù)位彈簧設(shè)置在主尺和動(dòng)尺測(cè)量頭之間的空隙中。彈簧設(shè)計(jì)要求耐疲勞、耐高溫，且具有較強(qiáng)的彈性零位復(fù)位功能，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮適合的彈簧彈力來(lái)確保測(cè)量簡(jiǎn)便。
1.5測(cè)量?jī)x裝配
測(cè)量?jī)x裝配如圖4所示，動(dòng)尺基部與主尺之間是滑動(dòng)間隙配合，動(dòng)尺測(cè)量頭穿出主尺，和零位調(diào)整螺母之間采用滑動(dòng)間隙配合，并可滑動(dòng)，從該零位調(diào)整螺母中間孔穿出。在主尺和動(dòng)尺測(cè)量頭之間的空隙中，設(shè)置有自動(dòng)復(fù)位彈簧。兩個(gè)動(dòng)尺鎖緊與撥動(dòng)螺栓固定連接在該動(dòng)尺基部上。該動(dòng)尺基部的正面標(biāo)有與主尺配合的長(zhǎng)度刻度值；動(dòng)尺測(cè)量頭采用耐磨合金制作成，呈圓錐平頭型，可拆卸更換。此外，為了降低加工難度，本設(shè)計(jì)的動(dòng)尺基部還包括刻度部分和基尺部分，并采用螺絲連接固定成一體。動(dòng)尺鎖緊與撥動(dòng)螺栓固定連接在所述動(dòng)尺基部上。
2 厚度測(cè)量?jī)x的具體實(shí)施方式
測(cè)量時(shí)，測(cè)量人員手握隔熱手柄，推動(dòng)動(dòng)尺鎖緊與撥動(dòng)螺栓，將動(dòng)尺測(cè)量頭推出并垂直插入瀝青混凝土熱鋪層，在動(dòng)尺測(cè)量頭頂住熱鋪層下層路面或基層，且零位調(diào)整螺母下表面剛好頂?shù)綗徜亴由蠈訒r(shí)，擰緊動(dòng)尺鎖緊與撥動(dòng)螺栓，從而固定動(dòng)尺。之后拔出測(cè)量?jī)x，結(jié)合主尺和動(dòng)尺的刻度讀出瀝青混凝土熱鋪層的測(cè)量厚度，即可簡(jiǎn)單、方便、安全地得到精確的測(cè)量數(shù)據(jù)。測(cè)量結(jié)束后，直接用紙巾或毛巾將測(cè)量?jī)x上粘有的瀝青和雜物擦凈（事先可涂抹油減少瀝青料的粘結(jié)），松開(kāi)動(dòng)尺鎖緊與撥動(dòng)螺栓，動(dòng)尺在自動(dòng)復(fù)位彈簧的作用下自動(dòng)復(fù)位。
當(dāng)厚度測(cè)量?jī)x被多次使用后，動(dòng)尺測(cè)量頭會(huì)因磨損而變尖或者變短，此時(shí)可以將動(dòng)尺測(cè)量頭推出，采用機(jī)加工或者砂紙打磨成一定的圓錐平頭，并將其復(fù)位，調(diào)節(jié)零位調(diào)整螺母進(jìn)行調(diào)零設(shè)置，調(diào)零設(shè)置后用零位調(diào)整鎖緊螺母鎖緊。當(dāng)動(dòng)尺測(cè)量頭磨損到一定程度時(shí)，可以單獨(dú)更換動(dòng)尺測(cè)量頭，并重新進(jìn)行調(diào)零設(shè)置。這樣可以有效節(jié)約材料資源，降低購(gòu)置成本。此外，如果瀝青混凝土熱鋪層下面為多孔隙面層時(shí)，為減少測(cè)量誤差，應(yīng)采取多次測(cè)量來(lái)對(duì)比取值，同時(shí)測(cè)量?jī)x器還可設(shè)計(jì)采用三連桿測(cè)量系統(tǒng)，這樣就能大大減少因底面層空隙對(duì)測(cè)量厚度造成的影響誤差。同時(shí)，本測(cè)量?jī)x數(shù)據(jù)顯示方式也可以加載位移傳感器，通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后采用數(shù)顯方式進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取。
3 結(jié)語(yǔ)
【關(guān)鍵詞】 期間核查 核查方法 核查方案 核查實(shí)施
計(jì)量工作中檢定、校準(zhǔn)的工作質(zhì)量直接影響到經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域、社會(huì)生活和科學(xué)研究中量值統(tǒng)一和準(zhǔn)確可靠。所以計(jì)量檢定、校準(zhǔn)工作首先要保證我們所使用計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器及相關(guān)的配套儀器設(shè)備的的準(zhǔn)確可靠，這一目標(biāo)是靠量值溯源實(shí)現(xiàn)的。在量值溯源這個(gè)周期內(nèi)如何監(jiān)控測(cè)量?jī)x器的可信度，這就是我們這里所說(shuō)的期間核查。它是監(jiān)控測(cè)量?jī)x器周期內(nèi)可信度的一種手段。下面從期間核查定義及其意義、核查計(jì)劃及準(zhǔn)備、核查的實(shí)施及不合格的處理方面加以介紹。
1 期間核查及重要意義
1.1 什么是期間核查
期間核查是指對(duì)測(cè)量?jī)x器在兩次檢定或校準(zhǔn)的時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)行的核查。期間核查的目的是在兩次檢定或校準(zhǔn)的時(shí)間間隔內(nèi)保持測(cè)量?jī)x器檢定或校準(zhǔn)狀態(tài)的可信度。也就是對(duì)測(cè)量?jī)x器的示值在規(guī)定的時(shí)間間隔內(nèi)是否保持其在規(guī)定的最大允許誤差或擴(kuò)展不確定度或準(zhǔn)確度等級(jí)內(nèi)的一種核查。
1.2 期間核查與檢定校準(zhǔn)的區(qū)別
檢定或校準(zhǔn)是在標(biāo)準(zhǔn)條件下，通過(guò)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)確定測(cè)量?jī)x器是否合格。而期間核查是在兩次檢定或校準(zhǔn)之間，在實(shí)際工作的環(huán)境條件下，對(duì)預(yù)先選定的同一核查標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行定期或不定期的測(cè)量，考察測(cè)量數(shù)據(jù)的變化情況，以確認(rèn)其校準(zhǔn)狀態(tài)是否持續(xù)可信。
檢定或校準(zhǔn)必須由有資格的計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)用經(jīng)考核合格的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)按照規(guī)程或規(guī)范的方法進(jìn)行，用高一級(jí)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)測(cè)量?jī)x器的性能進(jìn)行評(píng)估，具有溯源性。期間核查是由本實(shí)驗(yàn)室人員使用自己選用的核查標(biāo)準(zhǔn)按照自己制定的核查方案進(jìn)行，是在使用條件下考核測(cè)量?jī)x器的性能有無(wú)明顯變化，不具有溯源性。
1.3 期間核查對(duì)于計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)保證工作質(zhì)量具有現(xiàn)實(shí)意義
實(shí)驗(yàn)室一般對(duì)儀器進(jìn)行定期檢定或校準(zhǔn)，以保證其量值的溯源性，并加以必要的維護(hù)和保養(yǎng)，以保證設(shè)備的有效性和可靠性。因此，大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室認(rèn)為，只要對(duì)儀器進(jìn)行了定期檢定或校準(zhǔn)，儀器就是可靠的，出具的數(shù)據(jù)就是有效的，使儀器的期間核查成為實(shí)驗(yàn)室最易忽視也最不重視的環(huán)節(jié)。實(shí)際上，使用頻率高、易損壞、性能不穩(wěn)定的儀器在使用一段時(shí)間后，由于操作方法，環(huán)境條件如電磁干擾、溫度、濕度、以及移動(dòng)、震動(dòng)等因素的影響，并不能保證檢定或校準(zhǔn)狀態(tài)的持續(xù)可信度。因此，實(shí)驗(yàn)室應(yīng)對(duì)這些儀器進(jìn)行期間核查。比如，分析天平是實(shí)驗(yàn)室稱(chēng)取物質(zhì)質(zhì)量的常用儀器，使用頻率最高，容易受到被稱(chēng)量物質(zhì)的污染，過(guò)載、使用不當(dāng)還會(huì)造成刀口損壞，影響天平的靈敏度和準(zhǔn)確度。此外，儀器的信噪比、單色光帶寬、雜色光強(qiáng)度和樣品室、比色皿的污染等都可能影響儀器的靈敏度和準(zhǔn)確度。實(shí)驗(yàn)室應(yīng)針對(duì)具體的儀器進(jìn)行分析研究，掌握儀器分析原理和性能特性以及可能影響檢驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性的因素，確定需要進(jìn)行期間核查的儀器名稱(chēng)，編制相應(yīng)的期間核查方法。
儀器的期間核查并不等于檢定周期內(nèi)的再次檢定，而是核查儀器的穩(wěn)定性、分辨率、靈敏度等指標(biāo)是否持續(xù)符合儀器本身的檢測(cè)/校準(zhǔn)工作的技術(shù)要求。針對(duì)不同儀器的特性，可使用不同的核查方法，如儀器間比對(duì)、方法間比對(duì)、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)驗(yàn)證等。期間核查的時(shí)間間隔一般以在儀器的檢定或校準(zhǔn)周期內(nèi)進(jìn)行一二次為宜。對(duì)于使用頻率比較高的儀器，應(yīng)增加核查的次數(shù)。實(shí)驗(yàn)室應(yīng)根據(jù)儀器的性能和使用情況，在規(guī)定的時(shí)間間隔內(nèi)，使用相應(yīng)的核查方法對(duì)儀器進(jìn)行期間核查，只要檢查方法有效，周期穩(wěn)定，期間核查能及時(shí)發(fā)現(xiàn)測(cè)量?jī)x器技術(shù)指標(biāo)的變化，如發(fā)現(xiàn)超差現(xiàn)象，能及時(shí)預(yù)防和發(fā)現(xiàn)不合格的儀器并避免誤用，保證檢驗(yàn)結(jié)果持續(xù)的準(zhǔn)確性、有效性，為顧客和社會(huì)提供可信的數(shù)據(jù)和滿意的服務(wù)。
2 期間核查的計(jì)劃與前期準(zhǔn)備
2.1 期間核查對(duì)象的確定
并不是所有的儀器均需期間核查，需要期間核查的儀器設(shè)備由儀器設(shè)備管理員制定儀器設(shè)備期間核查計(jì)劃。通常包括以下設(shè)備，實(shí)驗(yàn)室的計(jì)量基準(zhǔn)、參考標(biāo)準(zhǔn)、傳遞標(biāo)準(zhǔn)、工作標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于輔助設(shè)備及其他測(cè)量?jī)x器是否進(jìn)行期間核查，應(yīng)根據(jù)在實(shí)際情況下出現(xiàn)問(wèn)題的可能性、出現(xiàn)問(wèn)題的嚴(yán)重性及可能帶來(lái)的質(zhì)量追溯成本等因素，合理確定是否進(jìn)行期間核查。一般從以下幾個(gè)方面考慮：對(duì)測(cè)量結(jié)果的質(zhì)量有重要影響的關(guān)鍵測(cè)量設(shè)備的關(guān)鍵值；具備相應(yīng)的核查標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)施核查的條件；不夠穩(wěn)定、易漂移、易老化且使用頻繁的測(cè)量設(shè)備；經(jīng)常攜帶到現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的的測(cè)量?jī)x器；使用頻次高的和使用環(huán)境惡劣的檢測(cè)設(shè)備；曾經(jīng)過(guò)載或被懷疑出現(xiàn)過(guò)質(zhì)量問(wèn)題的測(cè)量設(shè)備；有特殊規(guī)定的或儀器使用說(shuō)明書(shū)中有要求的。
有些設(shè)備無(wú)需單獨(dú)實(shí)行期間核查。如檢測(cè)中使用的采樣、制樣、抽樣的設(shè)備；沒(méi)有量值要求的輔設(shè)備；計(jì)算機(jī)及設(shè)備；性能穩(wěn)定的實(shí)務(wù)量具，如砝碼、；量塊等。
2.2 期間核查方案的制定
核查方案的制定要考慮到所要控制的測(cè)量過(guò)程的工業(yè)特性或要監(jiān)控的設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)，如準(zhǔn)確度、重復(fù)性、復(fù)現(xiàn)性；核查標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)指標(biāo)，主要是穩(wěn)定性；核查控制線的計(jì)算及過(guò)程是否在控的判斷方法；由于不同測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)量值傳遞過(guò)程不同，根據(jù)不同情況選擇核查方法以及根據(jù)具體情況選擇核查次數(shù)。一般概括為以下內(nèi)容：選用的核查標(biāo)準(zhǔn)、核查點(diǎn)、核查方法、核查程序、核查頻次、核查記錄的方式、核查結(jié)論的判定原則，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題采取的措施。
2.3 期間核查標(biāo)準(zhǔn)的選擇
核查標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)具有需核查的參數(shù)和量值，能由被核查儀器、計(jì)量基準(zhǔn)和計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量；核查標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)具有良好的穩(wěn)定性，某些儀器的核查還要求核查標(biāo)準(zhǔn)具有足夠的分辨率和良好的重復(fù)性，以便核查時(shí)能觀察到被核查儀器及計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的變化；必要時(shí)，核查標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)可以提供指示，以便再次使用時(shí)可以重復(fù)前次核查實(shí)驗(yàn)時(shí)的條件，例如環(huán)規(guī)使用刻線標(biāo)示使用直徑的方向；由于期間核查是本實(shí)驗(yàn)室自己進(jìn)行的工作，不必送往其他實(shí)驗(yàn)室，因此核查標(biāo)準(zhǔn)可以不考慮便攜和搬運(yùn)問(wèn)題。
2.4 測(cè)量范圍和測(cè)量參數(shù)的選擇
期間核查不是重復(fù)檢定或再校準(zhǔn)，不需要對(duì)測(cè)量設(shè)備的所有參數(shù)和所有測(cè)量范圍進(jìn)行核查。實(shí)驗(yàn)室可根據(jù)自身的實(shí)際情況和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，有如下情況：
原則上對(duì)設(shè)備的關(guān)鍵參數(shù)應(yīng)進(jìn)行期間核查。但是對(duì)于多功能設(shè)備，應(yīng)選擇基本參數(shù)。例如，對(duì)數(shù)字多用表可選擇直流電壓和直流電流，因?yàn)殡娮杩梢杂芍绷麟妷汉碗娏鲗?dǎo)出；而交流電壓和電流是通過(guò)積分轉(zhuǎn)換為直流電壓和電流的。
選擇設(shè)備的基本測(cè)量范圍及其常用的測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行期間核查。例如，對(duì)于數(shù)字多用表的直流電壓可選擇10V進(jìn)行期間核查，因?yàn)槠鋬?nèi)部基準(zhǔn)電壓為10V；而直流電流可選擇1mA，因?yàn)槠鋬?nèi)部直流電流為1mA的恒流發(fā)生器。又如，電子天平可選擇100mg進(jìn)行期間核查，因?yàn)殡娮犹炱酵ǔＥ鋫溆?00mg的砝碼。必要時(shí)，可選擇多個(gè)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行期間核查。
2.5 期間核查時(shí)機(jī)的確定
期間核查的目的是保持測(cè)量?jī)x器的可信度，只有準(zhǔn)確掌握核查時(shí)機(jī)及核查頻次才能達(dá)到這一目的。期間核查一般分為定期和不定期的期間核查。根據(jù)測(cè)量?jī)x器使用的條件、頻度及儀器可靠性資料，規(guī)定期間核查的時(shí)間間隔。
定期的期間核查：期間核查為了能充分反映實(shí)際工作中各種影響因素的變化，則核查時(shí)必須注意保持所有實(shí)驗(yàn)室條件的復(fù)現(xiàn)，才能夠保證數(shù)據(jù)變化只反映儀器被核查參數(shù)的變化。測(cè)量?jī)x器剛完成溯源時(shí)做首次核查，有利于確定儀器的初始狀態(tài)參數(shù)，以便觀察數(shù)據(jù)的變化。首次核查正常狀況下必須確定在這一時(shí)間。應(yīng)規(guī)定兩次核查之間的最長(zhǎng)時(shí)間間隔，除首次核查外一般正常使用的儀器周期內(nèi)做兩到三次核查為宜。其他具體情況視被核查儀器的狀況、使用狀況和計(jì)量檢定人員的經(jīng)驗(yàn)具體確定。
不定期的期間核查一般有以下?tīng)顩r：測(cè)量?jī)x器即將用于非常重要的測(cè)量、或非常高準(zhǔn)確度的測(cè)量、測(cè)量?jī)x器的準(zhǔn)確度要求已接近測(cè)量?jī)x器的極限時(shí)，測(cè)量前應(yīng)進(jìn)行期間核查；大型測(cè)量?jī)x器的環(huán)境溫濕度或其他測(cè)量條件發(fā)生了大的變化，剛剛恢復(fù)；測(cè)量?jī)x器發(fā)生了碰撞、跌落、電壓沖擊等意外事件后；對(duì)測(cè)量?jī)x器性能有懷疑時(shí)。
3 期間核查的貫徹實(shí)施
3.1 期間核查的程序文件及作業(yè)指導(dǎo)書(shū)
期間核查程序文件應(yīng)包括以下內(nèi)容：需要實(shí)施核查的測(cè)量?jī)x器；核查方法和評(píng)審程序；核查的職責(zé)分工和工作流程；出現(xiàn)過(guò)程失控或發(fā)現(xiàn)有失控趨勢(shì)時(shí)的處理程序。
期間核查的作業(yè)指導(dǎo)書(shū)應(yīng)規(guī)定：核查對(duì)象和核查標(biāo)準(zhǔn)；測(cè)量的參數(shù)和測(cè)量方法以及測(cè)量點(diǎn)；核查的記錄信息和記錄的保存；必要時(shí)，核查曲線圖或核查控制圖的繪制方法；核查頻次及臨時(shí)增加核查的特殊情況；核查結(jié)果的判定原則與核查結(jié)論。
3.2 期間核查方法
通用的期間核查方法：當(dāng)設(shè)備經(jīng)高一級(jí)檢定或校準(zhǔn)后，立即進(jìn)行首次期間核查，將參考值y0（一組測(cè)量的平均值，次數(shù)一般要求大等于10）賦予核查標(biāo)準(zhǔn)。隔一段時(shí)間按核查計(jì)劃進(jìn)行第一次核查，得到核查數(shù)據(jù)y1（同y0是平均值并同一點(diǎn)）。按計(jì)劃重復(fù)上述步驟，直到n次核查，得到各次核查數(shù)據(jù)y1，y2，…，yn。以被核查測(cè)量?jī)x器的最大允許誤差或計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展不確定度確定核查控制的的上下限。即y1，y2，…，yn在[y0-Δ，y0+Δ]或[y0-U，y0+U]即可，說(shuō)明被核查的測(cè)量?jī)x器處于可信狀態(tài)。
測(cè)量過(guò)程控制的控制圖法：控制圖是對(duì)測(cè)量過(guò)程是否處于統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài)的一種圖形記錄。一般對(duì)于準(zhǔn)確度較高的計(jì)量基、標(biāo)準(zhǔn)采用。控制圖通常成對(duì)使用，平均值控制圖主要用于判斷測(cè)量過(guò)程中是否受到不受控的系統(tǒng)效應(yīng)的影響。標(biāo)準(zhǔn)差控制圖和極差控制圖主要用于判斷測(cè)量過(guò)程中是否受到不受控的隨機(jī)效應(yīng)的影響。控制圖法可詳見(jiàn)《計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范》附錄。
3.3 核查記錄的內(nèi)容、形式及保存
核查記錄是證明測(cè)量?jī)x器在某個(gè)時(shí)刻的狀態(tài)，記錄的內(nèi)容應(yīng)充分、完整，以便多次數(shù)據(jù)具有可比性。包括以下內(nèi)容：依據(jù)的技術(shù)文件；被核查儀器的信息即名稱(chēng)、編號(hào)、型號(hào)生產(chǎn)廠等及相關(guān)技術(shù)指標(biāo)；核查標(biāo)準(zhǔn)的信息即名稱(chēng)、編號(hào)、型號(hào)生產(chǎn)廠等及相關(guān)技術(shù)指標(biāo)；核查時(shí)的環(huán)境參數(shù)如溫度、濕度、振動(dòng)等；核查的相關(guān)信息即時(shí)間、參數(shù)、操作人員；原始數(shù)據(jù)的記錄及處理，必要時(shí)做核查曲線或控制圖；核查結(jié)論。
記錄的形式及保存：可以把上述內(nèi)容用表格的形式，或表格與圖并存表示。將原始數(shù)據(jù)和核查曲線按程序文件的要求保存和管理。也可用電子文檔形式保存，以便數(shù)據(jù)更新和查閱。
3.4 對(duì)核查不合格的處理
在期間核查時(shí)要能及時(shí)發(fā)現(xiàn)核查過(guò)程中的異常和可疑情況，發(fā)現(xiàn)被核查儀器的技術(shù)狀態(tài)異常，應(yīng)進(jìn)行分析、查找原因，可更換核查方法和增加核查點(diǎn)，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行提前檢定或校準(zhǔn)，或?qū)Σ环辖Y(jié)果及時(shí)制定預(yù)防和糾正措施。
參考文獻(xiàn)：
關(guān)鍵詞 氧量測(cè)量?jī)x；調(diào)試；維護(hù)；故障排除
中圖分類(lèi)號(hào) TP336 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1673-9671-(2012)071-0220-02
氧量測(cè)量?jī)x主要用于測(cè)定鍋爐煙氣中的氧分壓即氧氣的體積百分?jǐn)?shù)含量（簡(jiǎn)稱(chēng)氧含量或氧量），通過(guò)安裝氧化鋯氧分析儀，在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)煙氣中的氧含量，調(diào)節(jié)空氣和燃料的最佳配比，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化燃燒。在節(jié)能減排、安全環(huán)保諸方面具有重要意義和顯著經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。
1 氧量測(cè)量?jī)x工作原理
氧量測(cè)量?jī)x由氧化鋯探頭（下文簡(jiǎn)稱(chēng)鋯頭）和氧量變送器兩部分組成，氧化鋯探頭用于將含氧量轉(zhuǎn)化為mV信號(hào)，氧量變送器再由mV信號(hào)計(jì)算出氧量。鋯頭的核心部件是氧化鋯固體電解質(zhì)氧濃差電池。氧濃差電池由參比半電池和測(cè)量半電池組成，兩個(gè)半電池間用氧化鋯固體電解質(zhì)連接，實(shí)際上就是一根氧化鋯管，涂于氧化鋯管內(nèi)外壁上的多孔性鉑膜作為兩個(gè)半電池的電極，供引出氧濃差電勢(shì)用，在高溫下當(dāng)其兩側(cè)氣體中的氧濃度不同時(shí)即產(chǎn)生氧濃差電勢(shì)，當(dāng)溫度一定時(shí)，僅跟兩側(cè)氣體中的氧氣含量有關(guān)，通過(guò)測(cè)量氧濃差電勢(shì)，即可測(cè)得氧氣含量比，只要一側(cè)氧氣含量固定，就可求得另一側(cè)氧氣含量。
2 氧量測(cè)量?jī)x日常維護(hù)要點(diǎn)
1）儀器在使用1500-2000小時(shí)以后，需要對(duì)其準(zhǔn)確度進(jìn)行檢查，方法是按正常使用時(shí)的操作程序通入氧標(biāo)準(zhǔn)氣，觀察其指示的讀數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)氣氧含量的差值，若大于儀器的規(guī)定誤差，就需要進(jìn)行校準(zhǔn)。校驗(yàn)的方法是先調(diào)好標(biāo)氣（氧含量為4%左右，流量300 mL/min～500 mL/min），再將連接軟管與探頭“標(biāo)氣入口”相連，校驗(yàn)量程氣可采用干燥的空氣。若所測(cè)值與標(biāo)氣值有差別，可調(diào)節(jié)本底電勢(shì)，把氧量值調(diào)節(jié)到與標(biāo)氣值相同。本底電勢(shì)一般為負(fù)值，絕對(duì)值要小于20 mV，否則鋯頭可能老化。校準(zhǔn)過(guò)程中，應(yīng)保證不漏氣。校準(zhǔn)完畢后，應(yīng)擰緊“標(biāo)氣入口”螺帽。
2）需對(duì)儀器氣路的密封性進(jìn)行檢查，檢查方法為封死進(jìn)入儀器取樣管道，在變送器側(cè)加壓至1 MPa，壓力能穩(wěn)定1-2分鐘，則表示取樣管道無(wú)泄露。
3）由于氧量測(cè)量?jī)x是長(zhǎng)期在線測(cè)量，煙氣中的粉塵含量大，鋯頭陶瓷過(guò)濾器和進(jìn)氣孔容易被堵塞，使用一段時(shí)間后需定期拆出清理，探頭再拆裝過(guò)程中注意避免劇烈震動(dòng)，以免損壞。
4）由于鋯頭鋯管長(zhǎng)期在高溫的環(huán)境下工作，容易使得鋯管性能破壞，出現(xiàn)鋯管內(nèi)阻增大，誤差變大，并反映遲鈍。因此，在儀器使用一年后要檢查鋯管的老化程度。方法是先把儀器升溫穩(wěn)定，通入5分鐘空氣后關(guān)閉流量計(jì)調(diào)節(jié)閥，用電阻計(jì)測(cè)量鋯管電極的熱電阻，如果電阻大于（80-100）Ω，說(shuō)明鋯管已經(jīng)老化，必須進(jìn)行更換。
5）更換鋯頭時(shí)，要注意保護(hù)電極與鋯頭螺旋接觸面，更換鋯頭后，應(yīng)校正氧化鋯的氧濃度顯示值。如不進(jìn)行此項(xiàng)工作，氧化鋯檢測(cè)的氧濃度可能會(huì)與實(shí)際濃度產(chǎn)生偏差，從而印象測(cè)量。
6）在停爐或者氧量測(cè)量?jī)x退出使用時(shí)，不能在切斷電源的情況下放置在煙氣管道內(nèi)，應(yīng)保持加熱器供電以防止鋯頭和鋯管被腐蝕。
3 氧量測(cè)量?jī)x在應(yīng)用中出現(xiàn)問(wèn)題的分析及解決
在實(shí)際工作中，儀器會(huì)出現(xiàn)各類(lèi)故障，根據(jù)故障現(xiàn)象，我們分析出引起儀器故障的原因以及排除方法，如表1所示。
4 氧量測(cè)量?jī)x安裝應(yīng)該注意的問(wèn)題
1）因?yàn)闇y(cè)量元件是氧化鋯陶瓷，質(zhì)地脆弱，應(yīng)選擇無(wú)振動(dòng)、無(wú)明火燃燒的地點(diǎn)安裝，并要防止有害氣體流經(jīng)探頭檢測(cè)點(diǎn)，否則將造成很大的測(cè)量誤差（示值偏大）。因此，在探頭插入煙道安裝完畢后，應(yīng)用密封材料，把探頭邊緣縫隙堵死。
2）由于鋯頭必須工作在（750±100）℃的地方，所以直插式探頭應(yīng)安裝在（750±100）℃的煙道處，如果所選定的測(cè)量點(diǎn)溫度過(guò)低，測(cè)出的含氧量會(huì)偏大；溫度過(guò)高，一方面影響探頭使用壽命，另一方面會(huì)使氧量變送器的溫度補(bǔ)償精度降低。如果因工藝或設(shè)備條件限制，不能采用直插式，可采用旁路插氣恒溫式，即煙氣從煙道抽出，經(jīng)旁路管，探頭安裝在旁路管內(nèi)，并自動(dòng)恒溫在750℃左右。
3）當(dāng)煙氣中含有CO，H2，CH4等可燃?xì)怏w以及硫化物，且工藝上無(wú)法消除或減少上述氣體時(shí)，可采用旁路式探頭，將待測(cè)煙氣抽出，經(jīng)水洗處理，減少上述氣體，然后再經(jīng)探頭檢測(cè)，但此測(cè)量方法會(huì)引起測(cè)量誤差。
4）由于探頭一般是直接插入煙道中，即使是使用比較干凈的氣體燃料，探頭上過(guò)濾器的堵塞也是不可避免的。因此，應(yīng)在探頭過(guò)濾器表面安裝防塵罩。
5）鋯頭最好能在停爐時(shí)安裝，如果做不到這一點(diǎn)，則安裝探頭時(shí)，就應(yīng)該格外小心。因?yàn)樘筋^的過(guò)濾器是碳化硅材料，其熱性能差，遇到溫度突然變化時(shí)，就容易爆裂、破碎。所以探頭安裝時(shí)，應(yīng)該緩慢地、逐步地插入測(cè)量煙道。
6）鋯頭最好是垂直安裝，同時(shí)應(yīng)安裝在可以用法蘭固定的爐墻或煙道墻上。鋯頭安裝孔，必須垂直墻的外表面，安裝孔的尺寸要留有足夠的余量。
7）氧量變送器安裝地點(diǎn)，應(yīng)滿足溫度和濕度的規(guī)定要求，同時(shí)由于變送器內(nèi)部結(jié)構(gòu)為插件式電路板，所以應(yīng)避免振動(dòng)和污染，以防插件接觸不良。探頭至變送器的信號(hào)線宜屏蔽，而且宜與電源線分開(kāi)布線，減少電磁干擾。
5 結(jié)束語(yǔ)
氧量測(cè)量?jī)x投運(yùn)初，運(yùn)行良好。隨著時(shí)間的推移，由于工藝及其他種種原因?qū)е落嗩^容易老化和積灰，鋯頭壽命基本上只有1-2年，如何解決鋯頭老化以及積灰的問(wèn)題是我們以后需要思考的問(wèn)題。
參考文獻(xiàn)
[1]章順增,李仲杰,黃必勝等.氧分析儀常見(jiàn)故障及消除方法[J].在線分析儀表維修工第一版[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003:163-165.
[2]王森.電化學(xué)式氧分析器在線分析儀表維修工必讀[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007:92-108．
【關(guān)鍵詞】虛擬儀器 測(cè)量 LabVIEW
1 虛擬儀器概述
虛擬儀器（Virtual Instrumentation）是一種計(jì)算機(jī)控制的儀器系統(tǒng)，以通用化計(jì)算機(jī)作為核心的硬件平臺(tái)，由使用者自己設(shè)計(jì)定義，具有計(jì)算機(jī)操作界面，測(cè)試功能由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。它通過(guò)應(yīng)用程序，將通用化計(jì)算機(jī)與功能化硬件相結(jié)合，這樣使用者可以通過(guò)友好圖形界面，自己操作計(jì)算機(jī)，完成對(duì)被檢測(cè)量的采集、判斷、分析、顯示、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)等功能。
1.1 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較
虛擬儀器是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的軟硬件測(cè)試平臺(tái)，它可代替?zhèn)鹘y(tǒng)測(cè)量?jī)x器并自由構(gòu)建專(zhuān)有儀器系統(tǒng)。傳統(tǒng)的測(cè)量?jī)x器受到硬件的限制不能發(fā)揮很大的互聯(lián)。而虛擬儀器將儀器硬件搭載到計(jì)算機(jī)平臺(tái)，再加上應(yīng)用軟件，將計(jì)算機(jī)硬件資源與儀器硬件有機(jī)的融合，大大縮小硬件成本和體積，通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的顯示、存儲(chǔ)及分析處理。
1.2 虛擬儀器系統(tǒng)的構(gòu)成
虛擬儀器系統(tǒng)由硬件和軟件構(gòu)成，硬件是基礎(chǔ)，軟件是核心。基本硬件是計(jì)算機(jī)和信號(hào)采集調(diào)理部件。計(jì)算機(jī)自身包括微處理器、儲(chǔ)存器、顯示器等部件；信號(hào)采集調(diào)理部件為GPIB儀器控制模塊，VXI/PXI，儀器模塊/總線標(biāo)準(zhǔn)模塊以及數(shù)據(jù)采集卡。軟件構(gòu)成主要有開(kāi)發(fā)平臺(tái)軟件和用戶應(yīng)用軟件。目前使用最多的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言是美國(guó)國(guó)家儀器公司（national instruments，NI）的LabVIEW。LabVIEW全稱(chēng)laboratory virtual instrument engineering workbench（驗(yàn)室虛擬儀器集成環(huán)境），是功能強(qiáng)大靈活的儀器和分析軟件應(yīng)用開(kāi)發(fā)工具，圖形化，用圖標(biāo)來(lái)代替文本行，創(chuàng)建應(yīng)用程序。
LabVIEW具有以下主要特點(diǎn)：圖形化的儀器編程環(huán)境；高效內(nèi)置的程序編譯器；靈活的程序調(diào)試手段；數(shù)據(jù)采集與儀器通信應(yīng)用的支持；數(shù)據(jù)處理和分析函數(shù)庫(kù)；支持多種系統(tǒng)平臺(tái)；開(kāi)放式的開(kāi)發(fā)平臺(tái)等。LabVIEW程序包括三個(gè)部分：前面板、框圖程序、圖標(biāo)和接線端口。前面板模擬真實(shí)儀器前面板；框圖程序利用圖形語(yǔ)言控制前面板上的對(duì)象；圖標(biāo)和接線端口把LABVIEW程序定義成子程序，實(shí)現(xiàn)模塊化編程。
2 虛擬電子測(cè)量?jī)x器概述
2.1 傳統(tǒng)儀器測(cè)量系統(tǒng)概述
傳統(tǒng)電子測(cè)量?jī)x器，如信號(hào)發(fā)生器、邏輯分析儀、示波器、頻譜分析儀等，都是硬件化的技術(shù)方案，因其結(jié)構(gòu)上的先天局限性，決定了相互之間沒(méi)有令人滿意的互聯(lián)與通信機(jī)制，不能實(shí)現(xiàn)充分的信息與資源共享，所以在不改變?cè)O(shè)計(jì)思路的情況下，難以組建成綜合測(cè)試系統(tǒng)或電子測(cè)量平臺(tái)，也就不能完成對(duì)被測(cè)系統(tǒng)的綜合分析、評(píng)估，進(jìn)而得出準(zhǔn)確判斷。
2.2 虛擬電子測(cè)量?jī)x器集成系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述
虛擬儀器技術(shù)是以計(jì)算機(jī)為核心的測(cè)試測(cè)量?jī)x器組建技術(shù)，由計(jì)算機(jī)操縱，利用高性能的軟硬件平臺(tái)及模塊化硬件板卡，結(jié)合高效靈活的應(yīng)用軟件，完成各種測(cè)量、測(cè)試任務(wù)；除信號(hào)的輸入輸出外，測(cè)量、控制、分析、變換、顯示等功能均由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。
2.3 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器測(cè)量系統(tǒng)比較的優(yōu)點(diǎn)
虛擬儀器技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是，使用者可以自定義專(zhuān)用儀器系統(tǒng)，功能靈活容易構(gòu)建，應(yīng)用面廣。它符合“硬件軟件化”發(fā)展趨勢(shì)，被稱(chēng)作“軟件儀器”。它的功能齊全且多樣化，價(jià)格合理，因此具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，在儀器計(jì)量領(lǐng)域有很大的發(fā)展空間。它主要有以下特點(diǎn)：軟件是虛擬儀器的核心；性價(jià)比高；縮小儀器廠商與使用者之間的距離；擴(kuò)展性強(qiáng)，開(kāi)發(fā)維護(hù)費(fèi)用低，可配置性強(qiáng)；有良好的人機(jī)交互界面；信息量大，測(cè)試過(guò)程完全自動(dòng)化，數(shù)據(jù)可編輯、打印、存儲(chǔ)，有完整的時(shí)間記錄和測(cè)試說(shuō)明；通過(guò)軟、硬件的升級(jí)，可便捷地提升測(cè)試系統(tǒng)的水平和能力；信號(hào)電纜少，故障率低，有操作保護(hù)；系統(tǒng)開(kāi)放、靈活，功能可更改，技術(shù)更新快；可以和其他設(shè)備互聯(lián)；軟、硬件都具有模塊化、開(kāi)放性、可重復(fù)使用及互換性等特點(diǎn)。
3 虛擬電子測(cè)量?jī)x器設(shè)計(jì)原理
虛擬電子測(cè)量?jī)x器的軟件應(yīng)用程序，由LabVIEW編程環(huán)境開(kāi)發(fā)，動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)通過(guò)CLF節(jié)點(diǎn)調(diào)用，達(dá)到與USB控制器的互聯(lián)通信。LabVIEW程序編寫(xiě)分為前面板和后面板，前面板有登陸界面和各個(gè)虛擬儀器界面。后面板是編程程序框圖，對(duì)前面板的各個(gè)模塊進(jìn)行編程，再把它們整合在一起，組成一個(gè)大的、整體的程序框圖。
程序設(shè)計(jì)中，使用軟件模板提供的旋鈕、按鈕、開(kāi)關(guān)、數(shù)字顯示、圖表、圖形等控件，在前面板設(shè)置輸入輸出對(duì)象，按照使用者的實(shí)際需求，設(shè)計(jì)圖形化交互界面。框圖程序設(shè)計(jì)是圖形化程序的源代碼，與前面板一一對(duì)應(yīng)，使用軟件提供的結(jié)構(gòu)控制、數(shù)值運(yùn)算、字符串運(yùn)算、數(shù)組運(yùn)算、布爾運(yùn)算、信號(hào)分析、波形處理、文件輸入輸出、儀器控制等控件，按照使用者的需求，控制和分配前面板的輸入輸出。程序中的數(shù)據(jù)信號(hào)根據(jù)程序邏輯關(guān)系，沿?cái)?shù)據(jù)線流動(dòng)，滿足“數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)”。
在虛擬電子測(cè)量?jī)x器中，硬件部分由USB控制卡，信號(hào)發(fā)生卡和信號(hào)采集卡組成。12V電源供電，通過(guò)USB2.0連接到計(jì)算機(jī)，與軟件連接相通。
參考文獻(xiàn)
[1]林君，謝宣松等.虛擬儀器原理及應(yīng)用[M]. 北京：科學(xué)出版社，2006.
[2]李江全等.虛擬儀器設(shè)計(jì)測(cè)控應(yīng)用典型實(shí)例[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.
[3]李江全，李玲，劉媛媛.案例解說(shuō)虛擬儀器典型控制應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.
[4]林繼鵬，茹鋒.虛擬儀器原理及應(yīng)用[M].北京：中國(guó)電力出版社，2009.
[5]石博強(qiáng).虛擬儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008.
[6]張崇雄.虛擬儀器技術(shù)分析與設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.
關(guān)鍵詞：熱電材料；塞貝克系數(shù)；雙端可調(diào)；高精度；測(cè)量
中圖分類(lèi)號(hào)：TP216 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1004－373X(2009)04－134－04
Bi－end Tunable Seebeck Coefficient Measuring Equipment
LIANG Xiaofeng,WANG Zixin,REN Shan,CHEN Dihu
(Physics and Engineering School,Sun Yat－Sen University,Guangzhou,510275,China)
Abstract：Concerning the problems of complex structure,time consuming and low control precision,a new Seebeck coefficient measuring system is designed,which contains precise voltage and current control module,it is based on fuzzy self－tuning PID controller.The measurement system can measure samples in either directions.Experiments show that the system is of good noise immunity,high controlling and measuring precision.
Keywords：thermoelectric material;Seebeck coefficient;bi－end tunable;high precision;measurement
0 引 言
20世紀(jì)末以來(lái),對(duì)熱電材料的研究成為材料科學(xué)的一個(gè)研究熱點(diǎn)［1］。作為一種能源轉(zhuǎn)換材料，熱電材料的應(yīng)用不需要傳動(dòng)部件,工作時(shí)無(wú)噪音,無(wú)排棄物,與太陽(yáng)能,風(fēng)能,水能等二次能源的應(yīng)用一樣,對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染,并且這種材料性能可靠,使用壽命長(zhǎng),具有廣泛的應(yīng)用前景。
塞貝克系數(shù)是熱電材料的重要性能參數(shù)之一,現(xiàn)有涉及塞貝克系數(shù)的測(cè)試裝置，主要存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，測(cè)試過(guò)程耗時(shí)較長(zhǎng)，需根據(jù)極性來(lái)進(jìn)行樣品安裝，測(cè)量精度較低等問(wèn)題。針對(duì)上述問(wèn)題，系統(tǒng)采用了精確的高電壓電流控制電路，選用半導(dǎo)體致冷片作為制冷機(jī)制，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)從任意方向?qū)犭姴牧系娜惪讼禂?shù)進(jìn)行快速的溫度控制以及測(cè)量。
1 熱電材料簡(jiǎn)介
熱電材料指通過(guò)其熱電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)熱能和電能直接相互轉(zhuǎn)換的功能材料。目前已有一系列的熱電材料被研制出來(lái)，如BizTe系、PbTe系、SiGe 系等合金，但由于其熱電轉(zhuǎn)換率相對(duì)較低，限制了熱電材料的廣泛應(yīng)用。衡量熱電材料的熱電性能使用優(yōu)值系數(shù)Z， Z值越高，熱電轉(zhuǎn)換效率越高，熱電材料的性能越好［2］。優(yōu)值系數(shù)Z可通過(guò)以式（1）計(jì)算得出：
Z=S2σ/k(1)
其中：S是塞貝克系數(shù)；σ是材料的電導(dǎo)率；k是材料的熱導(dǎo)率［3］。
塞貝克系數(shù)是熱電材料重要的性能參數(shù)之一，從式（1）可見(jiàn)，塞貝克系數(shù)S越大，優(yōu)值系數(shù)Z越大，材料的熱電性能越好。精確測(cè)量材料的塞貝克系數(shù)，對(duì)于研究熱電材料性能以及開(kāi)發(fā)新型熱電材料具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
熱電材料的塞貝克系數(shù)可表示為:
S=limΔT0VΔT(2)
式中：E為溫差電材料兩端產(chǎn)生的塞貝克電動(dòng)勢(shì)；S即塞貝克系數(shù)；ΔΤ為溫差電材料兩端的溫差。
2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
2.1 系統(tǒng)概述
傳統(tǒng)測(cè)量塞貝克系數(shù)的裝置，都是固定一端用于加熱，另一端用于制冷，對(duì)不同極性的樣品進(jìn)行測(cè)量時(shí)需要重新裝卸。該系統(tǒng)的一個(gè)突出特點(diǎn)就是在每個(gè)樣品夾內(nèi)均設(shè)有加熱及制冷機(jī)構(gòu)，樣品夾內(nèi)的加熱機(jī)構(gòu)采用交流調(diào)壓模塊控制加熱絲實(shí)現(xiàn)，制冷機(jī)構(gòu)采用半導(dǎo)體致冷片實(shí)現(xiàn)。半導(dǎo)體制冷片是一種利用半導(dǎo)體珀?duì)柼?yīng)而制的器件，將其冷端貼在樣品夾上，熱端與水冷裝置相連。致冷片通過(guò)吸熱效應(yīng)把樣品一端的熱量傳至致冷片的熱端，并通過(guò)水冷裝置把樣品冷端的熱量帶離系統(tǒng)。該測(cè)量?jī)x的熱電材料溫度控制測(cè)量?jī)x的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
圖1 硬件結(jié)構(gòu)圖
通過(guò)加熱與致冷機(jī)制，該系統(tǒng)可以從任意方向?qū)犭姴牧系娜惪讼禂?shù)進(jìn)行測(cè)量、且不需確定待測(cè)樣品的極性，對(duì)于溫度的控制響應(yīng)迅速且精度較高，可避免將樣品從樣品夾上拆卸再重新裝上所帶來(lái)的麻煩，簡(jiǎn)化了測(cè)試步驟，縮短了測(cè)試時(shí)間。
該測(cè)量?jī)x的系統(tǒng)電路如圖2所示。
圖2 系統(tǒng)電路框圖
溫度傳感器測(cè)量出的溫度信號(hào)，經(jīng)中心控制器模糊自調(diào)整PID運(yùn)算后，求得兩路通道的加熱控制值及制冷控制值，分別通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換和積分電路，輸出至相應(yīng)的控制執(zhí)行電路以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制。樣品兩端的電勢(shì)差，經(jīng)高精度A/D轉(zhuǎn)換送入中心控制器。
2.2 溫度測(cè)量電路
溫度測(cè)量電路由恒流源電路以及放大濾波電路組成。該設(shè)計(jì)采用豪蘭德電流源電路［4］，引入了深度負(fù)反饋，利用集成運(yùn)放來(lái)實(shí)現(xiàn)恒流輸出，電路如圖3所示。恒流源輸出的1 mA電流傳至溫度傳感器PT100，把溫度值轉(zhuǎn)變電壓信號(hào)輸入至放大濾波電路，經(jīng)過(guò)增益以及有源低通濾波器濾波后，由A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入中心控制器。
圖3 豪蘭德電流源電路圖
2.3 控制執(zhí)行電路
對(duì)于樣品的控溫，需要較大的功率，因此涉及對(duì)高電流及高電壓的精確控制，這是該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)之一。系統(tǒng)的加熱與制冷采用不同的機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了高精度的電壓電流控制。
加熱電路采用全隔離單相交流調(diào)壓模塊。全隔離單相交流調(diào)壓模塊是集同步變壓器、相位檢測(cè)電路、移相觸發(fā)電路和輸出可控硅于一體，當(dāng)改變控制電壓的大小，就可改變輸出可控硅的觸發(fā)相角，實(shí)現(xiàn)單相交流電的調(diào)壓。由中心處理器輸入0~10 V直流控制信號(hào)， 輸出0~220V可調(diào)交流電壓，驅(qū)動(dòng)加熱絲進(jìn)行加熱。
該系統(tǒng)采用PWM脈沖對(duì)半導(dǎo)體致冷片Peltier進(jìn)行控制,通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖的占空比來(lái)控制制冷的程度。制冷電路通過(guò)PWM控制積分電路的充電以及放電，當(dāng)PWM脈沖為低電平時(shí)，MOS管導(dǎo)通，電容開(kāi)始充電，電流經(jīng)Peltier及電感流到地；當(dāng)PWM脈沖為高電平時(shí)，MOS管截止，由于電流突變,電感產(chǎn)生較大的電動(dòng)勢(shì),這時(shí)電流呈線性下降的趨勢(shì),通過(guò)控制MOS管的導(dǎo)通和截止，就能形成與脈沖的占空比有關(guān)的電流，以驅(qū)動(dòng)致冷片Peltier進(jìn)行制冷。
電路中的電感與電容組成的電感電容濾波器在這里有2個(gè)功能：一是減少PWM驅(qū)動(dòng)造成的電磁干擾；二是濾波使得較為穩(wěn)定的電壓輸出提升了Peltier的制冷性能。系統(tǒng)還接有風(fēng)扇，直接對(duì)場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)行散熱。系統(tǒng)的PWM積分電路如圖4所示。
圖4 PWM積分電路
關(guān)鍵詞:多處理器;DSP;ARM;Nios II;系統(tǒng)結(jié)構(gòu);測(cè)量?jī)x器設(shè)計(jì)
中圖分類(lèi)號(hào):TP216文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1009-2374 (2010)10-0030-02
兩個(gè)或多個(gè)微處理器一起工作來(lái)完成某個(gè)任務(wù)的系統(tǒng)稱(chēng)為“多處理器系統(tǒng)”。多處理器系統(tǒng)是目前信息技術(shù)的重要研究領(lǐng)域,也是下一代信息系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)。目前使用的多處理器系統(tǒng)大多數(shù)是以同種處理器構(gòu)成的,而實(shí)際需要的目標(biāo)系統(tǒng)往往包含性能需求不同的幾個(gè)子系統(tǒng)或者功能模塊,如果使用性能相同或相似的同種處理器就容易造成資源浪費(fèi)或不足,這種情況下,使用不同種處理器根據(jù)各自特點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)系統(tǒng)就能通過(guò)合理的模塊劃分實(shí)現(xiàn)資源配置的最優(yōu)。本文的簡(jiǎn)易示波和頻譜測(cè)量?jī)x器正是基于這種考慮而設(shè)計(jì)的。
現(xiàn)有的示波器和頻譜分析儀通常是獨(dú)立的,測(cè)試人員在對(duì)系統(tǒng)或電路進(jìn)行測(cè)量時(shí),往往需要知道信號(hào)的時(shí)域和頻域兩方面的特性,這樣就必須使用兩臺(tái)測(cè)量?jī)x器,這是由儀器本身的復(fù)雜性決定的。本文所設(shè)計(jì)的基于不同種處理器的測(cè)量?jī)x器,能夠同時(shí)分析信號(hào)的時(shí)域和頻域特征,為電子、通信、控制等領(lǐng)域的工程師和研發(fā)人員方便地測(cè)試系統(tǒng)提供了可能。
一、多處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
(一)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)
本文設(shè)計(jì)的多處理器系統(tǒng)由ARM9嵌入式處理器、DSP和Nios II三種處理器組成,三種處理器系統(tǒng)分別制作PCB板,通過(guò)總線的方式互連,并連接至底板,由此三種處理器組成的多處理器系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示:
圖1所示由不同種處理器構(gòu)成的多處理器系統(tǒng),是要同時(shí)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易數(shù)字示波器和頻譜分析儀兩項(xiàng)功能,也就是說(shuō)用一套系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)兩種測(cè)量?jī)x器。根據(jù)各種處理器自身的特點(diǎn),將要實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行了功能模塊的化分。在按鍵控制使能下,Nios II系統(tǒng)通過(guò)高速A/D芯片得到信號(hào)源的樣值,并通過(guò)串口將樣值編碼發(fā)送給ARM9系統(tǒng),同時(shí)抽取一部分樣值編碼發(fā)送給DSP系統(tǒng),ARM9系統(tǒng)采用描點(diǎn)法將接收到的樣值編碼在液晶顯示屏上繪制出信號(hào)波形,而DSP系統(tǒng)將接收到的樣值編碼進(jìn)行FFT運(yùn)算,以得到信號(hào)的頻譜特征,計(jì)算完成后,DSP系統(tǒng)將信號(hào)的頻譜值發(fā)送給ARM9系統(tǒng),ARM9系統(tǒng)將頻譜在液晶顯示屏上顯示出來(lái)。
(二)各功能模塊基本結(jié)構(gòu)
本文所設(shè)計(jì)的多處理器系統(tǒng)是由三種不同處理器的開(kāi)發(fā)板和帶有液晶顯示屏的底板構(gòu)成,各個(gè)功能模塊分別獨(dú)立開(kāi)發(fā),然后按照通信協(xié)議將幾種處理器系統(tǒng)連接起來(lái),使其協(xié)同工作。
根據(jù)奈奎斯特抽樣定理,要無(wú)失真的恢復(fù)原信號(hào),在進(jìn)行A/D變換時(shí),抽樣頻率應(yīng)為原輸入信號(hào)最高頻率的2倍以上。為了加寬測(cè)試信號(hào)的頻譜范圍,得到準(zhǔn)確度較高的信號(hào)波形,前端需要使用高速A/D。本系統(tǒng)選用AD公司的AD9283BRS-80,該芯片是一片8bit采樣頻率達(dá)到80MHz的A/D轉(zhuǎn)換芯片,并且該芯片的供電電壓只需3V。理論上來(lái)說(shuō),輸入信號(hào)的頻譜寬度可達(dá)40MHz,但為了保證信號(hào)波形的完整和穩(wěn)定,經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè),本文要求輸入信號(hào)中的高次諧波分量不高于30MHz。一般來(lái)說(shuō),單片機(jī)等低速處理器很難滿足如此高的采樣速度,但對(duì)于以FPGA為物理載體的SOPC技術(shù)卻能比較容易的實(shí)現(xiàn)。本文使用了Altera公司的以Nios II處理器為核心的SOPC系統(tǒng)來(lái)接收高速的模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù),Nios II處理器是一種32bit嵌入式微處理器軟核,使用RISC指令集,利用IP核復(fù)用技術(shù)構(gòu)建系統(tǒng),本文設(shè)計(jì)的SOPC系統(tǒng)在EP1C6Q240C8 FPGA上實(shí)現(xiàn)。本功能模塊的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示:
Nios II系統(tǒng)使用雙串口,分別與ARM9系統(tǒng)和DSP系統(tǒng)的串口連接,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和握手信號(hào)等控制信號(hào)的傳輸。ARM9系統(tǒng)采用SAMSUNG公司的S3C2410為主芯片,S3C2410采用了ARM920T內(nèi)核,0.18um工藝的CMOS標(biāo)準(zhǔn)宏單元和存儲(chǔ)器單元。其低功耗、精簡(jiǎn)和出色的全靜態(tài)設(shè)計(jì)特別適用于對(duì)成本和功耗敏感的應(yīng)用,而且S3C2410豐富的片內(nèi)資源和接口也為設(shè)計(jì)者的開(kāi)發(fā)提供了便利。ARM9系統(tǒng)接收Nios II系統(tǒng)和DSP系統(tǒng)兩個(gè)系統(tǒng)發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù),并采用描點(diǎn)法在液晶顯示屏上分別顯示信號(hào)的時(shí)域波形和頻域波形,簡(jiǎn)單地說(shuō),本部分相當(dāng)于顯卡的功能。該功能模塊的結(jié)構(gòu)圖如圖3所示:
頻譜分析儀包括模擬式頻譜分析儀和數(shù)字式頻譜分析儀兩種,而數(shù)字頻譜分析儀最常用的設(shè)計(jì)方法就是FFT方法。這種頻譜分析儀采用數(shù)字方法直接由模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)對(duì)輸入信號(hào)取樣,再經(jīng)FFT運(yùn)算后獲得頻譜分布圖。FFT運(yùn)算時(shí)間與需要的乘法次數(shù)和處理器的速度有關(guān),每個(gè)FFT輸出結(jié)果所需的乘法次數(shù)為:
(1)
式(1)中N為取樣點(diǎn)數(shù),對(duì)于N=1024點(diǎn)FFT,需要5120次乘法。DSP處理器由于其自身的硬件特點(diǎn),非常適合做計(jì)算復(fù)雜的運(yùn)算,而1024點(diǎn)FFT(快速傅里葉變換)又經(jīng)常作為衡量DSP器件性能的常規(guī)基準(zhǔn)程序之一。選用DSP芯片來(lái)進(jìn)行FFT運(yùn)算,能夠滿足頻譜分析儀對(duì)高頻率、高分辨率和高速的要求。本文選用的是TI公司的TMS320C6713芯片,該芯片是TMS320C6000系列中最快的一款浮點(diǎn)處理器,其主頻可達(dá)200MHz,為高精度和快速應(yīng)用提供了硬件支持。本模塊主要功能即是從Nios II模塊取得A/D變換后的1024個(gè)樣點(diǎn)數(shù)據(jù),對(duì)其進(jìn)行FFT變換,并將得到的頻譜數(shù)據(jù)發(fā)送給ARM9模塊。該功能模塊的結(jié)構(gòu)圖如圖4所示:
二、系統(tǒng)硬件連接及通信
本文所設(shè)計(jì)的多處理器系統(tǒng)由ARM9處理器、DSP處理器和Nios II處理器組成,各處理器分別制作成PCB板,各板之間的連接通過(guò)自定義的A、B、C三條總線連接,對(duì)于多處理器系統(tǒng),一個(gè)重要的問(wèn)題是處理器間的通信問(wèn)題。處理器必須能夠互通信息,以保持系統(tǒng)所有部分的同步和樣值數(shù)據(jù)的流動(dòng)。多處理器間的通信問(wèn)題通常包括點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信和全局共享訪問(wèn)通信兩種方案。在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信方案中,數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單地以“生產(chǎn)線”的方式從一個(gè)處理器流向另一個(gè)處理器,單獨(dú)的樣值或樣值包被分階段處理。算法分成分離的子任務(wù),并平均地在各個(gè)處理器中分配,如圖5所示:
圖5點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信示意圖
由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,能夠很容易地看出特定算法被分成了哪幾個(gè)任務(wù)以及任務(wù)如何在單個(gè)器件中分配,本文設(shè)計(jì)的多處理器系統(tǒng)采用了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式,即各模塊之間通過(guò)各自的串口與其他模塊通信。各功能模塊的串口均設(shè)置為8位數(shù)據(jù)位,無(wú)奇偶校驗(yàn)位,1位停止位,無(wú)流控制,波特率為115200。通信協(xié)議主要包括兩個(gè)部分,即聯(lián)機(jī)狀態(tài)查詢和收發(fā)數(shù)據(jù)啟動(dòng)。具體說(shuō)來(lái),發(fā)送方首先向接收方發(fā)送“0×55”,接收方在確認(rèn)收到“0×55”并且空閑時(shí),向發(fā)送方回復(fù)“0×33”表示已聯(lián)機(jī)并處于空閑狀態(tài);發(fā)送方接收到“0×33”確定接收方空閑時(shí),向其發(fā)送“0×aa”告知其將要發(fā)送有效數(shù)據(jù),接收方在接收到“0×aa”后認(rèn)為該字節(jié)以后的數(shù)據(jù)均為有效樣值點(diǎn),對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的處理。
三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
本文設(shè)計(jì)的多處理器系統(tǒng),根據(jù)三種處理器各自特點(diǎn)的不同,進(jìn)行了任務(wù)的劃分,并分別編寫(xiě)了軟件程序。Nios II系統(tǒng)主要完成A/D采集的樣點(diǎn)的初始處理,主要包括在一個(gè)樣本周期內(nèi)選取2048個(gè)點(diǎn)直接發(fā)送給ARM9部分,再?gòu)脑?048個(gè)點(diǎn)中選取1024個(gè)點(diǎn)發(fā)送給DSP部分;DSP部分對(duì)接收到的1024點(diǎn)數(shù)據(jù)直接進(jìn)行FFT運(yùn)算,然后得到其頻譜,簡(jiǎn)單起見(jiàn),本文只將計(jì)算所得頻譜的幅度譜數(shù)據(jù)發(fā)送給ARM9部分;ARM9部分根據(jù)接收到的Nios II數(shù)據(jù)和DSP數(shù)據(jù),在TFT液晶顯示屏上繪制信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜。系統(tǒng)的整體軟件流程圖如圖6所示:
圖6系統(tǒng)整體軟件流程圖
四、結(jié)語(yǔ)
本文設(shè)計(jì)的多處理器系統(tǒng),最顯著的特點(diǎn)就是綜合考慮了各種處理器的性能特點(diǎn),通過(guò)合理的功能模塊劃分,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)資源的合理配置,提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性,并在此基礎(chǔ)上完成了數(shù)字示波與頻譜分析測(cè)量?jī)x器的設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)由于兼顧了信號(hào)的時(shí)域分析與頻域分析,因此能夠簡(jiǎn)化測(cè)試工程師對(duì)系統(tǒng)或電路的測(cè)試工作。同時(shí),本文給出的設(shè)計(jì)方案也可以作為系統(tǒng)級(jí)IC設(shè)計(jì)工程師的參考。
參考文獻(xiàn)
[1]李瑩,李燕.基于Nios II的多處理器系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2007,(3).
[2]Niu Wenliang, Li Zheying,Han Xi.DFG model of measurement instrument based on SOPC technology[J].ISTM 07. Proc,Aug.2007.
關(guān)鍵詞：風(fēng)速儀；溫度測(cè)量；瓦斯監(jiān)測(cè)
近年來(lái)，我國(guó)礦山災(zāi)害事故頻發(fā)，不僅給礦山正常生產(chǎn)帶來(lái)了影響也造成了巨大的生命財(cái)產(chǎn)損失，有效減少礦井災(zāi)害是采礦工作人員的無(wú)可推卸的責(zé)任。作者通過(guò)分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，大部分的礦井災(zāi)害事故，都與礦井的溫度、風(fēng)速、粉塵煤塵、可燃性氣體這幾個(gè)因素密切相關(guān)，當(dāng)這個(gè)幾個(gè)因素異常時(shí)也就是災(zāi)害發(fā)生的時(shí)候。因此，作者就想通過(guò)研制一種儀器，同時(shí)對(duì)這些因素進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警，從而達(dá)到減少礦井災(zāi)害的目的。
1 儀器研制背景及意義
礦井中的風(fēng)速是一項(xiàng)重要的工作參數(shù)，風(fēng)速過(guò)高會(huì)增加巷道通風(fēng)阻力、使煤塵飛楊、對(duì)人體健康不利；風(fēng)速太低，容易使防止巷道或工作面中的風(fēng)流呈紊流狀態(tài)對(duì)生產(chǎn)作業(yè)不利。此外，溫度、煙霧濃度、瓦斯氣，煤氣、一氧化碳等可燃性氣體也是影響礦山安全生產(chǎn)的重要因素，礦井安全事故中通常都會(huì)伴隨著溫度、煙霧深度、及一氧化碳等可燃性氣體濃度的變化。因此，對(duì)這這些環(huán)境變量的監(jiān)測(cè)預(yù)警可以有效防止和減少礦井火災(zāi)、透水、煤與瓦斯突出、氣體中毒等安全事故的產(chǎn)生，對(duì)于保障礦山安全生產(chǎn)具有重大意義。
2 儀器基本原理
儀器主要實(shí)現(xiàn)的功能有風(fēng)速測(cè)量、溫度測(cè)量、多種可燃性氣體的監(jiān)測(cè)預(yù)警，為了實(shí)現(xiàn)這些功能，我們采用了多種多樣的電子元器件主要有電阻、導(dǎo)線、溫度傳感器、一氧化碳傳感器、對(duì)管，另外，還用到了碼盤(pán)、焊接棒和電阻測(cè)量計(jì)等測(cè)量元件。儀器的核心模塊主要有三處，傳感器模塊（MQ-2 和MQ-7氣體傳感器、溫度傳感器）、風(fēng)速輪和碼盤(pán)、K60單片機(jī)和顯示屏，MQ-2 和MQ-7分別用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)煙霧和一氧化碳的監(jiān)測(cè)，K60則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并且將信號(hào)最終輸出到不同顯示器件上。
利用MQ-2和MQ-7傳感器模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井中的煙霧、煤塵及瓦斯氣，煤氣、一氧化碳、氫氣、液化氣等可燃性氣體的監(jiān)測(cè)預(yù)警
對(duì)于溫度測(cè)量，采用了常見(jiàn)的溫度傳感器測(cè)量，并將測(cè)量值轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)K60單片機(jī)處理后在顯示屏上輸出。溫度傳感器和單片機(jī)的工作原理如圖3所示，溫度傳感器有三個(gè)管腳，分別接地、接電源正極、和K60單片機(jī)的PTC7管腳，實(shí)現(xiàn)對(duì)周?chē)h(huán)境的溫度監(jiān)測(cè)。并且通過(guò)12864顯示器輸出顯示溫度的測(cè)量值。
風(fēng)速的測(cè)量是一個(gè)比較復(fù)雜的過(guò)程 ，用到了單片機(jī)和碼盤(pán)等元件，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)速的準(zhǔn)確測(cè)量，整個(gè)系統(tǒng)比較復(fù)雜 ，但其具體原理卻比較簡(jiǎn)單。就如常用的風(fēng)扇一樣，當(dāng)風(fēng)吹動(dòng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其轉(zhuǎn)速與風(fēng)速的大小存在一個(gè)確定的關(guān)系。我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)小型的風(fēng)輪，將其對(duì)著來(lái)風(fēng)方向即可轉(zhuǎn)動(dòng)，事先用標(biāo)準(zhǔn)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)，模擬出風(fēng)輪轉(zhuǎn)速與風(fēng)速的關(guān)系式。由于風(fēng)輪與k60單片機(jī)相連，于是就可以通過(guò)關(guān)系式就可以計(jì)算出風(fēng)速了。
3 儀器性能
經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，該儀器具有以下功能：
3.1 能夠準(zhǔn)確的測(cè)試出風(fēng)速值，經(jīng)與標(biāo)準(zhǔn)儀器比較其誤為1%。
3.2 對(duì)煙霧、煤塵及液化氣、丙烷、氫氣、天然氣等可燃?xì)怏w有很高的檢測(cè)靈敏度，對(duì)丙烷、丁烷、氫氣的檢測(cè)靈敏度為大于30ppm，對(duì)co檢測(cè)靈敏度更是低到了10ppm，一旦環(huán)境中的氣體濃度超過(guò)臨界值，系統(tǒng)即會(huì)報(bào)警，且臨界值可以根據(jù)環(huán)境要求設(shè)置。
3.3 能夠?qū)崟r(shí)的測(cè)量出測(cè)試環(huán)境的溫度，經(jīng)過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)儀器對(duì)比其誤差為0，5%。
4 儀器創(chuàng)新點(diǎn)
4.1 不僅能夠?qū)︼L(fēng)速進(jìn)行測(cè)量，還同時(shí)進(jìn)行了溫度的測(cè)量，對(duì)礦井的生產(chǎn)生活有重大的意義。
4.2 利用風(fēng)扇――碼盤(pán)――對(duì)管輸入系統(tǒng)，具有極大的創(chuàng)造性，很好的解決了轉(zhuǎn)速與風(fēng)速之間的關(guān)系。
4.3 利MQ-2和MQ=7傳感器對(duì)多種可燃性氣體進(jìn)行監(jiān)測(cè)警，對(duì)于防止和減少礦山災(zāi)害有重大的意義。
4.4 風(fēng)速儀小巧輕便便于攜帶，采用包裝盒設(shè)計(jì)，能夠有效防止外部環(huán)境干擾內(nèi)部工作電路，能夠經(jīng)受比較惡劣的礦井環(huán)境，且內(nèi)置元件壽命比較長(zhǎng)，耐用性好。
4.5 K60單片機(jī)的管腳具有多個(gè)功能，在測(cè)量風(fēng)速的同時(shí)還能處理其他信號(hào)，擴(kuò)展能力強(qiáng)：比如還可以對(duì)溫度傳感器、CO傳感器、濕度傳感器、煙霧傳感器的物理信號(hào)進(jìn)行處理，從而得到礦井的更多工作參數(shù)。
4.6 一次可以測(cè)量多個(gè)環(huán)境參數(shù)，真正實(shí)現(xiàn)了多功能，改變了以往測(cè)量任何一項(xiàng)指標(biāo)均需要專(zhuān)門(mén)儀器的過(guò)程，也降低了成本。
5 儀器實(shí)際意義及應(yīng)用前景
我們?cè)O(shè)計(jì)出的礦井多功能風(fēng)速測(cè)量?jī)x能夠準(zhǔn)確地測(cè)量礦井風(fēng)速，通過(guò)測(cè)量的風(fēng)速確定礦井風(fēng)速是否處于安全生產(chǎn)范圍內(nèi)，以便能及時(shí)調(diào)節(jié)巷道風(fēng)速，為礦山安全生產(chǎn)提供保障。在測(cè)量風(fēng)速同時(shí)，對(duì)礦井中的溫度監(jiān)測(cè)，有效預(yù)知火災(zāi)等礦井災(zāi)害也可以讓礦井管理者根據(jù)井下的溫度情況更好的安排工人的作業(yè)，確保良好的工作環(huán)境。此外，還能對(duì)礦井中的甲烷、丙烷、一氧化碳濃度、氫氣等可燃性氣體及煙霧濃度作實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，一旦其濃度超過(guò)安全值即會(huì)報(bào)警，從而有效減少礦井災(zāi)害和安全事故的產(chǎn)生，減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。
除了功能豐富實(shí)用外、我們將全套儀器用耐壓塑盒包裝，外設(shè)電源總并關(guān)，采用可充電池供電，裝置小巧輕便易于攜帶，能夠適應(yīng)礦山復(fù)雜的工作環(huán)境，且與實(shí)現(xiàn)相同功能的傳統(tǒng)設(shè)備比，成本大大降低，且節(jié)省能源對(duì)環(huán)境污染小，符合當(dāng)前發(fā)展需要。因此，可以預(yù)見(jiàn)該設(shè)備將有廣闊的應(yīng)用前景。
總之，雖然測(cè)量風(fēng)速、溫度、煙霧濃度、一氧化碳濃度等均有專(zhuān)門(mén)的測(cè)量?jī)x器，都各有特點(diǎn)，但是使用起來(lái)不方便，且成本太高，因此，我們?cè)O(shè)計(jì)的多功能風(fēng)速測(cè)量?jī)x，能夠同時(shí)測(cè)風(fēng)速、溫度并對(duì)煙霧濃度、煤塵濃度、瓦斯氣、煤氣、一氧化碳等可燃性氣體進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警。裝置測(cè)量精度高，靈敏度好，適用范圍廣，能夠準(zhǔn)確測(cè)定礦井環(huán)境工作參數(shù)、防止和減少火災(zāi)、瓦斯突出、氣體中毒等安全事故。儀器使用方便、成本較低、功能實(shí)用非常容易在礦山推廣使用。
參考文獻(xiàn)
[1]李曉林，牛昱光，閻高偉，等.單片機(jī)原理與接口技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社.
[2]賈萍，別文群，朱云鵬，等.單片機(jī)原理與應(yīng)用[M]北京：廣東高等教育出版社.
關(guān)鍵詞：工程測(cè)量；測(cè)量?jī)x器；新型儀器
所謂工程測(cè)量主要就是利用專(zhuān)業(yè)的儀器和設(shè)備對(duì)各種相應(yīng)的位置以及其它的一些參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。從這句話可以看出工程測(cè)量?jī)x器對(duì)于工程測(cè)量具有十分重要的影響，直接影響到測(cè)量的結(jié)果的精度以及測(cè)量的效率。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷的進(jìn)步，工程測(cè)量的儀器和設(shè)備也在不斷的更新?lián)Q代，很多新型測(cè)量?jī)x器在工程測(cè)量中投入使用，在很大程度上改變了傳統(tǒng)的工程測(cè)量的方式，使得工程測(cè)量逐漸朝著智能化和數(shù)字化的方向發(fā)展，極大的降低了工程測(cè)量的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了測(cè)量的繁瑣的步驟，提高了測(cè)量的效率，保證了測(cè)量結(jié)果的精度。
一、工程測(cè)量中的數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用
傳統(tǒng)的工程測(cè)量技術(shù)主要是為了水利，交通，建筑等行業(yè)服務(wù)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)的進(jìn)步，科技的提升，現(xiàn)代的數(shù)字化技術(shù)、全球定位技術(shù)（GPS）、地理信息技術(shù)（GIS）、遙感技術(shù)（RS）等各種新型技術(shù)在工程測(cè)量中得以應(yīng)用。
通過(guò)對(duì)原有的工程數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)化，可以將已有的紙制地圖通過(guò)其數(shù)字化儀將其輸入進(jìn)計(jì)算機(jī)，進(jìn)行編輯、修補(bǔ)后形成相應(yīng)的數(shù)字地圖大比例尺地形如和工程圖測(cè)繪是傳統(tǒng)的測(cè)量工作主要內(nèi)容，傳統(tǒng)的制圖方法作業(yè)辛苦，程序繁瑣復(fù)雜，同時(shí)還有一定的誤差。而數(shù)字化成圖技術(shù)擁有精確度高、勞動(dòng)強(qiáng)度小、方便及時(shí)更新、利于儲(chǔ)存和傳遞等以往傳統(tǒng)測(cè)量所不能相比的優(yōu)點(diǎn)。數(shù)字化成圖技術(shù)現(xiàn)在包括兩種有內(nèi)外業(yè)一體化和電子平板兩種模式。內(nèi)外業(yè)一體化其主要設(shè)備是全站儀，手術(shù)板等，可以快速采集信息并對(duì)其進(jìn)行處理和儲(chǔ)存，是現(xiàn)如今最常用的一種方法。
二、工程測(cè)量中的儀器運(yùn)用與數(shù)字化技術(shù)發(fā)展前景
GPS是美國(guó)從上個(gè)世紀(jì)七十年代開(kāi)始對(duì)其進(jìn)行研制，歷經(jīng)20年，在1994年全面建成，其主要目的是用于軍事，對(duì)海、陸、空全方位進(jìn)行三維導(dǎo)航和定位。后發(fā)展為多種用途，經(jīng)過(guò)對(duì)GPS的研發(fā)，現(xiàn)如今可用于交通工具的監(jiān)測(cè)、城市規(guī)劃、工程測(cè)量等。
Real Time Kinematics簡(jiǎn)稱(chēng)RTK，中文翻譯為實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)是在GPS發(fā)展起來(lái)的基礎(chǔ)上能夠提供實(shí)時(shí)流動(dòng)站在指定的坐標(biāo)體系中的三維定位動(dòng)態(tài)和靜態(tài)的結(jié)果。而且在一定的范圍之內(nèi)其精度可以達(dá)到厘米級(jí)別，是一種全新的GPS定位測(cè)量方法，對(duì)于GPS的應(yīng)用上RTK是一個(gè)重大的里程碑。RTK技術(shù)測(cè)量方法是將1臺(tái)GPS接收器固定且安裝在已知的坐標(biāo)點(diǎn)上，對(duì)相應(yīng)的GPS衛(wèi)星進(jìn)行細(xì)致觀測(cè)，再把其收集起來(lái)的載波相對(duì)應(yīng)的位置觀測(cè)量傳輸?shù)狡浠鶞?zhǔn)站電臺(tái)上，借由基準(zhǔn)電臺(tái)再發(fā)射出去，流動(dòng)站點(diǎn)的GPS接收器再對(duì)相應(yīng)的GPS衛(wèi)星觀測(cè)，也同時(shí)收集載波相位觀測(cè)量，也同時(shí)接收由基準(zhǔn)電臺(tái)發(fā)射出的信號(hào)波段，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的方法得到基準(zhǔn)站的載波相位觀測(cè)量，流動(dòng)展點(diǎn)的GPS接收器在通過(guò)OTF（運(yùn)動(dòng)中求整周模糊）技術(shù)通過(guò)對(duì)基準(zhǔn)站的在不相位測(cè)量量和流動(dòng)展點(diǎn)的載波相位觀測(cè)量結(jié)合來(lái)得出求解整周模糊度，通過(guò)以上手段，最后再求解出厘米級(jí)別的精度流動(dòng)展點(diǎn)的位置。
GIS技術(shù)中文全稱(chēng)是地理信息技術(shù)是集合了計(jì)算機(jī)可續(xù)，測(cè)繪遙感學(xué)，管理科學(xué)和空間科學(xué)信心科學(xué)多位一體的新興學(xué)科，現(xiàn)已經(jīng)成為了多學(xué)科的集成，并加以運(yùn)用于各個(gè)領(lǐng)域的基礎(chǔ)平臺(tái)和地學(xué)空間信息的最基礎(chǔ)的技術(shù)手段和使用工具。該項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)不僅僅是由于他可以在地理數(shù)據(jù)收集管理、存儲(chǔ)、分析、三維可呈相和結(jié)果輸出多位一體的數(shù)據(jù)流程，還因?yàn)槭撬目臻g提示、預(yù)警預(yù)測(cè)和輔助決策的功能。以現(xiàn)狀來(lái)看，由于GIS技術(shù)是一種發(fā)展比較成熟的技術(shù)科學(xué)，在未來(lái)也能夠成為一門(mén)比較熱門(mén)的產(chǎn)業(yè)，在測(cè)量繪圖、農(nóng)田水利、環(huán)境監(jiān)測(cè)、城市規(guī)劃和城市管理等領(lǐng)域也能夠發(fā)揮十分重要的作用。
數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量，在數(shù)字影像和攝影測(cè)量的基礎(chǔ)原理上，通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)，數(shù)字影響的處理技術(shù)，攝影匹配、模式的識(shí)別等多種學(xué)科的理論方法。在對(duì)大面積，大比例尺地形的測(cè)繪，地籍測(cè)量中采取的最常用的技術(shù)手段和方法就是航空攝影測(cè)量，航空攝影測(cè)量可以對(duì)測(cè)量地形提供數(shù)字的，影像的等多種形式的地圖產(chǎn)品。全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量法再通過(guò)和GPS技術(shù)結(jié)合，通過(guò)自身的研發(fā)，逐步向自動(dòng)化、數(shù)據(jù)化方向前進(jìn)，并為信息系統(tǒng)和地理信息平臺(tái)的建立提供了相對(duì)精準(zhǔn)且可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。
RS技術(shù)其中文翻譯為遙感技術(shù)，可作用于大面積的同步測(cè)量，實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)的綜合性與可比性，以至于在經(jīng)濟(jì)性上都有較大的相對(duì)優(yōu)勢(shì)，可以進(jìn)行快速的普及。對(duì)于較大的地形地貌等測(cè)量時(shí)，RS技術(shù)和以往的測(cè)量繪圖手段相比，具有較大的優(yōu)勢(shì)。在通過(guò)和GPS等各種新型的測(cè)量方法結(jié)合，對(duì)于各種地形的測(cè)量都為其快速的更新提供了較為便利的技術(shù)和手段。
3S（GPS、GIS、RS）技術(shù)相結(jié)合，可以相互互取彼此的優(yōu)勢(shì)，用來(lái)提高自身技術(shù)的發(fā)展，一種自然的發(fā)展趨勢(shì)，三者之間的相互作用可以比喻為“人的一個(gè)大腦和一雙眼睛”的模式，即GPS和RS為GIS提供相應(yīng)的地區(qū)信息和空間定位信息，GIS則進(jìn)行著相應(yīng)的空間信息收集和分析，以便于從GPS和RS所提供的大量數(shù)據(jù)中找出有用的和信心并加以綜合集成，使其成為在較為科學(xué)的決策憑據(jù)。在我國(guó)的3S技術(shù)中，較為成功的案例有三峽工程、青藏鐵路工程、南水北調(diào)工程、西氣東輸工程等等大型的工程。3S技術(shù)為大型的工程提供的數(shù)據(jù)是最為有效的，并且3S技術(shù)還可以對(duì)信息的收集，信息的分析處理，重要位置的決策進(jìn)行輔助，是較為突出的優(yōu)勢(shì)。
三、結(jié)束語(yǔ)
近年來(lái)我國(guó)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的速度和規(guī)模都在不斷地?cái)U(kuò)大，每年都有大量的工程投入到建設(shè)當(dāng)中。在工程建設(shè)當(dāng)中，對(duì)于工程測(cè)繪的精確度和速度都有了較高的要求，新型測(cè)繪技術(shù)的不斷投入到實(shí)際的使用當(dāng)中。現(xiàn)代的工程測(cè)量工作逐漸形成內(nèi)外作業(yè)一體化，數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)自動(dòng)化，測(cè)量遠(yuǎn)程控制和系統(tǒng)運(yùn)行智能化，測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)化，測(cè)量數(shù)據(jù)測(cè)量信息的管理可視化，信息的共享和傳遞網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展傾向，尤其3S技術(shù)的結(jié)合是相對(duì)突出的。為此，在未來(lái)的工程中會(huì)越來(lái)越多的采用其新型的測(cè)繪技術(shù)，而測(cè)量技術(shù)也會(huì)通過(guò)這樣的需求更加人性化，數(shù)據(jù)更加的準(zhǔn)確精確。最終也要求了工程測(cè)量人員必須不斷的增強(qiáng)自身的專(zhuān)業(yè)學(xué)識(shí)，學(xué)習(xí)和掌握新的測(cè)量?jī)x器的使用，保證其測(cè)量工作的順利進(jìn)行和測(cè)量工作的質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)
[1]李二明，范北林，閔鳳陽(yáng)，陳東東；長(zhǎng)江科學(xué)院；中煤國(guó)際工程集團(tuán)沈陽(yáng)設(shè)計(jì)院 《人民黃河》 2011年第05期
[2]姚紫峰 哈爾濱松江銅業(yè)(集團(tuán)）有限公司；《中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品》2012年第04期
一、最大允許誤差
測(cè)量?jī)x器的最大允許誤差可簡(jiǎn)稱(chēng)為最大允許誤差，其符號(hào)為MPE,其絕對(duì)值為MPEV。按JJF1001-1998≤通用計(jì)量術(shù)語(yǔ)及定義≥（下稱(chēng)JJF1001-1998）定義為：對(duì)給定的測(cè)量?jī)x器，規(guī)范、規(guī)程等所允許的誤差極限值。有時(shí)也稱(chēng)測(cè)量?jī)x器的允許誤差限。反映的是示值誤差的最大變化范圍。最大允許誤差可用絕對(duì)誤差、相對(duì)誤差或引用誤差等來(lái)表述。例如：測(cè)量范圍為0~25mm ,分度值為0.01mm的千分尺其示值的最大允許誤差0級(jí)不得超過(guò)±2mm; 1級(jí)不得超過(guò)±4mm。
二、示值誤差
根據(jù)JJF1001-1998中的定義，示值誤差是測(cè)量?jī)x器的示值與對(duì)應(yīng)輸入量的真值之差。測(cè)量?jī)x器的示值誤差是測(cè)量?jī)x器的最主要的計(jì)量特性之一，其實(shí)質(zhì)就是反映了測(cè)量?jī)x器準(zhǔn)確度的大小。示值誤差大則其準(zhǔn)確度低，示值誤差小，則其準(zhǔn)確度高。示值誤差從概念上講，它是針對(duì)某一確定的受檢點(diǎn)（段）而言，即計(jì)量器具在檢點(diǎn)（段）上的誤差，它是一個(gè)確定的值，而不是在測(cè)量范圍內(nèi)誤差可能變化的范圍。同時(shí)由于示值誤差的數(shù)學(xué)處理是代數(shù)差，對(duì)某一確定的具體受檢點(diǎn)（段）而言，示值誤差的值，是確定的，其符號(hào)也是確定的，具有唯一性，不可能同時(shí)既為正又為負(fù)。示值誤差范圍與示值最大允許誤差同是對(duì)示值誤差極限值的表述，它們的主要差別在于示值誤差極限值的取得方式不同。示值最大允許誤差是通過(guò)規(guī)范、規(guī)程等人為規(guī)定；示值誤差范圍是通過(guò)對(duì)實(shí)際測(cè)量的各點(diǎn)示值誤差進(jìn)行計(jì)算或處理得到的。
三、準(zhǔn)確度
根據(jù)JJF1001-1998中的定義，準(zhǔn)確度表述為：測(cè)量結(jié)果與被測(cè)量真值之間一致程度。測(cè)量準(zhǔn)確度只用于定性，例如比較測(cè)量結(jié)果，哪一個(gè)準(zhǔn)確度較高、較低、或者在說(shuō)明測(cè)量結(jié)果的質(zhì)量時(shí)，就是說(shuō)測(cè)量準(zhǔn)確度符合哪一個(gè)技術(shù)規(guī)范的要求或不符合、達(dá)不到所規(guī)定的要求。很明顯，其中沒(méi)有用量值來(lái)表達(dá)。測(cè)量?jī)x器的準(zhǔn)確度表達(dá)則可用以下形式：
（一）某個(gè)等級(jí)或某個(gè)級(jí)別，或等與級(jí)均用；
（二）符合或不符合某個(gè)技術(shù)規(guī)范要求，即按某種規(guī)范是合格，還是不合格。
因此把測(cè)量?jī)x器表達(dá)為哪一級(jí)或哪一等，例如0.5級(jí)是恰當(dāng)?shù)摹１M管某些儀表的技術(shù)規(guī)范中規(guī)定中其引用誤差不超過(guò)0.5%時(shí)，就可用0.5級(jí)來(lái)說(shuō)明其準(zhǔn)確度。
四、測(cè)量不確定度
在JJF1001-1998中，測(cè)量不確定度被定義為：表征合理地賦予被測(cè)量之值的分散性，與測(cè)量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。測(cè)量不確定度的評(píng)定主要是解決了傳統(tǒng)誤差理論上由于多種因素引起誤差分量的不確定性使測(cè)量結(jié)果缺乏可比性等問(wèn)題，從而奠定了其現(xiàn)代誤差理論的基礎(chǔ)。測(cè)量的目的是確定被測(cè)量的值或獲取測(cè)量結(jié)果。測(cè)量不確定就是對(duì)測(cè)量結(jié)果質(zhì)量的定量表征，測(cè)量結(jié)果的可用性很大程度上取決于其不確定度的大小。但是作為測(cè)量?jī)x器的性能，建議用準(zhǔn)確度表述而不用不確定度來(lái)表述。
關(guān)鍵詞：連鑄 測(cè)量 原理 特點(diǎn)
中圖分類(lèi)號(hào)：TH821 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2013）06-0117-01
1 前言
隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)中厚板厚度精度不斷提出更高的要求，為了生產(chǎn)高精度、高附加值的產(chǎn)品，唐鋼第一鋼軋廠為厚板坯引進(jìn)了一臺(tái)R7m輥縫測(cè)量?jī)x，此板坯連鑄機(jī)輥縫測(cè)量?jī)x測(cè)量精確，操作和維護(hù)簡(jiǎn)單，適應(yīng)在惡劣環(huán)境中工作，設(shè)備防水性能好（IP67），設(shè)備剛性和穩(wěn)定性好，經(jīng)久耐用。各系統(tǒng)均按照我廠的實(shí)際要求和連鑄機(jī)的具體參數(shù)定制，完全滿足具體連鑄機(jī)的需要。
2 R7m輥縫測(cè)量?jī)x檢測(cè)原理
2.1 導(dǎo)輥輥縫測(cè)量
2.2 導(dǎo)輥外弧對(duì)弧狀況檢測(cè)
在輥縫測(cè)量?jī)x的外弧側(cè)左端和右端各設(shè)置了一個(gè)內(nèi)有防水傾斜角傳感器的導(dǎo)輥對(duì)弧傳感器來(lái)測(cè)量外弧導(dǎo)輥的對(duì)弧情況，圖3給出了其測(cè)量原理示意圖，圖4為傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
為了更加精確地測(cè)量連鑄機(jī)的對(duì)弧情況，根據(jù)連鑄機(jī)導(dǎo)輥直徑和導(dǎo)輥間距的變化，在一個(gè)對(duì)弧傳感器上將設(shè)計(jì)1-2個(gè)傾斜角傳感器，保證測(cè)量板與相鄰導(dǎo)輥良好接觸，進(jìn)一步提高對(duì)弧檢測(cè)精度和可靠性。
2.3 導(dǎo)輥旋轉(zhuǎn)狀況檢測(cè)
在輥縫測(cè)量?jī)x的每側(cè)均安裝了導(dǎo)輥旋轉(zhuǎn)傳感器來(lái)檢測(cè)內(nèi)弧和外弧導(dǎo)輥的旋轉(zhuǎn)情況，并根據(jù)分節(jié)輥的情況，設(shè)置了相應(yīng)數(shù)量的導(dǎo)輥旋轉(zhuǎn)傳感器，來(lái)檢測(cè)每一節(jié)導(dǎo)輥的旋轉(zhuǎn)情況。
3 傳感器的精度和重現(xiàn)性
在校驗(yàn)條件下，輥縫測(cè)量?jī)x所使用的傳感器的精度和重現(xiàn)性指標(biāo)見(jiàn)下表1，該精度和重現(xiàn)性的測(cè)量檢驗(yàn)在出廠前安裝調(diào)試過(guò)程中和進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)時(shí)均可進(jìn)行。
4 R7m輥縫測(cè)量?jī)x特點(diǎn)
5 R7m輥縫測(cè)量?jī)x使用過(guò)程中需注意事項(xiàng)
（1）輥縫儀在吊運(yùn)、安裝過(guò)程中嚴(yán)禁開(kāi)機(jī)。（2）在開(kāi)始使用之前，充電器接口和網(wǎng)線接口必須蓋好擰緊，防止受潮進(jìn)水。（3）使用前保證輥縫儀充電飽滿。（4）測(cè)量結(jié)束后，需保證輥縫儀清潔。（5）每次測(cè)量輥縫時(shí)，需保證結(jié)晶器下口寬度≥1400mm以上，防止輥縫儀頂撞結(jié)晶器窄面足輥。（6）每次測(cè)量時(shí)，結(jié)晶器振動(dòng)需停止振動(dòng)。（7）每次測(cè)量前需檢查扇形段情況，保證無(wú)死輥、塌輥情況，且輥面干凈，無(wú)積渣等現(xiàn)象。（8）為保證送引錠和拉引錠時(shí)，避免拉矯輥壓在輥縫儀上，其送、拉引錠時(shí)由手動(dòng)控制。
6 R7m輥縫測(cè)量?jī)x應(yīng)用效果
R7m輥縫測(cè)量?jī)x在一鋼廠的應(yīng)用，為檢修提供了大量的可靠數(shù)據(jù)，大大降低了人工檢測(cè)對(duì)弧等工序帶來(lái)的誤差和工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，為連鑄機(jī)的穩(wěn)定生產(chǎn)提供了強(qiáng)有力的保證，進(jìn)而獲得了較大的經(jīng)濟(jì)效益。
參考文獻(xiàn)
[1]朱峰.多功能輥縫檢測(cè)系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)[D].南昌大學(xué)，2008.
關(guān)鍵詞：關(guān)節(jié)軸承；測(cè)量弊端；浮動(dòng)工作臺(tái)；測(cè)量?jī)x；誤差分析
中圖分類(lèi)號(hào)：TH711 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）09-0001-02
關(guān)節(jié)軸承主要是由一個(gè)帶外球面的內(nèi)圈和一個(gè)帶有內(nèi)球面的外圈組成的一對(duì)滑動(dòng)摩擦副，可在一定角度范圍內(nèi)作傾斜運(yùn)動(dòng)，當(dāng)支承軸與外徑安裝孔不同心時(shí)，仍能正常工作。
1 產(chǎn)品技術(shù)要求
關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈外球面球徑尺寸及精度合格與否，直接影響關(guān)節(jié)軸承的裝配質(zhì)量，甚至影響關(guān)節(jié)軸承的壽命，因而對(duì)其內(nèi)圈外球面直徑尺寸及精度有較高的要示。圖1為一典型關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈外球面磨加工工序技術(shù)要求。外球面除要求滿足一定的球徑尺寸SΦ外，還要求控制球直徑變動(dòng)量、圓度誤差及外球面對(duì)內(nèi)孔的跳動(dòng)量符合要求。
2 測(cè)量現(xiàn)狀分析
目前軸承行業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈外球徑尺寸及球直徑變動(dòng)量大致有下列幾方法：采用萬(wàn)能量具如外徑千分尺測(cè)量；采用軸承專(zhuān)用外徑測(cè)量?jī)x如D913或D914測(cè)量；采用三坐標(biāo)機(jī)或測(cè)量長(zhǎng)儀測(cè)量，但采用這些測(cè)量方法都存在相應(yīng)的弊端。
采用外徑千分尺測(cè)量時(shí)，由于外徑千分尺測(cè)量精度不夠，加之存在人為因素，滿足不了精確到0.001mm測(cè)量要求，而且測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)不方便。
采用軸承專(zhuān)用外徑測(cè)量?jī)xD913或D914測(cè)量時(shí)，由于關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈外球面有油槽存在，一般把儀器測(cè)點(diǎn)調(diào)成二低一高形式，采用標(biāo)準(zhǔn)件調(diào)整比對(duì)測(cè)量，如圖2所示。這樣調(diào)整存在的弊端如圖3所示：隨著外徑的增大（或減小），套圈中心在如圖所示的aa線上移動(dòng)，即所測(cè)為弦長(zhǎng)值而不是直徑值；而且該方法測(cè)量點(diǎn)不是直接通過(guò)球心，即非法線測(cè)量，此時(shí)儀表上所反映的數(shù)值與球徑的數(shù)值不線性比例增長(zhǎng)（或減小），因而不能真實(shí)反映球徑的數(shù)值及球徑變動(dòng)量。對(duì)于沒(méi)有油槽存在的內(nèi)圈，一般把測(cè)量點(diǎn)和支點(diǎn)調(diào)整在球中心截面上，但由于存在寬度誤差，其測(cè)量點(diǎn)也不一定通過(guò)球中心，也即所測(cè)量的值也是弦長(zhǎng)而不是直徑值。并且采用軸承專(zhuān)用外徑測(cè)量?jī)xD913或D914測(cè)量外球徑時(shí)最大的弊端是只能測(cè)量一個(gè)截面而不是測(cè)量任意截面的球直徑及球直徑變動(dòng)值。
圖2 圖3
采用三坐標(biāo)機(jī)或測(cè)量長(zhǎng)儀測(cè)量時(shí)，由于三坐標(biāo)機(jī)或測(cè)量長(zhǎng)儀一般安裝在計(jì)量室，無(wú)法滿足現(xiàn)場(chǎng)快速簡(jiǎn)易測(cè)量要求，一般利用其制作標(biāo)準(zhǔn)件而不是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量工具。
3 測(cè)量?jī)x的測(cè)量原理
為了達(dá)到準(zhǔn)確測(cè)量球徑的目的，測(cè)量點(diǎn)必須經(jīng)過(guò)球心；為了達(dá)到測(cè)量任意截面球徑的目的，測(cè)量點(diǎn)或工件兩者之一必須能任意角度旋轉(zhuǎn)；為了克服球徑大小不影響測(cè)量準(zhǔn)確度的目的，需讓工件浮動(dòng)，使測(cè)量點(diǎn)恒經(jīng)過(guò)球心。為了達(dá)到上述目的，設(shè)計(jì)的測(cè)量原理如圖4
所示。
圖4
4 測(cè)量?jī)x的結(jié)構(gòu)
為實(shí)現(xiàn)圖4所示的測(cè)量原理，設(shè)計(jì)的測(cè)量?jī)x如圖5
所示。
圖5
儀器主要由以下幾部分組成：浮動(dòng)支承機(jī)構(gòu)（上滑板、下固定板、鋼球、保持架、蓋板等）；上下調(diào)整機(jī)構(gòu)（固定軸、調(diào)整絲桿、滾花螺母等）；測(cè)量系統(tǒng)（指示儀表、調(diào)整支點(diǎn)、指示儀表固定座等）；定位圓臺(tái)；底座等組成。
被測(cè)關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈外球面通過(guò)圓臺(tái)錐面定位，定位圓臺(tái)可以在上滑板X(qián)軸方向調(diào)整，保證關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈球中心在X軸方向與測(cè)量系統(tǒng)中心（指示儀表與調(diào)整連線）在同一直線上；通過(guò)調(diào)整調(diào)整絲桿可使下固定板、上滑板、定位圓臺(tái)及被測(cè)關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈一起上下移動(dòng)，保證在Y軸方向上被測(cè)關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈球中心與測(cè)量系統(tǒng)中心處在同一直線上。通過(guò)這樣的調(diào)整，保證指示儀表所測(cè)得的值為球徑值。
5 誤差分析
本儀器用內(nèi)圈外球面定位，所以當(dāng)用球徑標(biāo)準(zhǔn)件調(diào)整好儀器后，對(duì)于球徑大小不同的被測(cè)內(nèi)圈時(shí)，測(cè)量點(diǎn)不一定通過(guò)球中心線，如圖6為當(dāng)Sφ1至Sφ2變動(dòng)時(shí)，球心上升b值的高度，從圖中直角三角形直角邊與斜邊的關(guān)系要知，實(shí)測(cè)的球徑值與Sφ2相差很小，其計(jì)算公式如下：Sφ2-，以測(cè)量關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈GE60ES.02外球面為例，其球徑要求是Sφ81+0 -0.02mm，設(shè)計(jì)的定位圓臺(tái)內(nèi)徑a為φ40mm，若以Sφ81-0.02mm調(diào)整好儀器后，測(cè)量球徑尺寸Sφ81mm，此時(shí)測(cè)量誤差為Sφ2-=2-=-4×10-6mm，這個(gè)數(shù)值很小，可以忽略。
圖6 圖7
再者，本儀器受制造誤差影響也將影響其測(cè)量誤差。如圖7，V形槽存在X軸方向的加工誤差，將使工件偏離所調(diào)整的中心位置，假設(shè)V形槽在X軸方向有0.02mm偏離時(shí)，以測(cè)量關(guān)節(jié)軸承GE60ES.02外球面為例，此時(shí)測(cè)量誤差為81-2×=81-80.9999=1×
10-4mm。這個(gè)數(shù)值很小，可以忽略。當(dāng)V形槽存在Y軸方向的加工誤差，其計(jì)算相似。
通過(guò)分析計(jì)算，本儀器可滿足測(cè)量外球徑及變動(dòng)量的目的。實(shí)際比對(duì)測(cè)量效果也進(jìn)一步了本測(cè)量?jī)x的精度準(zhǔn)確性。表一為采用本測(cè)量?jī)x與采用阿貝測(cè)量?jī)x測(cè)量10個(gè)關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈GE60ES.02外球面測(cè)量的數(shù)據(jù)比較。
從表一的數(shù)據(jù)可以看出，測(cè)量結(jié)果變化在0.001mm以內(nèi)，說(shuō)明該測(cè)量?jī)x滿足測(cè)量要求。
6 結(jié)語(yǔ)
