测量系统分析

2024-06-23

测量系统分析（精选十篇）

测量系统分析篇1

近年来,基于相量测量单元(PMU)的广域测量系统(WAMS)在中国电力系统中已得到广泛应用,为电力系统的实时动态监测提供同步采样的测量数据。WAMS数据的可靠性与及时性是影响广域电网实时闭环控制系统性能的主要因素之一[1,2,3],WAMS时延具有不确定性和随机性[3],对广域电力系统阻尼控制造成非常不利的影响[4,5,6,7,8],时延会在广域控制回路中引发高频振荡现象[6],并且会导致主导振荡频率产生一个滞后的相位偏差,从而恶化控制器的阻尼效果。当时延较大时,如果控制器设计时忽略了时延的影响,控制效果将会急剧下降,甚至起反作用[7]。

因此,研究WAMS的时延特性有着重要的意义,然而由于现有的时延测量手段无法对WAMS时延进行针对性和完整性的测量,研究过程中缺乏更精确、更真实的时延数据。

WAMS时延引入的环节包括PMU信息采集、处理、上传、分析与控制、下传、执行控制命令等过程。文献[2]建立了WAMS通信时延的计算模型,主要是对PMU信息同步处理和上传过程中引入的传输时延进行了研究,无法针对WAMS各环节的分段时延进行精确测量。文献[3]对PMU信息采集、处理、上传的时延进行评估分析,通过延迟测试程序模拟PMU信息数据封装与上传的过程,测量对应的时延数据并分析,但延迟测试程序与实际运行的WAMS环境有一定的差别,测量数据只具备一定的参考价值。而文献[9]提出一种WAMS时延的数字仿真方法用来仿真WAMS时延特性以替代现场试验,但由于缺少WAMS分段时延测量方法和数据支持,无法针对WAMS各环节的时延进行分段仿真,只能针对整体的数据上行时延和控制下行时延进行仿真。

本文提出一种WAMS分段时延测量的方法,该方法可以在基本不影响现有数据传输的基础上精确的测量WAMS各个环节的时延,为WAMS时延模型的建立和时延特性的研究提供数据支持,同时本文对该方法应用与实际WAMS中测量的分段时延数据进行了分析与研究,通过各个环节的时延特性和时延影响因素的分析,为WAMS总体时延的改善提供明确的方向。

1 WAMS的分段时延组成

WAMS通过相量测量装置实现了对电力系统实时动态的监测,子站端PMU采集的同步向量以电力调度数据网为通信通道向调度中心主站端传输,一个主站可以同时接收多个子站的数据,一个子站也可以同时向多个主站传送数据。

通过电力调度数据网,子站与主站之间建立数据流管道与管理管道,其数据传输的框架及信息流如图1所示。数据流管道用于传输PMU测量的实时同步数据,数据传输方向为子站到主站单向传输,主站通过数据流管道获取子站的测量数据;管理管道用于传输管理命令、记录数据、配置信息等管理数据,数据传输方向为双向传输,子站与主站通过管理管道交互需要的信息。

WAMS的数据传输从最初的测量数据采集到最后通过管理管道传输管理数据并执行控制指令间的分段时延依次由Tpmu,Tup,Tsyn,Ttsc,Tdn,Tcotl,Tup′组成,其中:Tpmu为PMU子站内部测量数据采集、计算并发送测量数据的时延,是PMU测量固有时延;Tup为PMU子站端到WAMS主站端的测量数据网络传输时延;Tsyn为测量数据送入实时数据库,经过对齐操作后可供控制软件读取的时延;Ttsc为控制软件运算,处理并管理数据所需时延;Tdn为下行管理数据网络传输时延;Tcotl为PMU子站内部处理管理数据的时延;Tup′为上行管理数据网络传输时延。

2 数据传输分段时延的测量

根据WAMS的分段时延组成,分析数据传输过程,根据时延可测和精度要求,得到分段时延的关键时间点,如图2所示,包括T0~T6,其中:T0为传输测量数据的PMU数据帧内部时标;T1为数据帧到达PMU子站端交换机的时刻;T2为数据帧到达WAMS主站端交换机的时刻;T3为WAMS主站端下行管理数据到达WAMS主站端交换机的时刻;T4为下行管理数据到达PMU子站端交换机的时刻;T5为上行管理数据到达PMU子站端交换机的时刻;T6为上行管理数据到达WAMS主站端交换机的时刻。由于目前暂未利用WAMS量测数据进行广域控制,因此控制命令的下行时延暂时无法测量,但通过对数据管理通道中传输的心跳信号的测量可基本反映管理数据下行和上行的时延特征。

2.1 WAMS分段时延的测量方法

根据PMU通信规约,数据帧的内部时标包括4个字节的世纪秒(SOC)、4 个字节的秒等分数(FRACSEC),心跳信号的内部时标只包括4 个字节的SOC,以内部时标为标识,测量同一数据帧或心跳信号分别到达PMU子站端交换机和到达WAMS主站端交换机的时刻,从而实现分段时延的测量。

在PMU子站端和WAMS主站端搭建网络记录仪,通过既有或新增交换机的端口镜像,网络记录仪采集经过交换机的PMU原始通信数据,并基于GPS时间标记原始通信数据到达的时刻。

该方法是在真实业务环境下采集PMU原始通信数据,测量获得的时延能反映实际环境下的PMU数据时延情况,属于在线测量,实际数据采集方法如图3所示。

目前WAMS数据传输采用传输控制协议(TCP),基于广域控制的发展趋势,用户数据报协议(UDP)在网络传输时较TCP协议更便捷,可以更好地保证信息传递的及时性,新增模拟前置软件支持与PMU基于UDP协议进行数据传输,用于测量基于UDP协议的分段时延。

同时为了保证分段时延的测量,模拟前置系统在不影响原有数据通信的前提下,与PMU子站进行数据通信,调整心跳信号的发送时机为接收到秒等分数为0的数据帧时,则T2为秒等分数为0 的数据帧到达WAMS主站端的时刻,T3为与数据帧世纪秒数相同的下行心跳包到达WAMS主站端的时刻。

数据帧内部时标T0的时间精度主要基于GPS时钟精度及秒等分数,通常可以达到百微秒级;数据帧或心跳信号到达交换机的时刻T1~T6由网络记录仪标记接收到对应原始通信数据的时刻,时间精度主要基于GPS时钟精度,可以达到微秒级。通过T0~T6计算得到的分段时延精度,除PMU测量固有时延为百微秒级,其他分段时延均可达到微秒级。

这里采用的网络记录仪与时延分析系统是基于CSRA-2000/CR网络报文记录分析装置研制的PMU网络记录仪与PMU时延分析仪,总体逻辑结构主要包括:PMU网络通信的监视、记录、存储,PMU时延分析等模块,如图4所示。

PMU网络记录仪接入网络数据并经过打时标、汇聚后,进入PMU网络报文的预分析,如通过IP和端口号过滤需要的PMU数据等,然后分别进入统计分析和存储管理两个独立的模块;统计分析得到的监测数据实时上送给分析仪,便于监视;存储管理模块负责对原始通信报文等需要存储的数据按照配置策略进行存储管理,如存储周期管理等。

PMU时延分析仪主要实现WAMS分段时延的离线分析功能,由于PMU网络记录仪采集的是网络通信的原始报文,因此需要对通信协议进行解析,包括IP分片重组、TCP重组、PMU应用协议分析,同时包括PMU单侧时间信息分析和PMU分段时延分析,分析过程中重要的数据存入分析数据库,便于快速检索以及时延分析计算、分析结果输出等;同时配合PMU网络记录仪,PMU时延分析仪提供远程配置和实时监测等功能。

2.2 WAMS分段时延的分析流程

WAMS分段时延分析流程如图5所示,首先分别分析PMU子站端和WAMS主站端的原始通信数据。从PMU原始通信数据中提取内部时标,其中数据帧的内部时标为T0,分析WAMS主站端网络记录仪采集到对应原始通信数据得到T2,T3,T6,分析PMU子站端网络记录仪采集到对应原始通信数据得到T1,T4,T5的时刻,并将分析得到的时间信息存入PMU时间信息数据库中。最后,通过T0同步PMU子站端和WAMS主站端的时间信息,得到匹配的T0~T6,计算得到WAMS分段时延。

3 分段时延测量结果分析

选取了浙江省电力调度中心与3个电厂,分别进行了WAMS分段时延测量,平均每个电厂对应的数据采集时间超过24h,其中长兴电厂与新泓口电厂的PMU型号相同。

PMU内部时延即为图2所示的Tpmu,PMU子站内部测量数据采集、计算并发送测量数据的时延。

PMU内部处理时延占数据流管道整体时延的85%~86%,其时延影响因素如下。

1)相量算法时延

按照PMU技术标准要求,由PMU采样数据窗长度和相量的时标对应于采样数据窗的时刻决定相量算法时延。PMU一般使用一个完整周波的原始采样值计算相量数据,窗口长度为20 ms。时标为采样窗口起始位置时刻时,相量算法有固定的20ms时延,时标为采样窗口中点位置时刻时,相量算法有固定的10ms时延。

2)PMU的分布式采集架构

由位于多个间隔小室的数据采集单元和位于主控室的数据集中单元组成,分散采集与集中处理模式,数据集中单元需要对接收到的来自不同采集单元的数据包进行时标对齐和通信组包的处理,引入一定的时延。如图6所示,数据集中单元最终组包完成的数据帧越长,PMU内部处理时延Tpmu越大。

网络通信时延包括Tup,Tdn,Tup′这3种。

网络传输时延主要是网络中的链路和节点之间进行的数据传输的分组时延。WAMS链路时延定义为一个数据分组从子站交换机发送经过通信链路到达主站交换机所需的时间;数据途径的路由器称为一个节点;相邻节点及其之间的链路定义为一个中继段。在每一个中继段内,分组时延包括传输时延、传播时延和交换时延。

传输时延是指在输出速率一定的情况下,同步一个分组所需的时间。传输时延的大小主要跟数据分组的大小和链路的带宽,具体跟数据分组大小成正比,跟链路带宽成反比。根据表1可以看出同一PMU通信环境中传输测量数据的网络时延Tup大于传输管理数据心跳包的Tdn和Tup′。一帧完整的测量数据与心跳包的数据段大小的比较如图7 所示,可以看出,测量数据大于心跳包的数据段,证实了传输时延与数据分组大小成正比。

测量数据网络传输时延的分布性如表2所示,时延总体较小,但基于TCP协议的通信过程中网络通信时延会出现异常突增的情况,而基于UDP协议的通信过程中网络通信时延相对比较稳定。

这主要是因为TCP流量控制机制要求TCP报文必须按顺序缓冲发送,当通道出现偶发故障,出现TCP报文乱序或丢帧而要求TCP报文重传时,会引起TCP重组、TCP发送缓冲区满等异常情况,导致报文时延增大;而UDP传输不考虑顺序交付的问题,尽可能地保证交付的及时性,不会出现因乱序或丢帧导致的时延异常突增,其缺点是数据可能出现乱序或少量丢失,需由数据接收端进行处理。

另外,对比六横电厂采用TCP协议通信的2组测量结果,如图8 所示,PMU与WAMS通信每40ms发送一次数据帧,PMU与模拟前置TCP通信每10ms发送一次数据帧,这两组通信对应的时延差异较小。可以看出,PMU数据上送周期与PMU内部处理时延和网络时延没有明显的关联性。

除了PMU内部处理时延和网络通信时延,表1中还包括:Tsyn+Ttsc,模拟前置处理时延,该时延仅包括最基本的数据判断和心跳包的发送过程的处理时延,影响该处理时延的因素主要包括WAMS主站交换机将数据传输到模拟前置软件的时间、模拟前置软件的接收数据处理时间和发送心跳包的处理时间,可以看出模拟前置处理时延非常小;Tcotl,最基础的PMU管理数据处理时延,即PMU接收到下行心跳包后发送上行心跳包的处理时延,影响该处理时延的因素主要包括PMU子站交换机将数据传输到PMU的时间、PMU接收心跳包处理时间和发送心跳包的处理时间,可以看出PMU管理数据处理时延也非常小。这里测量的模拟前置处理时延和PMU管理数据处理时延是利用特定的测量数据发送心跳信号以模拟广域控制的过程,用来推断WAMS利用测量数据进行广域控制的最小时延和PMU处理控制命令的最小时延。实际WAMS控制处理,需要经过更为复杂的数据运算和控制处理等过程,需要针对性的测量。

通过以上WAMS分段时延特性分析,为后续进一步的聚类分析、时延分布模型、时延补偿算法提供了数据基础。

4 结语

本文提供了完善的广域电网WAMS分段时延精确测量方法,与以往测量时延的方法相比较,这种方法针对WAMS的特点,将传统的网络时延的测量方法与WAMS专有的通信协议的解析处理相结合,并且能够在保持既有运行环境基本不受影响的同时,对WAMS各环节的时延进行高精度的在线测量,解决了无法精准全面地测量WAMS时延、无法测量WAMS分段时延的问题,为WAMS时延模型的建立和时延特性的研究提供数据支持。

同时,本文结合现场实际测量的时延数据,分析并总结了WAMS的时延特性和时延影响因素,为WAMS总体时延的改善提供明确的方向,对PMU时延补偿和广域电力系统阻尼控制有重大意义,有利于广域电网实时闭环控制系统的性能改进。

通过对实际WAMS分段时延的测量与分析,可以看出WAMS分段时延主要分布在PMU内部时延,平均在30~50ms左右,主要影响因素是相量算法时延与分布式采集架构;其次是网络传输时延,平均在10ms以下。但基于TCP协议的传输过程中可能出现TCP乱序或丢帧的情况,导致时延突增,而UDP协议相对稳定,广域控制系统中为保证控制信息的及时性,可以采用UDP协议进行通信;而其他时延相对较小,对WAMS时延造成的影响较小。

因此,整体WAMS时延有必要从PMU内部时延着手改善,而为了避免通信过程中出现的时延突增,可考虑采用UDP网络协议对及时性要求较高的信息进行传输。

摘要：广域测量系统(WAMS)的测量数据和管理数据均通过电力调度数据网传输,数据传输过程中在各个阶段引入的时延具有不确定性和随机性,对广域电力系统阻尼控制造成非常不利的影响。为此,提出一种对WAMS分段时延的测量方法,该方法可以有效地测量WAMS数据传输过程中各环节的时延,为保证WAMS数据的实时性和正确性提供了分析依据。在浙江省现场安装并搭建了该方法的应用平台,测量了实际现场中WAMS的分段时延并针对分段时延的特性与影响因素进行了分析。结果表明,所提出的WAMS分段时延测量方法能有效测量WAMS分段时延,通过对现场分段时延的测量和分析,为WAMS总体时延的改善提供明确的方向。

关键词：广域测量系统,相量测量单元,分段时延,时延测量,在线测量,协议解析

参考文献

[1]薛禹胜,徐伟,DONG Zhaoyang,等.关于广域测量系统及广域控制保护系统的评述[J].电力系统自动化,2007,31(15):1-5.XUE Yusheng,XU Wei,DONG Zhaoyang,et al.A review of wide area measurement system and wide area control system[J].Automation of Electric Power Systems,2007,31(15):1-5.

[2]刘文霞,罗红,陈锦山.考虑网络保护的广域测量系统通信时延分析[J].电力系统自动化,2011,35(21):68-73.LIU Wenxia,LUO Hong,CHEN Jinshan.Communication delay analysis of WAMS considering network protection mechanisms[J].Automation of Electric Power Systems,2011,35(21):68-73.

[3]胡志祥,谢小荣,肖晋宇,等.广域测量系统的延迟分析及其测试[J].电力系统自动化,2004,28(15):39-43.HU Zhixiang,XIE Xiaorong,XIAO Jinyu,et al.Analysis and test on delays in the wide area measuring system[J].Automation of Electric Power Systems,2004,28(15):39-43.

[4]MICHIELS W,NICULESCU S.Stability and stabilization of time-delay systems[M].Philadelphia:SIAM,2007.

[5]SNYDER A F.A robust damping controller for power system using linear matrix inequalities[C]//Proceedings of the IEEE Power Engineering Society Winter Meeting,New York,USA:5p.

[6]刘志雄,孙元章,黎雄,等.广域电力系统稳定器阻尼控制系统综述及工程应用展望[J].电力系统自动化,2014,38(9):152-159.DOI:10.7500/AEPS20130720001.LIU Zhixiong,SUN Yuanzhang,LI Xiong,et al.Review of wide area PSS control system and its engineering application[J].Automation of Electric Power Systems,2014,38(9):152-159.DOI:10.7500/AEPS20130720001.

[7]李鹏,贺静波,石景海,等.交直流并联大电网广域阻尼控制技术理论与实践[J].南方电网技术,2008,2(4):13-36.LI Peng,HE Jingbo,SHI Jinghai,et al.The theory and practice of wide-area damping control for bulk HVAC/HVDC hybrid power systems[J].Southern Power System Technology,2008,2(4):13-36.

[8]杨博,魏路平,占震滨,等.基于概率分布的广域测量系统时延特性分析[J].电力系统自动化,2015,39(12):38-43.DOI:10.7500/AEPS20140831006.YANG Bo,WEI Luping,ZHAN Zhenbin,et al.Analysis on characteristics of communication delay in wide area measurement system based on probability distribution[J].Automation of Electric Power Systems,2015,39(12):38-43.DOI:10.7500/AEPS20140831006.

GRR测量系统分析相关通知篇2

为保证检测系统稳定、检测过程在可控状态，于6月27日~7月3日开展GRR检测系统分析，具体工作安排如下：

1.涉及范围：半成品检验员、检测中心化验员

2.样品信息

2.1.内螺纹管取海信系7*0.23+0.10、海尔系7*0.24+0.18；每个规格各10根；

2.2.光管按壁厚0.5mm为分界点，0.5mm以上、0.5mm以下各取10根；

2.3.检测中心自行决定试验规格；无法进行重复测样的工种，做基础MSA分析；

3.分析方法类型：有标准计量型；

4.周期安排

4.1.6月27日~6月29日为制样周期；

4.2.7月1日~7月3日为数据获取及分析周期；

5.人员安排：半成品检验员由徐君玲负责；检测中心化验员由翁满丽负责

品质保证部

测量系统分析篇3

【关键词】临床检验；分析质量；参考测量系统

文章编号：1004-7484（2013）-12-7759-02

临床检验有着很重要的实际意义，其检验结果的可靠性、准确性以及可比性对临床治疗有着很大的影响，也是判断治疗效果和检查相关病症的重要手段。目前临床检验使用方法有很多，原理也不一，使用的检测药品也不相同。因此，医院相关实验室所采取的检验方法以及检查原理一般不相同。要想提升临床检验结果的可靠性以及准确性，就需要建立并保证相同检验项目在不同检验方法下所显示的结果具有计量学溯源性，这也就是说将参考系统和常规检验相互联系起来。同时临床检验结果其质量的可靠性以及准确性是保证疾病得到良好控制和治疗的主要保障，也是临床检验参考系统的另外形式的肯定和表现。本文从临床检验参考测量系统以及临床检修分析质量为探讨出发点，分析了相关检验方法与参考物质在临床实际检验中的应用。

1 关于临床检验所涉及的参考测量

参考测量主要由三大部分组成：第一部位为与临床检验有关的实验室，几乎所有临床检验都在该处地点进行；第二部分为参考物质，该部分常常被分为两种物质，一种是校准物质，另外一种是质控物质；最后一部分为参考方法，该部分一般都会对临床检验所使用的检验方法起到一定参考和借鉴作用。

根据ISO17511（2003版）中的相关规定，在执行确切检验项目时所借鉴使用的参考方法被分成一级和二级两种级别，相应的参考物质也分为一级和二级两种级别。不同级别的参考物质，其适用的范围不一，对于一级级别的参考物质，常常为高纯化物；而对于二级级别的参考物质，其常常为基质或者和样品相差不大的参考物质。级别不同的参考方法，其计量学特点也不一，适用范围也不一样，一级级别的参考方法，因为其具有很高的计量学特点使得其常常使用与定值为一级级别的参考物质，一般来说，临床检验常常使用的都是二级参考方法，因此二级级别的参考方法使用更为广泛。

一般来说参考实验室对相关技术有着非常高的标准，只有相关实验室的技术标准满足了相关流程的要求，才能进入参考实验室的行列之中。参考实验室有着国家标准化的检验指标，其可以对测量数据进行有力的对比和分析，从而保证测量结果的准确性和可靠性。

2 相关临床检验分析质量保证的因素分析

要保障临床检验分析结果的准确性以及质量，就必须建立一个完成的应用参考系统，相关质量分析标准的统一化，这样检验所表现的分析质量才能得到有效的保证。在一定程度上，单次检验所得出的结果和真值有一定的可比性和相似性，这也就是说检验分析具有一定的准确性，同时检验结果所表现出的正确度以及精密度又和分析的准确性具有很大的联系。当根据检验值计算出的均值和真值越来越接近时，这就说明正确度越高；而单次检验结果之间若是呈现出一定相似性，那么就说明检验结果具有非常高的精密度。从现实的角度上来看，真值只存在于理论中，因为只有在理论的条件下，才能进行完美的测量，而实际工作中必然存在一定的因素对测量结果造成一定的误差。因此，真值常常被称为约定真值，是人为的，而约定真值一般是都是通过大量的测量和计算才得出。对于系统误差，其解决方式一般是通过参考系统来解决的，在临床分析检验中所造成的问题，常常也是系统误差的问题，所以必须要建立应用参考系统，以保证分析质量。

3 参考方法以及参考物质临床检验分析质量中的应用

建立临床检验参考测量系统是就为保证临床检验结果的可靠性，保证检验分析的质量性。检验结果是否具有可靠性，常常需要参考实际值和一次结果之间的相符率，在某种程度上也与结果的精确性以及准确性有着很大联系。

临床检验分析质量的优良和参考方法有一定联系，参考方法是制定临床检验分析质量检验量值标准化的重要手段，通过和参考物质联合使用，能很好保证分析质量的互通性以及相关基质效应。除此之外，参考方法还具有很强的计量溯源性，这种溯源性是能同时对参考物质以及新鲜样品做出分析，同时还具有一定的判断作用，而参考物质所具有互通性以及基质效益，两者的联合使得临床检验分析质量具有极强的可比性以及相关可靠性，从而对分析质量做出保证。

4 结束语

随着医改的不断推进，相关医疗体系也逐渐变得完善，这种其中临床检验所具有的溯源性也得到很高的重视，但一般医疗企业严重缺乏这方面的经验，因此加强建设临床参考测量系统，对资源的共享有着很重要的实际意义，这也将为临床诊治上提供更为可靠的参考数据和分析数据，有利于相关临床检验分析质量的保证以及可靠性。

参考文献

[1] 张小华.探讨临床检验参考测量系统及其临床检验分析质量保证[J].医药前沿，2012（29）：150-151.

[2] 林鸿.试析临床检验参考测量系统及其临床检验分析质量保证[J].北方药学，2011（11）：61-63.

ATE测量系统分析建模篇4

关键词：自动测试系统,测量系统,量具,可重复性,再现性,方差分析法,参数MSA

0 引言

半导体测试中, 所有集成电路芯片大规模量产测试都是通过自动测试系统 (Automatic Test Equipment) 来实现的。其测量原理是, 将模拟和数字信号资源通过可编程路径自动快速准确地提供到芯片引脚。并将相关引脚的输出信号进行测试。然后将所测值与工程要求相比较, 剔除掉不合格的芯片, 从而保证交给客户的芯片电性能零缺陷。图示为美国Telco公司生产的MST测试机。

要实现以上功能, 除了自动测试系统以外, 还需要测试版、不同批次被测芯片。这三者组成了特定的测量系统。

实际应运用中, 自动测试系统作为一种量具, 总会在测量过程中或多或少地出现一些变差, 如何来衡量这些变差是否在允许范围之内变得尤为重要, 特别是在新产品开发阶段, 在测量精确度能够满足工程要求的条件下, 测量系统的可重复性和再现性研究成为认证该测量系统的一个重要课题。

1 测量系统分析

测量系统:是用来对被测特性定量测量或定性评价的仪器或量具、标准、操作、方法、夹具、软件、人员、环境和假设的集合。

众所周知, 在影响产品质量特征值变异的六个基本质量因素 (人、机器、材料、操作方法、测量和环境) 中, 测量是其中之一。与其它五种基本质量因素所不同的是, 测量因素对工序质量特征值的影响独立于五种基本质量因素综合作用的工序加工过程, 这就使得单独对测量系统的研究成为可能。

近年来, 测量系统分析已逐渐成为企业质量改进中的一项重要工作, 企业界和学术界都对测量系统分析给予了足够的重视。测量系统分析也已成为美国三大汽车公司质量体系QS9000的要素之一, 是六西格玛质量计划的一项重要内容。

测量系统分析, 针对的是整个测量系统的稳定性和准确性, 它需要分析测量系统的位置变差、宽度变差。在位置变差中包括测量系统的偏倚、稳定性和线性。在宽度变差中包括测量系统的可重复性、再现性。本文只对宽度变差做分析研究。

2 可重复性和再现性研究Gage R&R study

从统计质量管理的角度来看, 测量系统分析实质上属于变异分析的范畴, 即分析测量系统所带来的变异相对于工序过程总变异的大小, 以确保工序过程的主要变异源于工序过程本身, 而非测量系统, 并且测量系统能力可以满足工序要求。可重复性和再现性研究则属于该研究范畴。

可重复性 (REPEATABILITY) 在尽可能相同的条件下, 使用同一个测量仪器 (Gage) , 对同一个部件的同一个特性进行多次测量所得到的测量结果之间的标准差, 称为仪器的可重复性。量具的可重复性也可记为EV。

再现性 (REPRODUCIBILITY) 在不同的条件下, 使用同一个测量仪器对同一个部件的同一个特性进行多次测量所得的测量结果平均值之间的标准差, 量具的可再现性也记为AV。

自动测量系统的Gage R&R的研究可以采用不同的方法。三种可采用的方法分别是极差法、均值极差法和方差分析法

极差法是一种改良的计量型量具的研究, 它可迅速提供一个测量变异的近似值, 这种方法只能提供测量系统的整体概况而不能将变异分为重复性和再现性。它典型的用途是快速检查验证GRR是否发生了变化。

均值极差法是一种可提供可对测量系统重复性和再现性两个特性作估计评价的方法。与极差法不同, 这种方法可以将测量系统的变差分成两个部分-----可重复性和再现性, 而不包含它们的交互作用。

然而, 一个完整的测量系统包括的不仅是量具本身, 还应包括被检查的零件的变差。确定如何处理零件内差需要建立在对测量的目的和零件的期望用途的合理的理解基础上。方差分析法很好地解决了这个问题。

3 方差分析法研究

方差分析法是标准的统计学方法, 对于在测量系统分析中数据的可变性, 能分析测量误差和其他因素。在这种方法里, 波动被分解为四个因素:部件、测量者、部件和测量者的相互作用、及量具自身的误差。

测量系统中自动装置的出现改变了再现性成分的解释及评估。有了自动装置, 操作人员的影响被降到最小。测量总波动更多归功于专用测试板、产品位置, 时间的变化也应该被考虑。这些因素之间还可能有相互作用。所有这些因素及相互作用都是再现性的成分。可重复性延续了传统的定义。就是在其他因素都不变的条件下, 通过多次读取, 多次试验或重复来评估。

方差分析模型ANOVA Models

本文讨论一种典型的建模, 适合飞思卡尔半导体公司的测量系统。方差分析法将制程测量数据的总波动分解为各个单独成分的波动。总波动首先被分解为过程 (或测量对象) 的波动加上测量系统的波动。

测量数据的总波动=过程的波动+测量系统的波动

数学模型就是:

在测量系统分析中, 过程的波动常常等同于为测量对象的波动。 (这种等同只有在所选择的样件能够很好的体现过程的波动的情况下才有效。) 测量系统的波动能进一步分解为可重复性和再现性。注意可重复性和再现性被定义为标准差, 所以为了便于计算 (方差可以直接相加, 而标准差不可以) , 它们必须以平方值来表现波动:

再现性能进一步分解为各个有关因素的波动 (例如操作人员、装填装置、时间周期等) 。

再现性2=操作人员的波动+装填装置的波动+时间的波动+其他波动

该模型也可以类似地表达为各波动成分的和。

4 自动测试系统方差分析法建模

标准形态的方差分析模型 (两个因素交叉的方案)

ANOVA Model for the Standard Form (Two-Factor Crossed Design)

在传统的模型中, 总波动被分解为测量对象的波动加可重复性加再现性, 这里再现性表现为操作人员以及操作人员与测量对象的相互作用。最终模型为:

总的波动=测量对象波动+操作人员波动+人员和样件相互作用的波动+可重复性2

基于以上理论知识, 笔者根据现有的自动测试系统, 独创了参数MSA分析方法, 也就是利用测试程序的测量值, 通过分析这些特定参数来判定系统内部变异是否可接受的的方法。具体方法是:

每种型号的测试系统选定一种或者多种产品作为研究对象。最好是当前正常生产的芯片产品;能够代表大部分产品的电性测试;保证有保存良好的该产品的测试板、手测器。

选定该产品的至少5个电性测试项, 要求能够充分表现测试系统的测量能力。其中应该包含:不同的量程段的电压、电流以及其他能表现测试系统的重要功能模块的测试。针对选定的电性测试项, 记录其公差 (Tolerance=USL-LSL) 、标准差 (σTotal可由历史数据得到) , 用于Gage R&R的研究。

从正常生产的产品中挑选至少10粒芯片, 做标记, 作为Gage R&R研究的样件。样件的选取应能表现实际制程波动的情况。在保证外部条件稳定的情况下, 每粒芯片连续测三次, 每隔一段时间, 重复以上步骤, 共进行三个循环。记录所有测试数据, 当所有数据收集完毕后, 使用Minitab的Gage R&R Study工具或者其它统计工具, 可直接得到相应的计算结果和相应的图, 包括各个成分的方差、标准差、%R&R等数值。该表格为具体实施该建模过程的一个具体事例

测量系统的%R&R不满足小于10%的要求, 需要观察%EV和%AV值, 以确认哪个因素对%R&R贡献较大:如果%AV数值较高, 通常意味着测量系统受时间、环境等变化的影响较大。在这种情况下, 应对测量技术与程序进行检查以确认问题所在。如果%EV数据很高, 可能意味着测量及仪器本身不合格, 应确保仪器具有足够的分辨力, 进行校准, 并考虑进行偏倚、稳定性、与线性研究;

右图为方差分析法运行结果, Gage R&R结果值为0.26%, 远小于可接受标准10%, 该例中芯片间变差Part-to-Par为99.84%, 足以证明该测量系统相对于产品来说是满足要求的。

5 结论

本文介绍了测量系统分析的研究方法, 重点将可重复性和再现性的算法展开论述, 结合半导体测试的自动测试系统, 独创了参数MSA的测量系统分析方法, 并在飞思卡尔半导体测试厂经过实践验证, 由自动测试系统、测试板、不同批次的芯片样品组成的测量系统来验证量具的可接收性是可靠的。

参考文献

[1]测量系统分析参考手册第三版.戴姆勒克莱斯勒、福特和通用汽车公司

测量系统分析篇5

在空调和通风系统中，空气流速是一基本参数，一般可通过测得的平均风速计算出风量的数值，在集中空调送风系统中还需要在主风道等部位留出测孔准备采用测压管测量风道内的流速。

常采用的测量仪器有:

(1)机械式风速仪:机械式风速仪为过去常用的传统测量风速仪器，主要是利用气流的动压推动机械装置来显示流速的一种测量仪表，可分为翼式风速仪和杯式风速仪，

在使用时，需将叶轮全部置于气流之中，一般需置放0.5~1min时间范围内测得风速值，读出的风速为流速的平均值。

(2)热敏电阻恒温风速仪:主要由带有热敏电阻探头的测杆、导线和电气仪表元件等组成。

测速时将热敏探头置于气流中，调整好仪表可快速灵敏的反应出该点风速值，因探头体积小，所以灵敏度高，测速较精确。

测量系统分析篇6

关键词：SDCORS;测绘;信息网络;监控中心

测绘技术的飞速发展，尤其是GPS技术的发展和普及应用，以其得天独厚的优势，在水利工程测量中的作用越来越突出。目前在GPS基础上发展起来的连续运行基准站系统，即CORS（Continuous Operatinal Reference System）得到了广泛的发展和应用。

一、CORS 系统概述

连续运行基准站系统（CORS）可以定义为由一个或若干个固定的、连续运行的GPS参考站，利用计算机、数据通信和互联网技术组成的网络。实时地向不同类型、不同需求和不同层次的用户提供经过经过检验的不同类型的GPS观测值（载波相位、伪距）、各种改正数、状态信息以及其他有关GPS服务项目的系统。与传统的GPS作业相比连续运行基准站系统具有作业范围广、精度高、野外单机作业等优点。

CORS系统由基准站网、数据处理中心、数据传输系统、定位导航数据播发系统、用户系统五个部分组成，各基准站与监控中心通过数据传输系统连接成一体，形成专用网络。随着通信技术的发展和GPS技术的发展，出现了采用参考站中的多个站进行联合解算从而获得高精度坐标，这种采用整体平差数据的作业方式称为网络RTK，网络RTK是CORS系统的最基本应用。

网络RTK的主要特点有：①覆盖的范围更为广泛，适用于大范围的测量和导航。②精度更高，单基站一般受距离的影响较大，而网络RTK 利用拟合技术可以大幅度提高精度。③可靠性高，网络RTK 利用几个基站的差分数据进行结果处理，比单机站可靠性高得多。④稳定性好，单基站在超出40 km 后一般很难有固定解，而网络RTK 则利用网络通信技术使差分数据随处可以接收到。⑤功能更强大。

二、CORS系统在水利工程中的应用及精度分析

水利工程建设分为勘测设计、施工建设和运营管理等3个阶段，水利工程测量是为水利工程建设服务的。在水利勘测设计阶段，需要在国家坐标系下进行基本控制测量、大（中）比例尺数字地形图测绘、输水线路或渠（堤）纵横断面测量等工作。较多的水利工程项目地处山区或较荒凉区域，距离国家等级控制点较远，而随着国民经济的飞速发展，原有国家等级控制点破坏严重，控制测量与国家等级控制点联测成为测绘人员工作的主要困难。目前，通过GPS 相对定位确定地面点的平面坐标技术已经十分成熟，而正常高数据一般通过几何水准测量的方法获得，或采用GPS高程拟合方式获得。传统的几何水准测量虽然精度高，但联测国家等级水准点困难且作业效率低，不能很好地满足工程设计的进度要求。SDCORS系统的建立基本解决了上述问题。近两年，临沂市采用SDCORS系统数据起算，对汤河汤头段、李公河干渠进行河道地形图、平邑县蒙阳峪及陈家庄水库地形图测绘、临港区坪上镇土地综合整治项目桥梁、机井附近地形图的测绘项目等多个项目进行了比较。

（一）汤河（汤头段）、李公河干渠（汤头段）沿岸地形图测绘以及横断面图测绘

汤河及李公河干渠位于汤头镇中，测绘全程为16公里。需测绘1：1000地形图及横断面图、扬水站、桥梁1：500–1：200地形图。测绘过程中，平面控制采用车庄、辇沂庄东北、公安岭东、集沂庄东、薛家店子、泉沂庄、董官庄西、泉上屯南等8个E级GPS 网作为测区的首级控制，联测隆沂庄东南、汤山2个国家C级GPS 点;以附合四等水准路线作为首级高程控制联测国家三等水准点2 个，四等水准点2个，等外水准点8个。GPS 网观测结束后，采用C、D 级点为起算数据对控制网进行了平差计算，同时采用SDCORS系统数据进行解算。

（二）平邑县蒙阳峪及陈家庄水库地形图测绘

蒙阳峪及陈家庄水库位于平邑县柏林镇，位于蒙山脚下。该项目1：1000地形图测绘主要为蒙阳峪旅游开发及陈家庄水库开发利用服务，测绘总面积为4平方公里。该测区联测大夫宁水库、柏林、保太、刘家寨等4个C级点，万寿宫林场、三关庙等2个D级点，联测了4个三等水准点，2个四等水准点。采用SDCORS系统布设测区的首级控制，及直接进行碎步点测量，同时采用C、D级点对测区的首级控制进行了平差结算，与SDCORS系统的测量数据进行比较。

（三）临港区坪上镇土地综合整治项目桥梁、机井附近地形图的测绘项目

此次项目需测绘55个桥梁、41个机井桥址、井址地形图，以作修建桥梁，机井勘测设计使用。该测区联测了坪上麻峪子、坪上西诸眭、陈家老窝等3个D级GPS点，朱芦河西村东、朱芦锦鸡机械、坪上玻璃厂、坪上一中、坪上殡仪馆、坊前花生厂、坪上广雨石子厂、团林北等8个E级GPS点，坪上1个C级点。联测1个三等水准点，10个四等水准点，1个GPS拟合高程点。同时利用SDCORS对碎步点数据进行了采集，利用C、D级点对测区的首级控制点进行了结算，与SDCORS系统的测量数据进行了比较分析。

从以上3个项目数据比较情况分析，利用SDCORS 站数据进行解算得出的各点平面坐标数据与国家等级控制点进行平差的结果相比较，纵坐标差值△x 最小为0.004 m、最大为0.082 m，平均差值为0.052 m;横坐标差值△y 最小为0.001m、最大为0.089m，平均差值为0.032 m; 点位误差△s 最小为±0.016 m、最大为±0.116 m。《水利水电工程测量规范》（SL 197–2013）规定“基本平面控制最弱相邻点点位允许中误差为±0.05 图上mm”。从以上分析可以看出采用CORS 系统采集数据对测区首级平面控制网进行解算及进行地形地物测量完全满足一般水利水电工程测量的精度要求。

从高程数据两种解算情况看，四等高程 CORS系统测量数据与采用国家等级水准点平差结果相比较，高程差值△H 最小为0.002 m、最大为0.047 m，平均值为0.020 m; 等外水准相比较△H 最小为0.003 m、最大为0.096 m，平均值为0.030 m。按照《水利水电工程测量规范》（SL 197–2013）“基本高程控制最弱点高程允许中误差为±h/20。当h=0.5 m 时，允许中误差为±h/16”的要求规定，采用全球导航卫星系统连续运行基准站并结合大地水准面精化计算的点位高程完全满足水利水电工程勘测设计阶段的测量精度要求。

三、建议

（一）利用CORS系统进行测量时，特别是进行控制测量时，必须确保GPS流动站天线高量取的准确性，并且尽量增加观测时间和观测历元数，以便获取较高质量的观测数据。

（二）由于采用CORS系统解算的各点点位误差是独立的，不存在误差积累问题，所以在测区距离CORS 站较远时，应适当选取一定比例的测段，采用几何水准的方法对CORS 解算的点位高程进行检验，以避免仪器高量取不准确或录入错误造成点位高程粗差的存在。

（三）在水利工程的测量中，由于成片连片水面的出现，不可避免的会出现多路径效应，采用GPS观测是尽可能采取合适的观测时间和观测环境，尽量避免多路径效应的发生。

四、结语

由于GPS定位技术的发展，特别是CORS系统的建立和运用，在大地水准面精化区域不断扩大、更加精确的基础上，CORS系统势必将更大范围的取代传统的测量技术，同时将会大大降低劳动强度和经济投入，有效地提高工作效率，由此将水利工程勘测设计阶段的测绘工作带入一个新的时代。

参考文献：

[1] 马艳艳.全球定位系统（GPS）技术在水利工程中的应用[J].山东水利，2009（10）.

音频测量系统的稳态分析研究篇7

关键词：频域特性,窗函数,相位分析,正弦稳态

0引言

音频系统中的常用设备, 如扬声器、分频器、传声器等电声装置, 在设计与使用过程中, 频率响应是正确使用它们的重要依据, 而精确获得频率响应的方法通常是使用正弦稳态分析方法, 稳态分析方法一般选用正弦信号激励待测系统, 运用正交检波技术来分析其响应信号。这一方法具有测量精度高, 对噪声抑制能力强等优点。

信号中含谐波时, 窗函数的选择非常重要, 采用对噪声具有较强抑制能力的窗函数, 通过加适当的窗, 可以消除各谐波分量之间的相互干扰[1]。通常频谱分析要求窗函数的主瓣宽, 旁瓣低且跌落速度快;不过对同一窗函数, 这几个要求很难同时满足。在信号处理时, 应根据信号特征和研究目的来选择窗。目前, 常用的窗函数有20余种, 音频测量分析可用余弦窗[2,3]及文献[4,5]最新提出的卷积窗。研究表明, 加4项余弦窗, 即Blackman-Harris窗 (简称B-H窗) 时, 可以得到较满意的精度。虽然一个音频系统有很多的技术参数, 但是频率响应却是最重要的参数之一, 通过它还可以得到灵敏度、指向性等指标。此外, 电声器件的阻抗曲线也是建立在频率响应方法测量基础之上的, 通过阻抗曲线还可以得到扬声器、音箱等系统的低频参数等重要参数, 所以对频率响应测量方法的研究是很重要的。

在查阅文献时, 尚未发现前人研究音频电声测量的精度时应用余弦窗和矩形自卷积窗, 因此, 在参阅前人的研究后, 这里用新的方法加窗, 采用余弦窗和矩形自卷积窗, 提高了测量的精度。

1音频稳态测量分析

1.1 音频稳态测量中相位分析

由于人耳能听到声音的频率为20 Hz～20 kHz, 分析时从10 Hz测量到20 480 Hz。让相角精度达到0.1°即可达到要求。由此可得当初始相角取60° (90°, 120°, -120°, -90°, -60°从略) 时, 当精度达到0.1°, 各个窗所需的最小整数周期如图1所示。

从图1可以看出, 随着信号频率的增加, 为了保证算法分析相位的精度, 必须显著地增加信号分析的周期数, 这是因为在高频受到窗函数引起的截断误差影响更加明显, 因此只有通过增加窗函数的长度才可以使相位误差降低, 满足特定的要求。

当频率从10 240～20 480 Hz变化时, 由于采样频率与信号频率接近, 但由于单位周期的采样点数变小, 误差变大, 于是产生了很大的跳变, 由分析结果可得出如下结论: 正弦信号的初始相位几乎不影响精度, 在音频测量中认为正弦信号的初始相位不影响相位分析的精度。做基波分析时, 由于达到稳定状态, 加余弦窗所需的时间比加矩形窗短。因此, 从快速性考虑, 做基波分析加余弦窗。

1.2 音频稳态测量中幅度分析

当精度达到0.1°时, 所需的最小整数周期是临界周期。为了在幅度分析时得到更精确的结果, 则所加的窗长取值应该大于最小窗长, 测量时取最小窗长的3倍。用Matlab编程, 分别取不同的初始相角进行仿真, 发现初始相角不影响幅度。

1.3 音频稳态测量中谐波失真分析

谐波失真:输入正弦信号时, 输出信号的谐波与总输出信号之比, 表示幅度非线性[6]。

总谐波失真:

$d_{t} = \frac{\sqrt{u^{2} (2 f_{1}) + u^{2} (3 f_{1}) + u^{2} (4 f_{1}) + u^{2} (5 f_{1})}}{u}$ (1)

式中:u (2f1) , u (3f1) , u (4f1) , u (5f1) 分别为2次谐波、3次谐波、4次谐波和5次谐波的幅度;u为总输出信号的幅度总和。

信号构成为:

f (t) =sin (2πf1t+φ) +0.5sin (2πf2t+φ) +

0.25sin (2πf3t+φ) +0.125sin (2πf4t+φ) +

0.062 5sin (2πf5t+φ) (2)

式 (2) 中基波的幅度为1, 频率f1从10 Hz变化到20 480 Hz, 2次谐波的幅度为0.5, 频率f2=2f1;3次谐波的幅度为0.25, 频率f3=3f1;4次谐波的幅度为0.125, 频率f4=4f1;5次谐波的幅度为0.062 5, 频率f5=5f1。由总谐波失真公式可算得已知信号的总谐波失真为29.74%。

当基波从10 Hz以2倍频程变化, 初始相位取60° (120°从略) 时, 分析其2次、3次、4次、5次谐波在加窗后的幅度变化及总谐波失真, 用Matlab编程可得到结论:构成信号的初始相位不影响谐波失真, 在做分析谐波失真时, 加余弦窗得到的精度要高于卷积窗。

1.4 音频稳态测量中互调失真分析

互调失真 (Intermodulation Distortion) :当输入基频为f1, f2, …的正弦信号 (至少两个) 时, 用频率为pf1+qf2+… (其中p, q为正、负整数) 的输出信号与总输出信号之比表示的幅度非线性, 即为互调失真, 见式 (3) :

式 (3) 中:f1和f2为基波信号的频率。由f1和f2可调制出f3, f4, f5, f6, f7, f8, f9, f10这8个频率信号;u (f2) , u (f3) , u (f4) , u (f5) , u (f6) , u (f7) , u (f8) , u (f9) , u (f10) 分别为信号幅度;u为总输出信号幅度之和。信号构成为:

当构成信号的初始相位取值不同时, 得出的互调失真结果变化非常微小, 可以忽略不记。由上面的分析可得到如下结论:初始相位不影响互调失真, 在构成信号的幅度和频率确定的前提下, 加余弦窗可获得更高的测量精度。

2结语

针对数字音频测量系统中的正交检波分析方法, 重点研究了对于待分析正弦信号如何加窗, 得出了在数字音频测量系统中研究频率响应和失真时加余弦窗得到的精度比加矩形自卷积窗要高, 这对保证测量结果的精确性很重要。

经过分析得到如下结论:

(1) 在音频测量的稳态分析中, 加余弦窗所得到的精度明显高于卷积窗, 但相关文献表明, 若进行插值运算, 卷积窗的计算精度会明显提高[7], 因此还需要进一步深入研究。

(2) 对加窗后信号的相位、幅度、谐波失真和互调失真进行数值分析发现, 初始相位不影响测量精度。

(3) 在做频率响应分析中, 加余弦窗选用较短的窗长即可达到要求的精度。

顶管自动测量导向系统的精度分析篇8

关键词：顶管,自动测量,导向系统,精度

RMS-D导向系统, 是为超长距离顶管开发的自动测量装置。该系统无需在管道内设置多台移动测站, 只需要一台具有自动目标识别自动全站仪, 配合控制计算机、自动测量软件, 就可为顶管施工提供实时准确的导向信息。系统即可用于顶距1500m以内直线顶管工程, 也可用于可通视的曲线顶管工程, 其基本原理是:在井口附近设置若干个固定控制点, 自动全站仪利用后方交会的方法定出测站的坐标并且设定方向, 然后跟踪测量顶管机头的目标点, 最终获取顶管的姿态。 (如图1) 。从这个原理来看, 系统最终的精度决定于全站仪是否能够胜任该系统的要求。

1 全站仪测量精度

1.1 全站仪ATR试验

ATR (Auto Targets Recognition, 自动目标识别) 技术不仅可以实现自动测量目标的任务, 而且为系统的自动模块提供了技术支撑。但是采用ATR技术测量的精度到底怎样, ATR测量是否可靠等类似的问题仍困扰着我们。以下在ATR的内符合性和外符合性方面做了一些试验, 得出了一些有用的结论。

1.1.1 ATR的内符合性

试验时利用全站仪的ATR功能对分布在测站周围的若干个观测棱镜按顺时针方向盘左盘右观测若干个测回, 然后分析采集到的相关数据。对于内符合性, 主要分析水平方向值和竖直方向值的平均值、标准偏差、最大值、最小值以及同一方向不同测回的最大互差。下面的例子是根据在上述试验场采集的数据分析得出的。

试验基本情况如下:对分布在测站周围的4个观测棱镜按顺时针方向盘左盘右观测11测回, 四个棱镜与测站的距离分别为10.5 m、12.3 m、21.6 m和31.5 m左右, 四个棱镜与仪器中心几乎等高, 当时的天气是阴天、微风。

表1中反映样本离散程度的标准偏差的计算使用“无偏差”或“n-1”方法。其计算公式如下:

undefined

其中Xi为观测值, n为样本大小。

对测量结果分析如下 (见表1。为叙述方便, 表中忽略度和分的部分, 只考虑秒的部分, 这不会影响分析的结果) :

(1) 水平角

通过同一水平方向不同测回的测量结果的分析, 可以看出在采用ATR功能测量固定点时, 获取的水平方向值重复精度非常高。在盘左时, 水平方向值的标准偏差最大为0.96″, 同一方向不同值间的最大互差仅3.7″;在盘右时, 水平方向值的标准偏差最大为0.75″, 同一方向不同值间的最大互差仅2.8″。无论是标准偏差还是最大互差都很小, 而且盘左盘右都比较接近。

(2) 垂直角

同样, 通过同一竖直方向不同测回的测量结果的分析, 可以看出在采用ATR功能测量固定点时, 获取的竖直方向值重复精度非常高。在盘左时, 竖直方向值的标准偏差最大为0.46″, 同一方向不同值间的最大互差仅1.7″;在盘右时, 竖直方向值的标准偏差最大为0.54″, 同一方向不同值间的最大互差仅2.1″。无论是标准偏差还是互差都很小, 而且盘左盘右都比较接近。同时这也说明在竖直角很小的情况下, 竖直角测量可以获取很高的精度。

(3) 盘左盘右平均值

在表1中, 虽然盘左或盘右的标准偏差很小, 但是对于同一方向盘左、盘右的平均值仍有较大差距。说明在测量过程中只是盘左或盘右测量是不够的。现在我们把一测回盘左盘右观测值的平均值作为样本来考虑, 则有:

在表1中, 虽然盘左平均值与盘右平均值有较大差别, 但从表2可以看出, 其平均值的标准偏差非常小, 有很高的稳定性。所以在测量的时候应该采用盘左盘右同时观测, 然后取平均值的方法来测量。

综合以上的分析, 使用ATR功能测量目标, 测量数据有非常高的稳定性, 测量时应采用盘左盘右同时测量, 数据精度与仪器标称的测角精度接近。

1.1.2 ATR的外符合性

为了找出使用ATR功能获取的坐标与人工测量的坐标之间的差别, 在阴天、微风的情况下对4个Leica圆棱镜目标用ATR功能测量10个测回后, 马上使用人工瞄准的方法又对这些目标观测10个测回。目标与测站的距离分别为10.5 m、12.3 m、21.6 m和50.4 m左右。表3和表4是对距离测站21.6 m的目标的测量坐标的分析结果, 其它目标也有类似的情况, 不再赘述。

从表3和表4可以看出, 三个坐标分量的差分别为0.3mm、0.9mm和0.3mm, 距离偏差为1mm。这说明, ATR与人工测量的结果有一定的偏差, 但是非常小, 从而也说明了两者测量坐标的精度相当, 而且在这个距离时ATR的精度还比人工略微高一点儿, 所以可以使用ATR代替人工测量。再结合其它距离上的结果, 可以认为在隧道中采用ATR测量或使用人工测量, 精度几乎没有区别。

1.2 入射角试验

在隧道中, 因为顶管机不断地掘进, 与全站仪的距离也不断增大, 全站仪的视线方向虽然改变很小, 但是毕竟不能一直保证与镜面的垂直关系。在下次重新学习前, 入射角会随着顶进距离增大。因此必须考虑入射角的变化对测量点坐标的影响。为了检验入射角对水平方向测量的影响, 在与仪器中心同一高度的位置放置三个棱镜, 其与测站的距离为1号点20 m、2点号40 m、3号点5 m。然后用TCA2003型全站仪按顺时针方向盘左盘右观测目标, 每个目标在每个入射角方向观测5个测回。表5中, X、Y、Z分别为5个测回测量坐标的平均值, 平面偏差和高程偏差表示入射角不为0°时的测量结果与入射角为0°时的测量结果的偏差。

从表5中可以看出, 随着入射角的增大, 其平面偏差也增大。所以在测量的时候应该尽量使仪器视准线方向与镜面垂直。为了满足这一点, 仪器应尽量放置在隧道中线的上方, 安放棱镜时, 仔细对准仪器。从表中也可以看出, 当入射角在10°以内时, 入射角对坐标的影响非常小, 其平面偏差在2mm以内。而这在顶管隧道中是可以满足要求的。另一方面, 比较不同距离尺度上的偏差可以看出, 随着距离的增大, 其入射角对坐标的影响变小, 这个现象也有利于使用全站仪的ATR功能。值得指出的是, 在很近的距离时, 偏差都接近于1mm。经分析, 可认为该偏差是由仪器的标称测距精度决定的。

1.3 远距离自动测量试验

为了适应长距离顶管的导向, 对全站仪远距离自动测量的观测精度作了试验。分别在800米、1200米和1400米使用ATR对同一个点多次测量。测试过程中每次ATR测量都是仪器转动后再进行测量的。测量数据如表6。数据结果整体比较理想的, 数据的重复精度比较高。所以在测量的时候多次测量然后取其平均值是可以达到要求的。

需要注意的是, 测量中我们使用的是2″的仪器, 这样的方向值精度在800米、1200米与1400米对距离的影响分别是8mm、12mm、14mm。这样的误差对于顶管导向来说影响是很弱小的。

综上, 使用该种仪器, 单台仪器测量方法可以代替以往的多台仪器作业方法。

2 软件计算精度

在使用后方交会方法测量时, 解算精度控制在2mm以内, 超出2mm限差的点认为测量误差过大或者出现了粗差, 将它剔出, 然后再次计算, 直到满足要求为止。图2是某次计算的结果。从中可以看出, 如果解算残差在限差范围内, 则显示绿色, 这表明计算通过, 可以进入下一步。

在测量顶管前方的点时, 采用盘左盘右测量的方法测量多个测回, 然后取平均值, 最后计算出顶管机的姿态。使用该系统, 根据模拟机在非推进状态和推进状态下连续测量的数据, 获知系统内重复精度高。在非推进状态下, 连续测量20次的机首中心横向偏差小于1mm, 角度偏差小于62″。系统外符合精度高。在不同里程非推进状态下, 将人工方测量获取的姿态与该系统获取的姿态相比, 机首中心横向偏差小于1mm, 角度偏差小于60″;在不同里程推进状态下, 相应的数据偏差小于2mm, 角度偏差小于90″;满足导向要求。根据在多个区间运行的情况, 综合考虑引导系统在各个步骤中可能差生的误差, 并取两倍中误差为限值, 对贯通误差影响小于20mm。

假设设置6个控制点 (K1, K2, K3, K4, K5, K6) , 在建立6个控制点基础上可以通过测量控制点实时的对测站位置和监测点位置进行修正, 从而避免了测站损坏造成的监测不连续以及测站变形对测量带来误差的问题。

因为测站位置改变, 在测量一段时间后必须对全站仪重新定位, 实际应用中采用坐标转换的方法来确定测站相对关系的变化。具体方法如下。

首次精确测得控制点K1、K2、K3、K4、K5、K6点的三维坐标, 以undefined表示, 在每次测站校准时测量的控制点的实测坐标以undefined表示, 其关系为:

undefined

式中的式中的undefined为平移量, undefined为绕三个轴的旋转角。

由上式采用最小乘伐可以求出undefined和undefined。

若以undefined表示监测点的实测坐标, 则监测点的修正坐标为undefined:

undefined

监测点的经过修正的实测三维坐标undefined, 便可由上式推算得到。

当然当6个基准点中有基准点发生变化的情况下, 会对变形点的坐标有影响, 造成粗差。因此, 我们通过一些简单的算法来剔除那些发生变形了的基准点, 从而消除他们对测量的影响。我们采用的方法为数据探测法, 即对基准点转换后的残差构成统计量, 作假设检验。主要步骤如下:

(1) 设基准点初始坐标为undefined

(2) 基准点后期坐标为undefined

(3) 通过这两组坐标求出转换参数 (如上式) , 然后利用转换参数求得修正后的基准点的坐标undefined

(4) 求得残差V=X2-X0

构成统计量undefined

(5) 选择置信水平α, 查取在α置信水平下的分位值, 对每个基准点逐一进行比较。如果Г值小于分位值则接受, 否则剔除该点。

(6) 剔除某个基准点后用保留的基准点再次进行转换, 然后同上再次进行假设检验, 重复迭代直到所有的点都符合要求为止。

(7) 这样剩余的点便是相对稳定的基准点, 然后利用这些稳定基准点求出转换参数, 再修正变形点, 从而得到稳定可靠的测量坐标值。

由上式可以看出定向精度取决于基准点得精度以及参与定向计算的合格基准点的个数。在用以上的方法剔除偏差较大的基准点后, 假设参与计算的基准点个数为n, 精度为1 mm, 则定向的精度为undefined, 当6个基准点全部合格的情况下, 定向精度为0.4 mm;当基准点为2个的情况下定向精度为0.7 mm。

3 结束语

汽包水位测量系统故障分析与处理篇9

因汽包水位测量取样管保温对水位测量产生影响, 引发了锅炉MFT (Main Fuel Trip) 主燃烧跳闸。秦皇岛电厂曾发生过锅炉严重缺水重大事故, 虽然原因是多方面的, 但其中汽包水位环境温度的影响造成了测量误差, 温度补偿设计定值50℃, 实际130℃, 水位虚高108 mm, 使汽包低水位保护拒动。锅炉A炉水循环泵在测量系统故障的情况下, 又未采取替代措施而失去了保护作用, 由于采用3取3的保护逻辑, 因而在炉水循环破坏的情况下, B、C炉水循环泵差压低跳泵, A泵只发出差压低报警而未能跳泵, MFT未动作, 造成水冷壁大面积爆破的重大事故。

图1中汽水侧取样孔的距离H, mm;汽侧取样孔与汽包正常水位的距离A, mm;汽包水位偏差正常水位的值h, mm;对应汽包水位的差压值ΔP, mm H2O;饱和蒸汽的密度ρs, kg/m3;饱和水的密度ρw, kg/m3;参比水柱在平均水温时的密度ρa, kg/m3。参比水柱水温, 从上到下281℃、163℃、112℃、70℃、57℃。这样就造成测量上的误差。经计算取样管水柱温度对水位的影响见表1。

从表1可看出, 参比水柱温度的变化对水位测量影响很大, 这也是造成多个水位表显示数值不一致的一个主要原因。

图2是2013年12月, 水位侧量管受冻的影响造成差压变大, 显示-1500.87 mm, 机组调峰停炉后, 汽包水位在取样管受冻后, 加热恢复过程的水位变化曲线。可见, 温度在水柱高度不变只有温度变化时, 对汽包水位的影响之大。

从原理上讲, 对参比水柱的管道进行不正确的保温, 将改变原来确定的温度补偿关系, 从温度分布上看, 参比水柱的平均温度很难保持恒定, 受外界环境温度的影响很大。根据经验提供几点维护建议。

(1) 要随季节变化调整部分参比水柱的保温, 夏季全拆除参比水柱的保温。到冬季12月份, 对参比水柱下部1/3段进行保温, 但是不能增加伴热。从正负引压管水平段开始增加伴热带, 到变送保温箱为止。这是为了使两根取样管水有相同的温度, 才能保证重度相同, 防止产生附加差压误差。伴热温度控制不要过高, 过高引起取样管温度分布误差大, 同时易损坏伴热带, 最好<50℃

(2) 变送器取样管要在启动或停炉过程中冲洗, 保持取样管畅通。冲洗时汽包压力要保持在2 MPa左右。

(3) 校验变送器时要将变送器正、负压室内的积水放干净, 防止产生附加误差。

(4) 日常巡视, 同样差压水位计的测量误差不能超过30 mm。如果发生某单个点偏离±30 mm, 要首先检查变送器的排污门, 多数发生在这方面。

(5) 如果发生汽包甲、乙侧水位存在偏差, 在其他没有差异的情况下, 注意锅炉的燃烧状况变化, 炉膛的火焰中心偏移, 影响汽包的两端的循环倍率的平衡, 引起甲、乙侧不同, 造成水位差异。针对这种情况要及时回报。

二、变送器电源瞬间降低故障MFT动作案例分析

有一台机组在试运行期间, 检修人员在处理缺陷过程中, 在盘内测量变送器24 V电源, 无意中误用在欧姆挡下, 测电压造成水位变送器供电电压瞬间降低, 变送器输出电流下降, 控制系统误判为汽包水位高故障MFT动作。因为水位测量采用的是差压变送器, 汽包水位高差压小, 对应变送器输出的电流也小。这样变送器工作电源瞬间降低, 造成变送器输出电流小, I/O模件处理判断水位高, 造成MFT动作。

可加强检修工作的监护, 防止类似事件的发生。在技术上配置两组不同的电源, 将汽包水位变送器的电源不要取在一起或者用变送器4~20 m A的信号和开关量信号组合的优点, 可克服都用模拟量, 避免类似的保护误动。

三、提高保护可靠性的几点建议

(1) 针对水位保护系统中出现的故障, 举一反三的开展热工设备危险点、薄弱点的分析、查找、跟踪和整改工作, 常抓不懈地做好热工自动化系统“四防” (防水、防灰堵、防人为误动、防冻) 措施的完善, 不断提高热工设备的健康水平。

(2) 对重要保护信号尽可能采取3取2方式, 除同参数的多信号处理和互为备用设备的控制回路未分模件、分电缆现象, 减少一模件故障引起保护系统误动的隐患。

(3) 利用机组检修时间启动中, 对测量管路进行冲洗, 对二次仪表阀门经常检查。及时消除滴漏现象。

(4) 加强对测量设备现场安装位置和测量管路敷设的拌热电缆的检查, 消除不满足标准规程要求隐患, 避免管路伴热系统的测量误差, 导致机组运行异常工况的再次发生。

(5) 加强人员培训, 提高检修工艺水平。培训要加强训练演习, 熟练掌握检修技能。

摘要：分析汽包水位测量系统运行过程中的典型故障原因, 归纳提高保护系统可靠性的途径, 给出预防措施。探讨目前水位保护系统仍存在的问题, 为提高水位保护系统可靠性, 从改进完善的角度提出建议。

虚拟仪器的电子测量系统分析篇10

1 系统硬件组成

系统硬件组成分成三个部分:电源部分、信号部分以及测试部分。

电源部分是指在整个测试过程中提供高精度的电源, 保持在50m V以内, 电源纹波有效值小于5m V, 输出电流量在500m A以上。

信号部分使用DDS方波发生器, 由77E58单片机控制DDS芯片AD9850, 生成频率为5MHz、精度为1Hz可调节的方波。在此次研究设计中, 单片机以及测试系统之间利用串口保持通信, 自动测量的时序信号使用FPGA来实现, 使用这种方法产生的时序波形相对来说较为稳定, 容易实现。对于此次的研究设计, 采用一托四系统, FAGA的逻辑进行编程。

对于测试部分, 该部分将返回整个系统的测量值。使用GPIB总线与计算机相连进行通信, 不同的测量设备会发出不同的参数, 通过计算机发送不同指令进行相应的测量, 最终经过分析处理, 显示给用户, 同时还要根据产品的指标来进行最后评判, 得出结果, 若评判结果超出规定范围, 那么就需根据屏幕上的提示来进行调整, 如果在正常值范围内, 用户则把认可的数据存放在报表文件中, 并进行备份。该系统总体结构如图1所示。

2 系统实现难点

第一, 在实际控制过程中, 保证高速闭环控制的同时, 还要实现对大量数据有效的采集、存储、分析、处理工作, 对于一台计算机而言, 可能存在着诸多矛盾, 所以此次研究设计希望能够找到一个权衡点, 通过合理布局的方法完成系统设计的要求。

第二, 此次设计采用四托一的方式, 所以对于信号而言, 存在着一个共同问题, 即信号的接受。每一个产品的待测信号路都有很多种, 所以此次研究设计使用多片FPGA来进行扩展, 进而让信号实现同步锁存输出。

第三, 为了满足用户的需求, 采用高性能射频接插件, 将最终形成的信号直接发送到被测试的设备里, 然后用户通过手动的方法进行相应的连接。电源输出采用负反馈的方式供电, 保证稳定的电压值。

3 系统软件设计

考虑实际操作情况, 后台对环境参数的监控不能够过多占用CPU资源, 所以在此次研究设计中采用VB中的Timer控件, 为监控进程分配尽可能少的时间, 每隔一分钟进行一次监控操作。如果发现参数超出了误差可控制的范围时, 就需要人工进行参数的设置, 进而让参数快速返回到之前预设值。系统使用小型的Microsoft Access数据库进行备份, 采用基于ADO.NET编程技术进行编程, 数据库引擎为Microsoft jet 4.0OLEDB Provider, 实现对数据库的搜索、修改、删除等操作。在卡板的控制上, 在VB6中采用Active X DLL编程技术, 生成Active X DLL文件, 同时发布相应的COM组件, 最终在VB.net中调用, 解决关键的通信问题。

4 结语

虚拟仪器是在现代计算机软件技术、通信技术以及测量技术高速发展背景下, 研发出的一种先进技术, 虚拟仪器的出现, 使得现代测量技术进入到一个全新的电子自动化模式。虚拟仪器的电子测量系统已经在很多领域被广泛使用, 因此探讨基于虚拟仪器的电子测量系统如何运作具有现实意义, 本文介绍了一个基于虚拟仪器理论、利用计算机控制标准实现电子测量的研制系统。

摘要：采用高效的优化反馈控制和分时检测方法进行研究, 设计在安全性能上有了更好的保证, 与此同时, 也给用户提供了非常有效的监控平台, 最终的控制精度能够符合硬件组成的具体标准。系统已经通过了用户的检查以及验收, 并且现已开始使用, 通过用户反馈情况来看性能优良、数据准确, 极大减少了人们的劳动强度, 进而降低了企业生产成本, 提高经济效益。

关键词：虚拟仪器,电子测量,系统软件设计,系统实现

参考文献

[1]韩同彬, 刘洁瑜, 汪立新, 等.基于虚拟仪器转动平台自动化控制系统[J].兵工自动化, 2009, (03) :67.

[2]戴文, 陆强, 林青.基于Lab VIEW的热处理炉测试系统[J].电子测量技术, 2014, (06) :34-37.

[3]方兴, 李景文, 唐智.基于虚拟仪器的控制指令码自动测试系统[J].电子测量, 2015, (07) :98.

[4]陆强, 戴文.基于Lab VIEW的环境试验设备温湿度检定系统[J].电子测量技术, 2014, (07) :45-46..

[5]方昌始, 赖玉斌.虚拟示波器在电力电子变流技术实验中的应用[J].电子测量技术, 2014, (08) :71-73.

[6]秦伟伟, 杨建业, 马通.基于PXI总线技术的惯性仪器通用测试系统[J].电子测量技术, 2015, (08) :88-90.

[7]蒋焕文, 孙续.对设置《电子测量》课程的考虑与实践[J].高等学校电工课程教学工作通讯, 1982, (02) :36.

[8]安海.EWB软件在电子测量应用中的效果研究[J].中国高新技术企业, 2008, (12) :56-59.

[9]王文华.《电子测量》教学的几点体会[J].职教论坛, 2003, (06) :22-25.

[10]尹晓落.电子测量实践教学研究[J].电子世界, 2014, (04) :65-67.