精度试验（精选八篇）
精度试验 篇1
绝大多数饮料酒都需要进行酒精度的调配, 使产品符合标准中对酒精度指标的要求。调酒员要做到酒精度准确无误, 必须有正确的酒精度调配计算方法及准确的计算结果, 并且有相应的以计算为依据的调配方法。一位调酒高手, 不只是调出的酒符合标准要求, 而应该能够控制总调配量及酒度的最小偏差, 调配必须一次成功。一位不熟悉调配技术的调配员, 由于不懂酒的特殊性, 用不正确的计算方法进行不准确的调配, 发生“酒多了加水, 水多了加酒”, 三番五次调配不准, 甚至造成“罐满了, 酒没了”的尴尬局面。
为了弄清楚酒精度调配计算方法哪一种正确, 哪一种具有简单、快捷、准确的可操作性, 使最终调配出的酒, 总调配量及酒精度偏差最小, 我们进行了计算与应用的比较试验。
试验用材料
95.0% (v/v) 酒精、纯净水 (电导率<10s/cm) 。
1000ml量筒 (分度值5ml) 、1000g药物天平 (分度值0.2g) 、精密酒精计 (分度值0.1度) 、精密水银温度计 (分度值0.2℃) 等。以及较好的恒温条件。
酒度换算技术手册, 必要的换算参数:酒精度95.0的酒精重量%为92.4044, 密度为0.8114。酒精度39.0的酒精重量%为32.4139, 密度为0.94964。纯净水密度0.99823。
例题
用95.0度的酒精、纯净水, 准确计算与调配出1000ml39.0度的酒。允许调配出的酒, 酒精度偏差±0.2% (v/v) , 总容量偏差±5.0ml。
计算及应用
A法 (容量法计算)
容量法应用:依据容量法计算应加入的数量, 准确量取95.0度酒精410.5263ml, 纯净水589.4737ml, 倒入1000ml量筒中, 摇匀, 备用。
B法 (重量法计算)
重量法应用:依据重量法计算应加入的数量, 准确称取95.0度酒精333.1176g, 纯净水616.5224g, 倒入1000ml量筒中, 摇匀、备用。
C法 (重量和容量法混合计算)
先重量法计算:
95.0度酒精需用量同B法333.1176 (g) ;纯净水需用量同B法616.5224 (g) .
后将需要的酒及纯净水重量换算为容量:
容量法应用:依据重量法计算后, 再由重量换算为容量, 按计算容量准确量取95.0度酒精410.5264ml, 纯净水617.6156ml, 倒入1000ml量筒中, 摇匀、备用。
D法 (容量法只计算酒精用量) 1000×39/95=410.5263 (ml)
定容法应用:依据容量法只计算出酒精的需用量, 准确量取95.0度酒精410.5263ml, 倒入1000ml量筒中, 再将纯净水倒入至1000ml刻度, 摇匀, 再用纯水定容成1000ml刻度, 摇匀、备用。
计算方法及计算结果的数学原理评判
A法用容量法计算, 容量法调配, 算式简单明了, 计算结果还原平衡, 配酒操作容易掌握。
B法用重量法计算, 重量法调配, 需用查表换算, 算式比较复杂, 要有一定的专业知识, 计算结果能够还原平衡, 应用调配使用衡器, 小试操作比较方便。
C法先以重量法计算, 再由重量换算成容量, 需查表换算, 算式较复杂, 须有一定专业知识, 计算结果不能还原平衡, 好象计算有错误, 配酒方法容易掌握。
D法以容量法只计算酒精用量, 计算简单明了。用定容法配酒, 技术难度小, 容易掌握。
实际调配样品检查 (表1)
A法调配的酒, 酒精度偏高1.1度, 总容量缩减28ml;B法调配的酒, 酒精度及总容量非常准确;C法调配的酒, 酒精度基本准确, 总容量没有偏差;D法调配的酒, 酒精度基本准确, 总容量没有偏差。
生产应用试验 (25000L俄得克配制)
A法依据小样计算方法加入的数量, 换算为25000L39.0度的俄得克所需数量, 准确泵入95.0度酒精10263L及纯净水14737L, 搅拌均匀, 检查酒精度及总容量均不符合要求, 酒精度偏高, 总容量缩减。
B法依据计算, 需准确称取95.0度酒精8328kg, 纯净水15413kg, 由于生产中没有大的衡器, 称量很不方便, 生产无法应用。
C法依据计算, 需准确称取95.0度酒精10263L及纯净水15440L, 开搅拌机搅拌均匀, 检查酒精度及总容量均符合要求, 偏差很小。
D法依据计算, 准确泵入95.0度酒精10263L, 再泵入纯净水至25000L液位刻度.开搅拌机搅拌, 再补加纯净水至刻度, 搅拌均匀, 再用纯净水定容到25000L, 搅拌均匀。样品检查酒精度符合要求, 偏差小, 总容量完全符合要求。
酒精与水混合的特殊性试验
从4种不同的计算方法及配制方法来分析, A法没有考虑到酒精与水混合后会发生体积收缩, 导致酒精度偏高;B法以重量法计算及重量法配制, 排除了酒与水混合时所发生的缩减因素, 以及温度给配酒带来的麻烦, 因此, 这种方法是最准确的, 可惜在大生产时, 计量设备不能解决。C法既解决了酒精与水混合时发生体积缩减的特殊性, 又不会在配制时有很多不便, 用重量计算再折成容量, 用容量法配制, 操作简单, 准确度高。D法实际像试剂配制法, 定容很准确, 也排除了酒精与水混合时的体积缩减因素, 定容的过程, 实际是补充缩减量的过程。
酒精与水混合时的体积与酒精度变化, 可以通过A法与C法的计算结果来求出, 也可以改变酒精度的办法, 用高度酒与水混合, 高度酒与低度酒混合, 中度酒与低度酒混合, 求出不同酒度混合时的体积缩减量或酒精度上升量。不同酒精度与水混合时容积及酒精度变化的结果见表2。如果在配酒计算时, 用容量法计算, 在纯净水需用量上再加上该酒精与水混合时的缩减量, 这个计算方法是正确的了, 所配制的酒完全符合要求。
结论
通过4种酒精度调配计算及应用比较, 用容量法计算, 容量法调配是不正确的, 不宜采用。但是, 很多厂的调酒员、核算员都在使用这个方法, 原因是对调酒量及酒精度要求不严, 调出的酒数量多一点、少一点;酒精度高一点、低一点都无所谓, 反正标准中酒精度还有±1.0的允许偏差。笔者认为, 这种想法不利于提高配酒员的技术素质。
高精度GPS水准算法试验与研究 篇2
高精度GPS水准算法试验与研究
GPS水准拟合中常采用的方法有多项式拟合,移动曲面拟合以及多面甬数拟合,针对前两种拟合方法,在探讨其原理的.基础上通过程序对两种算法进行了分析比较,说明高精度GPS水准算法选取的准则.
作 者：张晓林 ZHANG Xiao-lin 作者单位：西安长庆科技工程有限责任公司,西安,710018刊 名：黑龙江水专学报英文刊名：JOURNAL OF HEILONGJIANG HYDRAULIC ENGINEERING年，卷(期)：36(3)分类号：P228.4关键词：GPS水准 高程拟合 高程异常 算法
精度试验 篇3
【关键词】RTK；可靠性；测量精度
1.RTK技术的原理与应用
实时动态（RTK）差分定位原理是在基准站上设置GPS接收机，对所有可见GPS卫星进行连续观测。根据基准站的已知三维坐标求出各观测值的校正值（坐标改正数、距离改正数或载波相位），并通过无线电通讯传输设备将校正值实时发送给各流动站，流动站将接收的GPS卫星信号与基准站传来的校正值进行差分计算，从而实时高精度地解算流动站的三维坐标。其工作原理它的系统由GPS接收设备，无线电通讯设备，电子手簿，蓄电池，基站和流动站天线及连线配套设备组成。目前，双频GPS接收机使用RTK技术，在10km范围内，实时定位精度可达到厘米级，已广泛应用于地形测量、地籍测量及各种工程测量等碎部点的数据采集及工程放样中。实时动态差分定位是GPS技术发展的一个新突破，它即克服了常规测量要求点间通视，费工费时而且点位精度不均匀，同时又避免了GPS静态及快速静态定位需要进行后处理。如果采取适当的测量措施，使其满足一、二级控制测量精度要求，将大大减轻测量作业的劳动强度，提高作业效率。
2.RTK定位精度及可靠性因素分析
RTK技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术，主要有以下几个因素。
2.1初始整周模糊度(初始化)
在RTK测量的作业模式中，OTF法（即on the fly,属运动中解算整周模糊度，即在流动站运动状态通过观测至少5个历元，按一定算法求出整周模糊度之差）已有多种算法，是一种有前途的方法。
在OTF解算未知的模糊值时，至少需要有5颗共同卫星，卫星数越多，解算模糊值时的速度越快，越可靠。研究表明，卫星数增加太多对提高RTK点位精度不显著，但可提高观测成果的可靠性。
2.2基准站与流动站间的数据传输
由于RTK技术是在两台GPS接收机间加一套无线电通讯系统来完成，在流动站完成初始化后，将基准站传送来的载波观测信号和流动站接收到的载波观测信号进行差分处理，实时求解出两点间的基线值，进而由基准站的坐标求得流动站的WGS-84坐标，通过坐标转换，即可实时求得流动站的坐标并给出其点位精度。因此，基准站和流动站的观测质量好坏以及无线电信号传播质量好坏对定位精度影响很大，主要包括卫星星数、大气状况等。
2.3GPS的测量误差
对流层和电离层都会对GPS信号传播造成影响，基线越长，影响越大。当基线较短时，其影响能够模拟，残差可通过观测值的差分处理得到削弱或消除。环境对RTK影响的主要因素有地形、基准站与流动站之间的障碍物、覆盖物、多路径效应误差、电波干扰等。观测方案和观测者的操作对RTK结果的质量和可靠性影响也很大，如：基准站位置的选择、校正点的选取、对中误差、天线姿态、观测次数等。
3.RTK精度可靠性试验方法
3.1用静态测量结果进行试验
作为RTK测量起算数据的高级控制网,一般用GPS静态获得,具有很高的可靠性。为检核坐标转换参数、已已知点纳入到测量链中的方式进行检查,这是一种十分有效的方法,可在任何情况下时使用。即在布测控制网时用静态GPS或全站仪多测出一些控制点，批量作业前用RTK测出这些控制点的坐标进行比较检核，发现问题即采取措施改正。
3.2双基站或多基站试验检测
在测区内同时建立两个以上基准站,每个基准站采用不同的頻率发送改正数据,流动站用变频开关选择性地分别接收每个基准站的改正数据,从而得到两个以上解算结果,比较这些结果就可检验其质量状况。这种方法的变通是在不同时段两次架站,但缺点是工作效率较低,所以使用不多。
为保证RTK测量精度的可靠,在同一地区,可以建立多个固定的基准站点,并统一求解转换参数和基准站点的WGS-84坐标。在RTK测量过程中,对同一待测点,用不同基准站点分别测量坐标,在限差范围内求均值。有条件的单位或地区,即具有多套相同型号GPS-RTK仪器的单位或地区,可分别同时在多个基准站点架基准站,同一台流动站只需改变每个基准站发射电台的频道,就可分别测出对应不同基准站的同一点的坐标,不但起检验的作用,而且能提高RTK精度。
3.3不同时段测量试验
对于缺少其他检验条件的待测点,还可以用同一基准站在不同时段(如隔几天)测量,若结果不同,则必有一个是错误的,需再次测量;若结果在限差范围内,则说明测量值正确,可取中数。
3.4测前测后的控制点检验
为保证RTK测量的可靠性,建议在每个基准站点附近设立几个检验控制点,每次RTK作业前,在架好基准站，流动站初始化后,就测试检验控制点,以判断卫星信号的正测试检验控制点,再次检测卫星信号的正常情况,来判断前面所测点位的可靠性。有条件的话,在作业中,检测一下附近控制点,可随时判断卫星信号的正常情况。特别注意,在同一地区若有相同型号的GPS接收机,如果转换参数不同,容易发生在公共频道(或相同频道)接收了其他单位参考站发出的数据链而导致测量数据错误。因此,有必要对本单位的GPS接收机设置特殊的识别码,以防止接收错误的数据链,同时加强对控制点或相关地物点的检测判断。
4.试验分析
从上述那些问题可以看出
4.1应用GPSRTK实时定位技术进行城市低等级平面控制测量，平面点位精度一般优于±5cm，其高效率、灵活、误差不积累、厘米级的高精度越来越受到测绘人员的青睐。在满足CJJ/T73—2010相应技术要求下，可代替相应等级的常规导线测量。
4.2与静态、快速静态GPS测量相比较，RTK无足够的几何检核条件，笔者认为不宜用来作首级控制。在使用RTK布设加密控制点时要加强检核，若代替一、二级点时可以采取在不同的基准站上分别独立施测或设立双基站的方式施测，取中数使用，这样不但避免了粗差，而且使点位精度得到提高。
4.3RTK定位的数据处理主要是基准站和流动站间的单基线处理，而基准站和流动站的观测数据质量及无线电信号的传播质量对定位精度的影响极大。因此，把基准站设立在要进行RTK测量区域的较高点上，提高基准站和流动站天线的架设高度。基准站与流动站应同步锁定5颗以上的卫星，且PDOP值应小于6。
4.4RTK测点必须在求取WGS-84坐标到地方坐标系转换参数的高级控制点的范围内，同时尽量均匀分布，最高、最低点也尽可能选点。点校正应选择4个（含4个）以上精度较高、分布均匀的控制点进行，对校正值较差的控制点应舍弃。
5.结束
综上所述，应用RTK技术进行平面控制测量是可行的，主要得益于RTK自身定位理论的优良性，并在作业时注意基准站位置的选择、控制流动站到基准站之间的距离、为求转换参数（点校正）而选择具有控制和代表测区范围及高度的数量足够的公共点。这样，RTK完全可以满足低等级控制测量，且各点间不存在误差积累。RTK测量与GPS静态测量相比，较易出错，必须进行质量控制，尤其在控制测量中更要进行内部和外部的可靠检验。■
【参考文献】
［１］徐绍铨等.GPS测量原理及应用.[M].武汉大学出版社.2003.
［２］李本玉,高伟,胡晓.GPS实时动态定位技术的发展与应用研究[J]．矿山测量，2009.
如何提高农业机械试验的测试精度 篇4
在农业机械试验中,使用拉压传感器和静态电阻应变仪进行测量,是最基本的也是进行最多的电测项目。比如拖拉机、农用装载机等产品在出厂检验时,每一台都要进行最大牵引力的测试,并且在质检部门留下记录。
我们在测量中,主要是尽可能减小系统误差,尽量减小每个测量环节中的偶然误差,争取达到足够的精确度。下面讲一讲在使用拉压传感器和静态电阻应变仪进行测量时,需要注意的问题。在这里对于有关仪器操作规程方面的要求,比如传感器和应变仪在测量前必须标定,电池旧了应该换新等等这样的问题不再叙述了,本文只谈测试人员容易忽视的细节。
下面是我们常用的YJ-26静态电阻应变仪(图1)和BLR型拉压传感器(图2)的照片。
1 测量之前正确选择拉压传感器
测量之前,应该根据所测力值的大小,正确选择拉压传感器。每一个拉压传感器都有它的最大量程,所测力的最大值最好不要超过传感器的最大量程。
拉压传感器一般允许超载10%～20%,但是在允许超载这个问题上,不同的传感器生产厂有不同的说法。有的厂说明允许超载20%,但是又明确指出超载部分不作为测量范围,也就是说,从传感器的结构上来讲,可以承受超载,但从电气性能上不能保证超载时的测量精度,对于这种传感器就不要超载使用。
还有的厂在传感器使用说明书上,只有0～最大量程范围内的输出特性曲线,没有超出最大量程部分的特性曲线,对于这种传感器最好也不要超载使用;如果准备在允许范围内超载使用,最好在拉压材料试验机上,作出超载部分的输出特性曲线来,再进行测试。
2 了解拉压传感器中电阻应变片机械滞后的现象
由于应变片金属丝的机械性能不是十分稳定,而且粘贴使用的胶,它的机械性能也不是严格服从虎克定律,所以传感器存在有机械滞后现象,也就是说传感器加载后,输出电压在时间上有延迟现象,反映在测试过程中,大载荷时测出的应变值偏小。在测试时,只要把传感器反复加载数次,就可以将机械滞后现象所引起的误差减小到可以忽略的程度。
3 连接导线比较长时产生的测量误差如何修正
我们采用吊重法测试轮式拖拉机,农用装载机的质心高度和最大牵引力时,为了安全,传感器与应变仪之间的连接导线都比较长,一般当导线长度大于10 m时就需要修正,否则就会引起较大的误差。因为导线电阻和传感器中的应变片一起串联在应变仪的桥臂上,成为桥臂电阻的一部分,而它又不参加变形。
设导线电阻为R1,原来传感器的应变值为
式中ΔR为传感器加载后的电阻变化量,K为传感器灵敏系数,R为传感器电阻。则传感器的应变值为
显然,1小于,导线电阻使应变值降低了,也就是说,传感器灵敏系数降低了。
为消除这个误差,需要将1乘以系数[(R+R1)/R],得到正确的值,即=1.[(R+R1)/R]。
例如,使用120Ω传感器,导线电阻如果为5Ω,那么120÷125=0.96,即产生4%的测量误差。
静态电阻应变仪是直流电桥,尚且有这么大的误差;若是交流电桥,供桥电源频率再高一些,长导线产生的影响更大;长导线的电阻不但引起测量误差,长导线的电容发生变化,还会使仪器调节不平衡,零点飘移。所以绝对不要忽视长导线对于测量的不利影响。
4 测试农用装载机的质心高度时要注意的问题
在采用吊重法测试农用装载机的质心高度时要注意,有的装载机,燃油箱布置在机器后方,是个面积较大水平安置的扁平油箱,这时油箱中必须加满燃油,如果油箱中只有一半油,测试后计算的质心高度将会产生大约20～50mm的误差。为什么会这样呢?具体的理论分析不写了,用示意图简单说明一下,见图3。
当机器由水平放置变为后部吊起时,油箱中的油液流动,改变了质量分布,造成了质心高度的计算误差。
5 仪器零点漂移对于测量的影响
电子仪器都有“三漂”问题,就是零漂、温漂和时漂。仪器的“三漂”是一个复杂而且很不好解决的问题,尤其是高度精密的仪器,“三漂”不解决,仪器精度就谈不上。从上世纪50年代开始,人们为了解决电子仪器的三漂,一直在进行着不懈的努力。但是,我们作为仪器的使用者,只要对于“三漂”有一个了解,注意“三漂”对测试结果的影响就可以了。
什么是“零点”,零点就是当仪器的输入为0时,输出也应该为0;如果输出不为0,这就是零点漂移。当仪器周围的环境温度发生变化,仪器输出的零点发生漂移,这就是温度漂移,简称:温漂。当仪器连续工作4～6 h以后,有的仪器也会发生零点漂移,这个漂移是由于时间引起的,所以叫时间漂移,简称:时漂。
用数字显示的电子台秤作例子来解释就比较容易理解。台秤秤盘中不放物品,数字显示应该为0,这就是“零点”;如果数字显示不为0,这就是“零点漂移”。在夏天中午室外高温环境中,数字显示不为0,这就是温漂。台秤如果连续通电放置4～5 h,若数字显示不为0,这就是时漂。我们日常生活中使用的电子台秤精度不是很高,一般看不出零点漂移;只有实验室中使用的精密电子天平,才能看到零点漂移现象。
既然知道了仪器有“三漂”问题,在测试过程中就要注意,尤其是在室外进行测试,要经常注意观察仪器的零点,随时进行调节零位,以避免测量误差。
6 测试信号受干扰对于测量产生的影响
在生产厂里进行农业机械整机性能试验时,经常可以看到这样一种现象:作用在传感器上的载荷已经稳定了,但是应变仪显示的数值还是在不停地跳动变化,这就说明试验现场存在干扰,测试数据中含有干扰信号的成分;只有排除干扰,测试数据才能稳定有效。
工业生产环境中存在很强的电磁场,对于测试仪器也就产生很强的电磁干扰,它使应变仪的显示数值出现跳动。消除干扰是一个专业性很强的工作,作为仪器的使用者,可以不用了解那么多原理,只要注意把拉压传感器和静态电阻应变仪之间信号线的屏蔽层良好接地就可以了。
高精度抗张、抗压试验机 篇5
为提高抗张、抗压试验机的测量精度, 通常采用的方法是单纯提高力值测量精度, 即提高传感器精度和增加A/D转换器的位数 (一般最多到12位) 。经论证, 该方法虽然有一定效果, 但由于受到电子元件和噪声干扰等诸多因素的影响, 达到一定精度后就很难再有所提高了。要满足一汽等用户对防锈纸的检验要求, 抗张、抗压试验机必须达到中国轻工行业标准QB/T1048-2004《纸板及纸箱抗压试验机》、QB/T1053-2004《纸与纸板抗张试验机》中规定的0级 (示值相对误差为0.5%) 精度要求。经研究, 我公司制订了项目开发计划, 决定重新设计高精度抗张、抗压试验机。
1 高精度抗张、抗压试验机的设计方案
本试验机的设计方案以加强控制中心硬件性能、提高运行部件精度和传感器采集数据精度为目标, 因此采用了高性能的DSP芯片TMS320LF2407A (以下简称DSP) 进行运动控制和运算检测, 以SST89C58芯片为核心完成键盘输入和液晶显示器显示 (显示试验数据, 设定试验状态、试验条件并进行试验操作) 。DSP和SST89C58两芯片之间以串行方式进行通讯 (通过数据传输实现试验过程) , 通过对两个芯片发出通讯指令, 来控制交流伺服电机驱动器以改变电机转速、调整试样在试验机上的位移速度, 用Σ-Δ24位A/D转换器 (CS5532) 对传感器发出的信号进行转换以获得试验结果。
2 高精度抗张、抗压试验机的结构
本试验机主要由运动控制系统、测量采集系统、人机交互系统和上位机4个系统组成 (见图1) 。
2.1 运动控制系统
运动控制系统由DSP芯片、交流伺服驱动器、电机 (带动试验机的机械部分) 、光电编码器和上下限位开关等部分组成。
在做抗张、抗压试验时, 为达到提高试验机运动系统中试样的位移检测精度和速度控制精度的目的, 摈弃了传统的8位51单片机系统, 采用了集成度更高的DSP芯片TMS320LF2407A。该芯片具有硬件QEP和PWM等模块, 对运动控制系统有良好支持。
实际测量时, 由DSP发出PWM信号至交流伺服电机驱动器, 交流伺服电机驱动器驱动电机并进行闭环调速。同时, 交流伺服电机驱动器将光电编码器的正交编码脉冲信号传至DSP的QEP模块, 触发定时器进行脉冲计数, 从而对夹头位移进行精确测量。
由于采用了松下交流伺服电机驱动器及电机, 不仅使本试验机的调速范围更宽 (原来为5～200 mm/min, 现在为0.1～500 mm/min) 、速度更精确 (原来的精度为5%, 现在的精度为0.5%) , 而且使调速更容易控制、速度平滑度更高。本试验机采用恒速测量法, 速度平滑是力值平稳的关键和力值采集的前提。
2.2 测量采集系统
测量采集系统由压力传感器、拉力传感器、Σ-Δ24位A/D转换器 (把模拟信号转换成数字信号) 和16位D/A转换器 (把数字信号转换成模拟信号) 等部分组成。
本试验机采用的传感器的精度与原传感器持平。但在传感器相同的条件下, 由于使用16位D/A转换器为传感器提供高精度、高稳定的激励电压, 减少了电压波动对传感器的影响, 实践证明确实大幅度提高了传感器的测量精度。
一般同类产品多采用双积分型A/D转换器, 转换精度不高 (12位) , 并且对共模干扰抑制能力不强。本系统采用DSP芯片和Σ-Δ24位A/D转换器, 不仅确保传感器信号能有效地转换为精确的数字信号, 而且DSP对高级语言具有良好的支持能力 (全面支持标准C语言的各种数据类型) , 使运算精度远高于系统的测量精度, 从而大幅度地提高了力值检测精度。本试验机运用DSP强大的指令处理能力, 应用分段线性插值技术, 进一步提高了传感器的线性程度, 即进一步提高了系统精度。
2.3 人机交互系统
人机交互系统由键盘、液晶显示器和SST89C58芯片等部分组成。本系统采用4×4行列扫描键盘、320×240液晶显示器、SST89C58芯片对试验输入数据进行处理, 完成试验者对试验过程的控制要求, 减少了DSP芯片的数据处理量, 提高了本试验机的计算速度。
本试验机定义了一个完整、高效的三方 (即上位机、DSP芯片和SST89C58芯片) 数据同步传输通讯协议, 实现了三者之间的数据共享、指令传递和切换控制。
2.4 上位机
上位机即个人计算机 (使用微软WindowsNT、Windows2000、WindowsXP操作系统) 是本试验机的辅助部分, 其作用是对采集的数据进行分析处理, 并实现数据显示、曲线显示及打印等功能。
3 试验机在关键技术上的创新
3.1 减化试验机结构
原有各种量程的抗张试验机和抗压试验机均为独立产品, 本设计利用抗张试验机和抗压试验机只是力值矢量方向不同而结构 (即两者的机械部分和电子部分) 相近的特点, 把两种试验机整合为一机。电器上采用集成芯片, 为实现各种运动控制提供了操作平台;机械部分采用了原来双丝杠横梁结构, 通过改变试样在夹具中的装夹位置及改变运动控制系统信号, 使丝杠横梁位移方向发生变化, 实现抗张力值和抗压力值的测量。
3.2 采用新技术提高系统的精度
目前现有的抗张试验机、抗压试验机多采用8位单片机+双积分型12位A/D转换器, 转换精度与抗共模干扰能力不高, 并且由于单片机是单字节计算, 难以使计算精度和计算速度两全其美 (即要提高计算精度就要降低计算速度) 。本试验机以16位DSP芯片和Σ-Δ24位A/D转换器 (CS5532) 取代了原试验机的传统模式, 不仅从根本上使提高系统精度成为可能, 而且增强了系统对不同传感器的支持能力, 从而大幅度提高了本试验机的力值检测精度。在系统可靠性方面, 本试验机采用DSP系统架构, 与原有单片机系统架构相比, 去除了大量外围设备, 提高了系统的可靠性。在实际调试中, 抗干扰能力明显优于普通单片机系统, 达到国外同等试验机的测量技术水平。
3.3 本试验机设计应用了先进部件
原试验机采用直流电机加自制驱动, 本试验机采用松下伺服电机加松下交流伺服电机驱动器, 带光电编码器, 调速范围增大、位移更准确, 为实现力值精度测量提供了保证。
4 结束语
精度试验 篇6
关键词：测量技术,变形,粒子图像测速
0 引言
岩土工程土体变形测量是岩土工程中的难点问题之一, 在其发展过程中出现了很多的测量技术。其中X射线技术是较早应用于岩土工程的测量方法之一, 如文献[1]~[4]。但是这种技术的缺点是需要埋设追踪粒子, 对土体变形影响较大, 图像曝光时间长, 试验过程需要更换胶片, 需要的设备价格昂贵且有辐射危害, 因此应用受到限制。胶片图像法是一种比较经济安全的测量技术, 也常常用于测量土体的变形, 这种方法也需要埋设追踪粒子, 来追踪土体的变形, 图体变形可以从一系列图像中获得。胶片图像法只能满足精度要求较低的测量, 而且需要埋设追踪粒子, 会对土体产生影响。随着数字图像技术的发展, 更加经济的高精度测量技术会逐渐应用到岩土工程中来研究土体变形问题。KODAKA等[5]应用数字图像技术测量三维土样的变形和破坏行为, STURE等[6,7]应用数字图像技术研究剪切带的变形。李元海等[8,9]开发了数字照相量测软件并将该软件应用于岩土工程试验中, 对砂土地基的变形进行了观测。这些应用都大大促进了数字图像技术的发展。
粒子图像测速技术是岩土工程领域新近发展起来的一种无干扰测量技术, 与传统方法相比, 该测量技术具有测量精度高, 对土体没有干扰, 试验成本低的特点, 在土体变形试验中得到越来越多的应用, 但同时该测量技术的精度受到很多因素的影响, 其中计算时采用的算法对测量精度的影响很大。
本文对砂土在给定位移下的图像进行了采集, 并采用不同算法对图像进行了计算, 对不同计算方法得到的结果与实际位移进行对比分析。
1 粒子图像测速技术原理
粒子图像测速技术是基于图像序列匹配的一种无干扰量测技术, 图像匹配是通过图像之间建立的交叉关联函数进行的[10], 交叉关联函数为:
其中, C (Δx, Δy) 为关联函数;M, N均为图像块的尺寸;f为t1时刻图像中中心点坐标在 (m, n) 处图像块的灰度值分布函数;g为t2时刻图像中中心点坐标在 (m+Δx, n+Δy) 处图像块灰度值分布函数;Δx, Δy均为坐标位移增量。其计算过程如图1所示。
2 改进的关联算法
2.1 询问窗偏移法
基本关联算法在计算过程中只对图像进行一次匹配关联计算, 因此产生的误差较大, WESTERWEEL等[11]研究了询问窗 (参与运算的图像块称为询问窗) 偏移对PIV计算精度的影响, 结果发现通过将询问窗根据平均位移偏移一个整数像素的位移, 在第二次询问过程中可大大增加关联计算的精度, 同时对位移小于半个像素的图像块的关联计算, 可大大降低其测量的误差和不确定性。通过多次偏移重复关联, 这种技术可将精度提高到±1个像素。WERELEY和MEINHART[12]通过运用自适应询问窗偏移算法将关联精度进一步提高。
2.2 询问窗细化法
SCARANO等[13,14]利用询问窗细化法对关联计算进一步进行优化, 该方法首先将图像划分为大的图像块, 进行关联运算, 得到图像中大致的位移场, 软后将图像进一步细化, 利用第一次运算得到的位移场对各个图像块偏移, 然后重复进行关联运算, 直到达到要求的精度。该方法对粒子密度高, 位移变化大的图像具有很好的效果。
3 各种算法精度对比试验
为了比较不同算法对砂土试验位移场测量结果的影响, 在有机玻璃模型槽中装入砂土试样进行验证试验。验证试验所用相机为PL-B741E CMOS型相机, 相机像素为1 024×1 280, 首先将相机置于模型槽25 cm的地方, 相机正对模型槽, 调节相机焦距和光圈, 使图像处于最清晰状态, 在没有位移的情况下拍下一张照片, 如图2a) 所示, 然后将模型槽平行移动2.54 mm (0.1 in) , 拍下第二张照片, 如图2b) 所示, 照片中每个像素代表实际距离0.08 mm, 前后两张照片的平移位移为29.5个像素。
为了比较各种关联算法对测量精度的影响, 采用尺寸大小相同的询问窗即32×32个像素, 使用三种不同的关联算法进行计算, 即:1) 基本关联算法;2) 询问窗偏移法;3) 询问窗细化法。
图3a) 为基本关联算法得到的位移场, 位移场中箭头的长短表示位移的大小, 由于是水平平移, 位移场中的箭头应该大小相等且水平地均匀分布, 但从图3a) 的位移场中可以看到, 很大一部分区域没有得到正确的识别, 边界区域表现的更明显。图3b) 为该算法得到的位移场的位移分布统计图, 从图中可以看出位移场中位移向量的大小从-2个像素到33个像素不等, 总的位移平均值为20.05个像素, 标准差为11.8个像素, 与实际位移情况相差较大。
图4a) 为询问窗偏移3个像素后5次关联匹配后得到的位移场, 该位移场与图3a) 相比, 尽管得到很大改善, 但仍有一小部分区域没有正确识别。图4b) 为该算法得到的位移场的位移分布统计图, 该算法虽然位移向量在-2~33像素之间分布, 但大部分集中在30像素两侧, 其平均值为27.4个像素, 与实际位移的标准差为6.77个像素, 其计算精度比基本算法有较大幅度提高。
图5a) 为询问窗细化法得到的位移场, 询问窗大小从128×128个像素细分到最后为32×32个像素, 从位移场可以看出该算法得到的位移场全部区域都得到了正确识别。图5b) 为该算法得到的位移场的位移分布统计图, 从该图可以看出, 位移场全部位移向量分布在30个像素两侧, 其平均值为29.6个像素, 与实际位移的标准差为1.05个像素, 计算精度较前两种方法都有更大幅度提高, 其精度可达0.01 mm。
4 结语
精度试验 篇7
关键词：沥青混合料,油石比,燃烧法,检测,标定方法
1 引言
沥青混合料施工过程质量控制的主要内容之一是检验生产出的沥青混合料中矿料级配、油石比的稳定性, 从而保证沥青路面按照设计要求进行施工。目前普遍使用的检测沥青混合料油石比和矿料级配的方法是抽提法, 即利用三氯乙烯等溶剂溶解混合料中的沥青, 然后再利用离心式抽提仪将混合液与矿料分离。这种方法不仅耗时效率低, 而且抽提液中的矿粉很难完全分离, 同时也需要消耗大量的三氯乙烯。而燃烧法以其检测快速、准确、效率高等特点逐渐在沥青混合料施工控制中被广泛应用。我国《公路沥青路面施工技术规范》 (JTG F40-2004) 中11.4款施工过程中的质量管理与检查第11.4.3条规定, 利用美国NTO型红外沥青燃烧炉测定沥青混合料油石比和矿料级配时, 需要对掺有消石灰粉的沥青混合料进行标定。本文结合吉林省长松高速公路沥青路面施工检测的具体实践, 阐述不同类型沥青混合料采用燃烧法进行检测时的标定方法。
2 不同类型混合料油石比检测的标定方法
进行了空白集料燃烧试验、消石灰单质燃烧试验以及自拌ATB-25沥青混合料燃烧试验。
2.1 消石灰粉单质燃烧试验
由于混合料中掺入部分消石灰, 在燃烧检测过程中将会有质量损失。Ca (OH) 2完全分解将会有24%的质量损失。如果混合料中掺加1.5%的消石灰粉, 按完全分解计, 质量损失将为矿料的0.36%。为了了解实际工程中燃烧检测时消石灰粉质量变化, 选择两组不同质量的消石灰粉做燃烧试验, 结果如表1。
由表1消石灰粉燃烧结果可以看出, 通常消石灰在燃烧炉环境中并不能够完全分解, 试验测得其分解率为27%。按照混合料中掺加1.5%的消石灰粉计, 消石灰质量损失仅为0.10%。据此计算, 混合料中掺加2%的消石灰粉质量损失约为0.12%。因此依据实际消石灰的掺配比例, 在实测油石比的基础上应扣除消石灰质量损失对油石比的影响值。
2.2 空白集料燃烧试验
分别按照ATB-25和SMA16的级配进行烘干备料, 各燃烧两组空白集料, 其中ATB-25中未加入消石灰, SMA中添加了消石灰, 两组集料燃烧前后的质量如表2所示。
未添加消石灰的两组ATB-25空白集料经过高温燃烧后, 质量损失率分别为0.01%和0.005%, 平均值为0.008%。掺加消石灰的SMA白料质量损失率分别为0.15%和0.09%, 平均值为0.12%;对掺有2%消石灰的SMA白料修正值为0.12%, 扣除消石灰的影响, 两组SMA空白集料燃烧的质量损失率为:0.12%-0.12%=0。由此可得出经充分干燥后的空白集料在燃烧炉高温环境中质量损失相对于沥青混合料总质量损失可以忽略不计。
2.3 自拌沥青混合料燃烧试验
自拌沥青混合料类型为ATB-25沥青碎石, 设计油石比3.85%, 两次油石比试验结果相对误差不超过±3%时取二者的平均值。两次燃烧筛分后的检测级配结果如表3所示。
燃烧法检测沥青混合料油石比为3.8%, 与设计值3.85%相差很小, 为0.05%, 相对误差仅为1%。作为实际施工控制及评价手段, 1%的相对误差完全满足工程精度需要。
从图1矿料筛分后的级配曲线可以看出, 燃烧法测得沥青混合料矿料级配与自拌沥青混合料级配大致相同, 可作为施工现场检测评价依据。
3 SMA沥青混合料油石比检测及结果修正方法
SMA混合料中掺入木质素纤维, 在进行燃烧检测时, 高温下纤维也会有77%～90%烧尽, 因此, 燃烧法无法测得SMA沥青混合料中木质素纤维的含量, 且损失纤维的质量也计入到沥青质量中。利用燃烧法检测SMA混合料的油石比时, 应同时扣除消石灰和纤维损失质量对油石比检测结果的影响。由于规范规定SMA混合料中木质素纤维掺量不低于0.3%, 在用燃烧法检测SMA混合料油石比时, 纤维烧失量为干矿料质量的0.25%;消石灰烧失量为干矿料质量的0.13%。则燃烧法SMA混合料油石比为:
油石比
4 结语
空白集料经过燃烧炉高温环境后的质量损失约为0.008%, 对混合料油石比检测结果的影响可以忽略不计;混合料中消石灰粉对油石比检测结果的影响应根据消石灰掺量的不同分别予以修正, 1.5%消石灰掺量的混合料油石比修正值为0.10%, 2%消石灰掺量的混合料油石比修正值为0.13%;SMA混合料油石比检测时, 纤维和消石灰经过燃烧炉高温环境后的质量损失分别为混合料质量的0.25%与干矿料质量的0.13%, 应同时考虑两者对试验检测油石比的影响并进行修正。
参考文献
[1]黄晓明, 等.沥青与沥青混合料[M].南京:东南大学出版社, 2002.
[2]JTG D50—2006, 公路沥青路面设计规范[S].
精度试验 篇8
机器人检测位置误差的检测试验, 是机器人精度检测的重要部分。文献[2]提出了机器人检测的理论方法, 文献[3]提出应用激光跟踪仪 (LTS) 检测机器人的方法快速高效, 文献[4, 5]提出用视觉方法检测, 但是精度没有计量认证。工业机器人检测标准所述检测内容操作起来非常复杂, 因此目前没有一家国内检测机构能够出具机器人精度检测报告, 本文采用激光跟踪仪检测机器人的位置误差, 通过求解标准所要求的机器人运动距离最大立方体, 并设计了安装激光跟踪仪靶球底座的安装法兰, 利用安装法兰上的强磁铁吸住靶球的底座。将靶球安装在机器人上, 对机器人的距离精度进行检测。
应用CCD视觉技术虽然多出现在研究的论文里用于机器人的检测, 且价格便宜, 但还没有CCD视觉检测技术用的测量设备通过计量认证, 即方法不符合计量认证允许的检测设备, 因此暂时无法选用CCD等视觉设备出现在检测报告里。
1 运动学距离误差测量
1.1 激光跟踪仪测量机器人距离精度实验平台搭建
设计了激光跟踪仪靶球安放在机器人上的法兰, 在法兰上安装强磁盘吸住激光跟踪仪靶球, 使用激光跟踪仪对某公司的6R工业机器人进行检测。
如图1所示, 实验使用的激光跟踪仪测量系统为德国莱卡公司的Leica AT901-B, 对于2.5 m ×5m ×10 m空间的测量精度达±10μm +5μm/m。该测量系统包括绝对跟踪仪、控制器、安装有Polyworks v11软件的应用计算机、靶球和球座。
1.2 激光跟踪仪测量靶球安装托盘设计
ISO 9283:1998标准中规定:检测运动的立方体边长应采用250, 400, 630, 1000 mm中最大的立方体。标准要求如图2所示。
为了获得最大标准立方体, 按照以下步骤操作:
1) 在实际可行的工作空间内, 确定一个最大立方体, 得出最大运动轨迹如图3;
2) 以最大立方体的中心作为标准立方体的中心, 在标准立方体的边长不超出边界的条件下, 选取最大的边长 (250, 400, 630, 1000 mm) ;已知标准立方体, 获取标准立方体中的五个检验点P1、P2、P3、P4、P5。
1.3 机器人坐标系和激光跟踪仪坐标系转换
工业机器人的描述最常用的运动学模型是DH模型, 用{θi, αi, ai, di} 四参数描述机器人相邻两连杆关系, DH模型的齐次变换阵[1]为:
根据D-H坐标模型, 建立机器人本体的运动学模型。
机器人基础坐标系{0}, 机器人末端靶球的坐标系为{e}, 而测量用的激光跟踪仪坐标系为{M}, 它们之间的转换关系如图4所示。
齐次坐标是描述机器人运动学的最常用的运动学模型, 4×4的矩阵描述机器人的运动学, 该矩阵的第4列的前3行描述机器人的位置, 式 (2) 表示机器人末端执行器的位置和姿态, 因为本检测暂不涉及机器人的姿态, 因此转动部分可暂不考虑。0Te表示的是机器人末端靶球的位姿。
本文激光跟踪仪测量机器人末端靶球的位置量为:
同样, 对于机器人末端的位姿为:
机器人末端位置量为
机器人本体的齐次变换矩阵为0Tn, 机器人末端的靶球到机器人末端的变换矩阵为nTe, 测量坐标系是{M}, 所观测的是激光跟踪仪靶球的距离变化。而ISO 9283:1998标准要求的是虽然0Tn, 即需要的是pn量的距离值。但是因为nTe是可以计算出来的, 因此可以通过转换得出pn。
nTe可以通过现场测量给定其第4列的前三行, 既是其位置坐标, 由此可得到 (nTe-1, 而0Te是激光跟踪仪读取的数值。由此得到0Tn。
2 测试仪器的安装法兰误差分析
设计了激光跟踪仪靶球安放在机器人上的法兰, 在法兰上安装强磁盘吸住激光跟踪仪靶球, 使用激光跟踪仪对某公司的6R工业机器人进行检测。
但是激光跟踪仪靶球安放的法兰本身也是有误差的, 这一误差必须测量得出。因此必须采用实际的检测方法测量得到其真实值。
如图6所示, 当只转动关节5时, 机器人旋转得到一个圆, 通过激光跟踪仪可以捕捉这个圆的圆心MOe, 该且激光跟踪仪捕捉这个圆上任意一点的坐标为Mpei, 则该圆的平均半径为:
这两个值为则实际的法兰在机器人坐标系中的坐标值0pez:
3 激光跟踪仪测量距离误差流程
根据以上得出机器人距离误差的检测流程图, 如图7所示。
4 结束语
经过现场测试实验, 比对国外对这类机器人精度的报道, 机器人的距离误差现场测试符合ISO9283:1998标准要求。
参考文献
[1]张铁, 谢存禧.机器人学[M].广州:华南理工大学出版社, 2001.
[2]Roth Z S, Mooring B W, Bahram R.An overview of robot calibration[J].IEEE Transactions on Robotics and Automation, 1987, 3 (5) :377-385.
[3]叶声华, 王一, 任永杰, 等.基于激光跟踪仪的机器人运动学参数标定方法[J].天津大学学报, 2007, 40 (2) :202-205.
[4]张建忠.机器人连杆参数的视觉标定[J].制造业自动化, 2004, 26 (11) :32-34.