時間：2022-06-29 19:39:22
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，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篇測量儀，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
【關鍵詞】傾角測量儀；MSP430；加速度傳感器；低功耗
1.引言
本超低功耗傾角測量儀的設計中，使用了TI公司的MSP430、TPS61070、TPS61040和TPS54331等器件和加速度傳感器，實現了超低功耗高精度角度測量儀的制作。首先，我們使用MSP430單片機，此單片機不僅具有處理能力強、運算速度快、片內資源豐富等優點，而且具有超低功耗和間歇工作的優勢。其在工作時工作電流只有200uA左右，當處于休眠狀態時其工作電流在1uA左右，較好的滿足了超低功耗和控制運算的需求。在實際使用中，我們讓它工作在2.5V，省電模式下RAM數據保持在低功耗模式，消耗電流僅0.1μA。其次，設計中還使用了TI公司的芯片TPS61070和TPS61040組成兩級BOOST升壓電路，相對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25V將至2.5V時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到30%以上，而且功耗低。此次設計中，主要使用TI的芯片，性能很好，對制作的實現起到了促進作用。
2.方案設計與論證
本設計要求通過測量重力加速度進行角度測量，并保證精度達到±1度以內，用2200uF電容供電，在工作情況下能持續工作60秒以上，并用1.5V干電池給電容充電。
2.1 控制系統的比較與選擇
方案一：采用DSP，具有高精度，運算速度快的優點，但DSP功耗高，不滿足本設計低功耗要求。
方案二：采用ATML的12C5A16AD，這款單片機價格便宜，但是運算速度比較慢，功耗大，不符合本設計的要求。
方案三：采用TI公司的MSP430單片機為控制系統。此單片機不僅具有運算速度快的特點而且具有間歇工作的優勢。在工作時其電流在200uA左右，當處于休眠狀態時其電流在1uA左右，較好的滿足了超低功耗的要求和控制運算需求。
綜上論證選取方案三。
2.2 測角傳感器比較與選擇
方案一：MMA7455，它是10位精度三軸數字加速度傳感器，具有I2C，SPI通信接口，但是測量結果偏差較大，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、電容式微機加速度傳感器，具有體積小，重量輕和豐富嵌入式的特點，可以減少整體功耗，有利于實現系統的超低功耗運行。此傳感器具有12位高精度，偏差小，不需要校正的優點，而且能夠返回數字信號，有利于信號采集與功能實現。
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，當電壓由25V降到5V時，7805會嚴重發熱，功耗很大，在超低功耗下很難工作。
方案二：用TPS54331芯片構成開關型BUCK降壓電路。TI的TPS54331芯片集成了MOSFET與控制系統的功能，可以實現25v到3.3v的穩壓。用此芯片實現的開關型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，此電路雖然實現輸入輸出隔離，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boost升壓電路，相對反激式升壓電路相比，該方案效率高，易于低功耗設計的實現。
綜上論證選擇方案二。
2.5 系統總體結構設計
通過以上方案選取我們的系統總體結構為通過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BUCK電路降壓對測量儀進行供電，通過測試按鍵發出信號后測量儀進行測量后顯示。系統設計框圖如圖1。
3.理論分析和計算
3.1 傾角的計算方法
低功耗單片機控制，通過MMA8452加速度傳感器將加速度在X、Y、Z軸上（芯片坐標軸如圖2）的分量通過I2C通信傳到單片機里，根據幾何關系進行角度計算后由HT1621驅動的4位LCD角度顯示。顯示分辨率為0.1度，精度達±1V，測角范圍為0-90度。
從傾角傳感器輸出到單片機的是重力加速度的XYZ軸分量，通過以下公式計算出：設X軸與水平面仰角α度，將坐標系投影到XZ平面，可得一平面坐標系，由此可求得各軸上的靜態加速度值：
經傳感器采集后輸送給單片機Ax、Ay、Az三個數字量，其中，，，角度值。
3.2 理論功耗分析
3.2.1 單片機功耗
MSP430此單片機不僅具有運算速度快的特點而且具有間歇工作的優勢，在工作時其電流在200uA左右，當處于休眠狀態時其電流在1uA左右，較好的滿足了超低功耗的要求和控制運算需求。
我們選用的MSP430單片機在典型的200KHZ時鐘、2.5V電壓下工作時，僅消耗2.5μA，在1MHZ時鐘、2.5V電壓下工作時有250μA，在RAM數據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驅動的段位顯示屏，此顯示屏雖然屏幕比較小，顯示內容有限，但是此顯示屏可以在極低功耗下工作，外接32KHZ晶振，而不用內置時鐘源，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。此顯示器驅動芯片有間歇模式，處理完指令后可以進入間歇模式，等待激活后繼續處理數據。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，此傳感器開啟后可以工作在喚醒和休眠2種模式下，當可以設定工作時長，節省能耗。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芯片構成開關型BUCK降壓電路。TI的TPS54331芯片集成了MOSFET與控制系統的功能，可以實現25v到0.8-5v的穩壓。用此芯片實現的開關型BUCK降壓電路功能，比線性電源功耗小，效率也高。
我們為了進一步降低功耗，將單片機供電調整到2.5V，可以使MSP430工作在極低功耗下。
4.電路與程序設計
4.1 電路設計
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，且該芯片穩定性好，精度準，功耗低等優點。Buck電路圖如圖4。
4.1.2 充電裝置電路
用1.5V干電池對電容進行充電，要求充電到25V。所以要將1.5V電壓經過升壓電路升到25V。我們采用TI公司的TPS61040和TPS61070芯片組成兩個Boost電路，分兩級將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。所以由單獨一片芯片不能制成由1.5V到25V的Boost升壓電路，故采用兩級升壓。這兩種芯片都具備穩定好，精度高，功耗低等特點，對充電穩定有重要意義。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R1，R2及確定：根據芯片要求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芯片將上級輸出升至25V，通過調節電位器R5來調節輸出，其中輸出Vout=1.233（1+R4/R3），通過調節R3與R4值可以改變輸出電壓。
4.1.3 加速度傳感器電路
測試按鍵與單片機相連控制是否進行測試，單片機與MMA8452加速度傳感器通過I2C通信，由單片機與顯示器連接進行顯示，加速度傳感器電路圖如圖6。
4.1.4 總體設計電路圖（如圖7、8）
4.2 程序結構與設計
程序流程判斷圖如圖9所示。
系統供電后，單片機啟動首先進入休眠狀態，并實時監測是否有鍵按下，若無鍵按下，繼續等待；若有鍵按下則根據按鍵功能進入測量狀態或模式轉換顯示，然后由液晶顯示新測量的數值，單片機重新進入休眠狀態，繼續檢測是否有鍵按下。
5.測試方案和結果
5.1 測試方案
調整好水平臺，將斜坡放在水平臺上，將電容充好電后盡快的接入測量儀中，然后調整斜坡進行測試觀察電容能工作時間和測量的角度。
5.2 測試結果
如表1、表2所示，2200uF電容供電，以每5秒一次的頻率進行測量時，測量儀工作時間約3分鐘。
100uF電容供電，可工作時間約為20秒。
6.結論
本超低功耗傾角測量儀由于設計合理，結構簡單，方案選取恰當，單片機、芯片和電阻電容等參數選取合適，所以很好的滿足基本和發揮要求，真正實現超低功耗的功能。本設計以超低功耗為目標，設計制作，較好的完成了超低功耗工作的目標，并實現了較高的精度，成功的完成了設計目。該作品可用于實際測量，在實驗室及工業生產中可作進一步推廣。
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基金項目：國家大學生創新創業訓練項目（編號：20111080）。
關鍵詞 熱鋪層；厚度測量儀；設計方法；成本控制
中圖分類號：U418.6
文獻標志碼：B
文章編號：1000—033X（2012）07—0065—03
0 引言
在公路養護與工程施工工藝的瀝青混凝土路面攤鋪過程中，瀝青混凝土厚度的控制對施工成本控制、路面平整度、路面質量和驗收都具有非常重要的影響。目前，對瀝青混凝土熱鋪層的厚度測量一般采用十字螺絲刀套一個礦泉水瓶蓋插入熱鋪層，再用刻度尺測量螺絲刀插入深度來獲得測量數據。這種方法存在很大的測量誤差，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（瀝青攤鋪機自動調平系統中的手動旋轉找平儀滑桿一圈可調整厚度范圍為0.2cm）。
如果用深度游標卡尺進行測量，由于瀝青混凝土熱鋪層溫度高（普通瀝青混凝土溫度達150℃，改性瀝青混凝土達170℃），而且混凝土中瀝青具有強粘性，現有游標卡尺在使用過程中容易因發熱引起安全隱患。主標尺容易在測量過程中因磨損而造成測量誤差，主標尺粘上瀝青后滑動困難，深度測量零位不可調節，使用不方便，因此深度游標卡尺實用性不強。
申請日為2007年5月22日，公告號為CN201045574的中國實用新型專利公開了一種便攜式保溫層厚度測量儀。該測量儀主體為帶有刻度的圓柱尺體，尺體頭部設為平頭圓錐體，尾部設為握柄，尺體外設有護帽。由于所設護帽是為了使用完畢后套入尺體方便攜帶，因而在測量溫度較高的瀝青混凝土熱鋪層時無法隔熱。且所述測量儀僅包括一個尺體，使其測量的精度受到了限制。
1 厚度測量儀設計
如圖1所示，厚度測量儀包括主尺、動尺、隔熱手柄、自動復位彈簧、零位調節螺母和零位調整鎖緊螺母等部件。動尺設置在主尺中部，并與其通過滑動間隙配合；隔熱手柄套在主尺一端外部，并與其緊固連接。與現有技術相比，本設計提供了一種能夠精確測量瀝青混凝土熱鋪層厚度的厚度測量儀。
1.1主尺（含隔熱手柄）
主尺設計如圖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、作業和攜帶，主尺上標有標準刻度，測量范圍根據動尺移動距離來確定。主尺設計要求應方便加工制作，可采取整體車加工或者鑄造加工而成。
1.2動尺
動尺設計如圖3所示，包括動尺基部和動尺測量頭兩部分為方便測量頭拆卸。動尺基部和動尺測量頭之間采用螺紋連接，動尺測量頭的寬度比動尺基部窄。動尺測量頭與零位調整螺母滑動間隙配合；動尺基部與主尺之間滑動間隙配合。
1.3零位調節系統
零位調節系統由零位調整螺母和零位調整鎖緊螺母組成，二者均通過螺紋聯接固定在主尺尾部。外部設置有隔熱套，隔熱套采用耐高溫材料制作而成。零位調節系統能有效消除因測量頭磨損帶來的測量誤差，零位調節范圍可根據主尺尾部螺紋范圍來確定。
1.4自動復位彈簧
自動復位彈簧設置在主尺和動尺測量頭之間的空隙中。彈簧設計要求耐疲勞、耐高溫，且具有較強的彈性零位復位功能，設計時應充分考慮適合的彈簧彈力來確保測量簡便。
1.5測量儀裝配
測量儀裝配如圖4所示，動尺基部與主尺之間是滑動間隙配合，動尺測量頭穿出主尺，和零位調整螺母之間采用滑動間隙配合，并可滑動，從該零位調整螺母中間孔穿出。在主尺和動尺測量頭之間的空隙中，設置有自動復位彈簧。兩個動尺鎖緊與撥動螺栓固定連接在該動尺基部上。該動尺基部的正面標有與主尺配合的長度刻度值；動尺測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，本設計的動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。動尺鎖緊與撥動螺栓固定連接在所述動尺基部上。
2 厚度測量儀的具體實施方式
測量時，測量人員手握隔熱手柄，推動動尺鎖緊與撥動螺栓，將動尺測量頭推出并垂直插入瀝青混凝土熱鋪層，在動尺測量頭頂住熱鋪層下層路面或基層，且零位調整螺母下表面剛好頂到熱鋪層上層時，擰緊動尺鎖緊與撥動螺栓，從而固定動尺。之后拔出測量儀，結合主尺和動尺的刻度讀出瀝青混凝土熱鋪層的測量厚度，即可簡單、方便、安全地得到精確的測量數據。測量結束后，直接用紙巾或毛巾將測量儀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），松開動尺鎖緊與撥動螺栓，動尺在自動復位彈簧的作用下自動復位。
當厚度測量儀被多次使用后，動尺測量頭會因磨損而變尖或者變短，此時可以將動尺測量頭推出，采用機加工或者砂紙打磨成一定的圓錐平頭，并將其復位，調節零位調整螺母進行調零設置，調零設置后用零位調整鎖緊螺母鎖緊。當動尺測量頭磨損到一定程度時，可以單獨更換動尺測量頭，并重新進行調零設置。這樣可以有效節約材料資源，降低購置成本。此外，如果瀝青混凝土熱鋪層下面為多孔隙面層時，為減少測量誤差，應采取多次測量來對比取值，同時測量儀器還可設計采用三連桿測量系統，這樣就能大大減少因底面層空隙對測量厚度造成的影響誤差。同時，本測量儀數據顯示方式也可以加載位移傳感器，通過數據轉換后采用數顯方式進行數據讀取。
3 結語
【關鍵詞】 期間核查 核查方法 核查方案 核查實施
計量工作中檢定、校準的工作質量直接影響到經濟領域、社會生活和科學研究中量值統一和準確可靠。所以計量檢定、校準工作首先要保證我們所使用計量標準器及相關的配套儀器設備的的準確可靠，這一目標是靠量值溯源實現的。在量值溯源這個周期內如何監控測量儀器的可信度，這就是我們這里所說的期間核查。它是監控測量儀器周期內可信度的一種手段。下面從期間核查定義及其意義、核查計劃及準備、核查的實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
期間核查是指對測量儀器在兩次檢定或校準的時間間隔內進行的核查。期間核查的目的是在兩次檢定或校準的時間間隔內保持測量儀器檢定或校準狀態的可信度。也就是對測量儀器的示值在規定的時間間隔內是否保持其在規定的最大允許誤差或擴展不確定度或準確度等級內的一種核查。
1.2 期間核查與檢定校準的區別
檢定或校準是在標準條件下，通過計量標準確定測量儀器是否合格。而期間核查是在兩次檢定或校準之間，在實際工作的環境條件下，對預先選定的同一核查標準進行定期或不定期的測量，考察測量數據的變化情況，以確認其校準狀態是否持續可信。
檢定或校準必須由有資格的計量技術機構用經考核合格的計量標準按照規程或規范的方法進行，用高一級的計量標準對測量儀器的性能進行評估，具有溯源性。期間核查是由本實驗室人員使用自己選用的核查標準按照自己制定的核查方案進行，是在使用條件下考核測量儀器的性能有無明顯變化，不具有溯源性。
1.3 期間核查對于計量技術機構保證工作質量具有現實意義
實驗室一般對儀器進行定期檢定或校準，以保證其量值的溯源性，并加以必要的維護和保養，以保證設備的有效性和可靠性。因此，大多數實驗室認為，只要對儀器進行了定期檢定或校準，儀器就是可靠的，出具的數據就是有效的，使儀器的期間核查成為實驗室最易忽視也最不重視的環節。實際上，使用頻率高、易損壞、性能不穩定的儀器在使用一段時間后，由于操作方法，環境條件如電磁干擾、溫度、濕度、以及移動、震動等因素的影響，并不能保證檢定或校準狀態的持續可信度。因此，實驗室應對這些儀器進行期間核查。比如，分析天平是實驗室稱取物質質量的常用儀器，使用頻率最高，容易受到被稱量物質的污染，過載、使用不當還會造成刀口損壞，影響天平的靈敏度和準確度。此外，儀器的信噪比、單色光帶寬、雜色光強度和樣品室、比色皿的污染等都可能影響儀器的靈敏度和準確度。實驗室應針對具體的儀器進行分析研究，掌握儀器分析原理和性能特性以及可能影響檢驗結果準確性和穩定性的因素，確定需要進行期間核查的儀器名稱，編制相應的期間核查方法。
儀器的期間核查并不等于檢定周期內的再次檢定，而是核查儀器的穩定性、分辨率、靈敏度等指標是否持續符合儀器本身的檢測/校準工作的技術要求。針對不同儀器的特性，可使用不同的核查方法，如儀器間比對、方法間比對、標準物質驗證等。期間核查的時間間隔一般以在儀器的檢定或校準周期內進行一二次為宜。對于使用頻率比較高的儀器，應增加核查的次數。實驗室應根據儀器的性能和使用情況，在規定的時間間隔內，使用相應的核查方法對儀器進行期間核查，只要檢查方法有效，周期穩定，期間核查能及時發現測量儀器技術指標的變化，如發現超差現象，能及時預防和發現不合格的儀器并避免誤用，保證檢驗結果持續的準確性、有效性，為顧客和社會提供可信的數據和滿意的服務。
2 期間核查的計劃與前期準備
2.1 期間核查對象的確定
并不是所有的儀器均需期間核查，需要期間核查的儀器設備由儀器設備管理員制定儀器設備期間核查計劃。通常包括以下設備，實驗室的計量基準、參考標準、傳遞標準、工作標準。對于輔助設備及其他測量儀器是否進行期間核查，應根據在實際情況下出現問題的可能性、出現問題的嚴重性及可能帶來的質量追溯成本等因素，合理確定是否進行期間核查。一般從以下幾個方面考慮：對測量結果的質量有重要影響的關鍵測量設備的關鍵值；具備相應的核查標準和實施核查的條件；不夠穩定、易漂移、易老化且使用頻繁的測量設備；經常攜帶到現場檢測的的測量儀器；使用頻次高的和使用環境惡劣的檢測設備；曾經過載或被懷疑出現過質量問題的測量設備；有特殊規定的或儀器使用說明書中有要求的。
有些設備無需單獨實行期間核查。如檢測中使用的采樣、制樣、抽樣的設備；沒有量值要求的輔設備；計算機及設備；性能穩定的實務量具，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量過程的工業特性或要監控的設備的技術指標，如準確度、重復性、復現性；核查標準的技術指標，主要是穩定性；核查控制線的計算及過程是否在控的判斷方法；由于不同測量標準實現量值傳遞過程不同，根據不同情況選擇核查方法以及根據具體情況選擇核查次數。一般概括為以下內容：選用的核查標準、核查點、核查方法、核查程序、核查頻次、核查記錄的方式、核查結論的判定原則，發現問題采取的措施。
2.3 期間核查標準的選擇
核查標準應具有需核查的參數和量值，能由被核查儀器、計量基準和計量標準測量；核查標準應具有良好的穩定性，某些儀器的核查還要求核查標準具有足夠的分辨率和良好的重復性，以便核查時能觀察到被核查儀器及計量標準的變化；必要時，核查標準應可以提供指示，以便再次使用時可以重復前次核查實驗時的條件，例如環規使用刻線標示使用直徑的方向；由于期間核查是本實驗室自己進行的工作，不必送往其他實驗室，因此核查標準可以不考慮便攜和搬運問題。
2.4 測量范圍和測量參數的選擇
期間核查不是重復檢定或再校準，不需要對測量設備的所有參數和所有測量范圍進行核查。實驗室可根據自身的實際情況和實際經驗進行，有如下情況：
原則上對設備的關鍵參數應進行期間核查。但是對于多功能設備，應選擇基本參數。例如，對數字多用表可選擇直流電壓和直流電流，因為電阻可以由直流電壓和電流導出；而交流電壓和電流是通過積分轉換為直流電壓和電流的。
選擇設備的基本測量范圍及其常用的測量點進行期間核查。例如，對于數字多用表的直流電壓可選擇10V進行期間核查，因為其內部基準電壓為10V；而直流電流可選擇1mA，因為其內部直流電流為1mA的恒流發生器。又如，電子天平可選擇100mg進行期間核查，因為電子天平通常配備有100mg的砝碼。必要時，可選擇多個測量點進行期間核查。
2.5 期間核查時機的確定
期間核查的目的是保持測量儀器的可信度，只有準確掌握核查時機及核查頻次才能達到這一目的。期間核查一般分為定期和不定期的期間核查。根據測量儀器使用的條件、頻度及儀器可靠性資料，規定期間核查的時間間隔。
定期的期間核查：期間核查為了能充分反映實際工作中各種影響因素的變化，則核查時必須注意保持所有實驗室條件的復現，才能夠保證數據變化只反映儀器被核查參數的變化。測量儀器剛完成溯源時做首次核查，有利于確定儀器的初始狀態參數，以便觀察數據的變化。首次核查正常狀況下必須確定在這一時間。應規定兩次核查之間的最長時間間隔，除首次核查外一般正常使用的儀器周期內做兩到三次核查為宜。其他具體情況視被核查儀器的狀況、使用狀況和計量檢定人員的經驗具體確定。
不定期的期間核查一般有以下狀況：測量儀器即將用于非常重要的測量、或非常高準確度的測量、測量儀器的準確度要求已接近測量儀器的極限時，測量前應進行期間核查；大型測量儀器的環境溫濕度或其他測量條件發生了大的變化，剛剛恢復；測量儀器發生了碰撞、跌落、電壓沖擊等意外事件后；對測量儀器性能有懷疑時。
3 期間核查的貫徹實施
3.1 期間核查的程序文件及作業指導書
期間核查程序文件應包括以下內容：需要實施核查的測量儀器；核查方法和評審程序；核查的職責分工和工作流程；出現過程失控或發現有失控趨勢時的處理程序。
期間核查的作業指導書應規定：核查對象和核查標準；測量的參數和測量方法以及測量點；核查的記錄信息和記錄的保存；必要時，核查曲線圖或核查控制圖的繪制方法；核查頻次及臨時增加核查的特殊情況；核查結果的判定原則與核查結論。
3.2 期間核查方法
通用的期間核查方法：當設備經高一級檢定或校準后，立即進行首次期間核查，將參考值y0（一組測量的平均值，次數一般要求大等于10）賦予核查標準。隔一段時間按核查計劃進行第一次核查，得到核查數據y1（同y0是平均值并同一點）。按計劃重復上述步驟，直到n次核查，得到各次核查數據y1，y2，…，yn。以被核查測量儀器的最大允許誤差或計量標準的擴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，說明被核查的測量儀器處于可信狀態。
測量過程控制的控制圖法：控制圖是對測量過程是否處于統計控制狀態的一種圖形記錄。一般對于準確度較高的計量基、標準采用。控制圖通常成對使用，平均值控制圖主要用于判斷測量過程中是否受到不受控的系統效應的影響。標準差控制圖和極差控制圖主要用于判斷測量過程中是否受到不受控的隨機效應的影響。控制圖法可詳見《計量標準考核規范》附錄。
3.3 核查記錄的內容、形式及保存
核查記錄是證明測量儀器在某個時刻的狀態，記錄的內容應充分、完整，以便多次數據具有可比性。包括以下內容：依據的技術文件；被核查儀器的信息即名稱、編號、型號生產廠等及相關技術指標；核查標準的信息即名稱、編號、型號生產廠等及相關技術指標；核查時的環境參數如溫度、濕度、振動等；核查的相關信息即時間、參數、操作人員；原始數據的記錄及處理，必要時做核查曲線或控制圖；核查結論。
記錄的形式及保存：可以把上述內容用表格的形式，或表格與圖并存表示。將原始數據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，以便數據更新和查閱。
3.4 對核查不合格的處理
在期間核查時要能及時發現核查過程中的異常和可疑情況，發現被核查儀器的技術狀態異常，應進行分析、查找原因，可更換核查方法和增加核查點，必要時應進行提前檢定或校準，或對不符合結果及時制定預防和糾正措施。
參考文獻：
關鍵詞 氧量測量儀；調試；維護；故障排除
中圖分類號 TP336 文獻標識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)071-0220-02
氧量測量儀主要用于測定鍋爐煙氣中的氧分壓即氧氣的體積百分數含量（簡稱氧含量或氧量），通過安裝氧化鋯氧分析儀，在線實時監測煙氣中的氧含量，調節空氣和燃料的最佳配比，實現優化燃燒。在節能減排、安全環保諸方面具有重要意義和顯著經濟、社會效益。
1 氧量測量儀工作原理
氧量測量儀由氧化鋯探頭（下文簡稱鋯頭）和氧量變送器兩部分組成，氧化鋯探頭用于將含氧量轉化為mV信號，氧量變送器再由mV信號計算出氧量。鋯頭的核心部件是氧化鋯固體電解質氧濃差電池。氧濃差電池由參比半電池和測量半電池組成，兩個半電池間用氧化鋯固體電解質連接，實際上就是一根氧化鋯管，涂于氧化鋯管內外壁上的多孔性鉑膜作為兩個半電池的電極，供引出氧濃差電勢用，在高溫下當其兩側氣體中的氧濃度不同時即產生氧濃差電勢，當溫度一定時，僅跟兩側氣體中的氧氣含量有關，通過測量氧濃差電勢，即可測得氧氣含量比，只要一側氧氣含量固定，就可求得另一側氧氣含量。
2 氧量測量儀日常維護要點
1）儀器在使用1500-2000小時以后，需要對其準確度進行檢查，方法是按正常使用時的操作程序通入氧標準氣，觀察其指示的讀數和標準氣氧含量的差值，若大于儀器的規定誤差，就需要進行校準。校驗的方法是先調好標氣（氧含量為4%左右，流量300 mL/min～500 mL/min），再將連接軟管與探頭“標氣入口”相連，校驗量程氣可采用干燥的空氣。若所測值與標氣值有差別，可調節本底電勢，把氧量值調節到與標氣值相同。本底電勢一般為負值，絕對值要小于20 mV，否則鋯頭可能老化。校準過程中，應保證不漏氣。校準完畢后，應擰緊“標氣入口”螺帽。
2）需對儀器氣路的密封性進行檢查，檢查方法為封死進入儀器取樣管道，在變送器側加壓至1 MPa，壓力能穩定1-2分鐘，則表示取樣管道無泄露。
3）由于氧量測量儀是長期在線測量，煙氣中的粉塵含量大，鋯頭陶瓷過濾器和進氣孔容易被堵塞，使用一段時間后需定期拆出清理，探頭再拆裝過程中注意避免劇烈震動，以免損壞。
4）由于鋯頭鋯管長期在高溫的環境下工作，容易使得鋯管性能破壞，出現鋯管內阻增大，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定，通入5分鐘空氣后關閉流量計調節閥，用電阻計測量鋯管電極的熱電阻，如果電阻大于（80-100）Ω，說明鋯管已經老化，必須進行更換。
5）更換鋯頭時，要注意保護電極與鋯頭螺旋接觸面，更換鋯頭后，應校正氧化鋯的氧濃度顯示值。如不進行此項工作，氧化鋯檢測的氧濃度可能會與實際濃度產生偏差，從而印象測量。
6）在停爐或者氧量測量儀退出使用時，不能在切斷電源的情況下放置在煙氣管道內，應保持加熱器供電以防止鋯頭和鋯管被腐蝕。
3 氧量測量儀在應用中出現問題的分析及解決
在實際工作中，儀器會出現各類故障，根據故障現象，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 氧量測量儀安裝應該注意的問題
1）因為測量元件是氧化鋯陶瓷，質地脆弱，應選擇無振動、無明火燃燒的地點安裝，并要防止有害氣體流經探頭檢測點，否則將造成很大的測量誤差（示值偏大）。因此，在探頭插入煙道安裝完畢后，應用密封材料，把探頭邊緣縫隙堵死。
2）由于鋯頭必須工作在（750±100）℃的地方，所以直插式探頭應安裝在（750±100）℃的煙道處，如果所選定的測量點溫度過低，測出的含氧量會偏大；溫度過高，一方面影響探頭使用壽命，另一方面會使氧量變送器的溫度補償精度降低。如果因工藝或設備條件限制，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，經旁路管，探頭安裝在旁路管內，并自動恒溫在750℃左右。
3）當煙氣中含有CO，H2，CH4等可燃氣體以及硫化物，且工藝上無法消除或減少上述氣體時，可采用旁路式探頭，將待測煙氣抽出，經水洗處理，減少上述氣體，然后再經探頭檢測，但此測量方法會引起測量誤差。
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，探頭上過濾器的堵塞也是不可避免的。因此，應在探頭過濾器表面安裝防塵罩。
5）鋯頭最好能在停爐時安裝，如果做不到這一點，則安裝探頭時，就應該格外小心。因為探頭的過濾器是碳化硅材料，其熱性能差，遇到溫度突然變化時，就容易爆裂、破碎。所以探頭安裝時，應該緩慢地、逐步地插入測量煙道。
6）鋯頭最好是垂直安裝，同時應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，應滿足溫度和濕度的規定要求，同時由于變送器內部結構為插件式電路板，所以應避免振動和污染，以防插件接觸不良。探頭至變送器的信號線宜屏蔽，而且宜與電源線分開布線，減少電磁干擾。
5 結束語
氧量測量儀投運初，運行良好。隨著時間的推移，由于工藝及其他種種原因導致鋯頭容易老化和積灰，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題是我們以后需要思考的問題。
參考文獻
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[2]王森.電化學式氧分析器在線分析儀表維修工必讀[M].北京:化學工業出版社,2007:92-108．
【關鍵詞】虛擬儀器 測量 LabVIEW
1 虛擬儀器概述
虛擬儀器（Virtual Instrumentation）是一種計算機控制的儀器系統，以通用化計算機作為核心的硬件平臺，由使用者自己設計定義，具有計算機操作界面，測試功能由軟件來實現。它通過應用程序，將通用化計算機與功能化硬件相結合，這樣使用者可以通過友好圖形界面，自己操作計算機，完成對被檢測量的采集、判斷、分析、顯示、存儲數據等功能。
1.1 虛擬儀器與傳統儀器的比較
虛擬儀器是以計算機為基礎的軟硬件測試平臺，它可代替傳統測量儀器并自由構建專有儀器系統。傳統的測量儀器受到硬件的限制不能發揮很大的互聯。而虛擬儀器將儀器硬件搭載到計算機平臺，再加上應用軟件，將計算機硬件資源與儀器硬件有機的融合，大大縮小硬件成本和體積，通過軟件實現對數據的顯示、存儲及分析處理。
1.2 虛擬儀器系統的構成
虛擬儀器系統由硬件和軟件構成，硬件是基礎，軟件是核心。基本硬件是計算機和信號采集調理部件。計算機自身包括微處理器、儲存器、顯示器等部件；信號采集調理部件為GPIB儀器控制模塊，VXI/PXI，儀器模塊/總線標準模塊以及數據采集卡。軟件構成主要有開發平臺軟件和用戶應用軟件。目前使用最多的計算機語言是美國國家儀器公司（national instruments，NI）的LabVIEW。LabVIEW全稱laboratory virtual instrument engineering workbench（驗室虛擬儀器集成環境），是功能強大靈活的儀器和分析軟件應用開發工具，圖形化，用圖標來代替文本行，創建應用程序。
LabVIEW具有以下主要特點：圖形化的儀器編程環境；高效內置的程序編譯器；靈活的程序調試手段；數據采集與儀器通信應用的支持；數據處理和分析函數庫；支持多種系統平臺；開放式的開發平臺等。LabVIEW程序包括三個部分：前面板、框圖程序、圖標和接線端口。前面板模擬真實儀器前面板；框圖程序利用圖形語言控制前面板上的對象；圖標和接線端口把LABVIEW程序定義成子程序，實現模塊化編程。
2 虛擬電子測量儀器概述
2.1 傳統儀器測量系統概述
傳統電子測量儀器，如信號發生器、邏輯分析儀、示波器、頻譜分析儀等，都是硬件化的技術方案，因其結構上的先天局限性，決定了相互之間沒有令人滿意的互聯與通信機制，不能實現充分的信息與資源共享，所以在不改變設計思路的情況下，難以組建成綜合測試系統或電子測量平臺，也就不能完成對被測系統的綜合分析、評估，進而得出準確判斷。
2.2 虛擬電子測量儀器集成系統設計概述
虛擬儀器技術是以計算機為核心的測試測量儀器組建技術，由計算機操縱，利用高性能的軟硬件平臺及模塊化硬件板卡，結合高效靈活的應用軟件，完成各種測量、測試任務；除信號的輸入輸出外，測量、控制、分析、變換、顯示等功能均由軟件來實現。
2.3 虛擬儀器與傳統儀器測量系統比較的優點
虛擬儀器技術的優勢是，使用者可以自定義專用儀器系統，功能靈活容易構建，應用面廣。它符合“硬件軟件化”發展趨勢，被稱作“軟件儀器”。它的功能齊全且多樣化，價格合理，因此具有很強的競爭力，在儀器計量領域有很大的發展空間。它主要有以下特點：軟件是虛擬儀器的核心；性價比高；縮小儀器廠商與使用者之間的距離；擴展性強，開發維護費用低，可配置性強；有良好的人機交互界面；信息量大，測試過程完全自動化，數據可編輯、打印、存儲，有完整的時間記錄和測試說明；通過軟、硬件的升級，可便捷地提升測試系統的水平和能力；信號電纜少，故障率低，有操作保護；系統開放、靈活，功能可更改，技術更新快；可以和其他設備互聯；軟、硬件都具有模塊化、開放性、可重復使用及互換性等特點。
3 虛擬電子測量儀器設計原理
虛擬電子測量儀器的軟件應用程序，由LabVIEW編程環境開發，動態鏈接庫通過CLF節點調用，達到與USB控制器的互聯通信。LabVIEW程序編寫分為前面板和后面板，前面板有登陸界面和各個虛擬儀器界面。后面板是編程程序框圖，對前面板的各個模塊進行編程，再把它們整合在一起，組成一個大的、整體的程序框圖。
程序設計中，使用軟件模板提供的旋鈕、按鈕、開關、數字顯示、圖表、圖形等控件，在前面板設置輸入輸出對象，按照使用者的實際需求，設計圖形化交互界面。框圖程序設計是圖形化程序的源代碼，與前面板一一對應，使用軟件提供的結構控制、數值運算、字符串運算、數組運算、布爾運算、信號分析、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。程序中的數據信號根據程序邏輯關系，沿數據線流動，滿足“數據流驅動”。
在虛擬電子測量儀器中，硬件部分由USB控制卡，信號發生卡和信號采集卡組成。12V電源供電，通過USB2.0連接到計算機，與軟件連接相通。
參考文獻
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關鍵詞：熱電材料；塞貝克系數；雙端可調；高精度；測量
中圖分類號：TP216 文獻標識碼：B 文章編號：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世紀末以來,對熱電材料的研究成為材料科學的一個研究熱點［1］。作為一種能源轉換材料，熱電材料的應用不需要傳動部件,工作時無噪音,無排棄物,與太陽能,風能,水能等二次能源的應用一樣,對環境沒有污染,并且這種材料性能可靠,使用壽命長,具有廣泛的應用前景。
塞貝克系數是熱電材料的重要性能參數之一,現有涉及塞貝克系數的測試裝置，主要存在結構復雜，測試過程耗時較長，需根據極性來進行樣品安裝，測量精度較低等問題。針對上述問題，系統采用了精確的高電壓電流控制電路，選用半導體致冷片作為制冷機制，簡化了系統結構，可實現從任意方向對熱電材料的塞貝克系數進行快速的溫度控制以及測量。
1 熱電材料簡介
熱電材料指通過其熱電效應實現熱能和電能直接相互轉換的功能材料。目前已有一系列的熱電材料被研制出來，如BizTe系、PbTe系、SiGe 系等合金，但由于其熱電轉換率相對較低，限制了熱電材料的廣泛應用。衡量熱電材料的熱電性能使用優值系數Z， Z值越高，熱電轉換效率越高，熱電材料的性能越好［2］。優值系數Z可通過以式（1）計算得出：
Z=S2σ/k(1)
其中：S是塞貝克系數；σ是材料的電導率；k是材料的熱導率［3］。
塞貝克系數是熱電材料重要的性能參數之一，從式（1）可見，塞貝克系數S越大，優值系數Z越大，材料的熱電性能越好。精確測量材料的塞貝克系數，對于研究熱電材料性能以及開發新型熱電材料具有重要的現實意義。
熱電材料的塞貝克系數可表示為:
S=limΔT0VΔT(2)
式中：E為溫差電材料兩端產生的塞貝克電動勢；S即塞貝克系數；ΔΤ為溫差電材料兩端的溫差。
2 系統設計方案
2.1 系統概述
傳統測量塞貝克系數的裝置，都是固定一端用于加熱，另一端用于制冷，對不同極性的樣品進行測量時需要重新裝卸。該系統的一個突出特點就是在每個樣品夾內均設有加熱及制冷機構，樣品夾內的加熱機構采用交流調壓模塊控制加熱絲實現，制冷機構采用半導體致冷片實現。半導體制冷片是一種利用半導體珀爾帖效應而制的器件，將其冷端貼在樣品夾上，熱端與水冷裝置相連。致冷片通過吸熱效應把樣品一端的熱量傳至致冷片的熱端，并通過水冷裝置把樣品冷端的熱量帶離系統。該測量儀的熱電材料溫度控制測量儀的硬件結構圖如圖1所示。
圖1 硬件結構圖
通過加熱與致冷機制，該系統可以從任意方向對熱電材料的塞貝克系數進行測量、且不需確定待測樣品的極性，對于溫度的控制響應迅速且精度較高，可避免將樣品從樣品夾上拆卸再重新裝上所帶來的麻煩，簡化了測試步驟，縮短了測試時間。
該測量儀的系統電路如圖2所示。
圖2 系統電路框圖
溫度傳感器測量出的溫度信號，經中心控制器模糊自調整PID運算后，求得兩路通道的加熱控制值及制冷控制值，分別通過D/A轉換和積分電路，輸出至相應的控制執行電路以實現對溫度的控制。樣品兩端的電勢差，經高精度A/D轉換送入中心控制器。
2.2 溫度測量電路
溫度測量電路由恒流源電路以及放大濾波電路組成。該設計采用豪蘭德電流源電路［4］，引入了深度負反饋，利用集成運放來實現恒流輸出，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，把溫度值轉變電壓信號輸入至放大濾波電路，經過增益以及有源低通濾波器濾波后，由A/D轉換成數字信號送入中心控制器。
圖3 豪蘭德電流源電路圖
2.3 控制執行電路
對于樣品的控溫，需要較大的功率，因此涉及對高電流及高電壓的精確控制，這是該系統的設計重點之一。系統的加熱與制冷采用不同的機制來實現，實現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壓模塊。全隔離單相交流調壓模塊是集同步變壓器、相位檢測電路、移相觸發電路和輸出可控硅于一體，當改變控制電壓的大小，就可改變輸出可控硅的觸發相角，實現單相交流電的調壓。由中心處理器輸入0~10 V直流控制信號， 輸出0~220V可調交流電壓，驅動加熱絲進行加熱。
該系統采用PWM脈沖對半導體致冷片Peltier進行控制,通過調節脈沖的占空比來控制制冷的程度。制冷電路通過PWM控制積分電路的充電以及放電，當PWM脈沖為低電平時，MOS管導通，電容開始充電，電流經Peltier及電感流到地；當PWM脈沖為高電平時，MOS管截止，由于電流突變,電感產生較大的電動勢,這時電流呈線性下降的趨勢,通過控制MOS管的導通和截止，就能形成與脈沖的占空比有關的電流，以驅動致冷片Peltier進行制冷。
電路中的電感與電容組成的電感電容濾波器在這里有2個功能：一是減少PWM驅動造成的電磁干擾；二是濾波使得較為穩定的電壓輸出提升了Peltier的制冷性能。系統還接有風扇，直接對場效應管進行散熱。系統的PWM積分電路如圖4所示。
圖4 PWM積分電路
關鍵詞:多處理器;DSP;ARM;Nios II;系統結構;測量儀器設計
中圖分類號:TP216文獻標識碼:A文章編號:1009-2374 (2010)10-0030-02
兩個或多個微處理器一起工作來完成某個任務的系統稱為“多處理器系統”。多處理器系統是目前信息技術的重要研究領域,也是下一代信息系統的系統設計技術。目前使用的多處理器系統大多數是以同種處理器構成的,而實際需要的目標系統往往包含性能需求不同的幾個子系統或者功能模塊,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或不足,這種情況下,使用不同種處理器根據各自特點來設計系統就能通過合理的模塊劃分實現資源配置的最優。本文的簡易示波和頻譜測量儀器正是基于這種考慮而設計的。
現有的示波器和頻譜分析儀通常是獨立的,測試人員在對系統或電路進行測量時,往往需要知道信號的時域和頻域兩方面的特性,這樣就必須使用兩臺測量儀器,這是由儀器本身的復雜性決定的。本文所設計的基于不同種處理器的測量儀器,能夠同時分析信號的時域和頻域特征,為電子、通信、控制等領域的工程師和研發人員方便地測試系統提供了可能。
一、多處理器系統結構
(一)系統整體結構
本文設計的多處理器系統由ARM9嵌入式處理器、DSP和Nios II三種處理器組成,三種處理器系統分別制作PCB板,通過總線的方式互連,并連接至底板,由此三種處理器組成的多處理器系統整體結構框圖如圖1所示:
圖1所示由不同種處理器構成的多處理器系統,是要同時實現簡易數字示波器和頻譜分析儀兩項功能,也就是說用一套系統實現兩種測量儀器。根據各種處理器自身的特點,將要實現的功能進行了功能模塊的化分。在按鍵控制使能下,Nios II系統通過高速A/D芯片得到信號源的樣值,并通過串口將樣值編碼發送給ARM9系統,同時抽取一部分樣值編碼發送給DSP系統,ARM9系統采用描點法將接收到的樣值編碼在液晶顯示屏上繪制出信號波形,而DSP系統將接收到的樣值編碼進行FFT運算,以得到信號的頻譜特征,計算完成后,DSP系統將信號的頻譜值發送給ARM9系統,ARM9系統將頻譜在液晶顯示屏上顯示出來。
(二)各功能模塊基本結構
本文所設計的多處理器系統是由三種不同處理器的開發板和帶有液晶顯示屏的底板構成,各個功能模塊分別獨立開發,然后按照通信協議將幾種處理器系統連接起來,使其協同工作。
根據奈奎斯特抽樣定理,要無失真的恢復原信號,在進行A/D變換時,抽樣頻率應為原輸入信號最高頻率的2倍以上。為了加寬測試信號的頻譜范圍,得到準確度較高的信號波形,前端需要使用高速A/D。本系統選用AD公司的AD9283BRS-80,該芯片是一片8bit采樣頻率達到80MHz的A/D轉換芯片,并且該芯片的供電電壓只需3V。理論上來說,輸入信號的頻譜寬度可達40MHz,但為了保證信號波形的完整和穩定,經過實測,本文要求輸入信號中的高次諧波分量不高于30MHz。一般來說,單片機等低速處理器很難滿足如此高的采樣速度,但對于以FPGA為物理載體的SOPC技術卻能比較容易的實現。本文使用了Altera公司的以Nios II處理器為核心的SOPC系統來接收高速的模數轉換后的數據,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核復用技術構建系統,本文設計的SOPC系統在EP1C6Q240C8 FPGA上實現。本功能模塊的結構圖如圖2所示:
Nios II系統使用雙串口,分別與ARM9系統和DSP系統的串口連接,實現數據和握手信號等控制信號的傳輸。ARM9系統采用SAMSUNG公司的S3C2410為主芯片,S3C2410采用了ARM920T內核,0.18um工藝的CMOS標準宏單元和存儲器單元。其低功耗、精簡和出色的全靜態設計特別適用于對成本和功耗敏感的應用,而且S3C2410豐富的片內資源和接口也為設計者的開發提供了便利。ARM9系統接收Nios II系統和DSP系統兩個系統發送來的數據,并采用描點法在液晶顯示屏上分別顯示信號的時域波形和頻域波形,簡單地說,本部分相當于顯卡的功能。該功能模塊的結構圖如圖3所示:
頻譜分析儀包括模擬式頻譜分析儀和數字式頻譜分析儀兩種,而數字頻譜分析儀最常用的設計方法就是FFT方法。這種頻譜分析儀采用數字方法直接由模擬/數字轉換器(ADC)對輸入信號取樣,再經FFT運算后獲得頻譜分布圖。FFT運算時間與需要的乘法次數和處理器的速度有關,每個FFT輸出結果所需的乘法次數為:
(1)
式(1)中N為取樣點數,對于N=1024點FFT,需要5120次乘法。DSP處理器由于其自身的硬件特點,非常適合做計算復雜的運算,而1024點FFT(快速傅里葉變換)又經常作為衡量DSP器件性能的常規基準程序之一。選用DSP芯片來進行FFT運算,能夠滿足頻譜分析儀對高頻率、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處理器,其主頻可達200MHz,為高精度和快速應用提供了硬件支持。本模塊主要功能即是從Nios II模塊取得A/D變換后的1024個樣點數據,對其進行FFT變換,并將得到的頻譜數據發送給ARM9模塊。該功能模塊的結構圖如圖4所示:
二、系統硬件連接及通信
本文所設計的多處理器系統由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自定義的A、B、C三條總線連接,對于多處理器系統,一個重要的問題是處理器間的通信問題。處理器必須能夠互通信息,以保持系統所有部分的同步和樣值數據的流動。多處理器間的通信問題通常包括點對點通信和全局共享訪問通信兩種方案。在點對點通信方案中,數據簡單地以“生產線”的方式從一個處理器流向另一個處理器,單獨的樣值或樣值包被分階段處理。算法分成分離的子任務,并平均地在各個處理器中分配,如圖5所示:
圖5點對點通信示意圖
由于結構簡單,能夠很容易地看出特定算法被分成了哪幾個任務以及任務如何在單個器件中分配,本文設計的多處理器系統采用了點對點的通信方式,即各模塊之間通過各自的串口與其他模塊通信。各功能模塊的串口均設置為8位數據位,無奇偶校驗位,1位停止位,無流控制,波特率為115200。通信協議主要包括兩個部分,即聯機狀態查詢和收發數據啟動。具體說來,發送方首先向接收方發送“0×55”,接收方在確認收到“0×55”并且空閑時,向發送方回復“0×33”表示已聯機并處于空閑狀態;發送方接收到“0×33”確定接收方空閑時,向其發送“0×aa”告知其將要發送有效數據,接收方在接收到“0×aa”后認為該字節以后的數據均為有效樣值點,對其進行相應的處理。
三、系統軟件設計
本文設計的多處理器系統,根據三種處理器各自特點的不同,進行了任務的劃分,并分別編寫了軟件程序。Nios II系統主要完成A/D采集的樣點的初始處理,主要包括在一個樣本周期內選取2048個點直接發送給ARM9部分,再從該2048個點中選取1024個點發送給DSP部分;DSP部分對接收到的1024點數據直接進行FFT運算,然后得到其頻譜,簡單起見,本文只將計算所得頻譜的幅度譜數據發送給ARM9部分;ARM9部分根據接收到的Nios II數據和DSP數據,在TFT液晶顯示屏上繪制信號的時域波形和頻譜。系統的整體軟件流程圖如圖6所示:
圖6系統整體軟件流程圖
四、結語
本文設計的多處理器系統,最顯著的特點就是綜合考慮了各種處理器的性能特點,通過合理的功能模塊劃分,實現了系統資源的合理配置,提高了系統的實時性和穩定性,并在此基礎上完成了數字示波與頻譜分析測量儀器的設計。該設計由于兼顧了信號的時域分析與頻域分析,因此能夠簡化測試工程師對系統或電路的測試工作。同時,本文給出的設計方案也可以作為系統級IC設計工程師的參考。
參考文獻
[1]李瑩,李燕.基于Nios II的多處理器系統設計方法[J].單片機與嵌入式系統應用,2007,(3).
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關鍵詞：風速儀；溫度測量；瓦斯監測
近年來，我國礦山災害事故頻發，不僅給礦山正常生產帶來了影響也造成了巨大的生命財產損失，有效減少礦井災害是采礦工作人員的無可推卸的責任。作者通過分析數據發現，大部分的礦井災害事故，都與礦井的溫度、風速、粉塵煤塵、可燃性氣體這幾個因素密切相關，當這個幾個因素異常時也就是災害發生的時候。因此，作者就想通過研制一種儀器，同時對這些因素進行監測預警，從而達到減少礦井災害的目的。
1 儀器研制背景及意義
礦井中的風速是一項重要的工作參數，風速過高會增加巷道通風阻力、使煤塵飛楊、對人體健康不利；風速太低，容易使防止巷道或工作面中的風流呈紊流狀態對生產作業不利。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的重要因素，礦井安全事故中通常都會伴隨著溫度、煙霧深度、及一氧化碳等可燃性氣體濃度的變化。因此，對這這些環境變量的監測預警可以有效防止和減少礦井火災、透水、煤與瓦斯突出、氣體中毒等安全事故的產生，對于保障礦山安全生產具有重大意義。
2 儀器基本原理
儀器主要實現的功能有風速測量、溫度測量、多種可燃性氣體的監測預警，為了實現這些功能，我們采用了多種多樣的電子元器件主要有電阻、導線、溫度傳感器、一氧化碳傳感器、對管，另外，還用到了碼盤、焊接棒和電阻測量計等測量元件。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）、風速輪和碼盤、K60單片機和顯示屏，MQ-2 和MQ-7分別用來實現對煙霧和一氧化碳的監測，K60則對數據進行處理，并且將信號最終輸出到不同顯示器件上。
利用MQ-2和MQ-7傳感器模塊實現對礦井中的煙霧、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測預警
對于溫度測量，采用了常見的溫度傳感器測量，并將測量值轉換為電信號，經K60單片機處理后在顯示屏上輸出。溫度傳感器和單片機的工作原理如圖3所示，溫度傳感器有三個管腳，分別接地、接電源正極、和K60單片機的PTC7管腳，實現對周圍環境的溫度監測。并且通過12864顯示器輸出顯示溫度的測量值。
風速的測量是一個比較復雜的過程 ，用到了單片機和碼盤等元件，為了實現對風速的準確測量，整個系統比較復雜 ，但其具體原理卻比較簡單。就如常用的風扇一樣，當風吹動風扇轉動時，其轉速與風速的大小存在一個確定的關系。我們設計一個小型的風輪，將其對著來風方向即可轉動，事先用標準儀器進行校準，模擬出風輪轉速與風速的關系式。由于風輪與k60單片機相連，于是就可以通過關系式就可以計算出風速了。
3 儀器性能
經過實驗檢驗，該儀器具有以下功能：
3.1 能夠準確的測試出風速值，經與標準儀器比較其誤為1%。
3.2 對煙霧、煤塵及液化氣、丙烷、氫氣、天然氣等可燃氣體有很高的檢測靈敏度，對丙烷、丁烷、氫氣的檢測靈敏度為大于30ppm，對co檢測靈敏度更是低到了10ppm，一旦環境中的氣體濃度超過臨界值，系統即會報警，且臨界值可以根據環境要求設置。
3.3 能夠實時的測量出測試環境的溫度，經過與標準儀器對比其誤差為0，5%。
4 儀器創新點
4.1 不僅能夠對風速進行測量，還同時進行了溫度的測量，對礦井的生產生活有重大的意義。
4.2 利用風扇――碼盤――對管輸入系統，具有極大的創造性，很好的解決了轉速與風速之間的關系。
4.3 利MQ-2和MQ=7傳感器對多種可燃性氣體進行監測警，對于防止和減少礦山災害有重大的意義。
4.4 風速儀小巧輕便便于攜帶，采用包裝盒設計，能夠有效防止外部環境干擾內部工作電路，能夠經受比較惡劣的礦井環境，且內置元件壽命比較長，耐用性好。
4.5 K60單片機的管腳具有多個功能，在測量風速的同時還能處理其他信號，擴展能力強：比如還可以對溫度傳感器、CO傳感器、濕度傳感器、煙霧傳感器的物理信號進行處理，從而得到礦井的更多工作參數。
4.6 一次可以測量多個環境參數，真正實現了多功能，改變了以往測量任何一項指標均需要專門儀器的過程，也降低了成本。
5 儀器實際意義及應用前景
我們設計出的礦井多功能風速測量儀能夠準確地測量礦井風速，通過測量的風速確定礦井風速是否處于安全生產范圍內，以便能及時調節巷道風速，為礦山安全生產提供保障。在測量風速同時，對礦井中的溫度監測，有效預知火災等礦井災害也可以讓礦井管理者根據井下的溫度情況更好的安排工人的作業，確保良好的工作環境。此外，還能對礦井中的甲烷、丙烷、一氧化碳濃度、氫氣等可燃性氣體及煙霧濃度作實時監測，一旦其濃度超過安全值即會報警，從而有效減少礦井災害和安全事故的產生，減少人員傷亡和財產損失。
除了功能豐富實用外、我們將全套儀器用耐壓塑盒包裝，外設電源總并關，采用可充電池供電，裝置小巧輕便易于攜帶，能夠適應礦山復雜的工作環境，且與實現相同功能的傳統設備比，成本大大降低，且節省能源對環境污染小，符合當前發展需要。因此，可以預見該設備將有廣闊的應用前景。
總之，雖然測量風速、溫度、煙霧濃度、一氧化碳濃度等均有專門的測量儀器，都各有特點，但是使用起來不方便，且成本太高，因此，我們設計的多功能風速測量儀，能夠同時測風速、溫度并對煙霧濃度、煤塵濃度、瓦斯氣、煤氣、一氧化碳等可燃性氣體進行監測預警。裝置測量精度高，靈敏度好，適用范圍廣，能夠準確測定礦井環境工作參數、防止和減少火災、瓦斯突出、氣體中毒等安全事故。儀器使用方便、成本較低、功能實用非常容易在礦山推廣使用。
參考文獻
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關鍵詞：工程測量；測量儀器；新型儀器
所謂工程測量主要就是利用專業的儀器和設備對各種相應的位置以及其它的一些參數進行測量。從這句話可以看出工程測量儀器對于工程測量具有十分重要的影響，直接影響到測量的結果的精度以及測量的效率。隨著科學技術的不斷的進步，工程測量的儀器和設備也在不斷的更新換代，很多新型測量儀器在工程測量中投入使用，在很大程度上改變了傳統的工程測量的方式，使得工程測量逐漸朝著智能化和數字化的方向發展，極大的降低了工程測量的勞動強度，減少了測量的繁瑣的步驟，提高了測量的效率，保證了測量結果的精度。
一、工程測量中的數字化技術應用
傳統的工程測量技術主要是為了水利，交通，建筑等行業服務，隨著經濟的發展，社會的進步，科技的提升，現代的數字化技術、全球定位技術（GPS）、地理信息技術（GIS）、遙感技術（RS）等各種新型技術在工程測量中得以應用。
通過對原有的工程數據進行數據化，可以將已有的紙制地圖通過其數字化儀將其輸入進計算機，進行編輯、修補后形成相應的數字地圖大比例尺地形如和工程圖測繪是傳統的測量工作主要內容，傳統的制圖方法作業辛苦，程序繁瑣復雜，同時還有一定的誤差。而數字化成圖技術擁有精確度高、勞動強度小、方便及時更新、利于儲存和傳遞等以往傳統測量所不能相比的優點。數字化成圖技術現在包括兩種有內外業一體化和電子平板兩種模式。內外業一體化其主要設備是全站儀，手術板等，可以快速采集信息并對其進行處理和儲存，是現如今最常用的一種方法。
二、工程測量中的儀器運用與數字化技術發展前景
GPS是美國從上個世紀七十年代開始對其進行研制，歷經20年，在1994年全面建成，其主要目的是用于軍事，對海、陸、空全方位進行三維導航和定位。后發展為多種用途，經過對GPS的研發，現如今可用于交通工具的監測、城市規劃、工程測量等。
Real Time Kinematics簡稱RTK，中文翻譯為實時動態技術，這項技術是在GPS發展起來的基礎上能夠提供實時流動站在指定的坐標體系中的三維定位動態和靜態的結果。而且在一定的范圍之內其精度可以達到厘米級別，是一種全新的GPS定位測量方法，對于GPS的應用上RTK是一個重大的里程碑。RTK技術測量方法是將1臺GPS接收器固定且安裝在已知的坐標點上，對相應的GPS衛星進行細致觀測，再把其收集起來的載波相對應的位置觀測量傳輸到其基準站電臺上，借由基準電臺再發射出去，流動站點的GPS接收器再對相應的GPS衛星觀測，也同時收集載波相位觀測量，也同時接收由基準電臺發射出的信號波段，經過相應的方法得到基準站的載波相位觀測量，流動展點的GPS接收器在通過OTF（運動中求整周模糊）技術通過對基準站的在不相位測量量和流動展點的載波相位觀測量結合來得出求解整周模糊度，通過以上手段，最后再求解出厘米級別的精度流動展點的位置。
GIS技術中文全稱是地理信息技術是集合了計算機可續，測繪遙感學，管理科學和空間科學信心科學多位一體的新興學科，現已經成為了多學科的集成，并加以運用于各個領域的基礎平臺和地學空間信息的最基礎的技術手段和使用工具。該項技術的優勢不僅僅是由于他可以在地理數據收集管理、存儲、分析、三維可呈相和結果輸出多位一體的數據流程，還因為是他的空間提示、預警預測和輔助決策的功能。以現狀來看，由于GIS技術是一種發展比較成熟的技術科學，在未來也能夠成為一門比較熱門的產業，在測量繪圖、農田水利、環境監測、城市規劃和城市管理等領域也能夠發揮十分重要的作用。
數字攝影測量，在數字影像和攝影測量的基礎原理上，通過對計算機技術，數字影響的處理技術，攝影匹配、模式的識別等多種學科的理論方法。在對大面積，大比例尺地形的測繪，地籍測量中采取的最常用的技術手段和方法就是航空攝影測量，航空攝影測量可以對測量地形提供數字的，影像的等多種形式的地圖產品。全數字攝影測量法再通過和GPS技術結合，通過自身的研發，逐步向自動化、數據化方向前進，并為信息系統和地理信息平臺的建立提供了相對精準且可靠的數據依據。
RS技術其中文翻譯為遙感技術，可作用于大面積的同步測量，實時性數據的綜合性與可比性，以至于在經濟性上都有較大的相對優勢，可以進行快速的普及。對于較大的地形地貌等測量時，RS技術和以往的測量繪圖手段相比，具有較大的優勢。在通過和GPS等各種新型的測量方法結合，對于各種地形的測量都為其快速的更新提供了較為便利的技術和手段。
3S（GPS、GIS、RS）技術相結合，可以相互互取彼此的優勢，用來提高自身技術的發展，一種自然的發展趨勢，三者之間的相互作用可以比喻為“人的一個大腦和一雙眼睛”的模式，即GPS和RS為GIS提供相應的地區信息和空間定位信息，GIS則進行著相應的空間信息收集和分析，以便于從GPS和RS所提供的大量數據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的決策憑據。在我國的3S技術中，較為成功的案例有三峽工程、青藏鐵路工程、南水北調工程、西氣東輸工程等等大型的工程。3S技術為大型的工程提供的數據是最為有效的，并且3S技術還可以對信息的收集，信息的分析處理，重要位置的決策進行輔助，是較為突出的優勢。
三、結束語
近年來我國的基礎設施建設的速度和規模都在不斷地擴大，每年都有大量的工程投入到建設當中。在工程建設當中，對于工程測繪的精確度和速度都有了較高的要求，新型測繪技術的不斷投入到實際的使用當中。現代的工程測量工作逐漸形成內外作業一體化，數據收集和數據自動化，測量遠程控制和系統運行智能化，測量結果數據化，測量數據測量信息的管理可視化，信息的共享和傳遞網絡化的發展傾向，尤其3S技術的結合是相對突出的。為此，在未來的工程中會越來越多的采用其新型的測繪技術，而測量技術也會通過這樣的需求更加人性化，數據更加的準確精確。最終也要求了工程測量人員必須不斷的增強自身的專業學識，學習和掌握新的測量儀器的使用，保證其測量工作的順利進行和測量工作的質量。
參考文獻
[1]李二明，范北林，閔鳳陽，陳東東；長江科學院；中煤國際工程集團沈陽設計院 《人民黃河》 2011年第05期
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一、最大允許誤差
測量儀器的最大允許誤差可簡稱為最大允許誤差，其符號為MPE,其絕對值為MPEV。按JJF1001-1998≤通用計量術語及定義≥（下稱JJF1001-1998）定義為：對給定的測量儀器，規范、規程等所允許的誤差極限值。有時也稱測量儀器的允許誤差限。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誤差、相對誤差或引用誤差等來表述。例如：測量范圍為0~25mm ,分度值為0.01mm的千分尺其示值的最大允許誤差0級不得超過±2mm; 1級不得超過±4mm。
二、示值誤差
根據JJF1001-1998中的定義，示值誤差是測量儀器的示值與對應輸入量的真值之差。測量儀器的示值誤差是測量儀器的最主要的計量特性之一，其實質就是反映了測量儀器準確度的大小。示值誤差大則其準確度低，示值誤差小，則其準確度高。示值誤差從概念上講，它是針對某一確定的受檢點（段）而言，即計量器具在檢點（段）上的誤差，它是一個確定的值，而不是在測量范圍內誤差可能變化的范圍。同時由于示值誤差的數學處理是代數差，對某一確定的具體受檢點（段）而言，示值誤差的值，是確定的，其符號也是確定的，具有唯一性，不可能同時既為正又為負。示值誤差范圍與示值最大允許誤差同是對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規范、規程等人為規定；示值誤差范圍是通過對實際測量的各點示值誤差進行計算或處理得到的。
三、準確度
根據JJF1001-1998中的定義，準確度表述為：測量結果與被測量真值之間一致程度。測量準確度只用于定性，例如比較測量結果，哪一個準確度較高、較低、或者在說明測量結果的質量時，就是說測量準確度符合哪一個技術規范的要求或不符合、達不到所規定的要求。很明顯，其中沒有用量值來表達。測量儀器的準確度表達則可用以下形式：
（一）某個等級或某個級別，或等與級均用；
（二）符合或不符合某個技術規范要求，即按某種規范是合格，還是不合格。
因此把測量儀器表達為哪一級或哪一等，例如0.5級是恰當的。盡管某些儀表的技術規范中規定中其引用誤差不超過0.5%時，就可用0.5級來說明其準確度。
四、測量不確定度
在JJF1001-1998中，測量不確定度被定義為：表征合理地賦予被測量之值的分散性，與測量結果相聯系的參數。測量不確定度的評定主要是解決了傳統誤差理論上由于多種因素引起誤差分量的不確定性使測量結果缺乏可比性等問題，從而奠定了其現代誤差理論的基礎。測量的目的是確定被測量的值或獲取測量結果。測量不確定就是對測量結果質量的定量表征，測量結果的可用性很大程度上取決于其不確定度的大小。但是作為測量儀器的性能，建議用準確度表述而不用不確定度來表述。
關鍵詞：連鑄 測量 原理 特點
中圖分類號：TH821 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）06-0117-01
1 前言
隨著現代工業的發展，市場對中厚板厚度精度不斷提出更高的要求，為了生產高精度、高附加值的產品，唐鋼第一鋼軋廠為厚板坯引進了一臺R7m輥縫測量儀，此板坯連鑄機輥縫測量儀測量精確，操作和維護簡單，適應在惡劣環境中工作，設備防水性能好（IP67），設備剛性和穩定性好，經久耐用。各系統均按照我廠的實際要求和連鑄機的具體參數定制，完全滿足具體連鑄機的需要。
2 R7m輥縫測量儀檢測原理
2.1 導輥輥縫測量
2.2 導輥外弧對弧狀況檢測
在輥縫測量儀的外弧側左端和右端各設置了一個內有防水傾斜角傳感器的導輥對弧傳感器來測量外弧導輥的對弧情況，圖3給出了其測量原理示意圖，圖4為傳感器內部結構示意圖。
為了更加精確地測量連鑄機的對弧情況，根據連鑄機導輥直徑和導輥間距的變化，在一個對弧傳感器上將設計1-2個傾斜角傳感器，保證測量板與相鄰導輥良好接觸，進一步提高對弧檢測精度和可靠性。
2.3 導輥旋轉狀況檢測
在輥縫測量儀的每側均安裝了導輥旋轉傳感器來檢測內弧和外弧導輥的旋轉情況，并根據分節輥的情況，設置了相應數量的導輥旋轉傳感器，來檢測每一節導輥的旋轉情況。
3 傳感器的精度和重現性
在校驗條件下，輥縫測量儀所使用的傳感器的精度和重現性指標見下表1，該精度和重現性的測量檢驗在出廠前安裝調試過程中和進行現場校驗時均可進行。
4 R7m輥縫測量儀特點
5 R7m輥縫測量儀使用過程中需注意事項
（1）輥縫儀在吊運、安裝過程中嚴禁開機。（2）在開始使用之前，充電器接口和網線接口必須蓋好擰緊，防止受潮進水。（3）使用前保證輥縫儀充電飽滿。（4）測量結束后，需保證輥縫儀清潔。（5）每次測量輥縫時，需保證結晶器下口寬度≥1400mm以上，防止輥縫儀頂撞結晶器窄面足輥。（6）每次測量時，結晶器振動需停止振動。（7）每次測量前需檢查扇形段情況，保證無死輥、塌輥情況，且輥面干凈，無積渣等現象。（8）為保證送引錠和拉引錠時，避免拉矯輥壓在輥縫儀上，其送、拉引錠時由手動控制。
6 R7m輥縫測量儀應用效果
R7m輥縫測量儀在一鋼廠的應用，為檢修提供了大量的可靠數據，大大降低了人工檢測對弧等工序帶來的誤差和工人的勞動強度，為連鑄機的穩定生產提供了強有力的保證，進而獲得了較大的經濟效益。
參考文獻
[1]朱峰.多功能輥縫檢測系統的研究與開發[D].南昌大學，2008.
關鍵詞：關節軸承；測量弊端；浮動工作臺；測量儀；誤差分析
中圖分類號：TH711 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）09-0001-02
關節軸承主要是由一個帶外球面的內圈和一個帶有內球面的外圈組成的一對滑動摩擦副，可在一定角度范圍內作傾斜運動，當支承軸與外徑安裝孔不同心時，仍能正常工作。
1 產品技術要求
關節軸承內圈外球面球徑尺寸及精度合格與否，直接影響關節軸承的裝配質量，甚至影響關節軸承的壽命，因而對其內圈外球面直徑尺寸及精度有較高的要示。圖1為一典型關節軸承內圈外球面磨加工工序技術要求。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量、圓度誤差及外球面對內孔的跳動量符合要求。
2 測量現狀分析
目前軸承行業生產現場測量關節軸承內圈外球徑尺寸及球直徑變動量大致有下列幾方法：采用萬能量具如外徑千分尺測量；采用軸承專用外徑測量儀如D913或D914測量；采用三坐標機或測量長儀測量，但采用這些測量方法都存在相應的弊端。
采用外徑千分尺測量時，由于外徑千分尺測量精度不夠，加之存在人為因素，滿足不了精確到0.001mm測量要求，而且測量時間長不方便。
采用軸承專用外徑測量儀D913或D914測量時，由于關節軸承內圈外球面有油槽存在，一般把儀器測點調成二低一高形式，采用標準件調整比對測量，如圖2所示。這樣調整存在的弊端如圖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，即所測為弦長值而不是直徑值；而且該方法測量點不是直接通過球心，即非法線測量，此時儀表上所反映的數值與球徑的數值不線性比例增長（或減小），因而不能真實反映球徑的數值及球徑變動量。對于沒有油槽存在的內圈，一般把測量點和支點調整在球中心截面上，但由于存在寬度誤差，其測量點也不一定通過球中心，也即所測量的值也是弦長而不是直徑值。并且采用軸承專用外徑測量儀D913或D914測量外球徑時最大的弊端是只能測量一個截面而不是測量任意截面的球直徑及球直徑變動值。
圖2 圖3
采用三坐標機或測量長儀測量時，由于三坐標機或測量長儀一般安裝在計量室，無法滿足現場快速簡易測量要求，一般利用其制作標準件而不是現場測量工具。
3 測量儀的測量原理
為了達到準確測量球徑的目的，測量點必須經過球心；為了達到測量任意截面球徑的目的，測量點或工件兩者之一必須能任意角度旋轉；為了克服球徑大小不影響測量準確度的目的，需讓工件浮動，使測量點恒經過球心。為了達到上述目的，設計的測量原理如圖4
所示。
圖4
4 測量儀的結構
為實現圖4所示的測量原理，設計的測量儀如圖5
所示。
圖5
儀器主要由以下幾部分組成：浮動支承機構（上滑板、下固定板、鋼球、保持架、蓋板等）；上下調整機構（固定軸、調整絲桿、滾花螺母等）；測量系統（指示儀表、調整支點、指示儀表固定座等）；定位圓臺；底座等組成。
被測關節軸承內圈外球面通過圓臺錐面定位，定位圓臺可以在上滑板X軸方向調整，保證關節軸承內圈球中心在X軸方向與測量系統中心（指示儀表與調整連線）在同一直線上；通過調整調整絲桿可使下固定板、上滑板、定位圓臺及被測關節軸承內圈一起上下移動，保證在Y軸方向上被測關節軸承內圈球中心與測量系統中心處在同一直線上。通過這樣的調整，保證指示儀表所測得的值為球徑值。
5 誤差分析
本儀器用內圈外球面定位，所以當用球徑標準件調整好儀器后，對于球徑大小不同的被測內圈時，測量點不一定通過球中心線，如圖6為當Sφ1至Sφ2變動時，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系要知，實測的球徑值與Sφ2相差很小，其計算公式如下：Sφ2-，以測量關節軸承內圈GE60ES.02外球面為例，其球徑要求是Sφ81+0 -0.02mm，設計的定位圓臺內徑a為φ40mm，若以Sφ81-0.02mm調整好儀器后，測量球徑尺寸Sφ81mm，此時測量誤差為Sφ2-=2-=-4×10-6mm，這個數值很小，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，將使工件偏離所調整的中心位置，假設V形槽在X軸方向有0.02mm偏離時，以測量關節軸承GE60ES.02外球面為例，此時測量誤差為81-2×=81-80.9999=1×
10-4mm。這個數值很小，可以忽略。當V形槽存在Y軸方向的加工誤差，其計算相似。
通過分析計算，本儀器可滿足測量外球徑及變動量的目的。實際比對測量效果也進一步了本測量儀的精度準確性。表一為采用本測量儀與采用阿貝測量儀測量10個關節軸承內圈GE60ES.02外球面測量的數據比較。
從表一的數據可以看出，測量結果變化在0.001mm以內，說明該測量儀滿足測量要求。
6 結語
