精密检测平台定位误差自适应补偿技术

为了实现光学元件精密检测平台定位误差的自适应补偿,以保证在不同的检测环境中平台能够自行保持高精度,提出了基于检测环境监测和支持向量回归机的定位误差自适应补偿方法。首先,以多组检测环境中温度、湿度和气压的具体测量值作为训练数据,利用支持向量回归机建立定位误差最大值的预测模型,进行最大值预测。然后,将最大值同温度、湿度、气压等环境因素和位置信息一起作为训练数据,迭代使用支持向量回归机,建立任意位置定位误差预测模型。最后,将预测到的定位误差值传入检测平台控制器中进行补偿。应用雷尼绍激光干涉仪,温度、湿度和气压传感器等仪器设备,在光学元件精密检测平台上进行了具体实验。实验结果表明该技术切实可行,预测数据与实测数据差值绝对值的平均值为0.88μm,Pearson相关系数的平方为0.99,自适应补偿后平均定位误差由43μm降为1.4μm。     

一个新的测量空气中声速温变系统

为了研究空气中声速随温度变化的特性,开发了基于80C196单片机的测量声速的新系统。该系统采用时差法计算声速。利用单片机发射和接收声波,并记录发射和接收的时间差。采用IN4148二极管作为温度传感器,设计了不平衡测温电桥电路。通过在玻璃管身上均匀缠绕电阻丝建立了空气加热模块,可以方便地改变环境温度。编写了基于Visual Basic的计算机与单片机实时通信的软件和制作了操作界面。实验结果表明,该系统能够很精确地测量空气中声速并作出声速随温度变化的特性曲线。该实验已经应用于大学物理实验课堂和电子实训项目。     

声学湿度传感器

空气中的声速取决于空气中水分的含量。本文所介绍的湿度传感器就是通过测量空气中水分对声速的影响来测量空气中水分的容积百分率。传感器唯一暴露在受检测环境部分是一对不锈钢管(见图1)。该传感器非常结实,可用于恶劣环境,如用于纸厂控制纸张干度的环境,大多数湿度传感器是不能在那种场合工作的。 根据热力学基本原理和气体动力学理论,空气中水蒸气的容积百分率x与声速有下列关系:     

探空湿度测量太阳辐射误差修正流体动力学研究

针对太阳辐射加热导致的误差显著限制了相对湿度测量的准确度,提出一种新颖的相对湿度误差修正方法—–基于流体动力学的数值分析法.在流体-固体耦合传热数值模拟分析中考虑探空湿度传感器的外部热环境情况,施加对流-太阳辐射耦合热边界条件,建立了地面到32 km高空不同气压和温度条件下探空湿度传感器的温度误差分析模型.结合Goff-Gratch饱和水汽压逼近公式,进而提出了相应的相对湿度误差流体动力学数值分析模型,并且着重研究了太阳辐射方向、传感器尺寸、反射率和衬底材料热导率等物理参数对相对湿度误差的影响.分析数值仿真结果表明:随着海拨的升高,其与太阳辐射加热引起的相对湿度误差之间存在非线性的单调递增关系;太阳辐射方向对于湿度测量精度的影响显著,当太阳辐射方向垂直于传感器正面时误差最大、传感器顶部时次之、侧面时误差最小;虽然通过减小探空湿度传感器的尺寸、降低衬底材料的热导率以及提高反射率均可以一定程度地降低太阳辐射加热引起的相对湿度误差,但是在低气压高空条件下,太阳辐射加热误差对于湿度准确性的影响仍然十分明显,需加以修正.与实验结果对比表明,基于流体动力学模拟仿真的相对湿度误差数值分析法为辐射误差修正提供了一种新的途径.     

基于C#的湿度传感器校准平台设计

针对大量湿度传感器出厂或使用前需要定标或进行误差补偿的技术需求,本文基于C#语言和SQL数据库技术,构建了一种采用传感器融合算法的大批量湿度传感器数据自校准平台。首先通过饱和盐溶液构建标准湿度环境,然后通过MT4080D数字电桥对待校准湿度传感器进行多次测量,之后把测量值矩阵和标准值导入基于最小二乘和加权融合算法的平台进行处理,得到不同固定点湿度环境下传感器标定和补偿的校准数据。该设计实现了操作简单,成本低廉,响应时间短,运算速度快的湿度传感器的软件校准算法平台,具有一定实际应用价值。     

痕量气体可调谐激光二极管吸收光谱分析系统在线自校准技术研究

可调谐激光二极管吸收光谱技术(TDLAS)是最有潜力的痕量气体在线监测技术之一。受测量原理的限制,其测量结果受温度和气压影响很大,目前多采用现场安装传感器来测量温度和气压信息,以对该误差进行修正。提出了利用在线参考气室对TDLAS系统中温度、气压变化引起的测量误差进行在线自校准;该参考气室内包含标准浓度的被测气体,并带有能变形的压力膜盒,工作的时候,该气室被放置在被测气体工作环境中,能自适应地调整室内气压和温度;在一次扫描过程中同时测得工作光路和参考光路的吸收光谱,并求得二者的吸收谱线强度比,即可得到校准后的被测痕量气体的浓度,无需考虑温度和气压影响;还介绍了这一自校准系统的原理、设计、实验和现场应用。     

矢量风速仪的设计

为了解决机械式风速仪对方向测量的局限性,使用了单向叶轮传感器的矢量三维风速仪,风速传感器采用叶轮带动空心杯电机的结构,通过单片机对三维组合单向速传感器进行采集和风速矢量合成,实现了对风的大小和方向的测量.实验结果表明:该设计在对风速矢量的二维测量上,风速大小和方向的测量均具有很高的可靠性;在对风速矢量的三维测量上,风速大小的测量值也比较精确,风速方向的测量值误差比较小.     

基于MSP430单片机的自动灌溉演示装置

介绍了基于MSP430F149单片机的自动灌溉演示系统的软硬件设计.该系统通过单片机控制温湿度传感器和光强传感器,实现对环境相对湿度、温度、光强实时采集与处理,演示自动灌溉植物.     

一种气压传感器新型标定补偿方法（英文）

通常气压传感器的标定补偿方法复杂耗时,开发了一种新的方法去简化气压传感器的标定补偿。首先,设计恒温结构,并通过PID算法自动调节,使气压传感器的核心敏感元件工作于某一个固定温度(此温度稍高于气压传感器需要工作的最高温度点);其次,把气压传感器在与这个固定温度点相等的环境温度下进行标定;最后,完成标定后不管环境温度如何变化,气压传感器敏感元件始终工作在一个恒定的温度,因此气压传感器的标定与补偿可以得到简化。经测试,气压传感器在一定的环境温度范围内实现恒温工作,标定后可以以较高的精度测量气压,实验结果表明经过标定补偿后的气压传感器可以在实际中应用。     

一种气压传感器新型标定补偿方法（英）

通常气压传感器的标定补偿方法复杂耗时,开发了一种新的方法去简化气压传感器的标定补偿。首先,设计恒温结构,并通过PID算法自动调节,使气压传感器的核心敏感元件工作于某一个固定温度（此温度稍高于气压传感器需要工作的最高温度点）;其次,把气压传感器在与这个固定温度点相等的环境温度下进行标定;最后,完成标定后不管环境温度如何变化,气压传感器敏感元件始终工作在一个恒定的温度,因此气压传感器的标定与补偿可以得到简化。经测试,气压传感器在一定的环境温度范围内实现恒温工作,标定后可以以较高的精度测量气压,实验结果表明经过标定补偿后的气压传感器可以在实际中应用。     

一种气压传感器新型标定补偿方法（英文）

通常气压传感器的标定补偿方法复杂耗时,开发了一种新的方法去简化气压传感器的标定补偿。首先,设计恒温结构,并通过PID算法自动调节,使气压传感器的核心敏感元件工作于某一个固定温度(此温度稍高于气压传感器需要工作的最高温度点);其次,把气压传感器在与这个固定温度点相等的环境温度下进行标定;最后,完成标定后不管环境温度如何变化,气压传感器敏感元件始终工作在一个恒定的温度,因此气压传感器的标定与补偿可以得到简化。经测试,气压传感器在一定的环境温度范围内实现恒温工作,标定后可以以较高的精度测量气压,实验结果表明经过标定补偿后的气压传感器可以在实际中应用。     

基于芯片级控温技术的玻尔兹曼常量测定仪

为解决测量玻尔兹曼常量时获取PN结真实温度及温度连续变化的问题,设计了基于芯片级控温技术的玻尔兹曼常量测定仪.该仪器采用以AVR单片机为核心控制系统,集成电路CA3046为控温芯片,24064图形点阵液晶显示器作为显示单元.将加热电阻和测温传感器与PN结集成在同一芯片内组成PN组件.单片机对PN组件进行温度控制,可以实现对PN组件中PN结温度调整、恒温控制、温度测量并用液晶屏24064显示.实际应用表明,该测定仪具有升降温快、控温稳定,测量结果与国际公认值相对偏差小于2％.     

智能声速测量仪

针对大学物理实验中声速测量装置存在的缺陷,对仪器进行了改进.运用物理实验中的共振干涉法,利用单片机、步进电机搭建的基本框架,结合AD采样、设计运放电路,形成一套智能控制的声速测量系统,来代替人的手工操作,降低了实验的误差,提高了实验精确度.     

带有温度补偿的超声波测距仪的设计

距离是在不同场合和控制中经常需要检测的一个参数,人们一直都在研究和探讨实现距离测量的最佳方法;介绍了一个基于STC89C52单片机的超声波测距系统,该系统包括超声波发射电路、接收电路、温度补偿电路、显示电路和相应的软件,通过硬件设计和软件编程来实现测距的功能;与传统的测距方法相比,该系统设计了温度补偿电路,从而消除了环境温度对声速的影响,试验和误差分析显示其最大量程为6m,误差被限制在允许的范围内;实际应用结果表明,该测距系统运行稳定可靠,测量精度高,所以,所用的技术和方法具有一定的实用性和推广价值。     

3 016.49 cm-1波数下变气压、温度的甲烷吸收系数计算研究

红外甲烷传感器根据朗伯-比尔定律对甲烷的浓度进行检测,而吸收系数是朗伯-比尔定律中的重要参数,其受温度和压强的影响变化较大,其变化会导致浓度测量的误差,因而研究不同温度、气压下甲烷吸收系数的变化规律对设计高精度的红外甲烷传感器有重要意义。文献报道中,一般采用获得测量甲烷浓度受环境影响的实验数据,再加以数学处理的方法,对测量误差进行补偿和修正。该工作以分子光谱分析理论为基础,以3 016.49 cm-1波数的甲烷为研究对象,利用HITRAN数据库的甲烷数据,设计了Python程序调用HAPI函数,拟合计算出甲烷吸收系数随温度、气压的变化规律,并通过傅里叶红外光谱对甲烷吸收系数的变化规律进行实验验证。结果表明,在3 016.49 cm-1处,水分子（湿度的影响）对于甲烷吸收系数的影响很小,可以忽略不计;温度和气压对吸收系数有一定的影响,当气压为1.0 atm,温度在-10～50 ℃范围内升高时,甲烷吸收系数减小,吸收系数与温度的关系呈线性关系;当温度为273.15 K时,气压在0.6～1.2 atm升高时,甲烷收系数增加,吸收系数与气压关系呈线性关系。最后拟合出的吸收系数与温度、气压的公式,k(T, p)=53.65(±3.24)-0.114 6(±0.010 7)T+21.07(±0.95)p。实验中甲烷标准气体的浓度分别为1.01%,2.00%,3.51%和5.06%,通入直径为2.5 cm,长度为8 cm的短光程石英气体池中,通过改变气体的气压及温度,从傅里叶红外光谱仪获得甲烷的吸光度,由于受实验仪器分辨率的影响,如直接通过吸光度反演甲烷浓度其误差较大,采用吸收系数与吸光度的比值来判断吸收系数拟合的正确性。结果表明,浓度为定值,气压与温度变化时,吸收系数与吸光度之比基本为定值,从而证明了计算拟合出的甲烷吸收系数随温度压强变化的正确性。     

基于四水听器的充水弹性管声速测量方法*

实验室中水声材料声学参数的测量主要在水声声管中进行。管内平面波声速是正确测量这些参数的基础。该文提出一种基于四水听器结合不同边界的测量充水弹性管中声速的新方法。该方法利用4个固定位置处的水听器,采用最小二乘的方法,使得两组水听器分别得到的声管末端入射波声压差值的平方最小的声速即为管内平面波声速。该方法利用单频信号,在每一频率点均可测得声速,可以在任一种声管末端边界下进行测量,同时无需知道各水听器到边界的精确距离,在文中的3种边界下声速测量结果具有很好的一致性,实验操作简单、误差很小。该方法的仿真结果与管内声速的理论值吻合得很好,同时实验测量结果与仿真值之间的误差很小,证明了方法的准确性以及鲁棒性,为声管声速测量提供一个很好的思路。     

实验室智能安全监控预警系统设计

高校实验室的安全保障一直是实验室工作的重中之重,针对可能存在的实验室安全隐患,本文设计并制作了多传感器集成型实验室智能安全监控预警系统,用于实时监测实验室环境参数并进行预警。该系统以Arduino为控制单元,选用性能优异、工作稳定且低成本的温度、湿度、烟雾、甲醛、气压传感器,测量实验室内环境参数,并通过GSM通信模块将数据以短信方式向管理人员发出通知。该系统可以为高校实验室的安全、高效运行提供有力的技术保障。     

超声波流量计测量流体声速的实验方法

为获取液体介质的声速值,设计了一种测定流体声速的实验方法,该方法利用时差式超声波流量计和标准流量校验设备同时对封闭管道中的液体进行流速测量,分别得到流速的测量值和真实值,从而计算出超声波流量计的仪表系数,并以此导出了一定条件下液体介质的声速值随仪表系数的变化关系式.利用该方法测量给出了0.17 MPa下四氧化二氮(N₂O₄)在7.6-19.4 ℃、偏二甲肼((CH₃)₂NNH₂)在6.5-25.2 ℃范围内的流体声速值,并为其他液体介质的声速测量提供了借鉴. 关键词： 超声波流量计 声速 仪表系数 温度     

磁悬浮振动传感系统及误差分析

利用磁悬浮技术设计一款惯性振动传感器,对传感系统进行受力分析,得出系统二阶运动方程;同时进行磁路分析得到系统刚度表达式,涡流分析得到系统的阻尼表达式,进而计算出传感系统的各部分参数,其刚度值为140 N/m,固有频率为11.2 Hz,阻尼为2.56 N·s/m;通过分析传感系统的温度误差与非线性误差,提出误差补偿方法:对温度误差进行热磁分流补偿,对非线性误差进行线圈补偿;标定得出传感器的灵敏度高达220 V·s·m-1;使用该传感器对爆炸冲击信号进行测量,实验结果表明该传感器能较好地描述爆炸振动信号;并且该传感器有灵敏度高、结构简单、防电磁干扰等优点。     

固体声速温变特性实验室探究

基于良导体导热系数的测温原理和声速测量实验原理,利用高灵敏度温差热电偶测温,采用时差法测量固体中声速,设计并搭建了一套可以测量不同温度下金属材料中纵波声速的实验装置。在注意了各种实验操作细节的基础上,研究了A3钢合金材料中超声纵波声速在30～100℃范围内的变化规律,并对本实验的误差来源进行了探究,提出一些减小误差的措施方法。结果表明,使用此套装置研究固体超声纵波声速温变特性,操作过程简单易行,立足于实验室的需求,适合于在实验室推广使用。