提高光电式日照计测量精度方法的研究

为了提高总辐射光电式日照计日照时数测量的准确度,通过研究光入射角度的余弦特性对日照计测量精度的影响,提出一种根据太阳高度角变化信息(即时间,地理位置得到光入射到日照计角度信息)对日照计时数采集的太阳辐照度进行误差修正的方法。实验结果表明该方法能够有效修正太阳高度角变化对日照计造成的不良影响,对采集到的日照时数进行统计,应用该方法能够使总辐射光电式日照计日照时数累计误差提高一倍,满足了气象部门日照时数优于10%的测量要求。     

锥形流量计的标定及其误差分析

通过对影响流量计标定精度的因素(如计数及计时的精度、水流的稳定性、标准罐体积的计量方法、换向器的切换速度、温度等)进行深入研究,并采取相应的措施,提高了标定精度,确保了标定结果的准确性。运用此高精度的标定系统,对锥形流量计进行了标定,并对标定出的流出系数进行科学处理,分析了其标定结果的误差精度,确保了标定数据的可靠性。流量计的测量误差在3‰以内,可达到现场流量测量的要求。     

差压式流量计的标定及其误差分析

差压式流量计在流量测量领域中广泛使用。采用高精度的标定系统,对差压式流量计进行标定,获得了流量计的流出系数,并采用科学的分析方法,对流出系数进行误差分析,得出了标定结果及实验误差。通过分析结果可以确定,流量计的测量误差符合标准,可用于现场实际测量中。     

基于二维图像的三几何参数测量研究

针对目前二维图像测量三维几何参数时,环境因素影响大、拍摄角度受限、测量不准等问题,提出一种基于单相机标定图像,通过坐标系变换矩阵来实现测量三维参数的方法。首先借助图像标定物获取二维图像,运用图形辅助计算工具对二维图像进行处理,然后利用单应性转换法对相机标定,最后根据坐标转换关系推导出的计算公式求出图像对应的三维坐标信息。实验结果表明,测量误差小于3%,满足一般测量精度要求。     

基于二维图像的三维几何参数测量研究

针对目前二维图像测量三维几何参数时,环境因素影响大、拍摄角度受限、测量不准等问题,提出一种基于单相机标定图像,通过坐标系变换矩阵来实现测量三维参数的方法。首先借助图像标定物获取二维图像,运用图形辅助计算工具对二维图像进行处理,然后利用单应性转换法对相机标定,最后根据坐标转换关系推导出的计算公式求出图像对应的三维坐标信息。实验结果表明,测量误差小于3%,满足一般测量精度要求。     

基于虚拟仪器技术的轮荷测量仪电测系统开发

依据电阻应变测量原理,应用机电一体化技术,开发测量汽车轮荷的测量仪电测系统.该系统由数采硬件电路和上位机车辆轮荷测量系统软件组成.应变传感器测得的电压信号,先后经过调理电路、A/D转换电路和光电隔离电路,传输给MCU.通过串口通信协议,MCU与上位机轮荷测量系统间进行指令和数据的传输,数据经过存储和运算处理后,通过上位机系统面板把轮荷值传达给用户,并将结果储存到PC机中.采用砝码加载,在可倾斜卡具上对测量仪进行了实验标定.根据实验数据算得测量仪的非线性误差为±0.72%,重复性误差为±1.37%,迟滞性误差为±1.47%,灵敏度误差为±1.67%,最终得到综合误差为±2.71%,满足轮荷测量仪预期设计的测量精度和功能要求.     

微位移的直射式激光三角法精密测量

为适应生产中的非接触实时测量要求,基于直射式激光三角法测量原理和光路结构,提出了微位移直射式激光三角精确测量方法.使用位移传感器(Position Sensors Detector,PSD)来采集光点位置信息,通过电流/电压转换电路、放大电路、滤波电路和A/D模数转换电路,实现了模拟信号到数字信号的转化和测距系统误差的校正.结果表明:测量距离为10~100mm时,全量程范围内测量误差小于3%;测量误差来源于系统中电子元器件的非线性特性、安装调试干扰、测量标定误差以及环境温度干扰.     

小型光纤光谱仪的研制

通过ZEMAX光路优化设计,采用CPLD和USB接口技术以实现CCD高速驱动和数据传输。该系统使用光纤束进行导光、平面衍射光栅对采集到的光分光后,由线阵CCD进行光电转换;并利用相关双采样技术,获得相应光强分布数据,再利用最小二乘法对光谱仪进行标定。研究结果表明该光谱仪波长准确度优于1nm,波长重复误差小于0．2nm。     

基于偏振光检测的溶液浓度测量方法研究

为了克服旋转检偏片法测量旋光性溶液浓度存在的误差大、精度低等不足,提出了一种基于旋转波片的偏振光检测溶液浓度的测量方法。采用PIN光电二极管对带有溶液浓度信息的偏振光信号进行探测,经过光电变换后利用信号调理电路实现信号处理、采集等,并将数据通过串口传送到上位机,利用LabVIEW程序进行数据处理与显示。实验结果表明,基于旋转波片的偏振光检测溶液浓度的测量方法测量精度为0.6%。该测量方法能够减小测量误差、提高测量精度,并且用户界面友好、结果显示直观。     

基于PIV的明渠紊流压强场测量技术研究

基于粒子图像测速（PIV）的压强场测量技术可实现流动内部瞬时压强的非接触式、高时空分辨率、全场测量。本文采用欧拉法根据时间解析的速度场重构压强梯度场,再采用虚拟边界全向积分法结合边界条件得到压强场,实现了基于PIV的明渠紊流压强场测量技术。为了使用基于PIV的压强场测量技术准确测量明渠紊流压强场,利用时间解析的明渠紊流直接数值模拟数据和PIV速度场对该测量技术的精度、误差来源及主要影响因素进行了分析。基于本文数据,发现该测量技术的测量结果几乎无平均偏差,但均方根误差相对较大约为25%;通过分析由速度场重构压强梯度场及由压强梯度场积分得到压强场两个阶段的测量误差表明,压强场测量误差主要发生在由速度场重构压强梯度场这一阶段,主要受流场测量参数和边界条件给定方法的影响。进一步分析了上述主要影响因素对压强测量误差的影响规律,发现压强场测量误差随流场采样间隔的增加而增大,随流场测点间距的增加先减小后增大;基于本文数据得到在内尺度无量纲测点间距约为7时误差最小,但该测点间距最优值的普适性尚待更多数据支撑;在矩形测量区域边界4个角点布置压强边界点时,压强场测量误差会显著降低。将该压强场测量技术初步应用于明渠均匀紊流,发现时均压强测量结果较为准确,压强紊动强度测量结果误差相对较大,但垂向分布趋势接近。研究结论为明渠紊流压强场的实验测量提供理论依据和实践参考。     

中性滤光片扩大CCD测温范围的研究

基于彩色CCD（电荷耦合器件）的比色测温中，CCD必须工作在光电转换特性的非饱和区。由于CCD图像传感器的非饱和区宽度较窄，单独利用CCD测温时，测温范围难以达到高温检测的应用要求。针对一些学者提出的采用中性滤光片扩大测温范围的思想，通过深入分析CCD光电转换特性和辐射体单色辐射亮度与温度之间的关系，指出使用中性滤光片虽然可以扩大测温范围，但其效果并不显著，仍难以满足高温测量的应用要求，实验结果证明了结论的正确性。     

光电经纬仪多站交会测量布站方法及仿真

针对多台光电经纬仪交会测量时的布站问题．根据误差传递公式得到基本布站方式；采用最小二乘法对观测方程进行处理，并获得其空间坐标误差的计算公式，再进行误差仿真，从而确定最优的布站方案．结果表明，当目标位于观测站正前方范围内时，合理布站可显著提高光电经纬仪对空间飞行器坐标的测量精度，对机动大目标的坐标测量误差小于0．20m．     

折转光管装校方法研究与误差分析

针对长距离光线折转后光轴平行性精度较低的问题,提出了一种用于高精度折转光管的装校方法。利用数字光电自准直仪、高精度五棱镜和平面反射镜构成了光管准直光线检测系统,对折转光管进行装校。给出五棱镜光线折转的工作原理、自准直光路构建方法、光管装校方法和检测过程中可能存在的误差大小以及修正方法。通过实验证明,利用本文提出的方法及装置可使折转光管光轴平行度达到2″,避免了使用大型平面反射镜装校时,因面形因素产生的误差。检测装置简便、灵巧、精度较高。     

大动态、抗饱和核爆炸光电变换器的研究

研究了大气层里核爆炸当量测量中光电转换技术,提出了电阻-二极管并联、多级串联的非线性负载,解决了大动态、抗饱和核爆炸光辐射光电变换器的负载设计,具有抗谷点饱和、抗阳光背景噪声干扰的特点,经实验现场考核,完全符合测量要求。     

气候变化与水面蒸发计算

根据武汉市日射站和东湖蒸发站的长期观测资料，对彭曼（Ｐｅｎｍａｎ）、莫顿（Ｍｏｒｔｏｎ）、布德科（）和桑斯维特（Ｔｈｏｒｎｔｈｗａｉｔｅ）公式进行率定，计算水面蒸发量，年结果同２０ｍ２蒸发池的观测值吻合良好．建立气温与空气实际水汽压、气温与蒸发表面饱和水汽压和气温与日照率之间的关系曲线，应用气候学方法估计不同气温条件下的蒸发量以及绝对误差和相对误差．并从５个方面对这些方法进行分析比较．研究结果表明：气温每升高１℃将使蒸发量增加５％．     

基于改进CORDIC算法的光电编码器正交性误差测量

通过对小型光电编码器输出的光电信号精度误差来源进行研究,得出了正交性偏差是其主要误差来源的结论。针对光电编码器输出信号正交性误差的测量,引入了一种改进的坐标旋转数字计算机算法。该算法是在传统坐标旋转数字计算算法的基础上,通过改进其迭代结构得到的,能够很好地实现对光电编码器输出信号的正交性误差进行动态实时测量。MATLAB软件仿真结果显示,与其他方法相比,利用该方法测量的正交性误差范围明显更小、检测精度更高且运算速率更快。     

用FFT测量周期信号相角差及其误差分析

分析了用ＦＦＴ测量周期信号相角时误差的来源，对非整周期采样造成的泄漏误差进行了估计；当采样总时间足够长时，相角测量值与实际值基本上相差一个与非整周期数成比例的常数；在测量两信号的相角差时，主要误差恰好抵消，得到了很高的测量精度。     

双摄像机结构光三维测量系统自标定方法

针对双摄像机与投影仪结构光三维测量系统的标定问题,提出了极线约束条件下的自标定方法．依据极线约束理论,通过标定物上特征点与对应双摄像机的两个像点确定极线方程,建立了两个摄像机之间的平移和旋转关系矩阵．将多编码周期三角形灰度分布图案投射到标定物,获取特征点在投影仪上对应点的坐标,采用改进8点法建立投影仪与双摄像机关系矩阵的两个估计矩阵,利用对极距离为目标函数进行估计矩阵优化,得到双摄像机和投影仪的参数矩阵．采用该系统对平面和人脸进行了三维测量实验,结果表明平面测量的最大绝对误差不大于1．7mm,相对误差不大于0．18％,表明了该三维测量系统自标定方法的有效性．