TDLAS一氧化碳浓度检测系统误差分配

在利用可调谐二极管激光吸收光谱技术测量一氧化碳(CO)气体浓度时,反演精度受光强、温度、压强等的影响,需要对系统的总体误差进行分析与分配。为了提高TDLAS的测量精度,降低多项误差对测量的影响,本文提出了对系统各个测量误差的分配方法。首先建立了CO浓度反演的误差模型,基于二次谐波测量原理引入了二次谐波峰值、光强、驱动电流、温度、压强和光程几项误差;其次,利用随机化方法分别研究了系统各项误差对浓度误差的影响,并通过数值拟合的方法推导了浓度误差与各项误差的关系,比较了浓度误差对各项误差变化的灵敏度;最后,根据求得的灵敏度关系,综合考虑浓度测量要求以及现有器件的工艺水平,对各项误差进行了合理、有效的分配。利用蒙特卡洛法对本文所提出的各项误差分配方案进行了仿真,仿真结果表明,在CO体积分数为2.5%时,该误差分配方案可使浓度测量的绝对误差小于0.025%。在实验室条件下对体积分数为2.5%的CO进行了测量,其绝对误差小于0.01%,实现了对CO气体浓度的高精度反演。本文的研究结果保证了TDLAS浓度检测系统在多项误差影响下的测量精度,同时,可有效降低系统的设计难度和经济成本,对仪器的开发和应用具有重要的指导意义。     

针对样品标定的双经纬仪测量系统优化设计

分析了中子衍射谱仪中样品位姿的标定方法,提出了基于双经纬仪的样品位姿测量方案。根据前方交会原理得到的测点误差模型,对影响测量精度的双经纬仪布站位置、基线长度和测角精度等因素进行分析。通过全局仿真得到了两台经纬仪布站优化参数,采用基于标准尺的基线反演求解算法,对定向的标准尺的放置角度和长度等进行优化。仿真表明,水平放置与基线长度相一致的标准尺能够提高基线精度。最后通过实验对比标准尺水平和铅垂两种放置方式下基线长度的变化,表明水平放置基线精度相对较高,并且在水平方式下采用长度不等的两把标准尺计算基线精度,标准尺的长度会对基线精度产生较大影响。     

2UPS&UPR&UP型并联机器人精度综合

提出了一种2UPS&UPR&UP型并联机器人的精度综合方法。基于理想运动学方程,利用摄动法建立该机器人的误差映射模型,并分离出可补偿误差源与不可补偿误差源;建立不可补偿误差源与末端姿态误差的标准差关系,揭示了工作空间内末端姿态误差标准差的分布情况;利用灵敏度系数法对机器人不可补偿误差源进行灵敏度分析,确定各不可补偿误差源对末端运动精度的影响程度;依据3σ原则,以灵敏度指标作为分配系数,通过精度综合得到给定末端精度下的不可补偿误差源的值,为机器人加工制造提供理论依据。仿真实验验证了该方法的有效性。     

星上敏感器空间矢量自准直测量方法及标定试验

针对星上敏感器测量坐标系高精度标定的需求,提出一种空间矢量自准直测量方法,采用光电自准直经纬仪、卫星转台、基准镜阵列和坐标平移系统等,实现立方镜镜面法向矢量之间夹角的高精度自动化测量。给出空间角测量模型,基于误差传播原理推导出误差模型,并证明不确定度上限;仿真分析传感器精度对空间角测量误差的灵敏度,并在此基础上进行误差分配;设计并研制星上敏感器空间矢量自准直测量系统,对光电自准直经纬仪的转角精度、两轴垂直度和整个系统的空间角测量精度等进行试验标定;结果表明,光电自准直经纬仪转角精度优于0.6″、两轴垂直度优于0.2″,空间角测量精度优于3″,验证所提出方法的有效性、误差分配的合理性和设计方案的可行性,可为高精度星上敏感器的自动化测量标定系统的开发和应用提供参考。     

激光跟踪仪测角误差的现场评价

激光跟踪仪是基于角度传感和测长技术相结合的球坐标测量系统,其长度测量采用激光干涉测长方法,可直接溯源至激光波长,因此,激光跟踪仪的长度测量精度远高于角度测量精度,相对而言,测角误差就成为评价跟踪仪测量精度的重要指标。为了对现场测量激光跟踪仪的测角误差进行快速有效地评价,采用跟踪仪多站位对空间中测量区域内若干个被测点进行测量,与传统基于角度交汇原理的多站位冗余测量不同,利用各站位所观测的高精度测长值建立误差方程,并通过测长方向的矢量位移对跟踪仪测长误差进行约束,获得被测点三维坐标在跟踪仪水平角和垂直角方向上的改正值,以此来评价激光跟踪仪的测角误差。通过Leica激光跟踪仪AT901-LR进行了多站位测角误差评价实验,在现场测量条件下,跟踪仪水平和垂直方向测角误差约为0.003 mm/m(1σ),符合跟踪仪的测量误差特性。     

基于灵敏度权重的双摆角铣头传动精度定量分配

针对基于行星减速机构的双摆角铣头传动部分结构复杂,传动误差影响因素众多,导致传动精度分配困难的问题,提出了一种灵敏度计算与加权分配相结合的传动精度定量分配方法。首先建立双摆角铣头传动链的误差模型,根据其定位精度要求和传动误差分析结果确定总传动误差允许值;然后根据各传动误差项对总传动误差影响的灵敏度值,筛选出对传动精度影响较大的误差项,并对其灵敏度值进行归一化处理;最后对较大误差项进行加权分配,得到符合精度设计要求的16种精度分配方案,进而选出满足经济性要求的方案。该方法推导过程物理意义明确,操作性强,可避免低灵敏度误差项对精度分配的干扰,提高了精度分配效率,对多误差复杂系统的精度优化分配具有指导意义。     

精密光电小角度测量技术研究

提出一种能够实现目标微小角度精密测量和空间精密角度定位的新型光电测量系统。首先建立了基于动态光学理论的光电小角度测量模型和空间基准传递模型,阐述了系统测量原理;然后基于测量模型和误差来源进行总体的方案设计,提出以降低误差为目的的系统方案设计,并且使用最小二乘法进行角度误差补偿;最后进行了系统小角度测量精度和空间定位角度精度测试。最终实验结果表明,小角度测试误差±0.6″,空间角度基准传递(横竖轴)误差≤1″,可以满足通常条件下的使用要求。     

基于多体系统理论的三轴转台几何误差建模以及灵敏度分析

三轴转台用于惯导设备的测试,工作精度是其关键性能指标之一,为提高三轴转台标定的工作精度要求,分析了三轴转台各项误差项对其精度的影响程度。基于多体系统理论以及坐标系变换理论,结合三轴转台的运动特点以及拓扑结构图,建立了三轴转台误差传递的数学模型。在此基础上,利用函数全微分理论提出了三轴转台误差灵敏度的分析方法,建立了三轴转台误差灵敏度分析模型,通过软件计算分析,得到了影响三轴转台精度的关键性误差源,为三轴转台的误差设计以及误差分配奠定了理论基础。     

复合数控机床几何误差建模及灵敏度分析北大核心

为了提高复合数控机床的加工精度,研究了机床的几何误差建模及灵敏度分析。以CHD-25型9轴5联动车铣复合数控机床为对象,介绍基于多体系统运动学理论的机床几何误差建模方法,模型涉及37项几何,分别对37项几何误差进行了误差灵敏度分析。通过计算与分析误差灵敏度系数,最终识别出影响机床加工精度的关键性几何误差,为复合数控机床的设计提供有效的理论依据。     

复合数控机床几何误差建模及灵敏度分析

为了提高复合数控机床的加工精度,研究了机床的几何误差建模及灵敏度分析。以CHD-25型9轴5联动车铣复合数控机床为对象,介绍基于多体系统运动学理论的机床几何误差建模方法,模型涉及37项几何,分别对37项几何误差进行了误差灵敏度分析。通过计算与分析误差灵敏度系数,最终识别出影响机床加工精度的关键性几何误差,为复合数控机床的设计提供有效的理论依据。     

考虑横向灵敏度的三轴加速度传感器标定方法研究

横向灵敏度是单轴加速度传感器的重要指标之一,它直接影响到三轴加速度传感器的标定模型与测量精度。本论文以三轴MEMS加速度传感器为研究对象,在传统的标定模型中引入了导致测量耦合的横向灵敏度误差,建立了一种新的三轴加速度传感器标定模型,该模型将传感器的横向灵敏度以对称矩阵的形式引入现有的标定公式,构建了包含零位偏差、标度因数误差、非正交安装误差及横向灵敏度的标定函数表达式。最后利用十二位置标定法采集了三轴加速度传感器的原始测量数据,通过极大似然参数估计算法解算新的标定模型完成标定。结果表明,与常用标定数学模型相比,本数学模型的补偿误差均值与方差更小,补偿后数据精度更高且稳定性更好,本研究成果对提升三轴MEMS加速度传感器精度有十分重要的指导意义,因此具有较高的理论研究和工程应用价值。     

三轴标定转台的指向误差建模与仿真分析

为提高盾构导向测量系统的标定精度,探讨了影响其标定设备三轴转台指向精度的因素。基于多体系统理论,结合该转台的结构和运动特点,描述了系统的拓扑结构,建立了三轴转台指向误差的数学模型。在此基础上,通过仿真,详细分析比较了各误差项对转台指向精度的影响,为三轴转台的精度设计、误差分配以及误差补偿奠定了基础。     

数显技术讲座：第三讲 光栅数显系统的工作原理

一、概述 (一)概况包括长光栅和圆光栅在内的计量光栅是用于进行长度和角度测量的光栅。计量光栅位置测量系统是基于对两块光栅叠合时形成的莫尔条纹进行计数来工作的。莫尔条纹的重要特性表现为具有放大作用和误差平均作用,因此由计量光栅组成的位置测量系统,结构简单却具有很高的精度,在长度与角度的数字测量和读出(数显)运动的比较和误差补偿以及数控机床、精密     

基于FLANN的三轴磁强计误差校正研究

提出一种基于函数链接型神经网络(FLANN)的三轴磁强计误差修正方法.由于三轴非正交、灵敏度不一致及零点漂移所引起的误差降低了三轴磁强计的测量精度,因此有必要进行校正.本文先对与三轴磁强计系统参数有关的测量进行详细分析和理论计算;然后,设计矩阵形式的数学模型对该误差进行修正.通过构造相应的FLANN网络结构,实现对模型参数矩阵的辨识.用实际地磁场测量数据进行测试,结果表明,三轴磁强计的转向误差由800 nT修正到12 nT以下.因此,该研究为提高三轴磁强计性能提供了一种可行方法.     

离轴三反时间延迟积分CCD相机内方位元素和畸变的标定

由于测绘相机的关键几何参数内方位元素和畸变的标定精度决定相机的立体测绘精度,本文提出了一种离轴三反时间延迟积分( TDI) CCD相机内方位元素和畸变的标定方法.介绍了离轴三反TDICCD相机的光学系统和像面拼接方法,明确了该相机内方位元素和畸变的含义.建立了标定系统及相应的数学模型,应用最小二乘回归法求得了内方位元素和畸变的表达式.利用提出的方法标定了相机的内方位元素和畸变,并对标定误差进行了分析.结果表明:该方法对主点的标定精度可达1.0 μm(1σ),对主距的标定精度可达2.0 μm(1σ),对畸变的标定精度为2.3 μm(1σ).结果显示提出的标定方法快捷且有效.     

一种高精度非接触位置测量系统

随着导弹技术的发展,位置测量设备的精度要求也不断提高.介绍位置测量系统的现状,研制出一种新的非接触位置测量系统,推导出新的测量方法--三角法测量技术原理,对某型号地空导弹发射车与装填车之间X,Y,Z,α的位置关系进行测量.通过三角知识及误差合成理论,分析出此系统的测量精度,长度(X,Y,Z):±1mm,角度(α):±3′.     

单轴飞轮储能与姿态控制系统误差分析

介绍了单轴飞轮储能及姿态控制一体化系统的总体构成和工作原理,研究并推导了系统的数学模型,分析了系统误差产生的原因,建立了转台角度位置误差与转子安装不同轴误差、转子偏心误差、飞轮速度测量与控制误差之间的误差关系式,并进行了误差合成。结合实际实验系统算出了各项误差,并对比和分析了各项误差。结果表明:影响系统位置精度的主要因素有飞轮安装不同轴误差、转动惯量误差和飞轮速度测量与控制误差等,其中飞轮转动惯量误差和飞轮安装不同轴误差是不可控量;而飞轮的转速测量与控制误差是可控量。最后提出了提高飞轮储能与姿态控制系统精度的主要方法,可以通过提高位置测量传感器和速度测量传感器的分辨率,采用先进的控制算法来降低飞轮的转速测量与控制误差。     

考虑热误差的双转台机床工艺误差谱预测方法

五轴数控机床的几何误差和热误差是影响工件加工精度的两个重要因素,对这些误差因素进行分析可以有效提高薄壁件工件的加工精度。本文首先基于齐次坐标变换法,建立了双转台五轴数控机床的旋转轴几何误差模型;然后基于对标准球进行在机接触测量,辩识得出两旋转轴的12项几何误差,这些误差考虑了两旋转轴之间的相互影响和其热误差的影响;最后分析五轴数控机床加工空间的几何误差场,在该加工空间内几何误差从中心到外侧逐渐增加,当A轴旋转角度增加时,误差的最大值也随之增加。与其它位置误差辨识方法相比,本方法的测量精度符合加工要求,测量时间只需要30 min。     

数控机床热误差建模及补偿研究

数控机床的热误差是影响机床精度的关键因素,因此需要对其进行预测和补偿。首先通过多工况下的定位误差测量和进给轴测量点的温度监测,分析了进给轴温度场和热误差的分布变化特征;利用多元线性回归表征温度变化与进给轴膨胀率的定量关系从而完成热误差的预测建模,针对三轴数控立式铣床进行了热误差补偿。实验结果显示:基于修正的最小二乘法的热误差参考点预测模型更符合实际工况,与补偿前相比机床进给轴的精度提升了47.5%。     

亚纳米精度长度溯源计量型动态模式原子力显微镜

通过与长度溯源三轴激光干涉仪测量系统结合,设计开发计量型动态模式原子力显微镜(AFM).此AFM系统中,三轴激光干涉仪系统用于实时测量AFM测头与试样的相对位移.激光干涉仪系统的x,y,z测量轴正交于AFM探针顶端附近的一点,基本可以避免系统的阿贝误差,使AFM具有极高的测量精度.除此之外,扫描过程中三轴激光干涉仪系统还用于工作台x,y方向位移的反馈控制,完全克服AFM中压电器件的缺陷对水平尺寸测量的影响.分析表明,在对纳米标准栅的平均栅距测量中,AFM系统达到亚纳米的测量精度.