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[硕士论文] 贾文水
电气工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着时代的进步和社会的发展,对于水资源的需求越来越大,水资源在日常生产生活中所占据的重要性正一点一点地提升,这就使得对水资源的管理变得很有必要。目前市场中有很多测量流量的设备,由于具备非接触测量和不改变测量对象特性的特点,超声波流量测量设备在流量测量设备中脱颖而出。
  本文通过对目前超声波测量流量技术现状的学习和了解,提出了一种新的超声波流量监测系统的框架,即终端加分站的框架;设计了明渠和管道两种测量场合下的分站,尤其在明渠测量分站中加入泥位模块,以此提高明渠流量测量的准确度;在明渠分站设计过程中,基于传统的电压比较法存在的缺点,提出了一个在低频情况下准确获取回波到达时间点的软件方法,即“阀值递减法”,对该方法进行了详细介绍,并在论文中对此方法进行了仿真验证;在超声波处理电路中选择了一款具有极强的信号选择能力的滤波电路,并利用multisim12电路仿真软件对部分电路进行了仿真。
  本论文中终端采用STM32F407单片机作为控制芯片,分站采用STM32F103单片机作为控制芯片。分站主要实现流量的测量、存储、显示和上传,分站主要有明渠分站和管道分站两种,分别应用于明渠和管道两种流量测量场合;终端主要实现对各分站流量信息进行汇总,对各个分站的流量信息进行显示,同时存储流量数据,并具备向PC和云服务器上传流量数据的功能。分站和终端之间使用RS-485进行通信。考虑到终端的功能较多,为了提高终端的系统性能,在终端软件系统中引入μC/OSⅡ操作系统,以提高系统的实时性。
[博士论文] 石硕
热能工程 山东大学 2017(学位年度)
摘要:伴随全球经济的快速发展,能源短缺和环境污染问题日益严重。推行供热计量改革是避免能源浪费,减少污染排放的重要举措。热量表是供热计量的核心部件,根据建设部《供热计量技术规程》,在测量过程中必须达到规定的精度。超声波热量表是利用超声波原理来测量流量及显示水流经热交换系统所释放或吸收热能量的仪表,具有准确性好、量程大、寿命长和可靠性高等优点。然而,我国供热水质较差,水中杂质浓度高时造成超声波热量表的测量精度降低,影响使用寿命。因此,基于超声波传播原理和基表内流场特性,研究水流杂质对超声波热量表测量精度的影响规律,对提高超声波热量表计量精度和寿命具有重要的意义。
  声波在含杂质水流中传播涉及声场、流场、固相场等多物理场的耦合,致使声波传播规律更加复杂。本文采用理论分析、实验研究和数值模拟相结合的方法对不同基表通道结构的超声波热量表中含杂质水流的流动特性进行研究。通过理论分析获得水中杂质引起的超声波衰减特性,搭建标准实验台测定超声波热量表在含杂质水流中的测量精度,从而验证采用两相流模型数值模拟计算的正确性,进而通过数值模拟计算方法获得超声波热量表基表通道内杂质分布特性和杂质对超声波传播规律的影响。全文主要工作如下:
  第一,采用理论分析的方法对声波在含杂质水流中传播规律进行研究。从速度分布、温度变化、流动扰动、噪声及检测手段等方面给出了杂质对超声波热量表测量精度的影响因素。在此基础上,对声波在含杂质水中的衰减机理展开了分析,主要包括波的吸收、散射和扩散。结合杂质的沉积对声波反射的影响,系统分析了含杂质水流对超声波热量表检测精度的影响因素。
  第二,对超声波热量表测量含杂质水流的误差规律进行实验研究,搭建热量表流量检定试验台,选取纯净水,供热水、不同浓度的碳酸钙浊液及黄泥浊液作为水质实验模型,对U型热量表测量不同水质时在不同流量的测量误差进行实验。研究了不同种类杂质和浓度在不同流量下对误差的影响规律,并采用示波器记录不同误差对应的超声波波形。运用声衰减理论分析不同浓度和粒径的杂质引起的能量衰减规律,指出超声波波形变化对测量结果的影响。
  第三,对超声波热量表基表内含杂质水流流动进行数值模拟计算。采用两相流模型对超声波热量表基表内的流场特性、杂质在超声波传播路径上的分布特点及超声波反射而附近的杂质分布情况分别进行研究,流体连续相采用标准k-ε模型,固体颗粒采用离散相模型进行追踪。采用实验结果对数值模拟计算结果进行对比,验证本文所建立的两相流模型的正确性。通过数值模拟计算结果获得传播路径上的线速度和基表内中心截面的面平均速度,从而获得流量系数k,研究不同粒径杂质在不同流量对流量系数k产生的影响;通过数值模拟计算结果获得传播路径上的颗粒浓度,以及颗粒浓度随流量的变化情况,分析超声波传播路径上杂质的分布规律及杂质在不同流量情况下的沉积规律,结合超声波传播特性分析杂质对测量误差的影响。
  最后,采用上述建立的两相流模型对Ⅴ型超声波热量表测量含杂质水流时基表流场展开研究。考虑其反射面为水平面,杂质容易沉积,在反射区域前加装涡流发生器,在反射区域上方产生较强的漩涡,起到剥离反射区域杂质,清洗反射面的效果。通过数值计算对加装涡流发生器前后杂质分布情况进行对比,获得加装涡流发生器后的流场特性和对颗粒分布的影响规律,进一步分析该措施对提高测量精度的有效性。
  本文基于离散相模型对超声波热量表基表内含杂质水流流动进行模拟,用实验结果验证模型选用的正确性。通过对数值模拟结果的分析,获得了U型超声波热量表在含有不同杂质水流时的流动特性,分析了不同浓度不同粒径的杂质颗粒在不同流量对测量精度产生的影响,揭示了U型超声波热量表误差产生的内在机理是基表内杂质分布引起的流量系数k的改变和超声波反射路径上的杂质不均匀造成的声衰减引起的时差测量误差;对Ⅴ型超声波热量表的反射区域附近加装涡流发生器,在反射区域形成漩涡冲刷反射面。通过数值计算结果对比得出:涡流发生器对1μm以下的杂质冲刷效果明显。
  本研究可以为提高超声波热量表的检测精度和热量表基表的优化提供理论依据,具有一定的理论意义和实际应用价值。
[硕士论文] 焦晨
项目管理 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2017(学位年度)
摘要:当前,由于经济发展迅速,能源需求量日益增加,导致资源环境压力与日俱增,因此,电力市场实现智能化的需求亟待解决,用户用电的强实时性和高稳定性也越来越突出。家庭用电计量装置是电力公司与用电客户进行公平、公正结算的基础,是构筑电力市场的重要基础电力设施,直接关系到供用电双方的合法权益,是客户与配电网连接的末端设备的重要组成部分。
  精确的计量装置能保证交易的公平、公正。由于当前电网建设和经济发展速度非常迅速,以往的家庭用电计量装置在管理电能过程中愈发力不从心,因此,改造电能计量装置迫在眉睫。国家电网公司及其所属各网省电力公司启动了家庭用电计量装置改造的工程,由于投入了巨额资金,因此对于资金的使用必须确保其科学性和有效性,并有理想的回报,使对家庭用电计量装置改造项目的经济效率评价研究成为电力公司关注的热点问题。
  本文结合当前国内外先进理论,根据电力需求情况及家庭用电计量装置发展现状,以北京朝阳区家用电能计量改造项目为研究对象,对其进行改造后的经济效率进行实证分析和检验。通过对用电计量装置改造工程的社会和经济效益的研究,提出将来建设电网的新思路,本文在论证进行家用电能计量改造的必要性和紧迫性的基础上,结合技术经济学的方法和原理,评价和分析家庭用电计量装置改造工程。本文对于研究课题的必要性、使用的方法以及研究意义进行了简要阐述。通过对北京朝阳区家用计量装置改造工程的研究,建立一套家用计量装置改造的评价体系,确定其相关指标和模型,对北京朝阳区家庭用电计量装置改造前后的情况进行了介绍,并利用技术经济学方法从经济效果指标、财务指标(财务效果分析、财务风险分析)、盈亏平衡、用户效益等几个方面对北京朝阳区家庭用电计量装置改造进行了详细的分析和评价,通过模糊层次综合分析评价得出结论为“好”。本文结合技术经济学,研究分析了家庭用电计量装置改造工程,为以后家庭用电计量装置改造工作提供了借鉴。
[硕士论文] 赵永恒
流体机械及工程 合肥工业大学 2017(学位年度)
摘要:标准漏孔是真空计量技术的标尺,它的性能直接影响着真空测量和真空检漏结果的准确性。目前,常用的通道型标准漏孔存在着形状尺寸不可控、漏率不确定、漏孔中气体多处于复杂过渡流等问题,这些问题的存在导致无法对检漏仪和真空计进行准确的标定和校准。
  针对传统标准漏孔存在的问题,本文提出了利用阳极多孔氧化铝模板(anodicaluminum oxide,AAO)结合掩模辅助镀膜方法制备新型分子流标准漏孔的方案。AAO是微纳加工中常用的一种纳米级多孔材料,其中单个孔的直径在100urn以下,本文通过掩模辅助镀膜方法对AAO进行了二次镀膜处理,并利用光学显微镜对镀膜结果进行了观察,实验结果表明通过采用不同尺寸的掩模板可以制备出具有不同有效面积即不同通道数目的AAO。然后,我们利用自行设计搭建的差压法漏孔校准装置,以氦气(He)、氮气(N2)、氩气(Ar)为实验气体对镀膜后的AAO封装形成的标准漏孔的漏率和流导进行了测量。实验结果表明:(1)对于不同有效面积封装形成的漏孔,漏孔流导与AAO的有效面积成正比;(2)对于特定漏孔,在大气压下漏孔中气体始终处于完全分子流状态,即漏孔流导与前级压强无关,在大气压下为一常数;漏孔流导与所用实验气体质量方根的倒数成正比。
  本文所提出的基于AAO的完全分子流标准漏孔具有制作成本低廉、制作方法简单、压强适用范围广(最高压强可达100kPa)、漏孔流导可控、漏孔对于不同种类气体的流导具有可预测性等优点。
[博士论文] 方伟
中国史;中国近现代史 安徽大学 2017(学位年度)
摘要:本文对民国度量衡制度改革进行了研究。中国的现代化不仅仅包括社会形态的现代化,而且还包括文化、经济、科技等方面的现代化,度量衡制度改革是中国现代代化的重要组成部分。度量衡制度对国家,对于人民都有很重要的关系,然而中国度量衡制度历来没有确切的标准,非常混乱。度量衡制度的混乱不仅给人民群众生活造成了许多麻烦,而且不利于国家经济社会的发展,为了划一度量衡制度,晚清和民国政府进行了几次度量衡制度改革。鸦片战争后,外国的度量衡标准进入中国,并且产生了海关度量衡,这就使中国度量衡制度更加紊乱。为了维护清朝的统治,清政府制定了划一度量衡制度的计划,但是由于辛亥革命的爆发,清政府的覆灭,清政府划一度量衡制度的努力并没有使度量衡制度得到划一。民国的度量衡制度改革,是两次以万国公制为主导的度量衡制度改革,可以分为北洋政府时期、南京国民政府前十年、全面抗日战争时期和战后等四个时期。中华民国成立后,北洋政府于1912年提出了采用万国公制的方案划一度量衡制度,这个方案并没有得到国会的议决。虽然该方案没有得到国会的议决,但是改革度量衡制度的呼声并没有因此而减小,1914年北洋政府推出了新的划一度量衡制度方案并且颁布了相关的法律,1914年的度量衡制度改革方案只有北京、山西、云南实施外,其他各省毫无成绩。北洋政府时期的度量衡制度改革并没有改变全国度量衡制度混乱的局面,其原因是多方面的,包括政局的动荡、经费的短缺、人才的匮乏以及商家的阳奉阴违等。
  1927年南京国民政府成立后,地方政府和一些商业团体纷纷呼吁中央采取措施划一全国的度量衡制度。各界的呼吁引起了南京国民政府对划一度量衡制度的重视,于是工商部组织相关专家讨论划一方案,经过讨论国民政府决定以万国公制作为度量衡的标准制,同时在过渡时期设一辅制。度量衡标准确定后国民政府着手推进度量衡制度划一,包括度量衡法律法规的颁布与健全、召开度量衡推行委员会、制定划一度量衡六年计划与建立度量衡组织机构、加强度量衡各类器具的制造与管理、训练度量衡检定人员、加强对地方度量衡划一工作的视察与指导等等。南京国民政府前十年度量衡制度改革使公用度量衡基本实现划一、中东部地区城市和县城民用度量衡基本实现划一,这次度量衡制度是中国历史上少数几次较为成功的度量衡制度改革,有效的缓解了度量衡制度混乱的状况,但是这一时期的度量衡制度改革所取得的成绩是有限的,并没有彻底划一全国的度量衡制度,主要表现在中东部地区度量衡划一不彻底和西部地区改革进度缓慢。全面抗日战争的爆发打断了国民政府划一度量衡制度的进程,使度量衡制度的划一陷入停滞状态。为了配合日本侵略者长期霸占中国领土和掠夺经济,汪伪政权在沦陷区施行了划一度量衡制度的“改革”,但是这次度量衡制度改革并没有成功,反而使沦陷区的度量衡制度更加混乱。在国民党统治区域,度量衡制度划一对争取全面抗战的胜利具有重要作用,于是国民政府搬至重庆后继续推进度量衡制度的划一,全国度量衡局为了划一度量衡制度在完善度量衡相关法律法规、度量衡检定人员的登记与培训、度量衡器具的管理、推进地方度量衡划一等方面做了很多的努力。全面抗战时期国民政府划一度量衡制度取得了一些成绩,虽然所取得的成绩是有限的,但是在当时严重的政治军事和经济形势下能取得这样的成绩是非常不容易的,是值得肯定的。全面抗战胜利后,改组后的中央标准局为了划一全国的度量衡制度采取了一些措施,由于全面内战的爆发导致国民党面临着严重的政治、军事、军事危机,在严重的危机下国民政府对度量衡制度改革不重视,所以战后国民政府的度量衡制度改革并没有取得多大成就。在中共统治区域内,以陕甘宁为代表的边区政府采取措施划一度量衡制度,经过边区政府的努力使原先混乱的度量衡制度得到扭转,战后边区政府的度量衡制度改革为新中国成立后的度量衡制度改革提供了宝贵的借鉴。
[博士论文] 张燕
分析化学 湖南大学 2016(学位年度)
摘要:本文作者通过综述当前化学计量学领域中的热点、难点问题,选择了化学计量学多元校正(定量)和以蛋白质翻译后修饰位点预测为对象的模式识别(分类)两方面展开了相关研究工作。在多元校正方面,本文作者从二维、三维到四维的角度分别对复杂体系的定量分析问题在算法或应用上进行了探索性基础研究。在蛋白质翻译后修饰位点预测方面,本文作者从二分类到多类的角度对蛋白质翻译后修饰位点预测作了部分研究工作。本论文的内容主要涉及到以下几个方面:
  第一部分:多元校正(第2章-第4章)
  稠环芳烃主要来源于有机材料的不完全燃烧和热分解,它广泛存在于燃烧产品中,这其中就包括了卷烟烟气。大多稠环芳烃均具有致癌性或能诱导突变作用,其中最典型的就是苯并[a]芘,它的致癌性最高,被国际癌症机构认定为人类致癌物。因此,对卷烟主流烟气中苯并[a]芘含量的监测有助于我们对烟草质量的控制以及评价其对人类健康危害。目前,对卷烟烟气中苯并[a]芘含量测定的方法主要是基于色谱法分离后联用各类检测器检测。此类方法操作繁琐,耗时长,分析成本高,不利于作日常检测手段。本文将中红外光谱结合化学计量学用于开发一种简单、快速和非破坏性的稳健方法以对卷烟主流烟气中苯并[a]芘的含量进行测定。为了加强校正模型的预测能力,我们提出了离散粒子群-小波包变换-偏最小二乘(DPS O-WPT-PLS)新算法,并获得令人满意的结果。此外,与其它四种化学计量学算法相比较,数据分析结果显示DPSO-WPT-PLS具有更优异的性能。
  β-胡萝卜素是一种天然色素,由于其富有营养并且着色能力强,被联合国粮农组织和世界卫生组织食品添加剂联合专家委员会认定的A类优秀有营养的食品添加剂。但是食用高剂量β-胡萝卜素补充剂可能会产生不良反应,甚至会增加某些疾病的发生机率。β-胡萝卜素性质稳定、沸点较高,目前较多的使用高效液相色谱检测技术进行检测,然而在实际的样品检测中,部分复杂样品中会存在严重干扰从而导致较大的定量误差。为解决此问题,本文第3章将交替三线性分解算法(ATLD)与高效液相色谱-二极管阵列检测器(HPLC-DAD)相结合用于实际乳粉和饮料样品中β-胡萝卜素含量的测定。尽管实际乳粉和饮料样品中有基质干扰目标物的分析,但采用ATLD算法解析色谱数据,利用“数学分离”增强“化学分离”,实现了未知干扰组分存在下对目标物β-胡萝卜素的定量分析。此外,HPLC-MS方法被用于验证结果的准确性,结果表明,HPLC-MS方法与算法解析结果之间无显著性差异。
  氟喹诺酮类(Fluoroquinolones,FQs)药物是在污水和表层水体中能够被检测出来的常见的一类抗生素。作为抗生素,FQs药物很难被微生物降解,在污水处理厂(Wastewater Treatment Plant,WWTP)的常规处理中难以完全消除。UV/H2O2高级氧化技术(Advanced oxidation technologies,AOTs)在处理难降解的有机物上具有独特优势,因此有必要考查FQs药物基于UV/H2O2高级氧化处理的降解行为。本文第4章采用了荧光光谱结合化学计量学多维校正法(包括三维PARAFAC算法和四维PARAFAC算法)对水体系中氧氟沙星(OFL)和达氟沙星(DAN)这两种FQs药物基于UV/H2O2高级氧化处理的光解动力学进行了研究。实验结果表明,本文采用的方法可同时实时监测OFL和DAN在环境水样中的含量变化。值得注意的是,在实验条件优化的过程中,我们用三维PARAFAC算法分别解析出了OFL和DAN在不同pH值下的荧光光谱形态分布,结果与文献报道一致。此外,我们用三维PARAFAC算法还考查了H2O2加入量对这两种FQs药物的降解速率的影响。荧光光谱结合化学计量学多维校正算法这种分析方法不仅节约样品预处理时间,还能用于实验条件优化,对复杂体系多组分实时定量分析,这对于监测待分析物的动力学过程具有潜在应用价值。
  第二部分:蛋白质翻译后修饰位点预测(第5章-第6章)
  蛋白质甲基化修饰是一种常见的蛋白质翻译后修饰,它在信号传导、DNA修复等很多细胞进程中起到非常巨大的作用。蛋白质甲基化位点的识别在理解与之相关的生物过程中的基本分子机理起到非常重要的作用。运用生物信息学方法对蛋白质甲基化位点进行预测是一种强而有力的途径,它方便、经济并快捷,对可能的蛋白质甲基化位点的进一步实验鉴定提供了便利。在本文第5章中,综合了伪氨基酸组成成分(PseAAC)和蛋白质链描述符来全局表征蛋白质的序列信息,并运用基于粒子群优化的支持向量机算法对蛋白质精氨酸甲基化位点进行了预测。我们计算得到独立预测集的准确率、灵敏度、特异度和马修斯相关系数分别为98.11%、96.23%、100%和96.30%。这表明我们所提出的分析方法对蛋白质精氨酸甲基化位点具有充分的预测效能。此外,我们还将其与基于不同的特征抽取或分类算法的其它预测工具进行了比较,结果显示我们所提出的方法在识别蛋白质精氨酸甲基化位点方面具有更好的性能。
  赖氨酸(K)翻译后修饰可控制蛋白质的活性并继而影响人类疾病,因此识别赖氨酸(K)残基翻译后修饰的状态是全面理解蛋白质功能的基础。然而,目前,靠实验检测到的所有赖氨酸修饰位点对于通常研究的蛋白组学仅仅只占一小部分。因此,用于赖氨酸修饰位点识别的计算机预测技术有可能为研究者提供关于这些修饰有价值的指导。目前,针对于研究得最广泛的四种类型的赖氨酸翻译后修饰(乙酰化、甲基化、泛素化和SUMO化修饰)位点预测问题,研究者们已发展了不少计算机预测方法。但这些方法大都一次只针对一种类型的赖氨酸(K)修饰位点进行预测,并没有同时对蛋白上所有赖氨酸(K)残基可能修饰的不同类型同时预测。在本文第6章中,我们尝试运用基于氨基酸序列的计算机预测方法对蛋白质赖氨酸乙酰化、甲基化、泛素化和SUMO化四种修饰位点同时预测。我们采用了上一章提出的蛋白质序列全局特征信息提取来对氨基酸序列进行数字化表达。此外,我们采用了基于回归的SVM思想构建K个SVM回归模型,进行分类,这避免了不可分现象的产生,也大大减少了分类重叠现象的出现,获得了令人满意的结果。
[硕士论文] 李竹青
机械工程 河北科技大学 2016(学位年度)
摘要:近年来,我国制造业的发展速度非常之快,大部分产品的生产过程需要进行表面温度的测量。然而,对于运动物体表面温度的测量,目前几乎所有的企业都是通过人工手持红外测温仪跟踪被测目标来实现的。因此,研究设计一套自动测温系统,用来代替人工测温,从而降低人工劳动强度,提高测量精度,提高工作效率。
  本文以某大型PVC手套生产车间的生产线上匀速运动的手模的温度检测为例,主要从机械结构设计、电气控制系统设计和系统监控软件开发三方面进行分析、设计与研究。机械结构设计的关键是随动跟踪机构的合理设计,采用回转运动式方案,通过对机构的分析与计算,设计出一种凸轮机构模型,红外测温传感器沿此凸轮机构轨迹的边缘跟随直线运动的物体运动,保证传感器与物体目标之间的距离不变,使传感器有足够的响应时间以准确测得运动物体表面的温度;电气控制部分采用基于可编程序逻辑控制器(PLC)的控制方案,关键是PLC程序的设计算法,将凸轮轨迹曲线分成多份,每份都对应一种控制电机脉冲输出频率,份数越多,传感器跟踪的越准确;系统监控软件开发的关键是通信方式的选择与通信参数的设置,选用RS-485串口连接的方式来实现S7-200 PLC与威纶通触摸屏之间的通信。
  通过上述研究,组建了实验室及自动测温系统,模拟运行状态良好,对实际测温系统的研发提供了重要的依据。但由于理论知识和实践经验的不足,此系统还需进一步改进,如跟踪轨迹曲线的完善及控制算法的进一步研究等。
[硕士论文] 刘喜瑞
软件工程 大连理工大学 2016(学位年度)
摘要:现阶段各种关于质量技术监督管理的软件系统、网站大多数都是各自为政,这样就导致质检系统内部上级单位对下级单位的检定工作不能够及时、准确的掌握;并且各个企业单位为了减少开支,对于到期应该送检的设备没有及时送检或者不送检,以至于质检机构大量投资的检测设备资金回收周期较长。另外,对于检定单位来说,如何合理化安排检定流程当中服务台的使用率也是势在必行。
  针对以上所提出的问题,本文以某省质量技术监督局计量器具检定管理流程为研究对象,并且在计量器具检定流程管理中采用排队论,提高窗口服务台的使用效率。日常计量检定管理系统实现了从窗口登记、设备接收、设备检测、设备审核、领导审批、证书打印等一系列的日常检定流程,对到期未检的设备进行报警,并责令稽查部门予以处罚。三级计量系统管理平台主要是对上报的检定数据进行集中化、分级化的统一管理。日常计量检定管理系统对于有效的检定数据,按照统一的格式上传给三级计量系统管理平台。三级计量系统管理平台,根据上级单位只能对本单位及所属下级单位的检定数据进行查询、统计、对比的业务要求,系统对每个系统用户划分了不同权限、职能,逐级管理。
  最后,采用黑盒测试,模拟了整个系统的业务流程,经过几次用例测试,验证了本系统能够充分解决现阶段质量技术监督管理工作中存在的缺陷,并且能够安全可靠的运行。
[硕士论文] 方建正
电子信息技术及仪器 浙江大学 2016(学位年度)
摘要:加速度测量技术在惯性导航、重力测量等领域具有重要应用,如何提升加速度测量精度也一直是这些领域的研究重点。大惯量水下运载体在水下无航速状态下维持固定的深度是其水下停泊的重要方式之一,微弱运动加速度的测量精度是影响潜器水下深度控制精度的关键因素之一。本课题通过研究现有运动加速度测量系统精度不足的原因,提出针对性的改进方案,从而提升微弱运动加速度的测量精度,主要研究内容包括:
  1、针对实际工程应用的需求,分析了运动加速度测量系统的研究现状,指出影响加速度测量精度的主要不足之处:调理放大模拟电路的增益不足限制了运动加速度小信号的测量分辨率,温控系统控制的目标温度过高影响加速度计和测量电路的性能,并提出了相应的改进方案;
  2、改进了加速度信号调理放大模拟电路的设计。针对微弱运动加速度信号测量的需求,设计了去除输入大偏置、压缩大信号增益的非线性放大模拟电路,提升了小信号的增益,在保证量程的基础上,提升运动加速度小信号的测量分辨率。
  3、改进了温控系统的设计。为降低系统的工作温度,设计了以压缩机为核心的温控系统,为加速度计和测量电路提供良好工作环境。同时还可切换为制热模式,增强了系统的环境适应性。在此基础上提升了模拟电路的温控精度,从而进一步减小了温度变化引起的加速度测量误差。
  最后,通过设计的实验样机,对改进后的温控系统和测量电路进行了针对性的实验,实验结果达到设计预期,表明本课题提出的加速度测量系统精度提升方法是有效的。
[硕士论文] 周彬彬
控制科学与工程 哈尔滨工业大学 2016(学位年度)
摘要:随着生产实践的进一步发展,对于测角系统的精度和稳定性等提出了更高的要求。基于Renishaw增量式圆光栅的高精度测角系统,本课题研究采用多读数头结构和软件补偿算法提高系统的测角精度。基于误差建模,分析多读数头结构的消除误差原理和应用场景,从原理和仿真实验角度对比分析了数值补偿算法、BP网络补偿以及基于小波神经网络(WNN)的误差回溯补偿三类补偿算法对于系统的补偿效果及其适用场景。
  通过圆光栅测角系统误差的建模,定量分析了系统误差、随机误差和安装误差的组成成分,推导了多读数头结构消除误差原理,定量地分析了安装倾斜和安装不对径下多读数头的误差的消除效果。
  分析了分段线性、三次样条插值、多项式以及谐波补偿四种数值补偿算法,并且对离散标定的测角误差进行了两次迭代补偿实验,对比分析四种算法补偿效果和适用性,其中谐波补偿测角误差补偿效果最好。分析了BP神经网络算法原理和方法,通过改变训练算法和调整网络结构改进了BP网络,并且对误差进行两次迭代实验,对比分析了其与数值补偿算法的补偿效果。
  为了优化系统设计,研究了基于小波神经网络的误差溯源补偿方法,并且采用小波网络方法对圆光栅测角误差进行溯源补偿,比较了其狭义和广义小波网络两种算法的补偿效果,实验验证了小波网络算法、数值补偿算法、BP网络算法三种算法的补偿有效性以及分析了它们的补偿效果和适用场合。狭义小波网络兼具神经网络和小波变换的特性,补偿效果比BP网络好;通过实验比较广义小波网络和谐波补偿算法,广义小波网络能辨识出来附加误差成分,因此达到的误差补偿效果比谐波补偿好,适合动态误差的补偿。
[硕士论文] 李婷婷
分析化学 哈尔滨工业大学 2016(学位年度)
摘要:等离子体结构的表面增强拉曼光谱(SERS)基底,可对无标记和分子指纹进行超敏感性和选择性的检测,但这些基底的制备很复杂,且成本较高,使得其仍是SERS技术在实际应用和商业化应用中的一项主要的挑战。现在可以提供一种方法,利用小体积的检测物实现在毒素检测和犯罪学上跟踪监测。制备具有表面增强效应的表面等离子体结构,可以实现分子检测。然而,对于高度稀释、小体积的样品的检测仍然是一个挑战。本文研究两种疏水基底,既可实现小体积试样的测试,又具有较好的SERS响应。
  疏水性基底,因其表面的疏水性质,可以不断的增加检测溶液的浓度,从而达到增强分子拉曼信号的强度,同时试样只须滴覆在基底表面上就可进行检测,简化实验操作并解决亲水基底对不易吸附分子检测的困难。本文的第一个实验采用原位还原的方法制备疏水Ag SERS基底,利用平整的聚苯胺膜的还原性,通过30 min反应获得均匀Ag膜并经过化学改性获得疏水基底。探索不同反应时间和不同改性试剂条件下获得的基底的表面性质和SERS性质,结果表明银基底的浸泡时间为3min,改性试剂为十二硫醇溶液时,可获得优良的SERS基底。该基底对分子的痕量检测中可以检测罗丹明B的浓度低至10-9 mol/L,秋兰姆的浓度为10-8 mol/L,且基底有较好的均匀性。
  实验二采用水热法制备疏水氧化石墨烯SERS基底,利用胺分子与氧化石墨烯分子之间的亲和加成、氢键和静电作用完成复合物的制备,并通过微型真空过滤器制备疏水基底膜,探索不同反应物配比和不同改性试剂对基底表面性质和SERS性质的影响。结果表明,氧化石墨烯20 mg,胺分子0.02 mol的配比是最适合的及十六胺改性基底对分子的拉曼增强效果最好,可检测罗丹明B的最低浓度为10-6 mol/L。
[博士论文] 鲁云峰
仪器科学与技术 哈尔滨工业大学 2016(学位年度)
摘要:质量量子基准研究于2012年被《Nature》杂志评为世界六大难题之一。目前,质量单位千克是国际单位制(SI)中唯一一个仍依靠实物基准来复现的基本单位。2014年国际数据委员会(CODATA)基本物理常数工作组形成决议,拟于2018年实现用基本物理常数重新定义质量基本单位。在建立质量量子基准的过程中,利用普朗克常数h可导出质量量子基准的量值。目前,天平法正是利用溯源到电学量子基准的方法实现普朗克常数h的精密测量。天平法实现质量量子基准的基本原理,是通过机械功率(能量)与电功率(能量)平衡来实现质量单位的复现,它必须通过复杂的机械装置来实现,涉及准直参数众多,包括机械、光学和电学众多领域。准直问题决定了天平法实现质量量子基准的准确度,是当前各国天平法研究面对的最核心问题。
  本文在天平法实现质量量子基准理论的基础上,对功率(能量)天平法领域目前存在的准直问题进行了深入研究,系统地分析了功率天平法中动态准直和能量天平法中全路径各点静态准直参数的需求、内涵和关键技术,并提出和研究了磁体磁场准直、悬挂线圈准直和光束竖向准直的新方法,完成的主要研究内容如下:
  (1)剖析并提炼了天平法质量量子基准装置中的准直问题,建立其对测量结果影响的作用模型。在功率(能量)天平理论模型基础上,系统地研究了功率天平法和能量天平法实现质量量子基准的准直理论模型,仿真验证了磁体磁场准直、悬挂线圈准直和光束竖向准直对普朗克常数测量精度的影响,为相应解决方法的提出奠定了理论基础。
  (2)针对现有技术只能通过间接手段保证磁场平面的水平调整,磁场平面完全依赖于磁体的加工、装配水平这一问题,提出了一种基于绕竖直基准旋转扫描的直接式磁场平面水平准直方法。该方法以高精度电子水平仪搭建的竖直轴向标准作参考,通过测量并分析霍尔高斯计绕该竖直轴向标准旋转扫描一周的结果,实现磁场水平度的直接测量,根据该旋转扫描结果调整磁场平面,确保磁场平面的水平准直;建立了该磁场平面水平度测量方法的精确数学模型;分析了附加平面霍尔效应和磁场垂直固有分量引入的误差模型,并对其进行了消除和抑制。
  (3)针对现有角锥镜配合PSD测量悬挂线圈姿态过程中存在的多自由度耦合问题,提出了一种基于磁体磁场水平基准的悬挂线圈水平准直测量方法。该方法以磁体磁场准直为基础,利用固定在悬挂线圈侧面成120°分布的三个平面电容位移传感器测量与外磁轭的相对位移,平面电容位移传感器中电容极板由同一平面内位置固定的两个电容极板构成,磁体外磁轭作为平面电容的屏蔽接地,外磁轭与固定在悬挂线圈上的平面电容距离变化会影响电容的大小,根据电容变化与位移的线性关系确定位移变化,最终实现悬挂线圈水平姿态的精密测量和调整。
  (4)针对现有液面式水平基准反射率低、液面曲率限制准直精度、缺乏工作状态下灵活性的问题,提出了一种基于回转调平式平面镜水平基准的光束竖向准直方法。该方法将竖直轴向基准传递到平面镜的水平调整上,得到一平面基准,利用该平面基准实现激光光束竖向准直。
  (5)通过实验对三种准直方法进行了验证。本文的研究工作为功率(能量)天平法实现质量量子基准准直研究中磁体磁场准直提供了一种直接测量和评估方法,使得磁体磁场准直引入的标准不确定度由间接保证的100μrad减小到确定值42.3μrad;以其为基准,使得基于磁体水平基准的悬挂线圈准直引入的标准不确定度达到71μrad;为激光干涉仪测量光束竖向准直提供一种工作状态下光束竖向准直的新方法,使得光束竖向准直方法引入的标准不确定度达到41μrad。以上准直方法对天平法质量量子基准研究中普朗克常数测量的影响均达到10-9量级。从而使本文提出的准直方法为天平法实现质量量子基准研究中的准直若干问题,提供了有效解决办法。
[硕士论文] 卢燕
机械工程 电子科技大学 2016(学位年度)
摘要:精密离心机是惯性导航系统加速度计标定和校准的重要设备,其误差对加速度计标定精度有重要影响,提高离心机标定精度对提高惯性导航精度具有深远意义。本文以精密离心机为对象,计算转盘在流-热-固多场耦合作用下的结构变形。文中通过理论分析、数值模拟等方法分析了离心机流场、温度场及结构场耦合特性,并分析影响离心机热性能及结构变形因素,具体研究内容如下:
  (1)流-热-固多场耦合数值计算方法研究。建立此类问题的全耦合数学模型,研究求解数学方程的强、弱耦合算法及其应用。总结和区分目前多场耦合求解方法,在此基础上定义了三种分析方法:直接法、顺序迭代法和顺序耦合法,并建立它们与强、弱耦合算法的联系。再通过两个同类耦合问题实例对比三种分析方法的计算精度,为离心机多场耦合计算方法选择提供依据。
  (2)流-热-固耦合作用下离心机热变形数值计算。将离心机热变形问题分为流固耦合换热求解和热-结构耦合求解。分析离心机工作原理、多场耦合关系并建立离心机多场耦合数学模型。仿真建模及计算,包括几何建模、网格剖分、给定边界条件、MRF方法和共轭传热仿真技术应用、求解器选择等。将计算结果与实验值对比,得出相对误差在10%以内,验证本文仿真方法的有效性。对比了直接法和顺序耦合法计算离心机流场、温度场结果,分析二者的计算精度。
  (3)离心机热性能及结构变形影响因素分析。分析粗糙度对离心机热性能的影响,计算并对比不同粗糙度下的换热量、流动所处粗糙区及截面流速和温度。分析有无外界热源对离心机热性能的影响。分析转速对离心机热性能及结构变形的影响,得出转速与转盘温度、变形量的拟合关系式。研宄惯性力及风阻温升和惯性力共同作用下离心机的结构变形规律,并对比不同作用下的结构变形特性。
[硕士论文] 宋欣悦
微电子学与固体电子学 哈尔滨工业大学 2016(学位年度)
摘要:时间间隔测量技术在基础科学研究和实际工程应用中都起到重要作用,因此对于高精度时间间隔测量技术的研究意义重大。本文来源于实验室项目,意在设计用于测距领域的时间测控系统,该系统具有测量精度高、测量范围大、体积小、性价比高、灵活性强等优点。
  本文首先介绍了系统的整体架构,根据系统的功能和需求将整个系统划分为四个子模块,然后分别对四个子模块的软硬件设计过程进行了介绍。时序发生模块用于实时控制延时脉冲的发生时间和脉冲宽度,该脉冲用于控制激光接收器的开启,利用FPGA内部时钟,实现纳秒级精确延时。TDC时间间隔测量模块用于测量激光脉冲从发射到返回的时间间隔,选用德国ACAM公司的TDC-GPX芯片,根据所需的测量精度和范围,采用G-模式进行测量,设计芯片外围硬件电路和相关软件程序,该模块测时分辨率为40ps,测时范围为50us,在10us范围内,测试数据抖动小于100ps,在10us到50us范围,数据抖动小于400ps。GPS授时模块用于添加时间标签,利用北斗BD-126模块进行定位授时,利用FPGA内部时钟和整秒脉冲信号实现计时器以达到精度要求,在授时时间间隔小于50ms范围内该模块授时误差小于8us。电机和码盘控制模块采用STM32定时器的编码器模式采样光栅编码器输出脉冲,并捕获触发脉冲信号,采样分辨率为0.0146度,采用位置控制模式精确控制电机交替正反转30度。
  最后本文对系统的各个子模块进行了实验测试和性能分析。测试结果表明整个系统能够正常工作,各性能指标均达到预期要求。
[硕士论文] 施杨
信号与信息处理 青岛大学 2016(学位年度)
摘要:因交流电在电能应用中的广泛应用,高精度的交流电信号在科研实验和工业生产中的需求愈来愈高。同时,交流电压作为电学计量专业中的重要参数之一,交流电压的表征和高精度校准也成为了电学计量中的一项迫切任务。本文以基于超导约瑟夫森效应的任意波形合成技术为基础,探索并搭建一套交流电压校准系统。较于可编程约瑟夫森电压基准,脉冲驱动的任意波形合成技术合成波形具有信号频率高、幅度可计算和更低不确定度等优点。论文首先设计传统高精度DAC的任意波形发生器,使其生成频率高,幅度可精确计算的波形信号,并分析传统逐步逼近型正弦波波形特性。其次,通过阻抗匹配将通过脉冲驱动的任意波形合成技术合成的单频正弦波与传统高精度DAC生成正弦波进行采样分析,初步分析两者的频域特性。最后,通过对两者合成波形采样数据分析,得出交流电信号相关参数的分析对比。
[硕士论文] 王星维
信号与信息处理 青岛大学 2016(学位年度)
摘要:本文设计的低温电流比较仪(CCC)自动电阻电桥前馈系统没有接入DC-SQUID环节,即开环的低温电流比较仪。系统主要由四部分组成,即上位机配置程序、光隔离数字控制器、电流比较仪电流源电路以及前馈回路。低温电流比较仪自动电阻电桥中使用直流超导量子干涉器(DC-SQUID)作为反馈环节检测不平衡磁通量进而反馈调节电流比例。该器件线性工作范围较小,系统的稳定性易受影响。本文设计的开环系统通过上位机程序设置DA的参数可以调节电流比较仪的输出,并通过偏置DA的调节,可以大大提高输出电流比例的精度。
  另外本文针对该系统提出了一种开环测试方案,测试该系统输出能达到的最大的比率精度。主要测试了电流比较仪输出为1:100和1:1情况下,通过数据得出电流比例精度和稳定性。通过实验及数据分析,电流比较仪输出为1:1时,采集到的电阻电桥压差经过长期实验观察均在3μV以内,电流比较仪输出精度可以达到3×10-5,经过计算该情况下比例值标准偏差值为1×10-6。电流比较仪输出为1:100时,采集到的电阻电桥压差经过长期实验观察均在5μV以内,电流比较仪输出的比例精度可以达到5×10-5,经过计算该种情况下的标准偏差值为3×10-6。
[博士论文] 罗智煌
粒子物理与原子核物理 中国科学技术大学 2016(学位年度)
摘要:基于量子力学原理构建的量子计算机具有经典计算机不可比拟的计算能力。然而,噪声和退相干是实现量子计算机的主要障碍之一。噪声来源于量子比特上操作的不完美;退相干起源于量子系统与环境间不可避免的相互作用。噪声和退相干会导致编码信息的部分丢失甚至完全错误。解决方案之一是量子纠错。但这需要额外引进辅助比特消耗过多的资源,而且纠错过程本身也是有噪声的。另一种策略是拓扑量子计算。与主动的量子纠错方式不同,拓扑量子计算是被动的,即无需作任何的尝试或操作让系统无噪声,因为系统本身具有鲁棒性的自纠错功能。这与系统的整体拓扑性质有关。拓扑量子计算是目前已知容错率最高的量子计算方案。
  拓扑量子计算方案依赖于拓扑相的存在。拓扑相是一类不能由经典朗道对称破缺理论描述的奇特的物质态。这种态具有一些有趣的性质,如依赖于拓扑流形的基态简并度,准粒子分数统计和拓扑纠缠熵等。一类特殊的拓扑物质态称为拓扑序,可描述为有能隙且具有不受微扰影响的长程纠缠模式。已知的例子是分数量子霍尔态,是首次在真实体系下观测到拓扑序。另外在一些二维晶格模型中也存在拓扑序。拓扑序不仅为容错量子计算提供了天然的无噪声介质,同时在凝聚态物理中作为基础科学研究如拓扑性质,拓扑相变以及新型材料的发现等也具有重要意义。
  在真实系统中观测拓扑相和实现拓扑量子计算极具挑战,主要受限于目前的实验方法和控制技术。例如,存在拓扑序的二维晶格模型常涉及多体相互作用(如toric code模型具有四体相互作用),并且构建一个晶格往往需要较多的量子比特。实验驱动和控制这样复杂的多量子比特系统不是一件容易的事情。也正因为此,拓扑量子计算的研究依然停留在理论中,无任何相关的实验报道。
  量子模拟用一个可控的量子系统模拟复杂的或难以观测的物理现象,在凝聚态物理,高能物理和量子化学等邻域有着许多成功的应用。量子模拟为我们提供了一个有力的手段去探索拓扑相和拓扑量子计算。另一方面,作为量子模拟的物理实现平台之一,核磁共振体系在多量子比特实验中具有成熟的控制技术和精确的测量手段,是一个很好的测试平台。
  本人在攻读博士学位期间基于核磁共振系统对拓扑相量子模拟和拓扑量子计算方向展开了系列理论和实验研究,主要创新性成果有:
  1.利用核磁共振系统对拓扑相进行了系列的量子模拟实验研究:(i)国际上首次实验实现了不同拓扑序间的绝热跃迁。实验中模拟的Wen-plaquette自旋晶格模型存在两种不同的拓扑序。由于不同的拓扑序具有相同的对称性,这是不能由经典的朗道对称破缺理论描述的一种新型相变现象。该工作为研究当前有着广泛兴趣的拓扑系统上迈出了新的重要一步。内容详见3.1节。(ii)实验观测了二、三、四自旋量子系统中的动力学量子霍尔效应。通过非绝热响应直接测量Berry曲率和Chern数,清晰地观测到不同的量子化平台即拓扑相变的发生,是目前在最大系统上的非平庸演示。同时,得到的Chern数揭示了哈密顿量的几何结构。类似于传统的量子霍尔效应,精确的量化平台可以用于量子精密测量。内容详见3.2节。(iii)首次通过测量非阿贝尔几何相实验识别拓扑序。区分多体相互作用量子体系中出现的拓扑有序态是凝聚态理论最重要的任务之一。然而直到目前为止还没有相关的实验报道,主要归结于实验测量本身的极大困难。我们通过测量拓扑简并基态下的非阿贝尔几何相识别出给定某模型的拓扑序,并得到了其准粒子维度和分数统计等信息。与传统的拓扑纠缠熵相比,非阿贝尔几何相提供了更完备的关于拓扑序的信息。这对实验分类不同的拓扑序具有重要意义。内容详见3.3节。
  2.从量子态制备和存储的角度对拓扑量子计算进行了系列研究:(i)实验制备拓扑序。通过绝热驱动含时的多体哈密顿量成功地制备出四重简并的拓扑序。这不仅为进一步研究拓扑序的性质提供了可能。同时,基于基态的拓扑简并和长程纠缠,也为构建具有鲁棒性的量子存储做好了铺垫。内容详见4.1节。(ii)理论计算和分析拓扑量子存储。以Wen-plaquette模型为例,从热噪声和退相干两个角度理论分析了拓扑量子存储的物理机制。并以一个具体的例子来进一步考虑实验演示的可能性。内容详见4.2节。
  3.开发新的四量子比特核磁样品和脉冲生成自动化程序,不仅提高了实验控制的精确度,也降低了脉冲设计的复杂性。该样品及相关程序已为实验室大量使用,在实验技术改进和提升上有着重要意义。内容详见附录A和B。
[硕士论文] 陈潇
计算机技术 浙江工业大学 2016(学位年度)
摘要:随着我国社会经济的发展,计量工作无论在社会生活中,还是工业发展中,都显得越来越重要。宁波市计量测试研究院作为宁波地区的法定计量检定机构,既为行政管理提供技术支撑,又面向社会为各企事业单位服务。目前,该院管理体系建立依照的标准较多,质量管理工作量非常大,出错概率也很高。因此,利用计算机技术建立一个完善的检测质量控制管理系统,实现体系管理全覆盖,理顺各类标准、规范之间的关系,对管理体系实行动态化管理成为当务之急。
  针对宁波市计量测试研究院当前面临的困境,引入B/S开发模式和三层体系架构式,基于.NET设计技术,建立ADO.NET数据访问接口和Microsoft SQL Server数据库管理系统,设计与实现了面向计量机构的检测质量控制系统,并尝试解决该院内部管理存在的一系列问题。本文的主要工作和成果如下:
  1.在查阅大量文献和实地调研的基础上,分析了计量机构管理系统的现状,重点探讨了系统所涉及的关键技术,确定采用B/S开发模式、.NET等相关技术,并运用层次分析法(AHP)构架检测质量控制评价模型。
  2.进一步探讨了检测质量控制策略,明确系统设计思路与目标,分析开发检测质量控制系统的可行性,并从功能需求和性能需求全面剖析系统的实际需求。
  3.研究了检测质量控制系统的总体设计,包括系统网络的部署、系统结构设计、系统软件架构设计,然后对系统的各功能模块进行详细的设计,并对相关关键技术进行了深入的研究。
  4.开发实现了整个计量机构检测质量控制系统。
  目前,本系统正在宁波市计量测试研究院内部正常运行,工作人员反映良好。本课题的实施提高了宁波市计量测试研究院的工作质量,提升了检测技术水平,提高了服务水平,也为该院的业务发展提供了进一步的保障。
[硕士论文] 王根娟
动力工程及工程热物理 浙江工业大学 2016(学位年度)
摘要:火焰自由基作为燃烧过程的中间产物,其辐射出的荧光强度与火焰温度、基团浓度、热释放率等参数有着密切的联系。针对火焰自由基展开深入的研究,有助于了解燃料燃烧特性,增进对燃烧的认识。火焰自由基荧光强度的捕捉需要良好的测量设备作为工具。现有的用于测量火焰自由基荧光强度的LIF和PLIF系统主要存在着价格昂贵、维护不便、在时域上获取连续信号的能力相对较差等缺点。因此,从降低实验成本、改善现有系统局限性的角度出发,拓展火焰自由基荧光强度的测试方法具有重要的现实意义。
  本文将卡塞格林光学原理应用于火焰自由基荧光强度的测量,重点提出了一种火焰自由基荧光强度的定点测量系统,用于实现自由基光强的定点测量与时域上连续信号的获取。同时,基于ICCD相机提出了一种火焰自由基荧光强度2D图像捕捉系统,用于捕捉自由基团在火焰中的二维分布图像。主要工作和成果如下:
  (1)通过设计计算与Zemax软件的模拟优化,研制出了卡塞格林光线定点采集装置,该装置可作为测量系统采集光线的前置装置,实现对光线的定点采集。通过实验验证,该装置可采集短轴直径为0.382mm,长轴直径为1.628mm“椭球形”区域内的光线,具有较高的空间分辨率。
  (2)完成了火焰自由基荧光强度定点测量系统的整体设计方案以及系统的加工制作、相关设备的选配。通过对测量系统的安装调试,详细给出了测量系统各部分的组成装配情况、工作原理等。
  (3)完成了火焰自由基荧光强度2D图像捕捉系统的设计搭建。给出了系统整体的设计方案、ICCD相机的工作原理和详细的拍摄控制过程。针对Solis软件,介绍了基于该软件的图像初级处理方法。
  (4)为验证新研制的火焰自由基荧光强度测试系统在火焰测量中应用的可行性。设计了相关实验,具体针对火焰2cm高度处全光谱、OH基、CH基的径向荧光强度数据,将由定点测量系统和2D图像捕捉系统分别获取的数据进行比对,结果发现两套系统获得的实验数据规律基本一致。
  本文重点提出的火焰自由基荧光强度的定点测量系统,属于非接触式测量,其相比于“探针式”的定点测量设备,具有不扰动火焰本身流场的优势,且其采用高响应频率的光电倍增管作为感光设备,可获得光强数据在时域上的连续信号。同时结合2D图像捕捉系统,可获得较为完整的火焰自由基荧光强度数据。
[硕士论文] 冯建
测试计量技术及仪器 合肥工业大学 2016(学位年度)
摘要:稳定精密的环境是纳米三坐标测量机(Nano-CMM)测量的前提。
  传统的恒温室存在成本高、耗能高、以及内部人员活动会影响温控稳定性等缺点。目前,根据绿色、微环境的理念为各类仪器定制合适的环境腔是主流做法,工业级恒温箱的压缩机振动强、控温精度低,而分离式恒温箱因其风机振动也无法满足微纳米测量的高要求。
  本文针对实验室已研制的Nano-CMM的测量需求,提出并研制了一套无振动低成本式的高精度微型环境箱。利用电子式半导体制冷片取代传统压缩机,并采用组合式箱体设计,避免分离式系统中风机带来的振动。
  考虑低成本及易装卸性,根据Nano-CMM所需空间订制的铝型材作为箱体支撑结构,亚克力板和纳米真空绝热板制成轻便型隔热箱体。考虑到置于环境箱内的测量设备热源会导致箱内温度升高,且热源分布不均匀,故采用单向制冷控温方式,并将Nano-CMM测量平台附近的温度值回馈至PID控制器。均匀分布于环境箱顶部的若干个功率可调的半导体制冷模块直接对箱内空气进行制冷,避免了风扇带来的振动。箱内冷空气均匀向下流动,与向上流动的热空气形成自然对流,箱内温度将逐渐趋于PID控制器所设温度值并保持稳定。利用LabVIEW与MATLAB混合编程的方式实现了基于PID控制算法的高精度温度控制程序。具有高亲水性的硅胶制作的可循环除湿器用于抑制箱内湿度过高。
  实验结果表明,在设定值为20℃时,系统的稳态误差为0.003℃,稳态时的温度变化范围小于0.03℃,优于一级恒温室规范(20±0.1℃),箱内相对湿度可从66%降到48%左右。此新型环境箱具有低成本、低能耗、无振动、高精度等优点,不仅适用于本实验室纳米三坐标测量机,亦可针对其它精密测量仪器量身制作。
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