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测量仪范文1
【关键词】倾角测量仪；MSP430；加速度传感器；低功耗
1.引言
本超低功耗倾角测量仪的设计中，使用了TI公司的MSP430、TPS61070、TPS61040和TPS54331等器件和加速度传感器，实现了超低功耗高精度角度测量仪的制作。首先，我们使用MSP430单片机，此单片机不仅具有处理能力强、运算速度快、片内资源丰富等优点，而且具有超低功耗和间歇工作的优势。其在工作时工作电流只有200uA左右，当处于休眠状态时其工作电流在1uA左右，较好的满足了超低功耗和控制运算的需求。在实际使用中，我们让它工作在2.5V，省电模式下RAM数据保持在低功耗模式，消耗电流仅0.1μA。其次，设计中还使用了TI公司的芯片TPS61070和TPS61040组成两级BOOST升压电路，相对于反激式升压电路相比，该方案不但效率高，而且有利于降低电源损耗。在选择降压电路方案中，使用了TI公司的TPS54331芯片组成BUCK降压电路。当25V将至2.5V时普通的线性降压芯片效率只有10%，但是这块芯片在轻载情况下效率也可达到30%以上，而且功耗低。此次设计中，主要使用TI的芯片，性能很好，对制作的实现起到了促进作用。
2.方案设计与论证
本设计要求通过测量重力加速度进行角度测量，并保证精度达到±1度以内，用2200uF电容供电，在工作情况下能持续工作60秒以上，并用1.5V干电池给电容充电。
2.1 控制系统的比较与选择
方案一：采用DSP，具有高精度，运算速度快的优点，但DSP功耗高，不满足本设计低功耗要求。
方案二：采用ATML的12C5A16AD，这款单片机价格便宜，但是运算速度比较慢，功耗大，不符合本设计的要求。
方案三：采用TI公司的MSP430单片机为控制系统。此单片机不仅具有运算速度快的特点而且具有间歇工作的优势。在工作时其电流在200uA左右，当处于休眠状态时其电流在1uA左右，较好的满足了超低功耗的要求和控制运算需求。
综上论证选取方案三。
2.2 测角传感器比较与选择
方案一：MMA7455，它是10位精度三轴数字加速度传感器，具有I2C，SPI通信接口，但是测量结果偏差较大，需要校正。
方案二：MMA8452加速度传感器，此传感器是一款智能、低功耗、三轴、电容式微机加速度传感器，具有体积小，重量轻和丰富嵌入式的特点，可以减少整体功耗，有利于实现系统的超低功耗运行。此传感器具有12位高精度，偏差小，不需要校正的优点，而且能够返回数字信号，有利于信号采集与功能实现。
综上论证选取方案二。
2.3 供电降压电路选择
方案一：用7805组成线性降压电路。选用7805虽然能将电压降到要求值，但是，7805的工作原理就是将额外的压降加在了芯片上，当电压由25V降到5V时，7805会严重发热，功耗很大，在超低功耗下很难工作。
方案二：用TPS54331芯片构成开关型BUCK降压电路。TI的TPS54331芯片集成了MOSFET与控制系统的功能，可以实现25v到3.3v的稳压。用此芯片实现的开关型BUCK降压电路功能，比功耗小，效率也高。
综上论证选择方案二。
2.4 充电升压电路选择
方案一：用反激击式升压电路，此电路虽然实现输入输出隔离，但是此方案工作效率低，功耗大，不利于1.5v蓄电池长期使用。且反激式电路需绕制高频变压器，占用空间较大，不利于使用。
方案二：用TI公司的芯片TPS61070和TPS61040组成两级boost升压电路，相对反激式升压电路相比，该方案效率高，易于低功耗设计的实现。
综上论证选择方案二。
2.5 系统总体结构设计
通过以上方案选取我们的系统总体结构为通过boost升压电路，将1.5V电压升到充电电压25V给电容充电。用充好电的电容通过BUCK电路降压对测量仪进行供电，通过测试按键发出信号后测量仪进行测量后显示。系统设计框图如图1。
3.理论分析和计算
3.1 倾角的计算方法
低功耗单片机控制，通过MMA8452加速度传感器将加速度在X、Y、Z轴上（芯片坐标轴如图2）的分量通过I2C通信传到单片机里，根据几何关系进行角度计算后由HT1621驱动的4位LCD角度显示。显示分辨率为0.1度，精度达±1V，测角范围为0-90度。
从倾角传感器输出到单片机的是重力加速度的XYZ轴分量，通过以下公式计算出：设X轴与水平面仰角α度，将坐标系投影到XZ平面，可得一平面坐标系，由此可求得各轴上的静态加速度值：
经传感器采集后输送给单片机Ax、Ay、Az三个数字量，其中，，，角度值。
3.2 理论功耗分析
3.2.1 单片机功耗
MSP430此单片机不仅具有运算速度快的特点而且具有间歇工作的优势，在工作时其电流在200uA左右，当处于休眠状态时其电流在1uA左右，较好的满足了超低功耗的要求和控制运算需求。
我们选用的MSP430单片机在典型的200KHZ时钟、2.5V电压下工作时，仅消耗2.5μA，在1MHZ时钟、2.5V电压下工作时有250μA，在RAM数据保持在低功耗模式下消耗电流仅0.1μA。它具有5种工作模式，不同模式下消耗在0.1～400μA间，待机模式下消耗仅0.8μA。将CPU置为省电模式，可以大大减小能耗。
3.2.2 显示器功耗
HT1621驱动的段位显示屏，此显示屏虽然屏幕比较小，显示内容有限，但是此显示屏可以在极低功耗下工作，外接32KHZ晶振，而不用内置时钟源，可以将工作电流控制在60μA以下。与普通的LCD显示屏相比，此显示屏不用背光，断码显示，用I2C总线传值，功耗更低。此显示器驱动芯片有间歇模式，处理完指令后可以进入间歇模式，等待激活后继续处理数据。这样可以大大降低功耗。
3.2.3 加速度传感器功耗
我们用的MM8452加速度传感器可以低功耗和正常两种模式。
如图3所示，此传感器开启后可以工作在唤醒和休眠2种模式下，当可以设定工作时长，节省能耗。低功耗模式下工作电流仅为14μA，正常模式下工作电流为24μA。
3.2.4 供电电路功耗
用TPS54331芯片构成开关型BUCK降压电路。TI的TPS54331芯片集成了MOSFET与控制系统的功能，可以实现25v到0.8-5v的稳压。用此芯片实现的开关型BUCK降压电路功能，比线性电源功耗小，效率也高。
我们为了进一步降低功耗，将单片机供电调整到2.5V，可以使MSP430工作在极低功耗下。
4.电路与程序设计
4.1 电路设计
4.1.1 Buck降压电路
由于电容电压为25V，所以必须采用降压电路将电压降到2.5V后对电压和加速度传感器供电。为了减小功耗采用TI公司的的TPS54331芯片组成buck电路。此芯片组成的Buck电路最大极限是由28V降到0.8V，且该芯片稳定性好，精度准，功耗低等优点。Buck电路图如图4。
4.1.2 充电装置电路
用1.5V干电池对电容进行充电，要求充电到25V。所以要将1.5V电压经过升压电路升到25V。我们采用TI公司的TPS61040和TPS61070芯片组成两个Boost电路，分两级将1.5V升到5V再生到25V。TPS61040芯片最大升压范围是由1.8V到28V。TPS61070芯片最大的升压范围是由0.9V到5.5V。所以由单独一片芯片不能制成由1.5V到25V的Boost升压电路，故采用两级升压。这两种芯片都具备稳定好，精度高，功耗低等特点，对充电稳定有重要意义。充电装置电路图如图5-1。
TPS16070芯片将电池1.5V电压升至5V，参数R1，R2及确定：根据芯片要求R2取180KΩ，R1=R2（Vo/VB-1）=180k*（5/0.5-1）=1.62MΩ，电容C2=3pF（200k/R2-1）=0.33pF。TPS61040芯片将上级输出升至25V，通过调节电位器R5来调节输出，其中输出Vout=1.233（1+R4/R3），通过调节R3与R4值可以改变输出电压。
4.1.3 加速度传感器电路
测试按键与单片机相连控制是否进行测试，单片机与MMA8452加速度传感器通过I2C通信，由单片机与显示器连接进行显示，加速度传感器电路图如图6。
4.1.4 总体设计电路图（如图7、8）
4.2 程序结构与设计
程序流程判断图如图9所示。
系统供电后，单片机启动首先进入休眠状态，并实时监测是否有键按下，若无键按下，继续等待；若有键按下则根据按键功能进入测量状态或模式转换显示，然后由液晶显示新测量的数值，单片机重新进入休眠状态，继续检测是否有键按下。
5.测试方案和结果
5.1 测试方案
调整好水平台，将斜坡放在水平台上，将电容充好电后尽快的接入测量仪中，然后调整斜坡进行测试观察电容能工作时间和测量的角度。
5.2 测试结果
如表1、表2所示，2200uF电容供电，以每5秒一次的频率进行测量时，测量仪工作时间约3分钟。
100uF电容供电，可工作时间约为20秒。
6.结论
本超低功耗倾角测量仪由于设计合理，结构简单，方案选取恰当，单片机、芯片和电阻电容等参数选取合适，所以很好的满足基本和发挥要求，真正实现超低功耗的功能。本设计以超低功耗为目标，设计制作，较好的完成了超低功耗工作的目标，并实现了较高的精度，成功的完成了设计目。该作品可用于实际测量，在实验室及工业生产中可作进一步推广。
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基金项目：国家大学生创新创业训练项目（编号：20111080）。
测量仪范文2
【关键词】 期间核查 核查方法 核查方案 核查实施
计量工作中检定、校准的工作质量直接影响到经济领域、社会生活和科学研究中量值统一和准确可靠。所以计量检定、校准工作首先要保证我们所使用计量标准器及相关的配套仪器设备的的准确可靠，这一目标是靠量值溯源实现的。在量值溯源这个周期内如何监控测量仪器的可信度，这就是我们这里所说的期间核查。它是监控测量仪器周期内可信度的一种手段。下面从期间核查定义及其意义、核查计划及准备、核查的实施及不合格的处理方面加以介绍。
1 期间核查及重要意义
1.1 什么是期间核查
期间核查是指对测量仪器在两次检定或校准的时间间隔内进行的核查。期间核查的目的是在两次检定或校准的时间间隔内保持测量仪器检定或校准状态的可信度。也就是对测量仪器的示值在规定的时间间隔内是否保持其在规定的最大允许误差或扩展不确定度或准确度等级内的一种核查。
1.2 期间核查与检定校准的区别
检定或校准是在标准条件下，通过计量标准确定测量仪器是否合格。而期间核查是在两次检定或校准之间，在实际工作的环境条件下，对预先选定的同一核查标准进行定期或不定期的测量，考察测量数据的变化情况，以确认其校准状态是否持续可信。
检定或校准必须由有资格的计量技术机构用经考核合格的计量标准按照规程或规范的方法进行，用高一级的计量标准对测量仪器的性能进行评估，具有溯源性。期间核查是由本实验室人员使用自己选用的核查标准按照自己制定的核查方案进行，是在使用条件下考核测量仪器的性能有无明显变化，不具有溯源性。
1.3 期间核查对于计量技术机构保证工作质量具有现实意义
实验室一般对仪器进行定期检定或校准，以保证其量值的溯源性，并加以必要的维护和保养，以保证设备的有效性和可靠性。因此，大多数实验室认为，只要对仪器进行了定期检定或校准，仪器就是可靠的，出具的数据就是有效的，使仪器的期间核查成为实验室最易忽视也最不重视的环节。实际上，使用频率高、易损坏、性能不稳定的仪器在使用一段时间后，由于操作方法，环境条件如电磁干扰、温度、湿度、以及移动、震动等因素的影响，并不能保证检定或校准状态的持续可信度。因此，实验室应对这些仪器进行期间核查。比如，分析天平是实验室称取物质质量的常用仪器，使用频率最高，容易受到被称量物质的污染，过载、使用不当还会造成刀口损坏，影响天平的灵敏度和准确度。此外，仪器的信噪比、单色光带宽、杂色光强度和样品室、比色皿的污染等都可能影响仪器的灵敏度和准确度。实验室应针对具体的仪器进行分析研究，掌握仪器分析原理和性能特性以及可能影响检验结果准确性和稳定性的因素，确定需要进行期间核查的仪器名称，编制相应的期间核查方法。
仪器的期间核查并不等于检定周期内的再次检定，而是核查仪器的稳定性、分辨率、灵敏度等指标是否持续符合仪器本身的检测/校准工作的技术要求。针对不同仪器的特性，可使用不同的核查方法，如仪器间比对、方法间比对、标准物质验证等。期间核查的时间间隔一般以在仪器的检定或校准周期内进行一二次为宜。对于使用频率比较高的仪器，应增加核查的次数。实验室应根据仪器的性能和使用情况，在规定的时间间隔内，使用相应的核查方法对仪器进行期间核查，只要检查方法有效，周期稳定，期间核查能及时发现测量仪器技术指标的变化，如发现超差现象，能及时预防和发现不合格的仪器并避免误用，保证检验结果持续的准确性、有效性，为顾客和社会提供可信的数据和满意的服务。
2 期间核查的计划与前期准备
2.1 期间核查对象的确定
并不是所有的仪器均需期间核查，需要期间核查的仪器设备由仪器设备管理员制定仪器设备期间核查计划。通常包括以下设备，实验室的计量基准、参考标准、传递标准、工作标准。对于辅助设备及其他测量仪器是否进行期间核查，应根据在实际情况下出现问题的可能性、出现问题的严重性及可能带来的质量追溯成本等因素，合理确定是否进行期间核查。一般从以下几个方面考虑：对测量结果的质量有重要影响的关键测量设备的关键值；具备相应的核查标准和实施核查的条件；不够稳定、易漂移、易老化且使用频繁的测量设备；经常携带到现场检测的的测量仪器；使用频次高的和使用环境恶劣的检测设备；曾经过载或被怀疑出现过质量问题的测量设备；有特殊规定的或仪器使用说明书中有要求的。
有些设备无需单独实行期间核查。如检测中使用的采样、制样、抽样的设备；没有量值要求的辅设备；计算机及设备；性能稳定的实务量具，如砝码、；量块等。
2.2 期间核查方案的制定
核查方案的制定要考虑到所要控制的测量过程的工业特性或要监控的设备的技术指标，如准确度、重复性、复现性；核查标准的技术指标，主要是稳定性；核查控制线的计算及过程是否在控的判断方法；由于不同测量标准实现量值传递过程不同，根据不同情况选择核查方法以及根据具体情况选择核查次数。一般概括为以下内容：选用的核查标准、核查点、核查方法、核查程序、核查频次、核查记录的方式、核查结论的判定原则，发现问题采取的措施。
2.3 期间核查标准的选择
核查标准应具有需核查的参数和量值，能由被核查仪器、计量基准和计量标准测量；核查标准应具有良好的稳定性，某些仪器的核查还要求核查标准具有足够的分辨率和良好的重复性，以便核查时能观察到被核查仪器及计量标准的变化；必要时，核查标准应可以提供指示，以便再次使用时可以重复前次核查实验时的条件，例如环规使用刻线标示使用直径的方向；由于期间核查是本实验室自己进行的工作，不必送往其他实验室，因此核查标准可以不考虑便携和搬运问题。
2.4 测量范围和测量参数的选择
期间核查不是重复检定或再校准，不需要对测量设备的所有参数和所有测量范围进行核查。实验室可根据自身的实际情况和实际经验进行，有如下情况：
原则上对设备的关键参数应进行期间核查。但是对于多功能设备，应选择基本参数。例如，对数字多用表可选择直流电压和直流电流，因为电阻可以由直流电压和电流导出；而交流电压和电流是通过积分转换为直流电压和电流的。
选择设备的基本测量范围及其常用的测量点进行期间核查。例如，对于数字多用表的直流电压可选择10V进行期间核查，因为其内部基准电压为10V；而直流电流可选择1mA，因为其内部直流电流为1mA的恒流发生器。又如，电子天平可选择100mg进行期间核查，因为电子天平通常配备有100mg的砝码。必要时，可选择多个测量点进行期间核查。
2.5 期间核查时机的确定
期间核查的目的是保持测量仪器的可信度，只有准确掌握核查时机及核查频次才能达到这一目的。期间核查一般分为定期和不定期的期间核查。根据测量仪器使用的条件、频度及仪器可靠性资料，规定期间核查的时间间隔。
定期的期间核查：期间核查为了能充分反映实际工作中各种影响因素的变化，则核查时必须注意保持所有实验室条件的复现，才能够保证数据变化只反映仪器被核查参数的变化。测量仪器刚完成溯源时做首次核查，有利于确定仪器的初始状态参数，以便观察数据的变化。首次核查正常状况下必须确定在这一时间。应规定两次核查之间的最长时间间隔，除首次核查外一般正常使用的仪器周期内做两到三次核查为宜。其他具体情况视被核查仪器的状况、使用状况和计量检定人员的经验具体确定。
不定期的期间核查一般有以下状况：测量仪器即将用于非常重要的测量、或非常高准确度的测量、测量仪器的准确度要求已接近测量仪器的极限时，测量前应进行期间核查；大型测量仪器的环境温湿度或其他测量条件发生了大的变化，刚刚恢复；测量仪器发生了碰撞、跌落、电压冲击等意外事件后；对测量仪器性能有怀疑时。
3 期间核查的贯彻实施
3.1 期间核查的程序文件及作业指导书
期间核查程序文件应包括以下内容：需要实施核查的测量仪器；核查方法和评审程序；核查的职责分工和工作流程；出现过程失控或发现有失控趋势时的处理程序。
期间核查的作业指导书应规定：核查对象和核查标准；测量的参数和测量方法以及测量点；核查的记录信息和记录的保存；必要时，核查曲线图或核查控制图的绘制方法；核查频次及临时增加核查的特殊情况；核查结果的判定原则与核查结论。
3.2 期间核查方法
通用的期间核查方法：当设备经高一级检定或校准后，立即进行首次期间核查，将参考值y0（一组测量的平均值，次数一般要求大等于10）赋予核查标准。隔一段时间按核查计划进行第一次核查，得到核查数据y1（同y0是平均值并同一点）。按计划重复上述步骤，直到n次核查，得到各次核查数据y1，y2，…，yn。以被核查测量仪器的最大允许误差或计量标准的扩展不确定度确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，说明被核查的测量仪器处于可信状态。
测量过程控制的控制图法：控制图是对测量过程是否处于统计控制状态的一种图形记录。一般对于准确度较高的计量基、标准采用。控制图通常成对使用，平均值控制图主要用于判断测量过程中是否受到不受控的系统效应的影响。标准差控制图和极差控制图主要用于判断测量过程中是否受到不受控的随机效应的影响。控制图法可详见《计量标准考核规范》附录。
3.3 核查记录的内容、形式及保存
核查记录是证明测量仪器在某个时刻的状态，记录的内容应充分、完整，以便多次数据具有可比性。包括以下内容：依据的技术文件；被核查仪器的信息即名称、编号、型号生产厂等及相关技术指标；核查标准的信息即名称、编号、型号生产厂等及相关技术指标；核查时的环境参数如温度、湿度、振动等；核查的相关信息即时间、参数、操作人员；原始数据的记录及处理，必要时做核查曲线或控制图；核查结论。
记录的形式及保存：可以把上述内容用表格的形式，或表格与图并存表示。将原始数据和核查曲线按程序文件的要求保存和管理。也可用电子文档形式保存，以便数据更新和查阅。
3.4 对核查不合格的处理
在期间核查时要能及时发现核查过程中的异常和可疑情况，发现被核查仪器的技术状态异常，应进行分析、查找原因，可更换核查方法和增加核查点，必要时应进行提前检定或校准，或对不符合结果及时制定预防和纠正措施。
参考文献：
测量仪范文3
【关键词】光学材料仪器 除霉 除雾 措施分析
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2012）11-0160-01
光学测量仪器在工业生产与科学实验中发挥着重要的作用与影响，测量仪器因为用途不同，可以分为很多种，其中主要的有水准仪、经纬仪、测距仪以及全站仪等，这些测量仪器都包含有多个光学零件。我国多数地区气候潮湿，特别是温度高、湿度较大的长江以南地区，使的光学测量仪器生霉、起雾的现象极为普遍，光学测量仪器一旦生霉、起雾不仅使测量仪器受到损坏，影响光学测量仪器的使用寿命，更会给我国国民经济发展带来严重的影响，因此，加强对光学测量仪器的保养，防止光学测量仪器生霉、起雾就显得尤为重要了。
一、光学测量仪器生霉的原因及其除霉措施
（一）生霉的原因
光学测量仪器的光学零件表面上长出很多的丝状物，好像蜘蛛网一样，这就是光学零件生霉。光学测量仪器生霉的主要原因是霉菌孢子落入仪器内部零件上，而仪器内部零件又有可供霉菌孢子生长的条件，使霉菌孢子在仪器内部大量繁殖，从而就产生了光学测量仪器生霉的现象。
（二）除霉的措施与方法
仪器零件生霉主要是由于仪器零件内部有可供霉菌孢子繁殖的条件，我们都知道：霉菌孢子、温度、湿度以及营养食品是霉菌繁殖的四个条件，缺少其中任何一个条件，生霉现象都不可能发生，因此，要除霉必须从上面四个条件入手，设法杀死霉菌孢子或者限制其中任何一个繁殖条件都可以达到除霉的效果。下面就探讨哪些方法与措施可以除霉。
1.化学药剂除霉
化学药剂除霉顾名思义就是运用化学药剂药品的来杀死霉菌孢子，化学药剂除雾是一种效果比较好的方法。
（1）对除霉化学药剂的要求
光学测量仪器一般都具有科技含量高、精密性高等特点，在除霉过程中要特别注意不要损坏仪器零件，因此，在选择除霉化学药剂时要具有以下几个条件：首先，化学药剂不能腐蚀仪器的光学零件以及金属零件。其次，使用浓度低，而且要长期有效。最后，化学药剂制造简单，对人无害，使用方便。
（2）除霉药剂的使用方法
1）熏蒸法除霉
熏蒸法除霉主要使用对硝基苯甲醛，代号是H50，又叫3207，H50在除霉防霉方面具有很好的效果，它具有使用方便、药效长等优点而且对光学零件没有腐蚀。H50的主要使用方法是把粉剂H50压成药片状放在仪器内部、或者仪器包装箱内部。
2）接触法除霉
接触法除霉是利用防霉剂除霉，主要是把防霉剂涂在光学零件表面或者加在密封油灰里来达到防霉除霉的目的，最常用的是三顶基氧化锡，使用方法是把三顶基氧化锡与乙醇和乙醚混合后涂在仪器零件上就可以起到除霉防霉的作用。
2.加强对光学测量仪器的保养和维护
加强对光学测量仪器的保养和维护也是防霉除霉的一种方法，而且这种措施成本更低也更环保，做好光学测量仪器的保养和维护主要是要做好仪器的存放，而仪器存放要遵守以下几个原则：离墙、离地、靠南放置 远离湿源、室温控制在20±+3 ℃以及相对湿度在70%以下，此外，还要保证库房的干净、明亮以及通风。
二、光学测量仪器起雾的原因及其除雾措施
（一）起雾的原因
雾是指光学零件的抛光面上，呈现出“露水”似的物质，有些物质是由油质点子构成的；有些是由水珠或水与玻璃起化学反应形成堆积物构成的；有些是由水与油混合形成的。不管何种原因形成的，雾形成的原因主要有几下几种：第一，光学零件表面不清洁，擦得不干净，留下了很多的灰尘与油迹，这些灰尘与油迹在吸收了空气中的水分后就会形成雾。第二，光学玻璃化学稳定性差。光学玻璃主要是硅酸盐玻璃，在遇到水后就会发生不同程度的水解，水解后的碱溶液会吸收空气中的酸性气体二氧化碳形成碳酸盐，由于空气干燥，水蒸发后留下的碳酸盐小晶体堆积在玻璃表面，就形成了雾。第三，仪器金属零件上的油脂也会因为发挥扩散到光学零件上形成油性雾。第四，仪器处在的温度环境不同也会形成雾，如高温、低温以及温度变化大条件下，光学仪器就易形成雾。
（二）除雾的措施与方法
上面我们探讨了雾形成的原因，雾形成的原因多种多样，因此，除霉的措施也有很多，下面就介绍几种除雾防雾的措施与方法。
1.减少仪器内部的水蒸气，防止水蒸气在玻璃表面上凝结
减少仪器内部的水蒸气，防止水蒸气在玻璃表面上凝结，要从以下几个方面入手。首先，需要在干燥的条件下进行装配或对装配好的仪器进行干燥处理，如充干燥氮气或空气以及放置干燥剂。其次，在光学测量仪器使用中尽量要控制好环境，尽量在温度变化小以及湿度较小的地方使用光学测量仪器。最后，选择好存放仪器的库房。仪器存放的库房要通风、向阳、干燥，而且要在仪器箱内放入干燥剂，并注意密封和及时更换烘干硅胶干燥剂。
2.使用化学药剂防雾
使用化学药剂防雾除雾是一种很好的除雾防雾方法，可以起到比较好的效果，防雾药剂主要是一些有机硅油，如甲基硅油、3204等，把这些化学药剂配成溶液涂在光学零件表面上，从而使零件表面形成一层憎水层，可起到良好的防雾效果。
总结：
对于光学测量仪器的生霉、起雾等现象，应该以预防为主，发现问题，要及时采取各种措施来解决问题，这样才能充分发挥光学测量仪器在促进我国经济发展和科学进步方面的重要作用与影响。
参考文献：
测量仪范文4
关键词：杨氏模量测量 激光 光栅衍射
New design on elastic modulus measuring apparatus
Hou Chunlai， Chen Zijian， Dong Junjun
University of science and technology Beijing， Beijing， 100083， China
Abstract： Aiming at the accuracy measuring problem during the experiment of elastic modulus in lab， the elastic modulus measuring apparatus was redesigned. Laser light was used in the measuring process creatively， which bring accuracy and practicability to the measuring result， take qualitative change to the experiment.
Key words： elastic modulus； laser light； grating
1 研究意义
在物理实验中，改进实验仪器可以使实验节约大量的人力和财力。在测量杨氏模量的实验中，对仪器的调节花费了大量时间，给实验者得出实验数据带来很多麻烦，同时部分数据的测量也存在误差，有待改进。但实验中所涉及的部分实验思想却又是精髓，故我们在保留原实验思想的前提下，对实验仪器进行了改进。我们从实验原理和实践经验的总结中发现，有以下两点需要改进：（1）仪器调节过程复杂为实验者带来不便。在传统仪器的调节过程中，需要两名实验者同时调整反射镜面角度和望远镜筒，使得刻度尺上的读数通过反射镜后能通过望远镜被观察到，但由于弹性模量仪和光杠杆距离相对较大，望远镜视野较小，反射镜面积过小等因素，使这一步骤的调节需要花费很多时间，影响实验效率。（2）实验中一个很重要的数据是光杠杆M上的反射镜到尺的距离D，用传统仪器来测量距离D时，受仪器限制只能采用皮尺测量，数据起始点和终点无法精确定位，实验室中往往选择用皮尺测量地面距离来代替实际距离，使系统误差过大。
2 仪器设计方案
针对传统仪器的上述缺点，我们对光杠杆部分进行了改进，改进后测量仪光杠杆部分的概念图和传统光杠杆对比图如图1和图2所示。
图1 杨氏模量测试仪光杠杆部分改进后概念图
图2 传统光杠杆图
2.1 光杠杆的改进设计
传统光杠杆分为三个支脚和一个反射镜，新设计中将三个支脚的设计保留，而将反射镜用一只激光器替换，这样原实验原理中，反光镜的反射线就被替换为激光射线。实验开始后当光杠杆支脚a高度发生变化，光杠杆发生θ角变化，与此同时激光器的光线也发生θ角改变，同样可以将微小形变放大并计算出来。
由于光杠杆的改变，激光射线可以直接照射到米尺上，不需要用望远镜捕捉，可将望远镜直接撤去。这样，当光杠杆发生角度变化时，照射在米尺上同一光电的位置将发生变化，通过读取点照射在米尺上的刻度，从而计算出X-X0的数值。
此设计可以省略传统仪器中反光镜和望远镜的组合，在实验前减少调整时间，在实验过程中，读数更加方便。
2.2 提高距离D的精度
传统实验中光杠杆反光镜与望远镜之间的距离D测量误差较大，为了提高其精度，我们选择新的原理来测量。
在激光器的前端放置一枚光栅，激光光线通过光栅时发生衍射，在右侧的刻度尺上形成衍射条纹。根据光栅原理：
（a+b）（sinθ±sinφ）=kλ
式中a+b为光栅常数，θ为光入射方向与光栅平面法线之间的夹角，k为明条纹光谱级数，λ为波长。
当入射光线与光栅平面法线垂直时，即θ=0时，我们测量在刻度尺上第一级条纹（k=1）与第零级条纹之间的距离，光栅片到刻度尺之间的距离D，三者可列关系式为：
l1÷D=tanφ
光栅原理化简为：
（a+b）sinφ=λ
根据以上两式即可测得D值。
显然，通过这种方法测量的D值是通过光栅原理计算所得的，计算D时所需的数据光栅常数a+b，波长λ和一级条纹与零级条纹距离这三个数据的精确度都可以得到保证，有效地解决了传统实验中此数据的误差问题。
2.3 实验仪改进后的实验步骤简述
（1）实验开始后，用激光器代替光杠杆放置在固定平台上，打开激光器，调整仪器使激光光线与刻度平盘大致保持垂直，调整刻度平盘的位置，使激光器的第零级衍射光线直射到刻度平盘的基准刻度线上。
（2）测量上下一级衍射光线之间的距离L1，已知光栅，通过衍射原理按照上述步骤可以计算出激光器发射出口与刻度平盘之间的距离D。
（3）增加砝码，钢丝发生微小形变，激光器同时发生偏转，记录此时刻度，计算出光点的偏移量X-X0的数值。
（4）设激光器光杠杆前后支脚间垂直距离为l，光杠杆长度变化为θ。因为θ很小，则：
θ≈tanθ=
设ΔL为实验钢丝长度变化量，则：
θ=
故：
ΔL=
测出l，即可算出钢丝的微小形变ΔL。
（5）利用微小形变可计算出杨氏模量的大小。
3 实验数据记录
实验中所需的仪器参数为：激光器射线波长λ为650 nm，光栅的光栅常量d为100 line/mm。
根据实验步骤（2），首先测得L1=11.5 cm。利用衍射原理，计算出D=176.5 cm。
接下来，通过增加砝码，测量ΔX（见表1）。
表1 钢丝伸长与外力的关系
通过整理计算可得ΔX=0.35 cm。
同时，实验测得光杠杆前后支脚间垂直距离为l=（7.60±0.05） cm，金属丝上所加砝码质量m=500 g，金属丝的直径d=（0.502±0.004） mm，金属丝长度L=（92.70±0.05） cm。
根据步骤（4），计算可得ΔL=0.151 mm
最后，计算出E=3.036×1011N/m2。
4 结束语
实验表明，利用光栅衍射原理对杨氏模量测量仪中光杠杆的改进，可以减少实验前仪器调节的时间，为实验者带来便利；同时，在得出光杠杆与刻度尺距离这项数据时，利用理论计算代替传统实验中直接测量，也提升了精度；实验的其他测量部分亦可保证实
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验精度，不增加误差。此仪器可替代传统的杨氏模量仪进行材料杨氏模量的测量、切实可行，具有简单、高效、快速等优点。
参考文献
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测量仪范文5
（1.长沙理工大学物理与电子科学学院，湖南长沙410114；2.广东电网公司电力科学研究院，广东广州510080）
摘要：针对工频磁场测量的灵活性和便携性需求，提出了一种测量仪可任意姿态放置的工频磁场测量仪设计方案，该方案把加速度传感器和磁场传感器结合起来得到工频磁场水平方向和竖直方向上的分量，而无需对测量仪进行调平操作。该磁场测量仪包括三轴磁感应线圈、信号调理和A/D转换电路组成的磁场传感器模块及控制与处理模块、加速度传感器模块、存储和显示模块等部分。初步试验表明该方案可行，解决了传统工频磁场测量仪测量磁场水平分量和竖直分量需要调平的问题，结构简单、使用灵活，有一定的开发应用价值。
关键词 ：磁场测量仪；工频磁场；加速度传感器；磁场矢量分解
中图分类号：TN702?34 文献标识码：A 文章编号：1004?373X（2015）20?0110?04
收稿日期：2015?03?25
Design for new measurement instrument of power frequency magnetic fieldLIAO Wenping1，LI Li2，HE Huiyong1，LIU Jiawen2，WANG Yang1，ZHAO Dan1，SHANG Meixue1，LI Jie1，XU Peng1，WEI Mingsheng1
（1. School of Physics and Electronic science，Changsha University of Science and Technology，Changsha 410114，China；2. Electric Power Research Institute of Guangdong Power Grid Company，Guangzhou 510080，China）
Abstract：For the requirements of flexibility and portability of power frequency magnetic field measurement，a designscheme of power frequency magnetic field measurement instrument which can place with arbitrary postures is proposed. The com?ponents in horizontal direction and vertical direction of the power frequency magnetic field are obtained by combining the accelera?tion sensor with magnetic field sensor in this scheme，and it is unnecessary to put the measurement instrument into levelingoperation. The magnetic field measurement instrument is composed of magnetic field sensor module，control and processing mod?ule，acceleration sensor module，storage and display module，etc.. The preliminary experiment results show that the scheme isfeasible. The problems of horizontal component and vertical component leveling operation needed by the traditional measurementinstrument were solved. This measurement instrument has simple structure and flexible operation，and has certain developmentand application value.
Keywords：magnetic field measurement instrument；power frequency magnetic field；acceleration sensor；magnetic field vector decomposition
0 引言
工频磁场是由各种电压等级的输电线和各种用电器所产生的一种极低频磁场，我国工频为50 Hz。工频高压设备安置点与人们的生活范围越来越近，此类设备附近的电磁环境很复杂[1]，其中工频磁场引起了广大民众的关注。超低频磁场对人体的可能危害一直在研究中，至今为止，有许多动物实验和流行病学报道极低频磁场对某些疾病的关系，但是现有的研究还不能确定极低频磁场对人体的某些疾病的影响有一定的因果关系[2?4]。科研人员在该领域进行了大量的研究工作，例如在极低频电磁场的生物学效应研究[3]、电力设施工频磁场与周边设施耦合研究和及职业人员磁场暴露水平[4?6]等。目前国标和一些行标都规定了磁感强度的接触限值，例如我国的《电力行业劳动环境监测技术规范》规定了工频磁场职业接触限制[5]为500 μT。在一些研究工作中，需要确定工频磁场的竖直分量和水平分量。传统的工频磁场测量仪一般要求水平放置才能测得水平方向上的磁感应强度的值，不便于现场快速测量。本文采用加速度传感器测得加速度值，设计了一种测量仪可以任意姿态放置的工频磁场测量仪，该测量仪把磁场测量模块测得的三维磁场分解为水平分量和竖直分量，无需对测量仪进行调平操作，为工频磁场测量提供了新的解决方案，其结构简单、使用方便、实用性强。
1 仪器总体设计方案
为了获得磁场的水平和竖直方向上的磁场值，传统的方法就是把磁场测量仪水平放置，那么就要把支撑磁场测量仪的工作台调平。主要有两种调平方式：手动调平和自动调平[7]。人工调节是手动调平的的主要方法，需要用到水准仪，同时需要多人配合操作工作台的支撑腿，有操作时间长、调节难度大的缺点[7]。自动调平有液压驱动和电机驱动两种驱动方式，可以自动支撑、调平等，但是其中液压驱动方式中液压系统复杂，不容易控制，且维护较难；电机驱动方式的能耗较高，调平的控制算法复杂[7]。本文提出了一种新的设计方案，该方案利用加速度传感器上各轴上的加速度值，把磁场值分解到竖直方向和水平方向上，省去了调平的操作，同时该方案结构简单、能耗较低、磁场分解方法简单、使用方便，适用于便携式快速测量。总体方案设计框图如图1所示，主要包括磁场传感器模块、加速度传感器模块、控制与处理模块、显示和存储模块4个部分。
磁场传感器模块主要包括三轴磁感应线圈、信号调理电路、A/D转换电路3个部分，其中三轴磁感应线圈利用电磁感应原理感应得到3个轴上的感应电压，信号调理电路把3个轴上的感应电压放大、滤波，A/D转换电路主要是对3个轴上的感应电压进行A/D转换，便于后面的控制与处理模块进行数据采集。控制与处理模块使用单片机，主要是对加速度传感器的数据采集及A/D芯片的控制，并结合加速度数据和A/D转换后的数据进行磁场的水平和竖直分量的分解处理。显示和存储模块由控制与处理模块控制，负责把磁场的水平和竖直分量进行存储记录并直观地显示出来。
2 磁场测量分解原理
针对测量仪总体设计方案，为了降低仪器功耗和磁场解算方法的计算复杂度，这里提出了一种新的磁场分解方法。此方法把各轴磁场合成得为一个新的磁场，再利用三轴加速度传感器测得的各轴加速度值把合成的磁场值分解到水平方向和竖直方向上。
本设计中三轴磁场传感器的x 轴、y 轴、z 轴分别与三轴加速度的x 轴、y 轴、z 轴一一平行放置。加速度传感器的x 轴、t 轴、z 轴上的加速度分别是 ，把它们合成得到一个加速度 ，也就是重力加速度，方向竖直向下；磁场传感器的x 轴、y 轴、z 轴方向上的磁场分别是 ，这3个矢量合成得到磁场为为合成后的磁场之间的夹角，即可得到合成磁场矢量在竖直方向上的投影，即竖直方向上的磁场分量为：
该方法通过矢量运算得到磁场的水平和竖直分量，没有复杂的角度计算，计算简单，实现中需要的代码量较少。
3 硬件设计
3.1 加速度传感器模块
为了提高测量仪的减小体积和功耗，提高使用的便携性，本设计采用的加速度传感器芯片是ADXL345。ADXL345是美国ADI公司推出的一款基于MEMS技术的三轴加速度传感器，片上集成了信号处理和I2C通信模块，无需A/D转换就可以实现与微处理器通信。它是一款小而超薄的3轴加速度传感器，采用3 mm×5 mm×1 mm，14引脚超薄塑料封装，芯片质量只有30 mg。该传感器可以测量恒定和变化的加速度，在测量范围设置为±2g、室温25°，2.5 V供电电压条件下，其灵敏度的典型值为256 计数点/g。ADXL345具有低功耗特性，供电电压为2~3.6 V，在2.5 V 供电电压下，测量模式时的电流低至23 μA，待机模式时的电流低至0.1 μA，非常适合便携式移动设备使用[8]。ADXL345自动调节功耗，为了降低功耗和噪声，这里设计加速度传感器的供电电压为3.3 V，输出速率为100 Hz，。由于本设计只适合传感器处于静止时测量，对加速度的测量范围无需很大，配置传感器相关寄存器使测量范围为±2g，分辨率是10 位。
3.2 三轴磁感应线圈及信号调理电路
中国实际推荐的工频磁场的职业接触限制为500 μT，故设计本测量仪的测量范围时0~5 mT。试制阶段使用的是某工厂的非均匀磁场测量仪中的探测线圈，根据其具体参数和公式可以计算得到工频磁场值B和感应电压U 的值之间的关系是U=171B，其中U 的单位是V，B 的单位是T。A/D芯片采集的电压最大值是在直流偏置2.5 V上叠加的感应电压的峰值，故磁感应强度最大值5 mT在探测探测线圈上产生的磁感应电压峰值为：放大电路的输出电压不能超过电源电压5 V，可得到后级放大电路的放大倍数为：
考虑到放大器芯片实际能输出电压略小于5 V，同时实际A/D芯片实际能采集到的电压略小于5 V，这里取放大倍数为2。
信号调理电路主要是对磁感应线圈得到的三轴上的电压进行放大和滤波。对单个轴的信号调理电路如图2所示。为了便于单电源供电、简化电路结构、提高便携性，运算放大器选用了AD824芯片。AD824芯片是一款四通道、FET输入、单电源供电、提供轨对轨输出的运算放大器芯片[9]。
本电路使用同相放大的接法，增大了输入阻抗，减少了后级放大电路对感应线圈上电压的影响，可以提高测量的准确性。电路放大倍数的计算如下：
为了实现准确地把电压放大2倍，电路中的电阻R5使用了阻值50 kΩ的可调电阻，减少了因电阻精度的问题带来的误差。电路使用单电源供电，无需提供负电源，简化了电路结构，提高了便携性；放大电路输入端接入了一个1 MΩ值的大电阻，为了防止输入开路造成输出的不确定；前级使用1个电源跟随器为后级的3个通道的放大电路提供较稳定的2.5 V的直流偏置；加上对3个三轴磁感应线圈上的3个轴上的电压所需的3个运算放大器，刚好可以在一片AD824芯片里实现，使电路的结构更加简单；后一级的RC低通滤波电路用于滤除高频磁场带来的干扰。
3.3 单片机外围接口电路
单片机外围接口电路示意图如图3所示。由于磁场测量的速度无需很高，同时为了降低功耗及成本，这里使用的单片机是STC89C52。为了便于对多路模拟电压的A/D转换控制，这里采用PCF8591作为A/D转换芯片。PCF8591芯片使用I2C 接口进行控制，具有8 位A/D及D/A 转换器，其中有4 路A/D 转换输入，适合对多路模拟信号进行A/D转换[10]。这里使用了PCF8591的3个A/D转换通道，分别对磁感应线圈的3个轴上的放大之后的感应电压进行A/D 转换。芯片AT24C16用于对磁场分量值的存储、记录；LCD1602液晶显示屏用来对磁场分量值的显示，控制起来简单、实用。
4 总体软件设计
本设计的工频磁场测量是一个循环测量的过程，如图4所示。
LCD 的初始化主要是对显示模式的选择；电压值A/D 转换及数据采集主要包括采用模拟I2C 时序对A/D芯片PCF8591的控制，对3个通道的A/D转换后的数据进行采集。由于A/D转换需要一定时间，每次读走的数据都是上一次A/D转换的值，在转换期间可以进行其他程序的操作，提高了效率。由于PCF8591 是8 位芯片，参考电压是5 V，所以A/D 采集得到的每一个1 代表的是1 256 =0.019 53 V，所以采到的值要乘以0.019 53，得到电压的实际值。考虑到单片机模拟I2C 通信和PCF8591的A/D转换速度，这里使PCF8591在工频磁场的一个周期20 ms里对经过信号调理之后的单轴上的电压进行32次采样，并计算得到电压的有效值，通过电压和磁感应强度的关系把电压值换算为磁感应强度，依此类推可得到各个轴方向上的磁场值，最后结合三轴加速度传感器测得的加速度值，利用磁场测量分解原理计算得到磁场的水平和竖直分量的值，然后把它们存储到AT24C16 中，并通过LCD1602显示。单片机里软件实现在0.5 s的时间内完成上述操作，并等待到下一个0.5 s 开始又一次的循环，实现在LCD1602上把磁场的水平和竖直分量的值进行更新。
5 结语
本三维工频磁场测量仪使用STC89C52单片机作为主控芯片，结合加速度传感器测得的加速度值，采用一种新的方法把三轴磁场分解到水平和竖直方向，解决了传统磁场测量仪测量工频磁场水平和竖直分量时磁场传感器必须水平放置的问题。同时该工频磁场测量仪具有结构简单、使用灵活方便的优点，有很好的开发应用前景。
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作者简介：廖文平（1990—），男，湖南衡阳人，硕士研究生。主要从事信号检测与处理方面的研究工作。
测量仪范文6
关键词：凸轮分割器；精度测量仪；VB
中图分类号：TG87 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2012）06－0041－02
凸轮分割器又称间歇分割器、凸轮分度器，它已成为当今世界上精密驱动的主流装置。它具有运转平稳、传递扭矩大、定位时自锁、结构紧凑、体积小、噪声低、寿命长等显著优点，是代替槽轮机构、棘轮机构、不完全齿轮机构等传统间歇机构的理想产品，产品广泛应用配套于各种组合机械、机床加工中心、烟草机械、化工灌装机械、印刷机械、电器制造装配自动生产线等需把连续运转转化为步进动作的各种自动化机械上的必备的理想功能部件。国内机械制造行业对凸轮需求量日益增大。相对于美国、日本等发达国家，我国研究凸轮分割器的时间较短，其产品还没有实现标准化和系列化，对于该机构的检测在国内已经研究出了一种用三坐标测量机测量其面误差的方法。从精度分析和实际操作的角度论证了这种测量方法的可行性和准确性。三坐标测量机的出现，在一定程度上对凸轮分割器轮廓面的误差有了直观测量，使凸轮分割器的轮廓精度提高有了理论依据，但由于其主从动件割器的传动精度，只能靠工人的现场经验或一些简单缩紧装置来判断或提高弧面凸轮分度机构的传动精度。因此凸轮分割器的传动精度是否符合要求，是我们必许面对的一个现实。凸轮分割器传动精度测量仪正是针对以上的背景而提出的一种可行的研究。配合方面的原因，凸轮分割器传动精度必然存在误差。然而无论作为凸轮分割器的生产厂家，还是凸轮分割器的使用者，目前仍然缺少必要的测量手段来准确描术凸轮分割器的传动精度。VB开发的测量软件是整个测量系统的核心部分，其强大的图形图像技术、SQL应用、数据库开发技术、数据库控件以及网络编程技术保证了此测量仪器的研究与开发。
1 设计概述
现在，我国已可以设计制造出各种规格的凸轮分度机构。为了增强产品的市场竞争力，凸轮分度机构轮廓精度的控制成为各个厂家的重中之重，国内对精度测量仪的研究也随之掀起，三坐标测量机的出现为产品精度的保证提供重要的测量依据，但由于其主从动件配合方面的原因，凸轮分割器传动精度势必也存在误差，而对于传动精度要求严格的使用厂家来说，国内还缺乏必要测量仪器来测量凸轮分割器传动的准确性。但作为国内外日益成熟的机械技术、传感器技术、数据采集信息传输技术、计算机辅助测试技术为本测量仪的研究与开发提供了重要的保证。
2 设计方案分析
现有三坐标测量机的技术，我们完全可以对其结构变更设
计，制造出本测量仪适用的三坐标测量机构。传感器是信号检测的器具，精度高、灵敏度高且测量范围大及小型化是传感器的发展方向。光电编码器是本研究中非常重要的传感器，其最大的优点是没有接触磨损、码盘使用寿命长、允许转速高、精度高，作为测量系统中重要的组成部分，以上特点在一定程度上保证了本测量系统的测量准确性与稳定性。近年来，随着计算机和数据采集卡技术的不断提高，越来越多的企业以计算机和数据采集卡为平台，实现生产监测与控制，这一系统比传统的PLC系统具有更低的成本、更灵活的配置、更短的开发周期。数据采集卡通过ISA或PCI总线连接到PC机中，把采集的模拟、数字信号通过A/D转换输入计算机进行分折、处理、显示等，并可通过D/A转换实现控制命令输出。还可加入信号调理和实时DSP等硬件模志。在精密测试领域，计算机辅助测试技术使复杂工件的测量，不仅能完成尺寸、曲线、曲面的精密测量，还能进行形位误差的精确评定，其最典型的代表是三坐标测量机（CMM）的出现，标志着计量仪器从传统的手动测量向现代化的自动测试技术过渡的一个里程碑。三坐标测量机（CMM）的出现也为凸轮分割器传动精度的测量提供了重要的研究思路，使得凸轮分割器传动精度的测量成为可能，促进了自动化的快速发展。
3 设计的实施
基于以上国内外对凸轮分割器精度测量研究现状的分析对凸轮分割器传动精度测量仪的设计与开发进行研究。以VB6.0为平台，借助现有成熟的机械技术、传感器技术、数据采集及接口技术、计算机辅助测试技术，具体内容如下：基于VB语言，利用VB强大的图形图像技术、SQL应用、数据库开发技术、数据库控件以及网络编程技术开发凸轮分割器传动精度的检测软件。利用传感器技术、数据采集及接口技术，来完成数据的检测、采集、信号变换，最后将信息传输至计算机，通过凸轮分割器传动精度的检测软件进行分析得出检测数据。
4 结束语
输入轴及输出轴均采用光电编码器对凸轮分割器传动情况进行测量，其测得的数据（脉冲信号）通过数据采集卡传入到PC机，在VB语言开发的测试系统中按修正正弦加速度运动规律描绘出输入、输出曲线，根据输出曲线对输入曲线跟随情况来判断凸轮分割器传动误差，从而通过一定措施来提高凸轮分度机构的传动精度。
Cam Split the Design and Development of the Precision of the Measuring Instrument Mou Wenwen
