前言：中文期刊网精心挑选了精密测量技术论文范文供你参考和学习，希望我们的参考范文能激发你的文章创作灵感，欢迎阅读。
精密测量技术论文范文1
虽是一名年轻的科学家，且身处光电科学的探索前沿，张祥朝给人的感觉一直都是沉稳踏实，不浮不躁。这与他所信奉人生信条：“水止犹鉴，静水流深”有关。
1982年，张祥朝出生于历史悠久、人杰地灵的河北巨鹿，自小勤奋聪慧，考入中国科学技术大学精密机械与精密仪器系，从此与当时方兴未艾的精密工程研究结下了不解之缘。
凭借一贯的出色表现，他在毕业时获得全额奖学金，赴世界著名的英国哈德斯菲尔德大学精密技术中心攻读博士学位，师从英国工程院院士蒋向前教授，2009年毕业后留任该大学研究学者；2011年12月进入复旦大学工作，沿着本科毕业论文《大孔径高精度平面干涉仪的设计》和博士毕业论文《用于精密坐标计量的自由曲面拟合》的延伸脉络继续展开研究，且始终秉承严谨的态度对待科研工作，每一步都走得格外沉稳有力。
方寸间洞隐烛微
精密制造技术的发展一日千里，关键元件的表面形状越来越复杂，精度越来越高，产生了一系列的自由曲面和微纳结构功能元件，其应用范围也扩大到航空、航天、医学等领域。
在“工业4.0”战略引导新一代工业革命的大背景下，超精密功能元件制造的智能化与精准化成为先进制造的重点发展方向。于是，张祥朝针对当前加工、检测设备相分离，工件的重复装夹导致加工效率和检测精度难以提高的现状，致力于研究关键功能元件的快速在线/在位测量，对其开展了持续而深入的探索。
对于面形复杂的自由曲面和非球面光学元件，单点金刚石切削是主流的加工方式。他们基于相位偏折术和波长扫描干涉测量技术，发展了和精密机床相融合的子孔径拼接面形检测技术。巧妙地借用机床自身的精密运动机构，加以辅助的伺服监控，可以复杂面形的快速测量。并发展了可靠的机床误差分离技术以及六自由度数据拼接技术，避免了重复采样等因素引起的误差，从全频段保证了测量数据的真实性和可靠性。该方法克服了传统离线测量方法适用范围小、测量精度低、且对环境要求苛刻的缺点，尤其适用于超精密光滑表面的在位检测。
在张祥朝承担的总装备部预研项目、科技部重大专项等科技攻关项目中，他和团队为保形整流罩等关键光学元件研制了快速检测装置，测量精度达到了λ/10量级。相关技术显著提高了我国相关装备的使用性能，于2016年获得教育部科技进步奖二等奖。
而精密工程的另一个的发展方向是小型化和集成化。以MEMS为代表的微纳制造技术和光电子技术日新月异，但同时也对微纳结构元件的精准检测提出了挑战。
针对微结构元件特征尺寸小、陡度高、测量信号难以采集等特点，张祥朝及其团队发展了基于多波长干涉扩展量程、基于双树复小波的波前重构、基于智能化模式识别的相位解包裹、基于光纤导光的全域扫描测量、基于压缩感知的信噪分离等一系列新技术，攻克了一个又一个难题，将微纳结构元件的三维多尺度形貌完整地展现了出来。目前，他和中国工程物理研究院紧密合作，正在针对压印辊筒等复杂结构大尺寸元件研制原位精密技术，在光电技术前进的道路上再攀高峰。
繁复中溯源寻头
有句名言：怕什么真理无穷，进一步有进一步的欢喜。对张祥朝来说，他也喜欢这样进一步的“欢喜”，在无穷的真理、奥妙的科研面前，他所能做的，就是刨根问底，溯源寻头。
由于超精密功能元件的面形和纹理的复杂性，不同尺度、不同方向、不同形态的特征分量之间存在复杂的纠缠耦合，给复杂功能元件表面质量的控制带来极大的难题，也严重制约了先进功能元件的可靠设计与精准表征。
现今，自由曲面的设计加工和检测已经成为提升国家经济发展的重要支撑技术和衡量国家精密工程发展水平的重要指标。
2013年，张祥朝作为“超精密光学自由曲面面形误差评定算法”这一国家自然科学基金项目的主要负责人，从基础数学理论着手，攻克了不同目标函数下拟合算法的全局收敛、评定结果的稳定性与偏畸校正、数据采样及误差补偿等一系列难题，提出了一系列性能优越的自由曲面面形评定算法。项目结题获得“优秀”（A），应基金委邀请在总结大会上作宣讲报告。该成果获得国际同行的广泛关注，法国国际计量实验室（LNE）邀请张祥朝作为中方负责人，在欧盟Horizon2020重点项目的支持下，合作建立自由曲面的标准拟合算法体系。
对于形态复杂的微观纹理特征，张祥朝拓展了当前表面计量领域的小波分析方法，基于方向性超小波技术，发展了一系列复杂纹理特征识别与表征方法。不但根据其具体形态特征，发展了合适的基函数，并且从数学框架视角，分析了不同数学表示方法的移变性、频谱混叠、采样失真等基础性问题，并提出了有效的解决手段.能够有效分离刀痕、划痕、缺陷等形态分量，从而可以据此有针对性地开展工艺分析与性能评价。该成果完善了复杂功能形面的设计一加工一检测一评定链条.为提高复杂功能元件的可靠性.改善光电系统的性能奠定了坚实的基础。
微纳结构表面含有确定性几何结构，其特征尺寸决定了元件的实际性能，微纳领域当前面临的主要技术瓶颈就是测量评定标准的缺失。为此，张祥朝面向“特征尺寸检测评定的溯源性”这一核心任务.深入研究了针尖膨胀误差校正、有效数据的选取、特征尺寸参数的可靠计算、保持边缘滤波等多个难题，将特征尺寸拟合精度提高了两个数量级以上。这一具有自主知识产权的研究成果显著提高了微纳结构测量表征的可靠性，也推动了我国微纳制造领域的技术发展。
精密测量技术论文范文2
【关键字】自动化仪器仪表发展现状趋势
中图分类号：P335+.1文献标识码： A 文章编号：
一、自动化仪器仪表的简介
1. 自动化仪器仪表的定义
自动化仪器仪表是用于化学、物理方面的技术工具和设备，可以检出测量各种物理量、物质成分。从广义来说，仪器仪表也可具有自动控制、报警、信号传递等功能。显微镜、望远镜能使人们扩展自己的视野，体温计能让人们测量自己的身体的温度；此外，还有一些仪器仪表如磁强计、射线计数计具有特殊功能，可以感受和测量到人的感觉器官所不能感受到的数据因子。
自动化仪器仪表又被称作信息机器，因为它的主要功能是信息形式的转换，可以将输入信号转换成输出信号。信号按时间域或频率域表达，信号的传输则可调制成连续的模拟量或断续的数字量形式。
2. 自动化仪器仪表的分类
自动化仪器仪表是多种科学技术的综合产物，有很多种类，有的按用途分类，有的按功能分类，不同的分类方法对应着不同的产品，本文主要介绍两种分类方法。
（1）按不同用途来分类
仪器仪表有各种用途，有的用在运输上，比如汽车仪表、拖拉机仪表；有的用在航空上，比如船用仪表、航空仪表；有的用在地质上，比如地质勘探测试仪器、地震测试仪器；另外随着科学技术的发展，很多仪器仪表应运而生，比如教学仪器、医疗仪器、环保仪器等。
（2）按不同功能来分类
随着我国自动化技术的成熟和各种行业的需要，产生了各种功能的仪器。比如工业自动化仪表按功能可分为检测仪表、记录仪表、计算仪表等；检测仪表按被测物理量又分为温度测量仪表、压力测量仪表、流量测量仪表等。
二、我国自动化仪器仪表行业发展的现状
自动化的内容在近10 年来随着电子信息技术和光电技术等相关学科的发展而发生了许多变化。从纵深上讲，可以涵盖从最底层的自动化感应部件、各种检测传感器、变送器、各种间接测量设备、各种执行机构等到自动回路调节器、自动控制单元、各种大中小型装置控制系统到综合优化调度与协调系统和企业综合管理信息系统等。从应用的行业性质上分，自动控制系统可以分成以流程过程控制为主的过程控制系统(如各种DCS、回路调节系统等) 和以运动和传动控制为主运动控制系统( 各种逻辑控制PLC 和传动控制系统如CNC 等，工业自动化仪器仪表主要是针对自动控制系统而言。
2002 年我国工业自动化仪表制造业共有309 个企业，实现工业总产量136.24 亿元，销售收入133.75 亿元，利润总额8.99 亿元。行业综合水平总体上达到国际八十年代水平。30%的产品实现了数字化，达到国际八十年代末期水平; 约15%的产品实现了智能化，达到国际九十年代水平。品种门类较为齐全，有一定的成套能力。可能承接60 万千瓦火电站、核电站、30 万吨合成氨、30 万吨乙烯、500 万吨炼油、10000 立方米空分、4000 立方米高炉、120 吨转炉、日产30 万立方米城市煤气站、日处理40 万吨污水、日产5000 吨水泥等大型工程的控制系统和仪表成套项目。
三、当前的仪器仪表技术存在的主要问题
仪器仪表行业技术发展虽然迅速，但较国外先进的高性能、高实用性的领先技术比起来，我们还存在着10~15年的差距，当前的仪器仪表技术还存在着一定的问题：
1、自主创新成果比例过少，应用技术不足
我国仪器仪表行业的初期是通过引进国外的先进技术，近几年，也有不少科技型企业加大了自主研发力度，但从总体上说，自主创新的成果还是非常少，并且技术的实用性欠缺。对于一些关键核心工艺加工制造技术力量非常薄弱。产生这种现象的原因是因为中外合资与先进技术引进与自主研发严重脱轨。
2、中低档产品居多，研发投入不足
我国现阶段的仪器仪表产品较国外比较，大部分都属于中低档产品，产品创新能力弱，高端精准仪器仪表数量非常少。其原因是现阶段的仪器仪表行业缺少对于高端检测、数字化精进技术人才，限于各大企业和单位的指导思想和投入规模，研发投入也不够，包括设备资金、人才培养等各方面的投入。
四、我国自动化仪器仪表的发展趋势
近年来，经济全球化的发展要求技术的全球化，计算机和智能机器的发展对仪器仪表的发展有很大的促进，我国应该在现有的技术基础上，借鉴国外的微电子技术，掌握关键技术，生产更多国有品牌，提升国际竞争力。我国自动化仪器仪表技术的发展前景广阔，与国际自动化仪器仪表的发展相比，可以分为智能化、高精度化和网络化等趋势。
1. 智能化
智能化技术是仪器仪表的一种发展趋势，与国外产品相比，国内产品在智能化方面有很多不足，我国仪器仪表在智能化方面与国外存在明显差距，因此，我国应该加大创新力度，改变创新模式，在智能化方向改革创新。自动化仪器仪表的智能化是指采用大规模集成电路技术、接口通信技术，利用嵌入式软件协调内部操作，使仪表具有智能化处理的功能。采用智能化的产品可以很好的自主调节控制，利于信号的传递，提高了工业效率，更能适应国际技术的发展。
2. 高精度化
自动化仪器仪表对技术要求很高，只有高度精密化才能提升我国产品的核心竞争力。国外很多仪器仪表产品具有高精度化的特点，我国的产品在这方面明显落后，因此提高仪器仪表的精密是大势所趋，也是应对国际激烈竞争的必然选择。当前的重点是研究和发展多维精密加工工艺，精密成型工艺，球面、非球面光学元件精密加工等工艺。
3. 网络化
在国外市场以现场总线技术为代表的数字通信网络技术得到了快速发展，但是我国自动化仪器仪表在总线技术方面还不完善，许多产品功能还不完备，核心技术的掌握也差强人意，因此，网络化是我国自动化仪器仪表的发展趋势和方向。发展网络化就要充分利用计算机数字化通信技术，完成信息的转换，构造一个庞大的信息化网络，这样信号流通顺畅，更能提高生产效率。
总结
自动化仪器仪表是很多自动化元件组成的，包括各种功能的自动、智能和微型技术工具。仪器仪表有不同的用途，对应的功能也不同，有的具有测量、显示功能，有的具有记录、报警功能。近年来随着经济的发展和科学技术的进步，微电子、计算机、网络通信等日新月异发展的新技术对自动化仪表产生了深远的影响。我国自动化仪器仪表发展历史久远，随着新技术的出现不断出现新的仪器，对我国经济的发展起了很大的促进作用，从目前来看，我国自动化仪表技术发展迅速，但与国际上比起来还是有一定的差距。自动化仪表的改进有重大的应用前景，我国应该加大资金扶持力度，转变创新方式。
【参考文献】
[1]杜天旭.谢林柏仪器仪表的发展历程及趋势[期刊论文]-重庆文理学院学报（自然科学版） 2009(4)
[2]赵群.张翔.谢素珍.李辉自动化仪表与控制系统的现状与发展趋势综述[期刊论文]-现代制造技术与装备2008(4)
[3]唐公涛.尹升宝浅谈工业自动化仪表的发展趋势[期刊论文]-科技创业家 2011(4)
[4]周骆斌.冯冬芹.褚健工业自动化仪表的发展趋势[期刊论文]-电工技术杂志 2004(3)
精密测量技术论文范文3
论文关键词：RTK，GPS，图根控制测量，已知点检核比较法，重测比较法
一、概述
全球定位系统GPS(GlobalPositioningSystem)是美国陆海空三军联合研制的卫星导航系统，具有全球性、全天侯、连续性、实时性导航定位和定时功能，能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。GPS应用到测量行业，设计了静态、快速静态以及RTK等作业模式。
其中RTK模式的工作原理，就是在已知高等级点上安置接收机为参考站，对卫星进行连续观测，并将其观测数据和测站信息，通过无线电传输设备，实时地发送给流动站，流动站GPS根据相对定位的原理，实时解算出流动站的三维坐标。
传统的导线测量，不仅要求相邻点之间通视GPS，而且精度分布不均匀，在较大的区域布设时，精度往往都不高。而采用常规的GPS静态测量、快速静态方法虽然精度高，但效率低，而且不能实时提供定位坐标和精度。利用RTK技术，则不受天气、地形、通视等条件的限制，操作简便，并节省了人力，不仅能够达到导线测量的精度要求，而且误差分布均匀，没有误差累积问题，提高了作业效率期刊网。对图根点的检测是精度检核的重要技术手段，在RTK图根控制测量需进行检核。
二、RTK图根控制的检测
1.项目概况
兴业县葵阳镇整村推进土地整治项目是广西区重点项目，地势平缓开阔，南北都是丘陵，中间是水田和三个村庄，交通便利。位于东经109°45′～49′，北纬22°41′～44′之间。测区总面积6.8平方公里，成图比例尺为1：1000，已做好12个E级GPS控制点的测量工作，准备检测E级GPS点后开始对已埋设图根点的标石、钢钉或木桩作控制测量。
2.测量技术要求
RTK测量卫星状态的高度截止角在15°以上的卫星个数≥5个，PDOP值≤6。
RTK平面控制点测量主要技术要求如下表：
等级
相邻间点平均边长/m
点位中误差/cm
边长相对中误差
与基准站的距离/km
观测次数
起算点等级
一级
500
≤±5
≤1/20000
≤5
≥4
四等以上
二级
300
≤±5
≤1/10000
≤5
≥3
一级以上
三级
200
≤±5
≤1/6000
≤5
精密测量技术论文范文4
近年来，随着GPS技术的广泛应用和深入发展，测绘科学正日益发生着深刻的变革，GPS除了越来越广地应用于普通工程测量之外，在地壳运动变形监测精密工程测量方面也正日益发挥着其巨大作用。罗列一些国外和国内的GPS精密工程测量项目，比如北京首都圈地震监测网络、深圳高精度测量框架、隧道、大坝、对撞机、核电站、高层建筑电视塔等。GPS精密工程测量与GPS普通控制测量相比，在精度要求、坐标基准、外业施测、数据处理等方方面面都有着巨大的差异，论文旨在深入学习和掌握GPS精密工程测量的特点以及其与普通GPS测量的区别与联系、从而熟悉GPS精密工程的设计、施测及数据处理技术。
2 精密GPS测量的理论基础
1．精密星历
因为星历也存在着误差，当GPS信息发播的卫星位置不正确时,将产生星历误差。通常,此误差的径向分量最小,而切向误差和横向误差则可能大一个数量级。幸运的是:这两种较大的分量误差不影响定位精度,只有卫星位置误差沿视线方向的投影才产生定位误差。由于卫星误差反映了位置预报,故星历误差随着最后一个地面注入站注入信息的时间而增长。此外,SA是星历误差的重要组成部分。据研究资料表明，对于24小时的干报而言，测距误差中星历误差约占2.1 m，此误差同各卫星钟密切相关．而且，这些误差对C／A码和P码是相同的.
大区域，米级精度实时定位为特征的广域差分系统正从研究阶段走向实用阶段。高精度GPS相对定位在较大范围内的地球动力学现象实时监测和大型精密工程测量里的应用也成为现实。由于GPS卫星广播星历，特别是事实施SA政策以后的卫星广播星历的误差影响，在上述高精度定位中，实时确定高精度的GPS卫星星历是保证定位精度的关键之一.卫星广播星历是用GPS的跟踪站的伪距测量值定轨外推的 。其精度加上SA政策的影响后为100米或更差，随着IGS数据的处理工作的不断完善，利用全球站数IGS数据处理中心用全球的几十到几百个站的一天或多天的 数据定轨，精度可达10厘米。
2．整周跳变的探测与修复
GPS载波相位测量，只能测量载波滞后相位1周以内的小数部分，不能测量 载波滞后 相位的整周数（）。其后的载波滞后相位整周数变化值（始后周数）是通过由多普勒积分由电子记数器累积读得的。由于 gps信号接受机自身故障或 gps信号意外中断，导致载波锁相环路的短盏失锁，而引起的多普勒记数的短盏中断，当载波锁相环路重新锁定后，多普勒记数又重新开始，以致造成载波滞后 相位整周数变化值（始后周数）的不连续记数。这种多普勒记数的中断现象，称为整周跳变，简称为周跳。
当GPS载波相位观测值没发生周跳时，卫星 一、次通过的载波滞后相位整周数是连续的，各时元的观测值都会还有一个共同的整周未知数N0，即时元t1 的整周模糊度 ，当发生周跳时其后所有的载波相位观测值都会含有一偏差值，该偏差就是中断期间所丢失的整周数，即周跳后的载波相位测量中的含有未知数N0+daita
2、电离层误差
由于电离层中存在自由电子,GPS信号在电离层中传播时将产生时延。时延值同自由电子数成正比。就一阶项而言,此时延值也同载波频率平方的倒数(1/f2)成正增长。载波平滑接收机的滤波器设计时应顾及此特性。
要改正受电离层时延影响的观测值,最简单的方法是采用时延内部的周日模型。利用GPS信息能够不断更新这些参数。此模型的有效精度,温带区约±2～±5m。
第二种技术是采用双频接收机。利用L1/L2频率的双频观测值可直接解算电离层时延。L1和L2到达时间之差可直接进行代数解算。对于一台质量较好的双频接收机而言,在基本消除电离层影响后,应能提供±1～±2m的测距精度。第三种方法是采用“码/载波相位扩散技术”(简称CCD技术)。就一阶项而言,电离层对码观测值的影响为 ，相位观测值的影响为 。由此可见,电离层对两种观测值的影响数值相同,符号相反。将这两种观测值加权组合即可基本削弱电离层误差,使单频接收机的测程扩大到400km,精度到±1cm+2×10-6D。第四种方法是基于准实时更新。它将用于广域差分GPS。此技术在全球温带也能得出±1～±2m或更高的精度。
3、对流层误差
另一种误差源是由于对流层引起的真空光速、气温、气压和湿度的变化。这些变化都将影响电波的传播速度。码和载波的观测值均受到同样的时延。对于多数用户和一般环境而言,采用可靠的对流层模型,有效精度可达到±1m或更高。周跳的探测与修复。
4数据处理
GPS数据处理的好坏将影响到定位成果的精度，因而，GPS数据处理成了GPS测量的重点内容之一。本文就数据处理问题作了一些论述及探讨，现将前面几章的论述总结如下：
(1) 基线解算的过程实际上主要是一个平差的过程，平差所采用的观测值主要是双差观测值。在基线解算时，平差要分三个阶段进行，第一阶段进行初始平差，解算出整周未知数参数的和基线向量的实数解动；在第二阶段，将整周未知数固定成整数；在第三阶段，将确定了的整周未知数作为已知值，仅将待定的测站坐标作为未知参数，再次进行平差解算，解求出基线向量的最终解-整数解。
(2) 基线解算一般情况下尽量不用人工干预，但基线解算质量通不过时，就需对残差图，进行分析，找出影响解算质量的因素并采取应对措施。
(3) GPS相对定位的观测量是WGS84坐标系中两点间的基线向量和相应的协方差阵，为检核GPS测量的精度和成果的可靠性，在WGS84坐标系中做无约束平差，消除图形闭合图形不符值。再进行约束平差，并将成果转换到工程应用所需的国家坐标系或独立坐标系的成果。
（4）现在市场上有许多GPS数据处理软件, Trimble Geomatics Office、Ashtech Solutions、LEICA Ski-Pro是较为流行的软件。用它们分别对清涧GPS数据进行了处理，比较了它们的优缺点。网平差软件TGGPS在九十年代较流行，由于运行环境是MS-DOS,现逐步被其它软件所取代，比如武汉大学的PowerAdj等。选用处理软件时应考虑到接收机类型、经济、定位精度等多种因素。
精密测量技术论文范文5
【关键词】数控；磨削；成型技术
1前言
本文要讨论及加工的零件—阀杆的加工，此类零件看似工艺简单，但是要求表面精度高，用普通车削的方式很难达到精度要求。见图1所示：
图1
2数控加工工艺方案确定
根据图纸要求确定如下加工工艺：
（1）车—数控车床车出外形，光洁度0.8处留有0.5mm的磨削余量。
（2）淬火—根据淬火守则要求，将工件淬火后达到图纸要求硬度HRC50-55。
（3）喷砂—去除淬火时产生的氧化皮。
（4）磨削—达到图纸要求的尺寸精度及形位公差。
关于数车、淬火、喷砂的过程及方法在本篇论文不做详细介绍。由图可看出，此件加工难度在于淬火后硬度比较高HRC50-55。车削达不到光洁度要求，只能采取磨削加工。但是这个工件磨削部位是斜面和圆弧，而且有同轴度要求，必须一次装夹完成。这就需要在一片砂轮上修整出要磨削的形状，还要保证形位公差，尺寸公差，光洁度要求等。所以这就需要用到数控磨削中的成形砂轮技术，下面就该件的磨削加工做以详细的介绍。
3数控磨削工艺与程序编制
3.1砂轮的选择
根据工件的材料40Cr，淬火后的硬度HRC50-55，我们选择砂轮的型号是54A80H8V604W，500x40x203.2这个是贵金刚砂粒度适中的砂轮，最大线速度50m/s。
3.2修整砂轮工具的选择
因为要磨的零件多斜面多曲面，修整工具修整砂轮时不能干涉，所以选择CVD三角形刀片，刀尖角0.125mm。
3.6加工程序的编制
砂轮修整好后，安装工件，用砂轮确定工件零点，建立砂轮与工件的坐标关系。由于该砂轮是成形砂轮，所以在编程过程中要注意砂轮形状的位置关系。用阀口斜面登记工件零点。1点z值为Z零点，2点x值为X零点，输入机床。
磨削程序确定：
成形砂轮只能采用直接切入磨削方式，第一段1-8点的斜面阀口磨削数值确定比较简单，因为是用这段登记的工件零点。第一段X值为20，Z值为0，第二段弧形部分X，Z值确定比较麻烦，要考虑他们的形状之间的差值，不能直接输入。计算如下：X值为10+（图2中4点x坐标—9点x坐标）×2=12.36，Z值为48-1-2.2-4-10点坐标+4.2=22。以上为磨削两段外圆的X，Z确定方法。
3.7工件的测量
工件加工完成后，用千分尺、三坐标测量形位公差，用投影仪测量形状的准确性，用粗糙度测量仪测量光洁度。经以上设备检验，此种加工方法完全符合图纸的要求，实现该工件的高效、精确加工。
精密测量技术论文范文6
切削力测量系统一般由三部分构成：由测力仪、数据采集系统和PC机三部分组成，如图1所示。测力仪（测力传感器）通常安装在刀架（车削）或机床工作台上（铣削），负责拾取切削力信号，将力信号转换为弱电信号；数据采集系统对此弱电信号进行调理和采集，使其变为可用的数字信号；PC机通过一定的软件平台，将切削力信号显示出来，并对其进行数据处理和分析。
1.1切削测力仪
1.1.1应变式测力仪
应变式测力仪由弹性元件、电阻应变片及相应的测量转换电路组成，其工作原理如图2所示。把电阻应变片贴在弹性元件表面，并连接成某种形式的电桥电路，当弹性元件受到力的作用而产生变形时，电阻应变片便随之产生变形，从而引起其电阻阻值的变化ΔR，即
应变片电阻值的变化ΔR造成电桥不平衡，使电桥输出发生变化ΔU，通过标定建立输出电压与力之间的关系。使用时根据输出电压反算切削力的大小。
应变式测力具有灵活性大、适应性广、性能稳定等优点，而且配套仪表（如静态应变仪、动态应变仪等已标准化，因而得到广泛应用。但是其测量原理决定了测量精度和动态特性主要取决于弹性元件的结构，如何有效解决灵敏度和刚度之间的矛盾，是提高应变式测力仪测量精度和动态特性的关键。
1.1.2压电式测力仪
压电式测力仪是以压电晶体为力传感元件的切削测力仪，当石英晶体在外力作用下发生变形时，在它的某些表面上出现异号极化电荷。这种没有电场的作用、只是由于应变或应力在晶体内产生电极化的现象称为压电效应。通过测量产生电荷量即可以达到测量切削力的目的。
从动态测力的观点出发，压电式测力仪是一种比较理想的测力传感器，具有灵敏度高、受力变形小等优点。然而压电式测力传感器仍然存在一系列缺点：如由于电荷泄漏而不能测试静态力、固有频率的提高受装配接触刚度的限制、维护极不方便、价格昂贵，因此在使用上受到很大的限制。
1.1.3电流式测力仪
直接使用测力仪测量切削力有其局限性：①安装测力仪时，工艺系统结构遭到破坏从而导致其刚度发生变化，采集不到精确的切削力力信号；②测力仪的安装、调试技术复杂；③测试设备花费较高；④测力仪测试系统可靠性较低。
文献［4］提供了一种间接测量切削力的方法，即电流式测力仪，其测量原理是：切削力的变化会引起主轴电机电流的变化，通过测量主轴电机电流来估计切削力的大小。因机床主轴电机电流的测量比较容易和简单，所以这是一种经济而又简便的方法。
电流式测力仪的局限性体现在两个方面：①把主传动系统的运动学模型看作是一个线性模型，所以加工过程中的非线性因素会在一定程度上降低测量精度；②当切削力发生变化时，相应的主轴电流信号有一定的滞后现象，无法满足对切削力进行实时监测的较高要求。
1.2数据采集系统
如图3所示，数据采集系统通过一定的电子线路，对测力仪的输出信号进行放大、滤波等处理后，将其进行A/D转换，变为计算机的可用信号，再通过接口电路与PC机进行数据传输。
目前大多数切削力数据采集系统由放大器、滤波器、数据采集卡等分立元器件组成，体积较大，系统稳定性不高，测量精度和实时性也渐渐满足不了现代测力系统的要求。
1.3数据显示和分析处理
早期的数据显示和分析处理单元由指示仪表、示波器和记录仪等组成，其数据显示和分析处理功能都是很有限的。随着计算机技术的快速发展，目前数据显示和分析处理单元基本上被计算机终端所代替，显示功能更加丰富和强大，但软件的功能仅局限于数据拟合、图表显示和输出等，对测力仪各向力之间的耦合没有进行有效的处理，从一定程度上影响了测力精度。
2切削力测量技术的发展趋势
现代切削加工正在向高速强力切削、精密超精密加工方向发展，机床的振动频率也会远远高于系统的固有频率，这对切削力测量系统提出了新的要求：①测量范围大、高精度和高分辨率；②实时性好，能够在线实时测量；③数据处理和分析能力强，能够对复杂多变的切削力信号进行各种处理和分析。
针对这些方面的要求，切削力测量技术将朝着以下几方面发展：
（1）开发新型弹性元件，优化弹性元件结构及应变片布片方案，提高应变式测力仪固有频率，有效解决应变式测力仪刚度和灵敏度之间的矛盾问题，降低各向力之间的耦合程度；
（2）应用集成电路和微电子技术，使数据采集系统集成化，提高数据采集的速度与精度；
（3）完善数据处理分析软件的功能，例如通过解耦运算进一步减小测力仪各向力之间的耦合程度，以提高测量精度；将虚拟仪器技术引入切削力测试系统，以便对测量数据进行多种操作和数据库管理；建立专家系统，通过对测试数据的分析处理，对刀具磨损、切削颤振等情况做出预报并提出相应的治理措施。
参考文献
［1］罗学科.动态多维力传感器的理论研究与实践［D］.北京航空航天大学博士论文,1995.1.
［2］姜术君.采用虚拟仪器技术构建测力系统的研究［D］.北京航空航天大学硕士学位论文,2004.3.
［3］杨兆建，王勤贤.测力传感器研究发展综述［J］.山西机械，2003，（1）.
［4］周林，殷侠.数据采集与分析技术［M］.西安：西安电子科技大学出版社，2005.
［5］张小牛，侯国平，赵伟.虚拟仪器技术回顾与展望［J］.测控技术，2000，（9）.
［6］苏建修.高速切削关键技术［J］.机电国际市场，2001，（11）.
