精密分析仪器

精密分析仪器（共11篇）

精密分析仪器 篇1

0 引言

对于需要作回转运动的测控仪器来说, 主轴系统是一个关键部件, 主轴系统的精度将直接影响整台测控仪器的综合精度。主轴系统设计的主要要求是主轴能够在一定载荷下具有一定的回转精度, 同时还要求有一定的刚度和热稳定性。通常主轴系统由主轴, 轴承, 安装在主轴上的传动单元、驱动单元以及分度元件组成。因此, 要想设计一套适合测控仪器使用的高精度精密主轴系统, 主轴系统的机械结构设计、传动和驱动单元的选型和分度元件的选型是至关重要的。

1 精密主轴系统机械结构设计

1) 总体方案设计。主轴系统的机构类型有很多种, 按照所用轴承种类划分, 常见的结构有半运动式圆柱型轴承结构轴系、锥形滑动轴承轴系、V型弧滑动轴承轴系和滚动摩擦轴承轴系等。这些不同的结构类型有不同的特点, 适用于不同的应用场合。对于我们本次设计的适用于测控仪器的高精度精密主轴系统来说, 考虑到轴系的回转精度、刚度、主轴的热稳定性和使用寿命等因素, 同时参考过去在精密主轴系统方面的设计经验, 我们决定采用技术成熟、应用较广的非标密珠滚动轴承的设计方案。根据仪器主轴系统安装空间和安装方式的要求, 充分考虑精密仪器主轴机械设计过程中的各种注意事项, 初步设计轴系装配图 (如图1所示) 。密珠在保持架6、8、9的约束下, 密集分布于主轴4与轴套3的径向和端面之间;锁紧螺母1、消隙簧片11和止推板2固定在轴套下端, 限制主轴在轴向方向的窜动;主轴下端继续向下延伸, 用于安装主轴驱动电机与角度编码器。

1.锁紧螺母2.止推板3.轴套4.主轴5, 10.轴向承载滚珠6, 8, 9.密珠保持架7.径向滚珠11.消隙簧片

2) 设计过程中的计算。主轴轴系的总体方案确定后, 我们在后续的具体设计过程中还需对一些关键参数进行充分的论证, 并进行必要的设计计算, 其中主要包括以下几项:

(1) 轴向滚珠直径d1和数量z1的确定。因主轴系统是在垂直情况下安装使用的, 轴系载荷都集中在轴向承载滚珠上, 所以主轴的承载能力由轴向承载滚珠的承载能力决定, 影响滚珠承载能力的因素有滚珠的材料、直径和数量, 滚珠材料通常是轴承钢GCr15, 所以我们只需通过计算确定滚珠直径和数量即可。按强度条件计算滚珠直径d1的公式为:

式中:[P]为滚珠材料许用负荷强度;a1为负荷情况系数, 静载荷时取1;a2为工作时间系数, 10 000h时取2;a3为座圈转动系数, 取1;W为最大轴向载荷;k为承载负载滚珠比例, 通常k=0.8;z1为止推滚珠个数。

从公式中我们可以看出, 滚珠直径d1是与滚珠个数z1之间相关联的, 在主轴载荷确定的情况下, 两者之间呈反比关系, 滚珠个数z1越大, 所需的滚珠直径越小。根据材料力学分析, 减小滚珠直径会有助于提高密珠滚动轴承轴系的刚性, 但是滚珠个数z1太多会影响轴系的运动灵活性。所以, 我们应在不影响主轴旋转灵活性的前提下, 根据主轴尺寸合理排布滚珠, 确定滚珠个数z1, 从而确定钢球直径d1。最后还应通过计算滚珠的直径变形量δ来校验所选的滚珠直径是否满足要求。滚珠的直径变形量:

式中, E1、E2分别为滚珠和滚珠接触面的材料弹性模量。

(2) 径向滚珠直径d2和个数z2的确定。因为垂直安装使用的主轴轴系径向载荷较小, 所以径向滚动轴承的滚珠尺寸可选得小些, 以便使轴系结构更紧凑, 根据我们以往的设计经验, 选取常用的ф4钢球作为径向滚珠, 滚珠个数z2由主轴尺寸和滚珠排布周期确定。

(3) 径向滚珠装配过盈量的确定。由于轴系零件在加工中不可避免地存在加工误差, 导致轴系在装配时径向会产生间隙 (轴向间隙可以通过消隙簧片11调整消除) , 影响轴系运动精度和刚性, 所以为了能够消除此间隙, 常采用过盈量装配的方法。对于本设计的轴系来说, 可以在加工完轴套内圆直径尺寸和确定所用钢球直径后, 通过配磨主轴外圆直径的方式, 调整主轴径向装配的过盈量, 根据以往的设计经验, 比较合理的过盈量为5~8μm。

2 精密主轴系统电机和角度编码器的选型

1) 主轴系统电机的选型。参考国内外主流设计选型方案, 我们选用了由DDR直驱力矩电机与主轴连接一体的直接驱动方式, 这种结构省去了传动机构, 主轴电机通过主轴直接作用到轴系, 具有可靠性高、易维护、定位精度和可重复精度高、刚性好和机械噪声低等诸多优点, 也是现在高精度主轴轴系普遍采用的一种方式。根据主轴与负载的转动惯量Jm (Jm=Mr2/2。式中, M为主轴与负载质量, r为负载半径) 、主轴最大转速n和最大角加速度a, 我们可以计算出主轴系统所需的最大扭矩Tm=Jm·a。在电机选型的计算过程中, 以往还需校验负载与电机轴的惯量比, 但是因为DDR直驱电机技术使得电机通过主轴直接连接到负载, 电机和负载的惯量成为了一个公共惯量比, 惯量比能够达到大于11 000∶1, 这可以满足绝大多数的应用需求, 因此只需根据最大扭矩Tm和所需的电机安装形式尺寸选择合适的主轴电机型号即可。

2) 主轴系统角度编码器的选型。对于精密主轴系统的分度元件, 目前普遍采用的是高精度光栅角度编码器, 也是目前设计高精度主轴系统的最佳选择。考虑机械安装条件和设计所需达到的精度要求, 我们选用了国际著名厂商生产的孔式圆光栅角度编码器, 光栅精度为±1″, 一周光栅刻线36000线, 光栅信号在经过25倍频处理后, 再经过4倍频的光栅信号辨向倍频处理, 最终的光栅分辨率能达到0.36″, 完全能够满足精密主轴系统的设计要求。

3 结语

经过一系列的设计计算以及图纸的绘制, 完成了该套精密主轴系统的设计工作, 通过对第一台样机的测试, 各项技术指标均达到了设计要求, 可见该设计方案是可行的, 为我们以后对于精密主轴系统方面的设计积累了宝贵经验。

摘要：介绍了适合测控仪器所用的一种精密主轴系统的设计过程, 详述了主轴系统的机械结构设计方法, 并对主轴系统配套驱动电机的选型以及角度编码器的选型进行了概述。

关键词：精密主轴系统,密珠滚动轴承,DDR直驱力矩电机,角度编码器

参考文献

[1]King M, 李幼涵.机器设计中伺服电机及驱动器的选型[M].北京:机械工业出版社, 2012.

[2]吕辉.现代测控技术[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2006.

[3]董玉红, 杨清梅.机械控制工程基础[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社, 2003.

精密分析仪器 篇2

为规范精密仪器的管理,确保精密仪器的正常及其正常使用特制定本制度。

一、仪器使用人员应严格执行本制度，规范精密仪器的使用及其记录。

二、精密仪器室应建立在通风、干燥、防震、无日光直射、温度相对稳定、不受化学试剂腐蚀的地方。同时，仪器要求放置整齐，并有防尘罩。

三、精密仪器应建立档案和使用登记，制订操作规程，精密仪器设备的管理要做到定人保管，定室存放，定期保养，定期校验，保证仪器处于良好状态；

四、工作人员进入精密仪器室，必须穿工作服，仪器管理和操作人员应对精密仪器室进行卫生清扫，确保其清洁，无关人员未经批准，不得进入。

五、仪器使用人开机前应检查仪器是否归位，如未归位应及时报告。检查完毕，接通电源，严格按操作规程和注意事项操作精密仪器，操作完毕，仪器应复位。

六、仪器操作及使用人员必须经过专门培训，熟悉设备的性能、特点和基本操作方法，并具有一定的保养和检修能力。未经培训的人员不得擅自使用该仪器设备；

七、仪器使用过程中出现异常现象、故障或机件损坏，以及故障处理过程等必须记录在案，并向部门负责人汇报。

精密仪器厂房通风空调节能设计 篇3

关键词:精密仪器厂房 通风与空调 节能设计

中图分类号:TU83 文献标识码:A 文章编号:1674-098x(2011)03(c)-0071-03

Ventilation & Air Conditioning system Energy Saving Design for a precision instrument factory

By Wang Xuejing

(Tianjin Light Industry Design Institute)

Abstract:To take Precision Instrument manufacturing plant as an example,this letter introduces the pre condition of setting up plant Ventilation & Air Conditioning system,system model selection and adopted energy saving measures,so that it can be the reference of ventilation & Air Conditioning system design of similar plant.

Key words:Precision Instrument manufacturing plant;Ventilation & Air Conditioning;Energy saving design

通常精密仪器生产厂房对环境温湿度要求较高,由于厂房面积较大、空间较高,加之某些工段生产过程中产生大量余热,致使空调能耗较大。随着国家对工业企业节能减排要求的不断提高,通风空调系统的节能措施已成为重要手段之一。

1 工程概况

某精密仪器生产厂房位于我国华北地区。该工程总平面布置结合厂区现状及特定环境和生产工艺的连续性要求,将生产、办公及附属用房有机的组成为一体。其中综合生产车间为两层局部三层,建筑面积25430m2,为现浇钢筋混凝土框架结构;动力及附属用房建筑面积3454m2,为两层现浇钢筋混凝土框架结构。建筑剖面图见图1。

该项目建筑立面设计以现代、简洁、明快为原则,综合生产车间北侧采用外挑玻璃雨棚和弧形玻璃幕墻,以突出建筑主体,其他部位配以带状条窗,体现了建筑外观的连续性,建筑整体外墙采用淡灰色外墙涂料。通过体形的变换和内部功能的特性,使其立面既富有变化,又做到了整体统一,以充分体现现代工业建筑的风格。

2 暖通空调主要设计参数及设计特点

2.1 当地室外气象参数

夏季:空调室外计算干球温度33.4℃、湿球温度26.9℃,通风室外计算温度29℃。

冬季:采暖室外计算温度-9℃、空调室外计算干球温度-11℃、相对湿度53%。

2.2 室内主要设计参数

（1)温湿度。

生产车间夏季26±2℃、相对湿度50±10%;冬季20±2℃、相对湿度50±10%;装配车间要求恒温恒湿,冬夏季均为25±2℃、相对湿度50±10%。

办公区夏季26±2℃;冬季20±2℃。

（2)新风量。

生产车间采用全空气系统一次回风形式,新风由室外引入,冬夏季送新风比例为10%,过渡季采用全新风。办公区的新风量标准为30m3/人。

2.3 设计特点和难点

(1)厂房空间较大。

综合生产车间主体建筑由两部分组成,分别为:二层,局部三层,和三层。第一部分生产车间一层层高4.8m,二层层高5.1m,端部三层夹层高为3.3m;第二部分生产车间一层层高6m,二层层高4.5m,三层层高为3.9m。一层设有自动车工段、滚齿工段、夹板工段,机修及生产车间,二层设有机械车间、装配车间、检验、滚齿、夹板、机修、生产车间及仓库,三层设有生产车间及办公用房,局部夹层为办公及生产附属用房。

(2)设备散热量大。

一方面设备电功率大,散热量大,导致空调冷负荷加大。如自动车多达435台、滚齿机187台,仅此两项就消耗电功率1633.2kW;再如铣床、磨床等设备单台电功率就达到20kW,加之机床台数多,致使总电耗较高。另一方面某些工段在生产过程中使用加热润滑油,有大量余热产生。

(3)冷热负荷不均衡。

基于生产工艺的特点,综合生产车间夏季冷负荷与冬季热负荷存在严重不均衡现象。综合生产车间夏季总冷负荷为3480.8kW,冬季总热负荷为1117.4kW。因此,夏季冷负荷与冬季热负荷的不均衡问题直接影响厂房冷热源形式的选择。

3 流体动力学分析

3.1 气象风力数据

如图2。

3.2 流体动力学分析

为进行流体动力学分析,建立了厂房气流分析模型,确定了长450m、宽400m、高100m的测试区域模拟大气边界层风洞(见图3)。建筑模型处于风洞的中心,连同控制范围邻近的建筑物均描述出相对位置。网格尺寸是经过仔细测试描绘出当地风力模型的,包括西北、东南、西南和东北四种主要风向。从图3和图4中可以看出,网格完全封闭,详细地描述出厂房所在位置流体特征。为分析该区域流动问题共划分了140多万个单元。在定义的区域,全部数量的单元控制着运行时间,每一次操作的运行时间大约24h(如图5）。

3.3 厂房自然通风模型

从图6可以看出,通过建筑物内部产生的热并通过天窗排出的情况。在平静无风的日子,观测到空气的流动是通过烟囱效应进行的。随着热空气排出建筑物,新鲜的冷空气通过首层开启的窗被吸入厂房。当天窗关闭后,热空气盘旋在加热区域三层楼面以上4m的位置。

4 通风空调系统的节能措施

4.1 空调系统形式

生产车间采用一次回风全空气系统形式。空调机组置于专门的空调机房内,经过滤、冷却(加热)等处理后的空气由敷设于车间顶部的送风管道送入车间,气流沿楼板送至工作区,回风直接回至空调机房。气流组织形式为上送上回。新风由室外引入,冬夏季送新风比例为10%,过渡季采用全新风,电动天窗排风(如图7）。

车间办公区采用立柜式空气处理机系统形式,新风量按30m3/人。

4.2 新风的采集

生产车间新风采自厂区内绿化带,由于新风采集口位于树荫和草坪中,经位于车间地下设备间内的风道输送至空调机组。夏季采集到的新风温度比室外干球温度低5℃,可大大减少新风冷负荷,降低了空调能耗。

4.3 热回收系统

生产车间由于某些工段在生产过程中使用加热的润滑油,有大量余热产生,空调系统分区域设置。对于有余热产生的车间,冬季以送新风为主,回风先经油捕集器处理后通过显热回收装置加热新风,实现节能的目的,显热回收效率可达70%以上。

5 结语

工业建筑因其生产工艺对空气环境的要求,加之体量大,能耗也大,因此在节能方面大有可为。厂房设计应该以绿色、节能、环保的工业建筑为主导理念,在供暖、通风及空调系统的节能设计方面作了一些有益的探索,为类似工业建筑的设计提供借鉴。

参考文献

[1]陆耀庆.实用空调设计手册[M].2版.北京:中国建筑工业出版社,2008.

[2]GB50019-2003采暖通风与空气调节设计规范[S].北京:中国计划出版社,2004.

PTP精密时钟同步原理分析 篇4

随着网络技术的发展,分布式控制系统中对时间同步的要求越来越高。例如在机电控制、通信等领域中已经对时间同步提出了微秒级的要求。在分布式数据采集系统中,考虑到实时性的调度和控制,对时间统一的要求就更为严格。所以建立一个时间统一的分布式系统是分布式网络的基本要求[1]。IEEE1588(简称PTP,Precision Time Protocol)定义了一个在测量和控制系统中,与网络通信,本地计算和分配对象有关的精确时钟同步协议,该协议适用于任何满足多点通信的分布式控制系统,对于采用多播技术终端的时钟可实现亚微秒级同步。其协议的核心是在一个网络内如何选择最佳的主时钟以及网内的从时钟如何与主时钟保持同步。

2 PTP的网络结构

PTP网络由若干节点组成。节点可以是PTP时钟,也可以是管理节点。包含时钟的节点典型时钟同步网络如图1所示。在PTP协议中有2种时钟类型:普通时钟OC(Ordinary Clock)和边界时钟BC(Boundary Clock)。只有一个PTP通信端口的时钟是普通时钟,有一个以上PTP通信端口的时钟是边界时钟,每个PTP端口提供独立的PTP通信。边界时钟和边界时钟之间的通信(如图1)通过路径B使节点13,14能相互通信,通过路径D使节点13,15能相互通信[2]。从通信关系上又可把时钟分为主时钟和从时钟,理论上任何时钟都能实现主时钟和从时钟的功能,但一个PTP通信子网内只能有一个主时钟。

PTP通信通道拓扑形成的是一个非循环的结构,即在任何一对PTP时钟之间都不存在交替的PTP通信通道。举例来说,图1中包含13, 14, 15节点的循环通道是被禁止的。PTP协议可以通过改变所包含的边界时钟上的端口的状态(置为PTP-PASSIVE)将循环图改为非循环图。

每个PTP端口有9种状态,最主要的是PTP-MASTER,PTP-SLAVE,PTP-PASSIVE,端口状态由状态选择算法决定。每个时钟属性中都包含时钟级别,包括校准原子钟(ATOM)、无线时钟(GPRS)、NTP时钟源等,有着不同的精度和分辨率。整个系统中的最优时钟为最高级时钟GMC(Grandmaster Clock),有着最好的稳定性、精确性、确定性等。根据各节点上时钟的精度和级别以及UTC(通用协调时间)的可追溯性等特性,由最佳主时钟算法BMC(Best Master Clock algorithm)来自动选择各PTP域内的主时钟[3]。每个系统只有一个GMC,在只有一个PTP域的系统中,主时钟就是GMC。典型的主从时钟配置如图2所示。

PTP域中各节点根据最佳时钟算法被指定为九种状态之一,各从时钟通过同步机制与主时钟保持同步。PTP通信中的报文包括同步报文(Sync)、跟随报文(Follow_up)、延迟请求报文(Delay_Req)、延迟应答报文(Delay_Resp)和管理报文。

3 PTP协议原理

3.1 最佳主时钟算法

最佳主时钟算法是在一个网络出现多个主时钟情况下,比较多个主时钟的关键属性值,为本地时钟提供一个最优时钟系统源。在当前主时钟故障或性能下降时,系统可选择其他更合适的节点替代它作为主时钟。该算法独立运行于PTP系统中的每个时钟上,即是说,时钟并不诊断哪个是主哪个是从,而是根据BMC算法只计算出自己的状态。

最佳主时钟算法由两部分组成:一是数据集比较算法,比较两组数据的优劣,例如一组是代表本地时钟的缺省特性的数据,一组代表从某端口接收的同步报文所包含的信息。二是状态决策算法,根据数据组比较结果计算每个端口的推荐状态(主站、从站、待机、未校正、监听、禁止、初始化、故障状态)。

设某一典型的时钟节点C0由默认数据设置Do来描述,且该时钟有N个PTP端口,则BMC算法如下:

对每一个端口r,比较从连接到这个端口通信路径上的其他时钟的端口接收的合格的Sync报文的数据组,通过数据组比较算法决定这个端口的最佳报文Erbest。

对C0的N个端口比较各端口的Erbest决定时钟C0的最佳报文Ebest。

对C0的N个端口的每一个,根据Ebest,Erbest和缺省数据组D0,用BMC状态决定算法和应用端口的状态机决定端口的状态。状态决策算法的流程图如图3所示。

3.2 PTP的时钟同步机制

PTP协议基于同步数据包被传播和接收时的最精确的匹配时间,每个从时钟通过与主时钟交换同步报文而与主时钟达到同步。这个同步过程分为两个阶段:偏移测量阶段和延迟测量阶段。

第一阶段修正主时钟与从时钟之间的时间偏差,称为偏移测量。为了简化问题,我们先考虑一个主时钟与一个从时钟的同步过程,其同步过程如图4所示。

(1)主时钟每2秒钟(同步报文的间隔是可设置的,这里假设为2秒)向从时钟发送一个“同步”(Sync)报文。这个同步报文包括该报文离开主时钟的时间估计值,从时钟测量接收的准确时间如图4所示的TS1。

(2)第二步主时钟向从时钟发送一个“跟随”(Follow_up)报文,此报文与同步报文相关联,且包含同步报文放到PTP通信路径上的更为精确的估计值如图4所示的TM1。从时钟根据同步报文和跟随报文中的信息来计算偏移量,然后按照这个偏移量来修正从时钟的时间,如果在传输路径中没有延迟,那么两个时钟就会同步。

为了提高修正精度,考虑主时钟到从时钟的报文传输延迟等待时间的因素,即延迟 测量,这是同步过程的第二个阶段,其同步过程如图5所示。

(1)从时钟向主时钟发送“延时请求”(Delay_Request)报文(延时请求报文的间隔是独立设置的,一般应较同步报文间隔长),这个报文中包含此报文准确的发送时间,然后主时钟记录准确的接收时间。

(2)主时钟向从时钟返回一个“延时响应”(Delay_ Response)报文,这个报文带着先前的“延时请求”报文的准确的接收时间标记,从时钟利用这个时间和由它所记录的准确的发送时间,可计算出主时钟和从时钟之间的传输延迟并调整它的时钟漂移误差。

与偏移测量不同,延迟测量是不规则进行的,其测量间隔时间比偏移值测量间隔时间要大。这样使得网络尤其是设备终端的负荷不会太大。

经过延时报文的请求和应答以及同步报文的时间标记,可以计算出两个方向的平均传输延时,在以后的计算中就可以使用。实际上偏移与延时值的测量是互相影响的,要经过多次测量和计算,才会逐步收敛到接近实际值。测量时间间隔的选取很重要,选择间隔短时通信负荷较重,间隔过长则不能保证同步的精度,所以同步和延时的测量间隔应根据同步要求和系统配置选择。

4 影响同步的因素

4.1 通信通道的对称性

从PTP的同步原理可以看出,PTP终端设备为计算其网络延迟和时钟偏移所进行的四次测量都是建立在一个假设的基础上,即报文的传输延迟Delay在传输方向上是相同的。但这只是一种理想情况,在大网络负载的情况下,这种假设几乎是无法保证的。而且目前我们所使用的因特网电缆在设计时就采用了很小的不对称设计,用以减小远程末端的串扰(FEXT:far end cross-talk)。在这种情况下,随着网络负载的增加,Delay在传输方向上的差异会越来越大,造成同步精度的下降。

4.2 线路延迟的偏差和时钟的稳定性

从PT P报文线路延时的计算过程看,由于从终端在接收到同步报文后要随机延长一段时间ΔTs后再发出延迟请求报文,在这段时间,相应的主时钟也会产生一段计时ΔTm,在实际系统中,这是由于主从时钟所采用的晶振源和计数器并不相同,这就导致时钟的运行速度并不相同,因而也不可能等于,那就会对延迟的准确性产生影响[1,2,3,4]。

此外 ,由于主从时钟之间的运行速度的差异,因而主从两边的时间戳的分辨率也将不同,从而导致主从时钟同步时隙的差异,再加上晶振漂移的影响,因而Δ所引起的误差将会更大。因此,只要主从时钟采用相同的时间标尺,就能减小甚至忽略Δ带来的同步性能下降。但在实际系统中,由于主从时钟不可能在速度上完全匹配,这就必须通过多次的时间同步对从时钟的晶振进行速度补偿,尽量减小主从时钟之间的速度差异。

5 结束语

本文只对PTP协议同步的基本原理进行了阐述,分析了对同步系统产生影响的主要因素。从目前的试验和应用来看,PTP精确时间协议可以达到亚微妙级的同步精度,并且有可能达到更高的精度。PTP协议为基于多播技术的标准以太网的实时应用提供了有效地解决方案,但同时也存在一些尚待进一步研究的问题。如主时钟的容错性能,振荡器的稳定性对时钟的影响等。该协议在2007年5月推出第二版,新增了报文类型和透明时钟的概念,较第一版更加详细完善。相信以后会有更加完善的版本出现,也会有更多的具体应用可以参考。

参考文献

[1]赵本煊,刘锦华.IEEE1588高精度同步算法的研究和实现.电光与控制,2006,13(5):90-91

[2]IEEE Std.1588-2002.IEEE Stand for a Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Sys-tem[S].2002.

[3]刘明哲,徐皑冬,毕宇航.确定性实时通信以太网研究[J].仪器仪表学报(增刊),2005(8):505

精密分析仪器 篇5

利用霍普费尔德（Hopfield）改正模型加上Davis映射函数以及萨斯塔莫宁（Sasstamoinen）改正模型加上大部分区域的NMF映射函数两者之间的精度对比，得出在大部分连续历元中萨斯塔莫宁（Sasstamoinen）改正模型要优于霍普费尔德（Hopfield）改正模型，运用克罗布歇模型（Klobuchar）和无电离层延迟组合两种方法，通过实测数据进行比较，得出无电离层延迟的改正要优于克罗布歇模型（Klobuchar）的改正。

关键词：精密单点定位（PPP）；对流层改正；电离层改正

1. 引言

GPS精密单点定位就是利用精密卫星星历和钟差数据，以及单台双频接收机采集的码和相位观测值，采用非差模型进行单点定位。非差观测模型可用观测值多，保留了所有的观测信息，可以直接测得测站坐标，不同测站的观测值不相关，测站与测站之间无距离限制；但同时它的未知参数也比较多，并且无法采用站间或者星间差分的方法消除误差影响，必须利用完善的模型改正。

许多学者对精密单点定位技术的理论和方法进行了深入研究，尤其是在卫星钟差估计和误差模型改正方面，取得了大量的科研成果，但对静态精密单点定位能够达到的精度以及一定精度下的收敛时间并没有准确数据。精密单点定位的关键之处就在于设法消除或减弱系统潜在的所有误差。由于PPP利用单台接收机的非差观测数据定位，其误差不能利用差分方法消除，只能通过建立误差改正模型，参数估计、组合观测值等方法减弱。

2. 精密单点定位与传统单点定位对比分析

传统GPS单点定位是指利用伪距及广播星历，采用距离交会法解算接收机天线所在点的三维坐标，又称伪距单点定位。伪距单点定位的数据采集和数据处理简单，定位速度快，用户在任一时刻只需使用一台GPS接收机就能获得测点在WGS-84坐标系中的三维坐标。但由于伪距（即使是P码伪距）的观测噪声至少也有几十厘米，广播星历的轨道精度为几米，卫星钟差改正精度为几十纳秒，这种单点定位的坐标分量精度只能达到十米级（P码单点定位精度约为3m），只能满足资源调查勘探等一些低精度导航定位领域的需求。

受到伪距单点定位精度的限制，GPS导航定位技术通过几十年的变化发展，提出了许多获得厘米级精度的定位方法。目前广泛使用的是差分GPS定位方法，通过组成双差观测值消除接收机钟差、卫星钟差等公共误差，削弱对流层延迟、电离层延迟等相关性强的误差影响，达到提高精度的目的。差分GPS无需考虑复杂的误差模型，解算模型简单、待估参数少、定位精度高，同时利用了双差模糊度的整数特征，因而得到广泛使用。其不足之处在于：（1）需要在参考站和移动站之间进行同步观测（2）需要在参考站附近工作（3）参考框架间的矛盾。

分析精密工程测量及其应用 篇6

精密工程测量以不同的大型工程测量为主,按照工程对精度的需求进行划分,一般分为普通精密工程及特种精密工程测量两种。精密工程测量应用在设备的安装和检测上,精度在计量级,甚至是纳米,变形观测的过程中,精度有可能在亚毫米级,在军事领域及质量控制测量等方面也属于精密工程测量。

由于工程的复杂性和特殊性,使得工程的作业环境较差,进行测量的过程中,对于精度的需求是必然的;对精密工程测量的可靠性要求也很高,对测量的设备、仪器的要求也很高,像仪器的鉴定、测量方法的严密性及测量方案的选择等,在进行精密工程测量时,要提高对仪器的要求,控制网布设时,要在上级网对下级网控制点进行选取,一般情况下,精密工程测量只选取一个控制点和一个参考方向,为测区点的精度提供重要保障。

2 分析精密工程测量

2.1 GPS测量

GPS测量是全球定位系统,是比较先进的定位系统,广泛应用在很多领域,像军事领域、农业领域、工程领域等,得到人们的关注和青睐。

采用GPS测量,一般所涉及的范围不大,且中基线边比较短,通过GPS接受的卫星信号存在一定的误差,需要凭借差分解算,即可消除卫星信号所存在的误差,并制定最佳方案,进行合理的观测设计,以获得最高精度的观测数据信息;凭借GPS,可以很方便的获取高精度的数据,在设定的坐标中,通过GPS测量,就可以获取较高精度的数据,在这种情况下,一旦结合合理的观测方法和数据的处理方法,就可以实现GPS点的相对定位精度的毫米级的突破,满足精密测量技术的需要;传统的测量方法必须要在观测工作点之间进行互相的通视,致使测量工作受到工作条件和测量技术的影响,在这种形势下,不得不增加连接点,增加连接点就会增加工作人员的工作量,无法确保测量的精度。而采用GPS进行测量,则不要进行互相通视,由于测量方法的灵活性和多变性,降低了工作人员的工作量,使人员的劳动强度也得到降低,并很好的提高了测量的精度;GPS作为全球最先进的定位系统,其自动化程度较高,可以轻松实现全天候的观察目标,它是一种单程的系统,用户只需进行信号的接受,就可以进行日夜观测,不受大雾、雨等外界环境的影响;GPS在进行测量的过程中,操作较简单,成本较低,信息化程度和效率都较高,使得应用的范围越来越广。

2.2 测量仪器

2.2.1 全站仪

全站仪兼具电子测角、电子测距、数据自动记录和计算的功能,且具有自动化、数字化的功能,是一种三维坐标测量及定位系统,无论是测角,还是测距功能,都具有高精度的特点,在控制测量、地形测量及施工放样等方面得到了较广泛的应用,最新的全站仪具有自动目标照准和跟踪的功能,是一种快速的、精确的单人测量系统。

2.2.2 激光跟踪仪

现阶段,激光跟踪仪具有干涉法距离测量和绝对距离测量模式,其中,干涉法距离测量凭借激光器发出一束激光,经过半透半反镜及在垂直和水平方向转动的双轴转镜,射向目标反射器,半透半反镜会干涉光路,并与参考光束进行相应的干涉;另外一束光进入位置检测器,将逆反射器主光轴和逆反射器入射光束的偏差信号输入控制电路,驱动双轴转镜,确保激光始终入射在反射器上,促进激光跟踪仪对目标的连续跟踪,如果激光被打断,就要进行重新测量;绝对测量模式凭借相位偏移的技术,计算出双轴转镜与断光处的距离,一旦反射器接受到激光,就会将距离参数进行自动初始化,开始测量。

2.2.3 激光扫描仪

激光扫描仪可在不同的位置对被测对象进行扫描,经过建模,转换成CAD图,可应用在建筑监测、土木工程及三维建模等方面;车载的激光扫描测量作为地面采集数据的主要手段,具有较广的应用前景。目前,由测量小车、激光扫描仪、激光测距断面仪、测量机器人及轨道里程传感器等共同组成一种多传感器集成测量系统,已经可以实现铁道轨道的自动化测量。

2.2.4 电子水准仪

电子水准仪测量系统是在普通光学水准仪的基础上,融合了图像获取、处理技术及最新计算机技术和数字条形编码水准标尺等。水准仪将摄取的标尺图像与内部编码进行匹配,实现水准仪自动化读数,减少人工读数产生的误差,通过电子水准仪测量,可以实现较高的测量精度。

2.3 精密工程测量软件包

2.3.1 机器人变形监测软件包

测量机器人变形监测软件包具有非常多的功能,例如:系统初始化、自动测量、数据处理、学习测量及数据查询、工具等。将该软件包安装在便携机上,并把测量机器人和便携机进行连接,凭借软件包控制测量机器人进行测量工作,把测量机器人的位置作为基准,根据已知点定向与另已知点检查,利用极坐标的原理,获取各个测点的坐标,这种测量方法简单,节省时间,工作效率较高,数据处理自动化程度高,例如:一般情况下,对某滑坡进行监测,传统的测量方法一般需要3天左右,但采用该方法只需要2个小时,大大提高了测量工作的效率。

2.3.2 机器人控制网观测软件包

测量机器人控制网自动观测软件包一般具有工程管理、测站设置、自动观测等功能。测量机器人控制网自动观测软件包是直接将测量机器人植入,使测量机器人自动观测,进行相应的设置,然后进行初始观测,测量机器人可凭借设定的精度和测回数等实现全自动化观测,此方法不仅节省了人力,还节省了时间。

3 精密工程测量的应用

随着社会的发展,工程建设和国防建设工程越来越多,使得精密工程测量得到快速的发展和广泛的应用。例如:军事领域、农业领域、建筑工程测量、防灾监测、科学防汛等,也可应用于大型建筑物的变形观测,考古领域及工程质量的施工管理过程中等。

将测量机器人转为多传感系统,有利于人工智能的发展,使影像、图形及数据的处理能力不断提高,扩大应用的范围;在数据处理时,发展相应的信息系统,把大地测量、水文地质和土木建筑等知识进行有效的融合,对工程建设的各个环节进行有效的监测,减少或避免环境污染,防治灾害的发生;将传感器进行科学的混合使用,可完成各种测量工作;针对复杂的建筑结构,采用质量控制和几何重构,完成工程的最佳测量工作;精密工程测量也可以被应用在航空事业上,汽车制造和核电站领域也得到了一定的应用,具有很好的发展前景;合成孔径雷达是一种新兴的技术,可对农作物进行监测,测量生态环境等。

摘要：面对建筑工程的日新月异,传统的测量方法已远远不能满足新的发展要求,对测量在内容、精度和技术方面都提出了较高的要求,在这种情况下,如何提高工程测量的质量成为测量工作者研究的重要内容。

关键词：精密工程,测量,技术方法,应用

参考文献

[1]袁康,毛勇.精密工程测量控制网布设原则及设计[J].采矿技术,2013(05).

精密加工与传感测量技术分析 篇7

1 精密加工技术发展和应用

1.1 精密加工技术介绍

所谓精密加工技术, 实际上就是将加工误差、表面粗糙度控制在允许的范围的一种技术。超精密加工技术误差和表面粗糙度要更为严格。精密加工技术主要包括精整加工、光整加工、超微细加工和微细加工等。

微细加工技术, 就是用来进行为小尺寸零件制造的技术。主要是制造一些集成电路等, 因为尺寸微小, 所以通过尺寸额绝对值进行误差表示。

光整加工主要是为了提升表面层的力学机械性质和缩小表面的粗糙度的加工方式, 对于加工误差相对不够重视。这些加工方式不仅可以降低误差, 还能提升表面质量。

1.2 精密加工技术的特点和方法

按照加工方式的机理特点, 能够将其分为三种方式, 分别是变形加工、去除加工和结合加工。去除加工实际上就是将工件上的一部分材料去除掉。加工方式基本可以分为:磁粒光整、超精研抛技术、精细磨削、超精细切削、砂带磨削、布轮抛光、蚀刻、电解加工和电火花加工等。实际上, 砂带磨削就是使用混纺布, 这些混纺布粘有磨料, 加工工件。具有适用范围广、表面质量好和生产效率高的优点。而精密磨削就是利用单晶的金刚石道具和高精密机床实施切削加工, 基本上应用于软金属加工。超精密磨削则是在精密磨床上利用修整精确的砂轮实施微量磨削加工。变形加工, 实际上就是利用分子、力和热运动使工件出现变形, 使其性能、尺寸和形状发生改变。

按照理化方式的不同, 可以分为连接、注入和附着三种。所谓附着加工, 就是将一层物质覆盖在工件表面, 例如, 镀加工方式等。诸如加工就是将某些元素注入到工件表面, 从而发生物化反应。连接加工就是通过物化方式将两种材料连接起来的方法。

结合传统、特点与机理可以分为三种, 分别是复合加工、非传统加工和传统加工。传统加工可以分为游离磨料、固结磨料和道具切削加工的方法。实际上, 非传统加工就是运用核能、化学能、光能、声能、磁能和电能等进行处理和加工。而复合加工则是结合多种加工方式, 综合发生的复合作用, 相辅相成、优势互补。

2 精密传感测量技术的发展和应用

现代测量技术, 是一种综合性学科, 主要包括了计算机技术、制造、图像、传感器、电子以及光学等, 与紧密加工技术是相互补充、相辅相成的。测量技术为精密加工提供检测和评价方式, 精密加工为测量技术提供有效地保障。结合科学技术的进步, 传感测量技术也发生了巨大的改变, 传统的方式已经难以满足发展要求, 一系列应用了高新技术的测量技术应运而生, 下面将进行详细的介绍:

2.1 双频激光干涉仪

这种仪器具有测量范围大、准确度高的优点, 所以在测量位置控制反馈元件和测量超精密机床相关作位置中得到了大量的应用。但是激光测量, 空气折射率影响着准确度, 空气折射率和二氧化碳含量、压力、温度和湿度等有着密切的关系。干涉仪在空气中补偿和休整光路, 能够将误差缩小。但是这种测量方式, 受环境影响较大, 因此在加工生产机床的时候, 要求比较苛刻, 很难满足其工作要求。

2.2 X射线干涉技术

随着科学技术的发展, 显微测量X射线干涉技术得到了快速的发展, 具有较大的测量范围, 比较容易实现一些纳米级别的测量。SPM基础上的相关观测技术基本上只能提供纳米级别的分辨力, 但是对于表面结构并不能够给出精确的纳米尺寸。X射线扫描干涉测量技术, 是一种新型测量技术, 其十纳米误差的测量基本单位是单晶硅上的晶面间距。另外, 由于X射线波长要小于常规的可见光波波长两个数量级, 很大程度上能够达到0.01纳米的测量分辨力。与其他方式相比, 这种测量方式对于环境的要求不高, 并且具有较好的测量稳定性, 结构比较简单, 有着很大的应用潜力。

2.3 显微扫描测量技术

在对表面的尺寸和微观形貌进行测量的时候, 可以应用这种测量技术。基本原理就是通过极小探针来扫描被测表面。通过纳米级别的定位三维控制系统, 能够测出表面微观立体情况。

3 结语

综上所述, 在工业生产中, 应用精密加工和传感测量技术, 对于提升生产效率, 提高产品质量, 有着至关重要的作用。科学技术的快速发展, 加工技术和测量技术取得了快速的发展。精密加工技术与测量技术是相互促进、相辅相成的。在工业生产中, 二者缺一不可。在工业生产中, 应该结合具体情况, 选择最适合的精密加工技术与测量技术, 每种加工技术都有着自身的优势和不足, 这就需要进行合理慎重的选择。总而言之, 随着科学技术的进步, 精密加工技术和传感测量技术依然在不断地发展完善着, 从而为工业生产提供坚实的技术支撑, 推动技术的进步, 提升生产力水平。

参考文献

[1]刘奎, 李艺, LI X P, RAHMAN M.用立方氮化硼刀具对硬质合金材料进行延性超精密加工 (英文) [J].纳米技术与精密工程, 2004 (03) .

[2]陈海霞.隔振基础的设计[A].2007年全国机电企业工艺年会“星火机床杯”工艺创新发展绿色制造节约型工艺有奖征文科技论文集[C], 2007.

[3]常敏, 袁巨龙, 楼飞燕, 王志伟.化学机械抛光技术概述[A].全国生产工程第九届年会暨第四届青年科技工作者学术会议论文集 (二) [C], 2004.

[4]李圣怡, 吴宇列, 戴一帆.超精密加工技术在光纤对接中的应用[A].全国生产工程第九届年会暨第四届青年科技工作者学术会议论文集 (二) [C], 2004.

二维数控精密转台精度计算与分析 篇8

关键词：二维数控,转台精度,指向误差

1 概述

针对非规则 (二维) 光学转鼓在扫描探测器中的广泛应用和产量需求, 自主研发能够和Ultraform250超精密切削机床配套使用的二维数控精密转台夹具。

由于二维数控精密转台是针对非规则光学转鼓的高效、高质量飞切加工的, 在加工过程中, 产生加工误差的因素很多。如果对转鼓规定一系列技术指标, 那么转台的有关误差对转鼓的技术指标的影响是很大的。因此, 要尽可能设法减少这些误差, 所占的比重越大, 留给补偿其他各类误差的空间就越小。其结果不是降低零件的加工精度, 就是增加加工难度。根据所生产转鼓的技术指标:平行度误差15角秒, 倾角误差20角秒, 转角误差20角秒, 对转台结构的精度进行逆推, 经过计算得出转台各主要误差指标。

2 转台的系统误差

由于转台的结构是二维数控工艺装置夹具结构, 对静态条件下的转台性能指标要求比较高, 下面对转台精度起主要影响作用的各项误差给出定义:

回转误差是指各轴在进行转动时, 轴端的运动轨迹所形成的包络线摆动范围的最小圆锥角度。它能够直接影响轴的空间指向。

垂直度误差是指转台空间直角坐标系中两轴轴线之间的实际空间夹角与90°角的差值。

位置误差是指在静止状态下, 转台的实际位置和理想位置的差值。

3 二维数控精密转台的指向误差

3.1 指向误差的定义 (见图1)

转台的指向误差指的是在横滚轴上确定一个单位向量λ0, 当转台转动一定的角度后, 转台的理想指向λ1与实际指向λ2之间的角度偏差。指向误差实际上是一种空间角度误差, 能够直接反应出转台的定位精度。在三维空间坐标中的单位向量的指向误差如图1所示。

指向误差的空间几何意义可以这样描述:设与横滚轴轴线重合的一个单位向量λ0, 按照欧拉变换的顺序, 将横滚轴和方位轴依次旋转一定角度, 则单位向量λ0回转到一个新的位置, 在新的方向上得到新的单位向量λ1, 则有:

式中, R0 (Ω) 为欧拉变换矩阵。

可是, 二维数控精密转台在做回转运动时, 会存在一系列的误差E, 这会导致单位向量λ0经过两轴回转后, 达不到预期的位置, 也就得不到新的单位向量λ1, 而是得到了单位向量λ2, 正因为这些误差的存在, 可推出公式:

这里误差E代表各个误差, 它主要由三类误差组成:轴之间的垂直度误差

α, 轴的回转误差β, 以及轴的位置误差γ, 则有:

那么指向误差则可表示为由单位向量λ1和单位向量λ2两个向量差的模长△Φ:

其中,

3.2 指向误差的算法

下面通过矩阵形式, 把指向误差的公式求解出来。

转台两轴依次绕X, Z轴转动X1, X2角度, 在没有误差的情况下, 单位向量λ0将变成λ1:λ1=R0 (Ω) λ0, 其中

由于存在误差因素E, 单位向量λ0会变成λ2。设垂直度误差α1;回转误差β1, β2;位置误差γ1, γ2。在转动两轴时, 根据轴的三类误差, 得到指向转换所产生的中间变量的欧拉变换矩阵:

X轴转动X1角度时, 产生位置误差γ1和回转误差β1:

Z轴转动x2角度时, 产生位置误差γ2和回转误差β2:

两轴之间垂直度误差α1:

于是, 得到含有三类误差的变换矩阵为

进而可以用公式 (4) , 求出指向误差△Φ。

4 转台的指向误差分配

由于指向误差受正交性误差α, 回转误差β和定位误差γ三类误差的影响, 但三类误差对指向误差的影响程度不同。所以要对指向误差进行分配。

根据控制变量法, 可计算出三类误差对指向误差的影响程度。当垂直度误差变化时, 分别取值0″, 1″, 2″, 3″, 4″, 5″得到各自的实际指向, 再计算相邻两个实际指向的余弦值, 从而得到相邻两个实际指向的夹角。

根据公式:

得到相邻两个实际指向的夹角:

同理, 当回转误差和定位误差变化时, 利用同样的方法, 观察实际指向的变化情况。则计算得出以下结论:

回转误差每增加1角秒, 指向误差大约增加1.4角秒;而垂直度误差和定位误差每增加1角秒, 指向误差均大约增加1角秒左右。

根据三类误差对指向误差的影响, 采用加权方法对三类误差进行误差分配, 设

其中, M、N、L为加权系数。

为了让产生指向误差的三类误差对指向误差的影响具有相同的程度, 则可确定加权系数为M=1, N=0.71, L=1。

由于三类误差均对转角误差、倾角误差有影响, 那么就可以把加权系数代入, 从而计算出三类误差。因为要保证转鼓相邻的两个加工面的转角误差不大于20角秒, 需要把各个面的加工误差控制在10角秒以内。计算得到横滚轴和方位轴的三类误差指标分别为:回转误差2.6角秒, 定位误差3.7角秒, 垂直度误差3.7角秒。同样, 方位轴在转动过程中, 也要保证每次回转时产生的倾角误差在10角秒以内, 则前面计算得到的三类误差满足要求。根据加工转鼓的加工工序可知道, 加工完一个面后, 需要转动横滚轴180°, 所以影响转鼓平行度误差的是横滚轴的回转误差和定位误差。由于横滚轴每次转动时产生的误差要控制在7.5角秒以内, 而前面计算出来的回转误差和定位误差之和小于这一数值, 则满足转鼓的加工要求。

结语

本文通过对二维数控精密转台的精度计算和分析, 确定了对转台精度起主要影响作用的三类误差指标。计算结果表明:三类误差对指向误差的影响程度不同。根据这一结论, 对误差进行分配。本文的结论可作为转台精度的技术要求, 为转台的设计提供依据, 因此对转台的制造具有重要的指导意义。

参考文献

[1]张文涛.金刚石飞切二维转鼓加工精密转台定位精度分析.新技术新工艺, 2011, 11:40-42

[2]白雪峰.单轴速率三轴位置惯性测试转台误差及传递分析.航天控制, 2006, 24 (02) :26-29

[3]Louis A DeMore.Design Study for a High-Accuracy Three-Axis Test Table.AIAA Guidance and Control Conference, 1985, 10 (01) :104-114

[4]周锐等.飞行仿真转台指向误差分析及误差分配.航天控制.1996, 14 (03) :66-72

精密医疗仪器的技术管理 篇9

我国精密医疗仪器与国际先进水平相比, 品种少、性能差、技术含量底、整体创新能力差。企业通常只能靠引进吸收国外产品的技术来开发, 或者是全套 (包括专利、设备) 引进。往往是当自己的产品生产出来时, 国外又出现更大的技术突破, 这就使我们总是处于被动的局面。造成这一现象的主要根源在于忽略了基础研究, 只图眼前利益。无数事实表明, 以往企业在开发产品时, 往往急功近利、仓促上马, 不愿意在基础甚至基础技术研究上有所投入, 其结构必定造成产品档次低, 缺乏创新意识和专利技术。这不仅容易造成产品专利侵权, 也容易造成企业间低水平重复, 企业的人员知识退化严重。在诸如科学基金、创业基金、973、863等重大攻关项目中, 由于缺少有关医疗仪器的专项, 因此就整个医疗器械产业而言, 缺乏技术储备。

2 仪器管理中存在的问题

2.1 抓仪器管理工作力度不够

在日常工作中, 医院业务部门只注重制定经济指标, 追求经济效益;医院领导只注重完成医院业务部门制定的经济指标和日常临床检验及行政管理工作, 往往忽视了仪器的使用管理和维修管理工作, 尽管制定仪器各种管理制度的条款不少, 但没有把其落到实处。

2.2 重使用、轻维护仪器

一般情况下, 仪器操作人员只注重仪器的使用, 往往忽视仪器的维护保养。检验仪器是集光、机、电、计算机等多学科于一体, 其要求的准确度和精密度都很高, 它对使用环境和操作人员素质同样要求很高。有的操作人员对仪器爱护不够, 在仪器开机前忽视机房的湿度和温度, 不提前开启去湿机和空调;在使用试剂时, 碰到试剂滴落仪器上, 不及时清洁干净;没有做定期保养工作;环境卫生较差, 灰尘往往经过仪器冷却风扇和静电吸尘作用进入仪器内部, 常常影响仪器的稳定性和准确性;这些因素均能造成仪器发生故障, 缩短仪器的使用寿命, 增加经济成本。

2.3 管理人员缺乏电子医学工程知识

通常情况下, 在专业领域里, 检验科仪器操作人员熟悉的是临床检验知识, 他们对检验仪器技术参数、一般工作原理和仪器的操作方法很熟悉。但是仪器操作人员对电子医学工程知识、日常维护知识、仪器内部结构和系统工作原理尚不了解。

2.4 工程科技术人员培训工作易被忽视

检验科和设备科共同合作完成检验仪器使用管理和维护管理, 保障仪器正常运转, 两者缺一不可。在购进一台仪器时, 医院业务部门比较注重岗位培训使用人员, 往往忽略维护人员的培训, 这是管理工作中的不足之处。仪器的使用率和完好率与操作者和维护者的技术水平密切相关, 重使用、轻维护不可取。

3 技术管理方法

3.1 积极做好仪器管理工作

仪器负责人不但要会操作仪器, 还要精通仪器管理知识, 敢于管理善于管理, 提高负责人员的管理意识, 落实岗位责任制, 提高管理效益。管理人员应制定仪器使用管理制度, 仪器使用管理制度主要包含以下内容:

3.1.1 持证上岗

在日常工作中, 严格遵守规章制度。加强操作人员的岗前培训工作, 建立相应的持证 (仪器使用操作证) 上岗制度, 只有经过严格的专业培训, 才能上机操作仪器。

3.1.2 制定操作规程

在操作中, 应按照规程操作, 对仪器建立记录操作规程卡片, 严格卡片上的注意事项和使用规定, 专用专管贵重仪器, 使用登记本登记贵重仪器。

3.1.3 确保检测结果准确、仪器使用安全

应及时报告仪器在使用过程中出现故障和异常现象, 请仪器厂家售后服务工程师进行修理或指导维修, 确保仪器工作的安全性和检测结果的准确性。

3.1.4 仪器日常保养和定期维护落到实处

负责人应定期对仪器进行维护监管和保养, 防止发生仪器管理制度落实不到位的现象。

3.1.5 建立适合仪器工作的环境

对于仪器室, 应该保持恒温、防尘、恒湿、防鼠害、防阳光直射, 以及水、电源电压、汽、接地电阻等符合技术要求。

3.2加强管理, 积极使用

医疗仪器是为临床诊治疾病服务的, 它是提高医疗技术水平的物质基础。医务人员要借助于医疗仪器对病人进行早期诊断, 及时治疗, 因此, 对医疗仪器要充分发挥它应有的效能。所谓积极使用, 并非盲目蛮干, 购进一台仪器, 首先要全面了解其性能, 按照操作规程, 以高度负责的态度和严肃认真的精神进行操作使用。相反, 如果长期不用仪器, 倒会出现老化, 霉变, 从而缩短仪器的使用寿命。况且, 随着现代科学技术的飞跃发展, 医疗仪器都在日新月异的更新换代, 长期不用, 很快就会落后了形势而被淘汰。所以医疗仪器要在严格管理的前提下积极使用, 使其发挥最大的效能, 更多地为病人造福。

3.3 专人管理, 责任到人, 建立使用登记制度

医疗仪器实行专管共用, 所谓专管共用。包括管和用两个方面, 就是专人管理, 共同使用。但要防止两种倾向:一种是怕共用使仪器损坏, 因而千方百计地阻挠别人使用, 致使医疗仪器长期放在实验室里成了陈列品, 使用率降低, 发挥不了应有的作用。另一种就是只强调共用, 无专人负责, 致使仪器很快损坏。因此, 如何解决管与用的矛盾, 就成了当务之急, 一要管好, 必须加强责任制, 专人负责, 专门管理;二要用好, 在使用仪器时严格按照操作规程进行, 充分发挥仪器设备的作用, 以达到专管共用的目的。

3.4 严格验收, 定期检修, 健全仪器资料档案

医疗仪器的检查维修要制定制度, 定期检查, 健全资料档案, 发现损坏及时修理。对于一些使用率较高的仪器, 如心电图机、吸痰器等, 做到随坏随修, 使其经常处于良好的技术状态。仪器档案要有专人管理, 妥善保存, 医院对贵重仪器要建立档案, 使管理人员可以直接通过档案资料了解仪器的全貌, 同时还掌握各科室对仪器的使用、管理情况。

3.5 集中管理, 经配使用, 成立医疗仪器中心

为了充分利用现有设备条件充分发挥其最大效能, 对医疗仪器集中管理, 做到人尽其才, 物尽其用, 成立医疗仪器中心这是医院医疗仪器科学管理的好方法。通过实践, 它可以起到医疗仪器专管共用的作用, 使医院主要仪器集中使用, 便利临床, 促进科研。仪器集中使用, 不但能充分发挥仪器效能, 而且还能加强科室间团结, 进一步调动各科室的积极性, 密切科间关系, 仪器中心可根据实际需要, 合理地购置先进精密仪器, 并且及时掌握国内外的仪器动态, 对仪器的性能、技术指标、工艺水平、使用期限、精密程度等资料做到周密调查, 注意仪器的先进性, 不至于八十年代买进七十年代以前的产品, 同时在购置仪器时, 能够统筹安排, 克服订购进口仪器不配套影响使用的缺点。

4 结论

近20年来, 由于各类医院采用了新型电子、计算机、激光、精密设施制造等先进技术, 现代医学检验设施发展日新月异, 已成为当今医院中重要的检验和诊断设施。因此, 对从事相关专业的工作人员来说, 了解精密医疗仪器的使用中所存在的问题和维护常识非常重要。本文基于精密医疗仪器的理论知识, 分析了精密医疗仪器的现状、使用中所存在的问题及其维护方法。随着经济全球化进程的加快, 医疗仪器将越来越普遍化, 医疗仪器的使用将越来越受到重视。

参考文献

[1]刘彤.我国精密医疗仪器应加强自主研制[J].医疗保健器具, 2005, (06) :48.

[2]严建华.加强医疗设备仪器管理[J].衍生经济研究, 2010, (05) :29.

[3]杨学会, 李德忠, 童晨坚.医院检验仪器管理问题探讨[J].医疗设备信息, 2004, (03) :54-55.

[4]姬宏伟.医疗仪器设备管理的探讨[J].人民军医, 2008, (06) :76-77.

精密分析仪器 篇10

【关键词】钛合金 熔模铸造 面层 专利分析

引言

熔模铸造过程中型壳制造即结壳包括浸涂料、撒砂、硬化、脱蜡等步骤，其中浸涂料是将蜡模组置于涂料中浸渍，使涂料均匀地覆盖在蜡模组的表层，涂料是由耐火材料、粘结剂组成的糊状混合物，这种涂料可使型腔获得光洁的面层[1]。

近年来，熔模精密铸造技术成为制备钛及钛合金铸件的热门技术，关于该项技术的专利申请也与日俱增。与其他常规金属相比，钛在高温下会与各种气体及常用的耐火材料发生反应，从而使得熔体质量下降，因此在钛合金熔模铸造过程中熔模铸型材料的选择是钛合金铸造技术的关键[2]。

本文所涉及的数据采集自中文数据库CNABS和外文数据库VEN中截止到2014年6月18日已被收录的公开专利申请数据。结合分类号和关键词进行检索，之后对所得到的专利申请数据进行逐篇筛选、并对其进行必要的技术标引，得到有效数据221项，以此作为分析基础。

1 专利申请概况

1.1 申请量趋势分析

该技术首次专利申请为1964年GEN ELECTRIC提出的US3284862。20世纪70年代铸钛进入了迅速发展的新阶段，在随后的30年中持续增长，并于1991年-2000年间达到申请量的最高峰。但从2000年开始至今，申请量呈递减趋势，原因可能该技术已经发展到较为成熟或达到瓶颈阶段。

1.2 申请产出国分布

该技术主要集中在日本、中国、美国，且尤以日本的申请最多（占到39.4%），其它国家公開的申请量与其相比差距较大，可见日本在该领域具有极强的研发能力；位列第二的中国只占17.1%，与日本相差较大，中国应加强在该领域的研究。

1.3 主要申请人

该技术的国外专利申请基本上主要集中在日本和美国，超过15件的两大公司分别是日本的KAWASAKI STEEL CORP和美国的REMET CORP。总体上，在日本和美国呈现出多家公司共同发展、齐头并进的趋势。

2 技术分析及其发展趋势

目前世界上在生产中采用的钛合金熔模精密铸造系统的型壳材料主要包括石墨熔模铸型、氧化物陶瓷熔模铸型、难熔金属粉末熔模铸型以及其他材料[3]，最后在80年代、90年代基本统一演变为惰性氧化物熔模铸型，使惰性氧化物陶瓷成为主要面层型壳材料。

2.1 石墨熔模铸型

US3256574首次提出以人造石墨为耐火材料、硅树脂为粘结剂的熔模铸型型壳面层材料，并随后申请了大量的专利。SU486845、SU574267也采用石墨—树脂熔模型壳生产钛精铸件。然而，人造石墨易氧化，吸附气体能力强，热导率高，易使铸件表面出现微裂纹，浇铸时不能在过高的温度下预热，除去“α”层时会使钛铸件精度受到影响。故该种铸型仅仅在20世纪70年代申请量较多，现已基本不用。

80年代后，Howmet公司已转向惰性面层陶瓷型壳如US4703806采用氧化钇陶瓷作为耐火材料，US5975188采用氧化铒及其它陶瓷颗粒。

2.2 惰性氧化物熔模铸型

US4196769采取向ZrO2中加入4%～8%的CaO，经高温电熔或煅烧后得到稳定的ZrO2固溶体。美国GARRETT CORP公司的Richerson US4040845采用以Y2O3为主，混有少量稀有重金属氧化物制成陶瓷坩埚和铸型，效果较为理想且降低了成本，但存在工艺反复、成分复杂、高费用的缺点。

LaSalleUS5766329采用碳酸钙预制涂料浆制备氧化钙面层涂料，采用碳酸钙经1000℃焙烧，使其转化为CaO，并在700℃～800℃下浇铸，可以避免吸潮，但仍需经过预先的除杂处理。

2.3 难熔金属粉末作面层的熔模铸型

US3743003用金属有机化合物作粘结剂难熔金属粉作面层耐火材料，为保证壳型的稳定性还添加一种阻化物生成剂，经高温氧化焙烧后在由粘结剂转化成的氧化物上覆盖一层还原后的难熔金属。因此，这种模壳具有较高的热稳定性可预热到1000℃以上，能浇铸出表面无沾污的薄壁（2mm-1.27mm）钛精铸件，缺点是铸件表面会粘结部分难熔金属粉，需进行碱洗处理，面层热导性很高铸件易出现冷隔缺陷。

US4196769和US4216815进一步提出采用部分稳定的稀土氧化物取代难熔金属粉，从而降低了模壳成本，又减少了形成冷隔缺陷的倾向。90年代后Rem公司已转向采用惰性面层陶瓷型壳来生产钛铸件，如US5738819完全以氧化钇陶瓷作为型壳耐火材料。

2.4 其他材料

还有一部分专利游离于上述三大系统之外，其耐火材料成分一般为碳化物、硼化物、硅化物和硫化物等，如TiC、ZrC、Cr3C2，、TiB2、MoB2、CrB2、TaB2、MoSi2、CeS，相关的专利申请JPH05163112以TiC为耐火材料，磷酸盐、碱金属氧化物作粘结剂，DE59712839以氮化物、SiC和陶瓷氧化物混合作为耐火材料等。

结语

从国外钛及钛合熔模精密铸造型壳材料的专利技术发展来看，该技术领域虽然起步较晚，但发展迅速目前已基本成型，然而从各铸钛公司和研究所的申请来看，由于对造型材料和制壳工艺的严格保密，其使用的都是各不相同的铸型材料和铸型工艺；而对于国内的申请人来说，水平可能还参差不齐，先进技术主要还是掌握在少数几家申请人的手中，且从专利申请上来看，与世界发达国家还存在较大的差距，国内申请人应多加强相互之间的交流，争取从铸型材料以及制壳工艺的选择上寻求突破。

参考文献

[1]邓文英.金属工艺学（上），北京市：高等教育出版社，1964.10.

[2]黄东等.国外钛和钛合金熔模精铸涂料浆的研究和发展.铸造，2004年第53卷第3期：179-182.

精密分析仪器 篇11

1 整车动力学模型

研究对象中的牵引车和半挂车均为两轴车, 半挂车采用平衡悬架. 设半挂车及货物质量为m1, 绕质心轴的横向和纵向转动惯量分别为Jx1和Jy1;牵引车质量为m2, 绕质心轴的横向和纵向转动惯量分别为Jx2和Jy2;牵引车前轴和后轴的质量为m3和m4, 绕质心轴的横向转动惯量分别为Jx3和Jx4;牵引车前悬架的垂直刚度和阻尼系数分别为k3和c3, 后悬架的垂直刚度和阻尼系数分别为k4和c4;牵引车前轮的垂直刚度和阻尼系数分别为kt3和ct3, 后轮的垂直刚度和阻尼系数分别为kt4和ct4.半挂车第1 轴和第2 轴的质量均为m5, 绕质心轴的横向转动惯量均为Jx5;平衡悬架的垂直刚度和阻尼系数分别为k5和c5, 半挂车前后车轮的垂直刚度和阻尼系数均为kt5和ct5;牵引悬置装置的垂直刚度和阻尼系数分别为k6和c6, 则可建立半挂运输列车的动力学模型如图1 所示.

1—半挂车;2—牵引车;3—牵引车前轴;4—牵引车后轴;5—半挂车第1轴、第2轴

图1 中各黑点为各部件总成的质心位置, l1和l2分别为牵引车质心到前悬架和后悬架的纵向距离, l3为牵引悬置装置到牵引车质心的纵向距离, l4为牵引悬置装置到半挂车及货物质心的纵向距离, l5为平衡悬架到半挂车及货物质心的纵向距离, 半挂车的两个车轴到平衡悬架的纵向距离相等, 为l6. b1和b2分别为牵引车前轮轮距和后轮轮距, 半挂车前轮轮距和后轮轮距相等, 为b3;b4和b5分别为牵引车前悬架的横向距离和后悬架的横向距离, b6为半挂车平衡悬架的横向距离.

定义半挂车及货物质心垂直方向的位移为z1, 绕质心轴的横向和纵向转角分别为 α1和 β1, 牵引车质心垂直方向的位移为z2, 绕质心轴的横向和纵向转角分别为 α2和 β2, 牵引车前轴质心垂直方向的位移为z3, 绕质心轴的横向转角为 α3, 牵引车前轴质心垂直方向的位移为z4, 绕质心轴的横向转角为 α4, 半挂车第1 轴质心垂直方向的位移为z5, 绕质心轴的横向转角为 α5, 半挂车第2 轴质心垂直方向的位移为z6, 绕质心轴的横向转角为 α6. 以这14个量为广义坐标X, 即取

即可得到14 自由度动力学模型 (见图1) , 模型中q1和q2分别为牵引车前轴的左车轮地面激励和右车轮地面激励, q3和q4分别为牵引车后轴的左车轮地面激励和右车轮地面激励;q5和q6分别为半挂车第1轴的左车轮地面激励和右车轮地面激励, q7和q8分别为半挂车第2 轴的左车轮地面激励和右车轮地面激励.

2 振动微分方程

根据汽车理论, 该车辆振动系统为线性常参数系统, 则在广义坐标X下, 利用拉格朗日法建立的振动微分方程的形式为

式中, T, U和D分别为系统的动能、势能和能量耗散函数;xi为系统第i个广义坐标, ˙xi为xi对时间的导数;Qi为对应于广义坐标xi的广义力.

根据多自由度系统振动理论, 容易求得以xi, ˙xi及各系统参数表示的系统的动能T, 势能U和能量耗散函数D, 它们分别是xi和 ˙xi的二次函数. 利用式 (2) 可得振动微分方程, 用矩阵形式可表示为

式中向量F为激励, 即

M为质量矩阵, 为14 阶对角矩阵, 即

C为阻尼矩阵, 其元素cij (i = 1, 2, · · · , 14; j =1, 2, · · · , 14) 可由能量耗散函数D表达式中 ˙xi˙xj项的系数乘以2 得到;K为刚度矩阵, 其元素kij (i = 1, 2, · · · , 14; j = 1, 2, · · · , 14) 可由系统势能U表达式中xixj项的系数乘以2 得到. 计算得到的矩阵K和C均为14 阶对称矩阵, 限于文章篇幅, 各元素的具体表达式不再一一列出.

3 振动系统的模态分析

3.1 模态计算方法

设为状态变量, 令F = 0, 由式 (3) 可得系统的自由振动状态空间方程为

式中

假设方程的解为

式中 ϕ = {φ, γφ}T, φ 为系统的复特征向量, γ 为系统的复特征值, 将式 (7) 代入式 (6) , 然后两边左乘A-1, 得

式中, I为单位矩阵. 令R = -A-1B, 应用MATLAB软件进行数值计算, 由矩阵函数eig (R) 可得特征值矩阵 Λ 和特征向量矩阵 Ψ, 即

式中 ϕr, φr和 γr (r = 1, 2, · · · , 14) 均为复数, ϕr*, φr*和 γr* (r = 1, 2, · · · , 14) 为其共轭复数, Ψ 为复模态矩阵, Φ 为模态振型矩阵[7], 即

3.2 典型半挂运输列车的模态计算

利用前面的动力学模型和上述方法对典型的具有牵引悬置装置的半挂运输列车进行模态计算. 牵引车的重量取为6 250 kg, 轴距为3.5m, 半挂车及货物的重量取为23 t, 两轴间距为1.3 m, 牵引悬置装置的垂直刚度和阻尼系数分别取816 k N/m和7 k N·s/m. 所有车轮的阻尼系数取为0, 其余车轮和悬架参数、质量参数及图1 中的尺寸参数分别列于表1、表2 及表3 中.

分别考虑无阻尼和有阻尼两种情况, 利用MATLAB计算前6 阶特征值和特征向量. 经计算, 无阻尼情况下第1 阶固有频率约为1.49 Hz, 振型主要为半挂车上下和俯仰振动以及牵引车的上下振动, 上下振动成分中牵引车大于半挂车, 方向相同;第2 阶固有频率约为1.82 Hz, 振型主要体现为半挂车的侧倾;第3 阶固有频率约为1.95 Hz, 主要为半挂车的上下和俯仰振动以及牵引车的上下振动, 上下振动成分中半挂车大于牵引车, 方向相反;第4 阶固有频率约为2.34 Hz, 振型以牵引车的俯仰和上下振动为主;第5 阶固有频率约为2.53 Hz, 振型主要为牵引车的侧倾振动;第6 阶固有频率约为6.55 Hz, 主要为牵引车的上下和俯仰振动, 相应的半挂车俯仰方向与第4 阶振型相反;此外, 车桥的各阶振型也有所差异. 前6 阶振型绘制于图2 之中, 图2 (a) ∼ 图2 (f) 分别对应第1∼6阶振型, 图中虚线表示平衡位置轮廓线, 实线为振型轮廓线.

根据表1 中的阻尼取值计算此半挂运输列车的有阻尼模态, 前6 阶复特征值如表4 所示, 从表4中可以看出固有频率情况换算成赫兹后与无阻尼情况具有很好的关联性.

4 结束语

大量计算表明, 所建立的模型和推导的振动方程能有效地为具有牵引悬置装置的半挂运输列车各悬置参数的匹配设计提供理论参考. 另外, 在式 (3) 中给定路面激励功率谱, 可以利用所得到的动力学模型和方程求得半挂车及货物质心位置的平顺性指标, 也可求出牵引悬置装置的变形和动载的方差, 为牵引悬置装置的结构设计提供数据. 目前关于特种车辆货物运输问题的研究比较多, 但一般只是涉及到静力学问题[8,9], 而本文应用动力学理论与方法进行特种车辆运输平顺性研究具有很好的现实意义.

摘要：研究了具有牵引悬置装置的精密仪器设备半挂运输列车的振动问题, 建立了14自由度的动力学模型并进行振动模态分析, 在此基础上, 计算了某典型半挂运输列车在有阻尼和无阻尼情况下的固有频率和振型.

关键词：振动,平顺性,模态分析,悬置系统

参考文献

[1] 周智辉, 曾庆元.列车--桥梁 (轨道) 系统振动方程解的适应性分析.力学与实践, 2005, 27 (5) :46-49 (Zhou Zhihui, Zeng Qingyuan.Well-posedness of vibration equation of trainbridge (track) system.Mechanics in Engineering, 2005, 27 (5) :46-49 (in Chinese) )

[2] 刘隆, 谢伟平.含多余广义坐标的拉格朗日方程及实例应用.力学与实践, 2013, 35 (3) :87-89 (Liu Long, Xie Weiping.Lagrange equation with excess generalized coordinates and the application examples.Mechanics in Engineering, 2013, 35 (3) :87-89 (in Chinese) )

[3] 李鹏飞, 马力, 何天明等.商用车驾驶室悬置隔振仿真研究.汽车工程, 2005, (6) :740-743 (Li Pengfei, Ma Li, He Tianming, et al.A simulation study on vibration isolation of cab mounts in a commercial vehicle.Automotive Engineering, 2005, (6) :740-743 (in Chinese) )

[4] 赵永辉, 马力.商用全浮式驾驶室悬置系统优化设计.噪声与振动控制, 2007, (3) :83-85 (Zhao Yonghui, Ma Li.Optimal design of full-float cab suspension system of commercial vehicles.Noise and Vibration Control, 2007, (3) :83-85 (in Chinese) )

[5] 胡志国.新型半挂车悬浮式牵引装置.专用汽车, 2010, (12) :46 -47 (Hu Zhiguo.New suspending-type traction device for semi-trailer.Special Purpose Vehicle, 2010, (12) :46-47 (in Chinese) )

[6] 孙秋凤, 马力.精密设备半挂运输车悬架匹配设计及运输平顺性仿真.汽车实用技术, 2012, (3) :23-25 (Sun Qiufeng, Ma Li.Vehicle ride comfort simulation and suspension matching on precision equipment semi-trailer train.Automobile Applied Technology, 2012, (3) :23-25 (in Chinese) )

[7] 李德葆.关于复模态理论的数学方法、物理概念及其与实模态问题的统一性.清华大学学报, 1985, 25 (3) :26-37 (Li Debao.Some general concepts of complex mode theory.Journal of Tsinghua University, 1985, 25 (3) :26-37 (in Chinese) )

[8] 刘兴敏, 马力.三纵列液压模块组合挂车侧倾稳定性计算.力学与实践, 2011, 33 (5) :38-41 (Liu Xingmin, Ma Li.The roll stability of three column hydraulic module assembled trailer.Mechanics in Engineering, 2011, 33 (5) :38-41 (in Chinese) )