测量技术论文大全11篇

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2配置偏心距和旋转角

由于测微准直望远镜低温下监测，只能透过观察窗向真空室内部的光学靶观测．而光的传播存在折射和衍射，会对光学观测产生误差．采用数字水平仪调平望远镜的视准轴，并且借助激光跟踪仪事先将远近两处的基准靶和望远镜的视准轴中心调整至统一高程面，可以消弱光透过空气和玻璃观察窗不同介质时的折射误差．为了避免光的衍射误差，可以人为将不同十字丝目标的上下左右配置在±0．2mm以内不同偏心距上（见图4）．由于六个十字丝之间间隔太小，为了便于观测，可以将不同十字丝目标配置不同的旋转角（30度和60度），间隔放置在螺线管和超导腔下方（见图4）．

3理论模拟

在低温压力容器的元件中，除了承受由载荷（压力、外载）产生的机械应力外，由于在运行过程中元件的温度场发生变化，还将承受热应力的作用［5］．为了确定腔体、磁体、支撑以及氦容器在重力和冷缩变形时的补偿量和热应力，以减小或消除应力和变形．必须采用有限元方法，模拟低温下所有冷质量组件的热应力和冷缩变形．本文采用SOLID－WORKS建模，使用ANSYS进行热应力模拟．

3．1有限元模型及其材料属性

冷质量及其支撑组件的有限元模型如图3所示．模型中磁体、氦槽及其本身焊接连接支架采用316LSS不锈钢材料，HWR腔及其本身焊接连接支架为钛材，冷质量支撑组件和腔体的6根横梁采用钛材料，准直支架及十字丝目标采用G10材料．模型中支撑杆室温端为球铰接，支撑杆低温端与钛架之间为绑定．不同接触材料之间采用螺栓连接，模拟为不同接触材料之间可相互滑动且不分离．所有冷质量材料的机械特性见表2．

3．2边界条件与模拟结果

实测的两次试验采用液氮降温，模型中支撑室温端球铰链接触面为300K室温，所建模型腔体、氦容器以及超导磁体接触面处为80K，80K表面热负荷0．1W／m2．80K下竖直和横向位移计算结果见表3，螺线管和HWR底部上移约2．0mm，横向向中心收缩约1mm．

4实测分析

4．1低温监测

先用WYLER电子水平仪，将测微准直望远镜的视准轴调平，精度控制在0．05mm／m内［6］．再调焦至远处基准靶，使用旋转按钮，摆动镜筒使其对齐远处目标中心（见图5第1步）；然后调整焦距瞄准近处基准靶，使用平移工作台，移动镜筒至近处目标中心（见图5第2步）．重复上述两步“远旋转移”多次，调整镜筒至两基准靶偏心线上，控制其直线度误差在0．1mm以内．图5中虚线矩形框代表已旋转的测微准直望远镜，实线矩形框代表已平移的测微准直望远镜，圆形目标为MAT基准靶．由于同轴十字丝目标存在加工误差，所以需要使用测微准直望远镜，借助可调丝扣，调整六个十字丝中心上下左右至设计偏心线位置．由于光学仪器不可避免地存在瞄准误差，而且瞄准误差的大小与距离成正比，呈正态分布．所以为了提高测量精度，应该采用多次测量取平均值，和尽量缩短瞄准距离的方法［7］．

4．2数据分析

两次试验降至液氮温区时跟踪仪和望远镜监测数据见图6和7．80K时竖直方向上跟踪仪监测到2号螺线管向上移动1．8mm，望远镜监测到2号螺线管向上移动1．9mm；80K时横向跟踪仪监测到2号螺线管向中心移动1mm，望远镜监测到2号螺线管向中心移动0．9mm．

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2拱坝测量放样的简易方法实例

2.1工程概况

GwayiShangani拱坝工程位于津巴布韦西部的呱邑河上，坝址在呱邑河和尚嘎尼河交汇处下游约6.0km处，距津巴布韦第二大城市布拉瓦约276.0km，是以供水为主、发电为辅的水利工程。该工程为重力式混凝土单曲拱坝，坝高78.0m，坝底厚度27.1m，顶宽8m，溢流段弧长200m，库容6.91亿m3。水库每天可向布拉瓦约供水20万m2．3.2拱坝施工测量内业计算2.2.1拱坝设计尺寸溢流段弧长200m，半径109.874m，上游面垂直，下游坡比1∶0.2；两侧止推块顶宽8m，上游坡，1∶0.1，下游坡比1∶0.25。圆心及A、B点坐标分别为（42088.550，-17954.620）、（42093.340，-17824.520）、（42196.800，-17935.800）。2.2.2拱坝平面图（见图1）3.2.3拱冠梁断面图（见图2）

2.2基准线的“线路要素”计算

以拱圈上游面，半径为109.874m，两侧止推块顶上游1m画线，作为基准线（见平面图），设右侧直线端点为起点，桩号0+000，经计算起点坐标（42083.779，-17827.656），交点JD1坐标（42264.957，-17923.951），起始方位角：332°00′34.7″，交点间距205.178m，交点转角：104°17′38″。运行“HintCAD”，按道路设计程序，将上述数据输入到“主线平面线形设计”，得到“主线平面线形”，如图3。同时得到直线、曲线及转角表，如表1。

3拱坝施工测量放样（外业施测）

3.1控制点

大坝施工测量控制系统依据原有的控制点，按照“从高级到低级，从整体到局部”的原则，结合施工布置，合理布设施工控制点。

3.2线路要素输入到全站仪

把直线、曲线及转角表中的“线路要素”输入到全站仪“道路放样”程序中。

3.3放样

断面里程为0+163.8，下游843高程坝体坡脚点的放样：此坡脚点距基准线的距离，用计算器计算，距离=相应900.15高程坝顶宽+坡度×（设计高程-地面高程），D=11.7+0.2×（900.15-843）=23.13m。调出全站仪的道路放样程序，输入里程163.8，输入左偏距23.13，此坡脚点的坐标全站仪自动计算显示，接下来就按照坐标点放样的方法，转动全站仪至放样点方位角的方向，再测量距离，进行放样。其他点的放样同上述，已知其里程和距基线的距离，就可以对其放样。

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1密集光波分复用（DWDM）系统

DWDM系统主要由光合波器、光分波器和掺铒光纤放大器（EDFA）组成。其中EDFA的作用是由比信号波长低的高能量光泵源将能量辐射进一段掺铒光纤中，当载有净负荷的光波通过此段光纤一起传播时，完成光能量的转移，使在1530-1565m波长范围内各个光波承载的净负荷信号全都得到放大，弥补了光纤线路的能量损失。这样，当用EDFA代替传统的光通信链路中的中继段设备时，就能以最少的费用直接通过增加波长数增大传输容量，使整个光通信系统的结构和设计都大大简化，并便于施工维护。

EDFA在DWDM系统中实际应用时又分为功放或后置放大器（BA），预放或前置放大器（PA）和线路放大器（LA）3种，但有的公司为了简化，尽量减少设备品种，统一为OA，以便于维护。

目前商用的DWDM系统的每个波长的数据速率是2.5Gbps，或10Gbps，波长数为4、8、16、32等；40、80甚至132个波长的DWDM系统也已有产品。常用的有两类配置。一类是在光合波器前与在光分波器后设置波长转换器（WavelengthTransponder）OTU。这一类配置是开放式的，采用这种可以使用现有的1310nm和1550nm波长区的任一厂家的光发送与光接收机模块；波长转换器将这些非标准的光波长信号变换到1550nm窗口中规定的标准光波长信号，以便在DWDM系统中传输。美国的Ciena公司、欧洲的pirelli公司采用这类配置，他们是生产光器件的公司，通常，所生产的光分波合波器有较好的光学性能参数。如Ciena公司采用的信道波长间隔为0.8nm，对应100GHz的带宽，在1545.3-1557.4nm波长范围内提供16个光波信道或光路。但他们没有SDH传输设备，因此，在系统配置、网络管理方面不能统一考虑。此类配置的优点是应用灵活、通用性强，缺点是增加波长转换器、成本较高。另一类配置是不用波长转换器，将波分复用、解复用部分和传输系统产品集成在一起，这一类配置是一体的或集成的，这样简化了系统结构、降低了成本，而且便于将SDH传输设备和DWDM设备在同一网管平台上进行管理操作。这类配置的生产厂家如Lucent、Siemens、Nortel等，他们是SDH传输系统设备供应商，有条件这样做。他们在做4×2.5G32bpsDWDM系统设计时就考虑与4×10Gbps速率的兼容，考虑增加至8个波长、16个波长、基至40个波长、80个波长，以及2.5Gbps和10Gbps的混合应用，确保系统在线不断扩容，平滑过渡，不影响通信网的业务。当然，他们也提供开放式配置，或发送是开放式，接收为一体式的DWDM系统设备。

由于初期商用的EDFA带宽平坦范围在1540-1560nm，故早期使用的DWDM系统的复用光波长多在1550nm附近。后来实际EDFA的增益谱宽为35nm，约4.2THz，其中增益起伏小于1dB的谱宽在1539-1565nm之间，若以1.6nm（对应200GHz）的波长间隔，则最少可实现8波长，乃至16波长的同步放大；若以0.8nm（对应100GHz）的波长间隔，则最少可实现16个波长，乃至32个波长的DWDM系统，再加上EDFA约40dB的高增益，大于100mW的高输出功率，以及4-5dB的低噪声值等优越性能，故极大地促进了DWDM系统的快速发展。

正如电放大器那样，光放大器在放大光信号的同时也要引入噪声。它由光子的自发幅射（SpontaneousEmission）产生。此种噪声和光信号在光放大器中一起放大，并逐级积累形成干扰信号，即熟知的放大自发辐射（AmplifiedSpontaneousEmission，简写为ASE）干扰信号。这种ASE干扰信号经多经光放积累的功率会大到1-2mW，其频谱分布与波长增益谱对应。

这就是为什么经过若干个OLA放大后必须经过光电变换，分别取出各波长光路的电信号进行定时、整形与再生（3R），完成光数字信号处理的主要原因，它决定了电中继段或复用段的最大距离或最大光中继段数。当然，其他因素例如允许的总的色散值也决定此电中继段的最大距离，这要由系统设计作光功率预算时，哪个因素要求最严格来确定。

2DWDM系统的测试要求

以SDH终端设备为基础的多波长密集光波分复用系统和单波长SDH系统的测试要求差别很大。首先，单波长光通信系统的精确波长测试是不重要的，只需用普通的光功率计测量了光功率值就可判断光系统是否正常了。设置光功率计到一个特定的波长值，例如是1310nm还是1550nm，仅用作不同波长区光系统光源发光功率测试的较准与修正，因为对宽光谱的功率计而言，光源波长差几十nm时测出的光功率值的差别也不大。可是，对DWDM系统就完全不同了，系统有很多波长，很多光路，要分别测出系统中每个光路的波长值与光功率大小，才能共发判断出是哪个波长，哪个光路系统出了问题。由于各个光路的波长间隔通常是1.6nm（200GHz）、0.8nm（GHz），甚至0.4nm（50GHz），故必须有波长选择性的光功率计，即波长计或光谱分析仪才能测出系统的各个光路的波长值和光功率的大小，因此，用一般的光功率计测出系统的总光功率值是不解决问题。其次，为了平滑地增加波长、扩大DWDM系统容量，或为了灵活地调度、调整电路和网络的容量，需要减少某个DWDM系统的波长数，即要求DWDM系统在增加或减少波长数时，总的输出光功率基本稳定。这样，当有某个光路、某个净负荷载体，即光波长或光载频失效时，又用普通光功率计测量总光功率值是无法发现问题的，因为一两个光载频功率大大降低或失效，对总的光功率值影响很小。此时，必须对各个光载频的功率进行选择性测量，不仅测出光功率电平值，而且还准确地测出具体的波长数值后，才能确切知道是哪个波长哪条光路出了问题。这不仅在判断光路故障时非常必要，而且在系统安装、调测和日常维护时也很重要。

此外，为了测量光放大器增益光谱特性，尤其是增益平坦度，需找出各波长或各光路的功率电平差值时，也必须测量出各光路的波长值和光功率值。

为便于查寻光线路放大器的故障，除测量各个光路的波长值和光功率外，还要测量出各个光路的信噪比（OSNR）。这里，在测量OSNR时要注意测量仪表的噪声带宽。例如用HP70952B光谱分析仪（噪声带宽1nm）测量的OSNR要比用Agilent86121AWDM光路分析仪（噪声带宽0.1nm）测量出的OSNR低约10dB；这是因为前者取出的噪声功率是后者取出的噪声功率的10倍，自然，前者测出的OSNR要低约10db（因光信号功率测量有差别）。

由于DWDM系统有n个波长，n个光路，等效于n个虚SDH光通信系统，故在系统的重要测量点必须有光分路器（分光器），以避免在做波长和功率测量时中断系统，造成大量业务丢失。

为便于比较对照，将OSP-102/OMS-100组合测试仪和一个典型的实验室用光谱分析仪OSA的技术规范列在一起。

3可调谐光滤波器

为使具有光谱分析仪功能的仪表适合现场测试，需要有轻便灵巧的可调谐光滤波器选择光波长。它是一个可调法布里-泊罗（Fabry-Perot）滤波腔体，它的基本结构是由两块部分镀银的板构成反射平面，两块板相对分开的距离是可普的。其滤波原理是：对某个波长的光，当调节两块板之间的距离，使在两块板之间反射引起的部分射线在相位上完全重叠时，滤波器对该波长的光是直通的，而对其他波长的光会引入很大的衰减。

这种可调谐光滤波器与光分度计或旋转干涉滤波器相比有很多优点。它没有轴承、轴、马达等，不存在由于连续持久的操作引起磨损、破裂等问题；结构非常坚实，对振动不敏感。它是不可逆的光器件，无论是衰减，还是通常波长均与输入光波的射线极化无关；这一优点在有几个波长激光器都调整到有相同输出光功率时尤其重要。

4便携式光谱分析仪

适用于DWSM系统现场安装调测与日常维护的便携式光谱分析仪，除去前已介绍的HP70952B,Agilent86121A外，现举OSP-102插件和OMS-100主机配合专用于DWDM系统测试的便携式光谱分析仪为例，说明采用可调谐光滤波器一方面使成本显著降低，一方面使重量减轻。体积缩小，有利于便携。为便于使用，还增加了下述分立的应用方式。

（1）光谱分析仪方式

用可调谐光滤波器沿着要选测的波长范围调整移动，将以图形方式显示测量结果，可用游标定位估计波长、功率数值，以及各波长和功率差值的测试数据。还可用存储器存储两个光谱的测试数据进行比较。

（2）光纤系统方式

用表列出直到16个光路或波信道的被测试的波长、功率和S/N。这种应用方式对光纤通信系统的日常维护测试特别有用。因为在DWDM系统的运行过程中，通常不希望光载频信号的功率超过规定的容限。

（3）光功率计方式

可调谐光滤波器固定调整到所选的波长，以数字显示该波长的光功率，就可以用来检测该光路或信道光载频功率随时间的变化，即稳定程度。这一方式在检测中断故障时尤其有用。

（4）监视器输出方式

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2间接计算法

这种方法需要获知几种变压器其绕组的热点温度,通过套入公式来间接计算需要测量的变压器的温度。这种计算方法的模型有三种,分别基于技术标准、热路和热阻。这种方法的优点是计算结果准确,实用性非常强。

3在线测量技术的优越性

上文中提到,直接测量法成本高昂且结果不精准,光纤光栅法结果精准,但成本高昂,而热模拟法虽然在日德等许多国家都有应用,但理论分析与实际情况有着巨大差别,导致了测量结果的较大偏差。仅间接计算法按照《油浸式变压器负载导则》中提到的计算公式[2],可以较准确地计算出变压器的热点温度。间接计算法经济实用、操作简便的优越性使其在变压器测温方面得到了广泛应用。由于间接计算法要通过几种变压器来间接获得最终结果,计算过程耗费时间较长,对计算机运算能力要求极高,待结果得出后向有关部门反应,有关部门再派出维护人员进行维修,这使得间接计算法暴露出一个非常明显的缺点——计算复杂、反应不及时。为此,业界许多研究人员对变压器的温度测量方法进行了深入的研究,目前已经取得了一定的研究成果,制作出一种在线监测仪器。这种仪器基于负载导则,模型依循旧版导则的简单计算公式,受到外界影响的可能非常小,结果的精确度非常高。由于计算公式涉及到的温度是稳态温度,不必考虑不同时间段温度的变化会对最终结果造成影响。在线监测仪器内置GPRS模块,可以与距离较远的变电站实现远程监测与控制。

4在线测量系统

4.1在线测量系统的工作原理

在线测量系统包括上位机、下位机、传感器和变压器本身。电力人员在油浸式变压器内安装在线监测仪器,在线监测仪器包括N个温度传感器,传感器在变压器温度上升时通过下位机中内置的GPRS模块将信息传送至变电站的控制中心,变电站的工作人员通过上位机获得变压器的温变信息,可以及时快速地安排人员前去维护。下位机的主要部件有温度传感器与单片机处理单元。下位机在变压器上只需安置五个检测点,即可对变压器的底部、油面、顶部、箱体以及环境五处温度进行及时的监测。下位机内置微处理器,与传感器相连,通过液晶屏显示即时温度。五处检测点,有任何一点的温度值超过内置的温度标准,将会引发微处理器发生报警信息。下位机通过内置的GPRS模块将信息传输至变电站内的上位机,上位机内的相关软件通过代码编译,迅速显示出工作人员可以理解的曲线和数据结果,并作出音像报警和故障分析。

4.2硬件

4.2.1下位机下位机的温度传感器通常为产自美国Dallas公司的DS18-B20半导体,微处理器一般为Atmel公司生产的AT89-S52。这种微处理器的串口可以跨越较远的距离,与GPRS模块进行数据传输。YM-12684液晶屏可以显示温度信息与故障代码。温度传感器通过屏蔽双绞线将温度信号传送至单片机中,鉴于屏蔽双绞线的特性,有效距离最多为50m。4.2.2GPRS模块GPRS模块是远距离无线通信的核心,通过TCP/IP协议,数据可以畅通到达终端设备处。

4.3软件

4.3.1通信协议在线测量系统的通信协议就是上文所提到的TCP/IP协议,AT指令集也能支持。4.3.2上位机和下位机软件上位机的软件可以借助GPRS模块查询到来自下位机的变压器温度信息,并显示温变数据、绘制温度曲线、打印温度报表、做出音像报警、记录故障信息、分析故障原因。下位机的软件依托于C语言指令,循环读取各个端口的温度信息,依照内置命令完成监控、报警功能。

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作者：李智炯 单位：中国神华神东煤炭集团地测公司

矿山测量理论发展

随着电子计算机的软硬件发展，以及各种测量计算分析软件的推出，计算机已成为测量控制网优化设计、测量数据处理、自动化成图最有效和必不可少的工具。相对于以前测量工作人员在小型计算器上编程进行简单的数据处理或者进行简单的平差数据处理，现在的测量数据处理则体现出智能化、自动化和可视化，且数据处理理论得到了更深入的发展。灰色理论、小波分析、人工神经网络模型等新的理论大量应用于矿山工程测量数据处理中，单一模型的变形预测与组合模型的变形预测均得到了发展。以公路勘测数据处理系统为例，这个数据处理系统主要包括3部分:1)数据获取和处理模块;2)数字地面模型模块;3)绘图与设计应用模块。矿山测量控制网优化设计测量方案的设计以前都是凭经验进行的。随着计算机技术的应用，设计正在向着更科学的方向发展。优化设计是在现有人力、物力和财力条件下，使矿山工程控制网具有较高的精度。而在满足控制网的精度和可靠性的前提下，使成本最低。网的优化设计是一个迭代求解过程，它包括以下内容:1)提出设计任务。由测量人员与应用单位共同拟定，通常是后者提出要求，前者对其具体化，每一个优化任务都必须表示为数值上的要求。2)制定设计方案。包括网的图形和观测方案，观测方案指每个点上所有可能的观测，通过室内设计和野外踏勘来制定。3)进行方案评价。按精度和可靠性准则进行，同时考虑费用和灵敏度。4)进行方案优化。对网的设计进行修改，以期得到一个接近理想的优化设计方案。矿山测量信息管理随着矿山测量数据采集和数据处理的逐步自动化、数字化，测量工作者更好地使用和管理海量矿山测量信息的最有效途径是建立矿山测量数据库或与GIS技术结合建立各种矿山信息系统。目前，矿山测量部门已经建立了各种用途的数据库和信息系统，为矿山管理部门进行信息、数据检索与使用管理的科学化、实时化和现代化创造了条件。目前，矿山测量人员对这个问题都很重视，并且正在参与和从事各种信息的收集、传递和管理工作，建立矿山信息系统、矿山生活区信息系统、矿区信息系统以及土地信息系统等。煤矿开采沉陷预计理论开采沉陷预计理论按采用方法的基础可分为:经验方法、分布函数、理论模型法三大类。而常用的预计方法主要有:概率积分法、负指数函数法、典型曲线法、威布尔分布法、样条函数法、皮尔森函数法、山区地表移动变形预计法、基于托板理论的条带开采的预计法、力学预计法和有限元法。近年来，随着变形理论的深入发展，灰色系统理论预计法和神将网络预计法被应用到了沉陷预计领域，并有了一定的实践进展。同时，基于地质观点的沉陷预计方法也有相应报道。

3S技术在采煤地质灾害监测中的应用

以计算机技术为核心，结合数据库技术、地图可视化技术和空间分析技术，建立对包含空间定位和属性关联的问题进行计算机化处理，进而提供辅助决策的功能系统。目前，GIS已经广泛应用于地质灾害数据管理、地质灾害风险性分析和地质灾害预警等防灾减灾工作当中。由于GIS系统具有强大的空间分析能力，因此，其不再局限于某种地质灾害的分布显示，而可提供综合多种地质灾害，并能进行区域划分的功能。RS技术的应用RS(遥感技术)作为一门新兴的高新技术手段，近几年迅速在众多领域得到了广泛的使用，而应用遥感技术进行地质灾害监测的文章也多不胜数。总结归纳，遥感技术用于地质灾害监测是可行的，也是必要、可推广的。从地质灾害监测与防治的角度来看，遥感技术贯穿地质灾害调查、监测、预警、评估的全过程，为地质灾害防治提供了很好的决策参考。随着遥感技术在理论上、技术上和实际应用上的逐步发展，遥感数据源向着高分辨率遥感影像过渡，其不仅具有精确的空间分辨率，更重要的是拥有丰富的光谱信息，使具有特殊光谱特征的地物探测成为可能。这也必将使得遥感技术在地质灾害宏观调查、灾体动态监测和灾情评估中大显身手，成为地质灾害监测与防治的重要手段之一。GPS技术的应用煤炭开采中，大量的采空区随之出现，给采煤区居民的生活带来了很大的影响，而因此诱发的大量的地面塌陷灾害更给采煤区的经济带来了巨大损失。以采空区为变形体所进行的沉陷观测，受采空区自身沉陷影响，很难找到稳定的地点埋设监测基点。同时，在对沉陷引起的地裂缝进行监测时，需掌握其空间位置，针对上述工作，如果采用传统测量方法，必将面临诸多不便与不利因素。作为新一代空间定位技术的代表—GPS技术，经众多技术人员从实践角度和众多学者从理论角度的验证，其不仅可以满足沉陷观测的精度要求，而且可以实现监测工作的自动化与实时化。目前，GPS技术已广泛应用于各类变形监测项目中。而动态差分GPS技术的出现，更为地质调查、灾害地点确定等实时、高精度定位工作提供了有力支持。

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2实验过程与结果分析

实验在同一测量环境条件下进行：恒温（20℃±1℃），恒湿（50％±3％）。使激光器预热2h，激光波长稳定在632．8334nm，让导轨以某一速度匀速运动，然后对采集的信号加入电子五细分处理。在本实验系统中，由自混合干涉光路细分原理可知，一个条纹对应的运动距离为λ／8，将此波形通过阈值为0的比较器后得到对应的方波信号，再将方波信号n细分，通过计数方波的个数来得到外部物体实际的运动距离。这样处理后，可以得到的分辨率为λ／8n。一个周期内的正弦波通过过零比较器整形成方波信号，五细分后的波形如图7所示。这样通过计数的方法就可以再次提高分辨率。此外，细分处理前对干涉信号进行了整形，可以显著增强对于叠加在自混合干涉信号上的高斯噪声的抗干扰能力，使测量结果更加稳定可靠。在数字域进行细分时，将上面得到的方波信号改写成二进制码（1111100000），然后将其右移9次，将其奇数次和偶数次的右移结果两两异或，则可以得到（1010101010），即对应的五细分信号及其互补信号（0101010101），实现了对原自混合干涉信号的细分。将PD探测到的微弱信号进行电流－电压（I－V）转换后，变成电压信号，经高通电路去直流后，再经放大电路放大，通过NI公司的数据采集卡USB－6251采集，在PC机上编写LabVIEW程序进行细分计数处理。信号经数字域电子细分后，进行计数后就可以重构并显示物体的实时运动距离。测量实验使用PI精密导轨对实时测量数据进行校准。导轨的移动范围设置为0～200mm，每次匀速步进20mm，移动速度设置为5mm／s，步进10次，每次导轨的示数作为标准；该运动过程由电机自动完成，系统对每次的步进长度进行自动测量记录并给出实时误差，连续记录几十组，选择其中的5组实验数据进行分析。通过拟合曲线与误差分析可以看出，实验结果与实际运动距离有良好的线性关系，且重复性非常的好，实现了使用光学细分与电子细分相结合的方法对物体的运动距离进行实时监测，实验结果与理论分析吻合。

3讨论

激光器作为测量光路的一部分而不能成为一个独立的、波长稳定的光源，其稳定性对测量准确度有很大的影响。空气折射率的变化和角锥棱镜的直角误差也会影响系统的测试精度。1）激光器频率稳定性带来的累计误差。实验中的氦氖激光器输出光在空气中传播的中心波长为632．8334nm，短期频率稳定性为1．5×10－6，因此，在没有反馈时，激光器波长稳定性为δλ＝λδν／ν≈0．9492×10－6μm。当自混合效应反馈系数很低时，频率波动极小。理论计算表明，当外腔长度在百毫米量级时，波长稳定度可以达到10－8的测量准确度，测量不确定度小于0．4μm［9－10］。2）空气折射率变化带来的误差。测量环境的初始条件：空气压强101325Pa，室温20℃，湿度1333Pa。测量过程中，由温度、湿度以及压强传感器可知，只有环境温度会有最大不超过1℃的改变。因此得到折射率的变化为δn≈0．929×10－6。当测量长度为200mm时，测距不确定度小于0．3μm［9］。3）角锥棱镜的直角误差。角锥棱镜的直角误差会直接影响其对光路的反射特性。对于Agilent10767A型号的角锥棱镜，其3个直角误差δθ＜5″。玻璃的折射率为1．56，则测量长度为200mm的测距误差小于0．002μm［11］。由于本实验系统存在3个角锥，则测距不确定度应小于0．006μm。由以上讨论可以知道，影响测量精度的最大因素来自于激光的频率的稳定度。理论上实验系统的测量分辨率可达到波长的1／40。而实际上，受制于激光频率的稳定程度，在弱反馈条件下，百毫米量级运动距离的测量只能达到微米级的测量精度。

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测量要求：1）需结合批准可行的安装方案和批准的导管架设计图纸尺寸在电脑中事先模拟出导管架所有检测点的理论坐标；2）需提前在周围建立足够数量的坐标控制网站；3）测量仪器需具有GPS等全球定位系统及能够准确获取各点坐标的功能。使用绝对测量法的构件，通常构件繁多，测量人员难以到达，不能架设棱镜，而只能通过红外线瞄准仪进行测量事先做好的标记。如我国第一个深水项目——荔湾3-1中心平台的导管架在总装期间主要使用该法，使复杂纷繁的构件测量难点工作变得简单易行。相对测量法和绝对测量法无好坏之分，只是是否更适合而已。现阶段随着科技水平的提高，先进的测量仪器日新月异，随着导管架的设计规模和建造水平的增强，导管架的原始测量方法也被先进的仪器测量方法所取代。但即便是最先进的仪器，由于环境条件地不同，使用时也具有局限性，尤其在特殊的测量环境条件下，各方法之间具有互补性。

2常用技术

2.1连通管法

利用连通管原理，是在没有仪器或仪器难以架设的条件下所使用的一种测量水平的方法。该方法所用到的工具主要有：胶皮水管，线锤，钢卷尺等。施工时，将胶皮水管一端设置井口平台采油树一侧（做好标记），另一端作为活动端在在桩管或过渡段上移动，找到同一高度位置处做好标记（一般每个桩管或过渡段上至少取2个点）。施工时，通过图纸的要求与标记的偏差即判断出高程的变化，作到实时校正，从而达到水平测量的目的。此法古老而经典，至今仍常被工人采用，尤其在周围视觉障碍多的条件下，是普通甚至精密仪器无法取代的。但陆地导管架总装现场应用较少。

2.2三点一线法

依据三点一线的原理，是进行测量水平度、直线度的一种方法。此法所用设备简单，容易操作，适用于缺少仪器或仪器难以架设，以及穿越长度短、精度要求低的情况。此方法所用到的工具主要有：胶皮水管、铁尺、中心尺、水平尺、线锥等。施工时，通过连通管确定外部基准面，利用基准面确定测量点进行第三点测量的方法。施工时，靠观测第三点与标记的偏差即可判断出高程或直线度的变化，作到实时校正。此法在现场仍然常用，主要用于细节尺寸和机器难以观测的部位。不能同时测量所有数据。

2.3水平仪/经纬仪测量法

设定基准点，利用水平仪/经纬仪，进行定点定位测量，此方法简单、快捷、准确，提高测量效率，在施工中广泛运用。水平仪/经纬仪测量法要求水平仪/经纬仪位置摆放合理、固定，不得与现场施工设备及施工作业冲突，同时，摆放位置避免振动。测量时，通过靠观测两点的偏差即可判断出水平和垂直度的变化。该法目前仍然广泛使用。但要测量导管架所用尺寸，还需其他方法的补充。

2.4激光测量法

测量时，在工作台上安装好激光发射器，按照导管架的位置和方向调整发射器，同时在导管架上装有刻度的靶，测量时观测靶的位置与设计位置是否一致，如激光点直射靶心，说明高程符合要求。否则，存在较大偏差，需进行调正。此法在中海油青岛海工场地导管架建造过程中和曾建造的“海洋石油921、922、923、924”钻井船上大量使用，主要用在桩腿、齿轮箱以及导管架等关键构件的制作和总装控制，效果良好。

2.5全站仪测量法

此法精度高，功能强大，可同时获得坐标、距离、角度及方位等信息，是目前最常使用、甚至在一些项目上无法替代的测量方法。由于全站仪的GPS功能，大大提升了海工的建造能力，从而使复杂的结构安装变得简单容易，尤其当前我国海工项目在由浅海走向深海的过程中，对于数量繁多的导管架杆件，如仍然采用以往的老办法活水平仪和经纬仪进行测量，可能建造过程难以进行甚至不能进行。以往的测量方法归结起来可统称为相对测量法，即所有的测量数据均为直观的数据，如距离、高度、斜度等。而使用全站仪测量法后除能够实现以上测量方法，而且出现了新的测量方法，由于GPS功能的存在，测量不再按传统的方法，而是通过建模和在现场建立坐标控制网，通过现场坐标点的控制和偏差测量，实现对各杆件之间距离、对角线、倾斜度等测量，甚至通过对实际数据的采集和输入，实现对各点数据的实时获取。是目前干深水项目导管架建造中最有效的、甚至不可替代的测量方法。

3精度控制

导管架建造时期，安装精度控制主要发生在两个阶段，即陆地预制阶段和海上就位阶段[1]。陆地预制阶段的精度控制点主要有：

1）总体尺寸控制，如主导管的倾斜度、上下水平面的平面尺寸、各水平面之间尤其防沉板所在平面的标高控制，等。

2）附件尺寸控制，如靠船件、泵护管、管卡子、电缆护管等附件的安装方位控制，靠船件的标高控制，等。

3）单个构件的尺寸控制，如裙桩的安装位置，导管的椭圆度、直线度，高空杆件的尺寸控制，等。海上就位阶段的精度控制点主要有[2]：1）平台与导管架之间的吻合控制；2）导管架海上就位时的水平度控制；

3）平台间的高程控制；

4）平台间的方位控制。

4注意事项

建造期间，做好测量的精度控制应注意如下方面：

1）学会选择合适的测量设备，所有仪器的校准应在有效期内。

2）制定合理及细致的测量方案，做好测量前期准备工作，如杆件标识工作、仪器标定工作、控制网站点的埋设和校核工作等。

3）在使用全站仪测量过程中，需注意：

（1）仪器架设在控制网站点上使用前，应可以测量目标点的所有三维坐标，并事先通过与理论坐标比较确定所有点的三维偏差。

（2）主要的测量点要用洋冲打在导管及拉筋的表面并贴上标签，并计算这些点在控制网中的理论坐标。

（3）在十字花片的预制中，主要的测量点要用洋冲打点并贴上测量标签，利用全站仪等仪器测量这些点的实际坐标，通过与理论尺寸的比较，得到拉筋的偏差。测量需在焊前和焊后进行。

（4）对于登船平台、靠船件、立管卡子、套筒、浮筒及消防用水泵护管等附件的位置，测量人员通过三维坐标控制网测量预先制定在这些附件上的控制点从而得到三维偏差。

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1采用差压测量液位

由于化工生产的特点，有的工况较复杂或介质腐蚀性强，不能在设备上开孔如储槽或反应器等等，因此，用现有的液位计无法准确测量;有的虽然能测量但不能长期稳定运行，而液位又要求严格控制;有的可以选择核液位计，但核液位计不仅价格高，而且核辐射对人身及环境影响较大，运行成本也较高。采用软测量可解决类似的测量难题。下面以云南云天化国际化工股份有限公司红磷分公司磷酸厂磷酸浓缩液位测量为例(见图1)，来说明采用软测量方法解决复杂工况的液位测量的可行性。工况说明:红磷分公司1#磷酸浓缩系统由东华科技公司设计，采用强制循环真空蒸发技术，将w(P2O5)=25%左右的稀磷酸浓缩至w(P2O5)=45%～50%，同时蒸发气体采用两级逆流真空氟吸收系统生产出w=12%～16%的H2SiF6。特点是强腐蚀、高真空、设备内件复杂。控制系统DCS采用艾默生公司的deltav控制系统。

1）第一氟吸收塔T-301A液位的测量

T-301A内液相为w=12%～16%的H2SiF6，气相成分主要为HF、F2、H3PO4蒸汽，温度68℃左右，表压10kPa左右。设备采用A3钢内衬胶板，内有多层洗涤喷头。T-301A液位测量设计采用双法兰液位变送器测量，法兰膜片为钽+F隔膜。在使用过程中，由于真空度较高，负压室钽+F隔膜经常损坏，使用周期仅为一个月左右，正压室由于有F隔膜的保护能长期使用。双法兰液位计大约2．5万元一台，如此高的运行费用显然是不能接受的。2001年，笔者采用软测量的方式解决了这个问题，具体方法是:把LT-1301双法兰液位变送器改为单法兰变送器，在DCS系统中作算法，用LT-1301的信号减去PIC-1307信号模拟出液位LICA-1301。采用该测量方式后，液位测量10年来稳定运行，降低了运行成本并在公司内推广应用。

2）磷酸浓缩闪蒸室(V-301A)液位测量

磷酸浓缩闪蒸器(V-301A)是磷酸生产的重要设备，正常生产时，液相温度81℃左右，汽相温度68℃左右，表压10kPa左右，气相含F、H3PO4。设备采用A3钢内衬胶板，下半部衬胶板加碳砖，内有多层折流板。1#浓缩闪蒸器(V-301A)液位设计采用阿玛特的γ-射线液位计测量，存在测量误差大、有核辐射的问题。在LICA-1301液位测量使用软测量技术获得成功之后，仪表技术员在闪蒸器底部的进酸管上安装一个单法兰差压变送器，也使用软测量方式来测量。具体作法是:用新装的差压变送器信号LT－1303A与原有的PIC-1307压力进行计算，模拟出液位LIA-1303A。这种软测量方式虽然简单，但在实际生产中的确解决了一些测量的难题，云南云天化国际化工股份有限公司红磷分公司从2001年以来一直采用，并推广到2#、3#、4#浓缩及其它分公司。

2采用物料平衡测量液位

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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）.

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2变形监测

以变形监测技术为基础的计量全站仪技术，通过自动全站仪，能够进行可控测量，而且精度高，可以进行立体监测。现阶段的全自动测量技术在不断地取代传统的方式，对于之前的一些未能达到的领域在不断地进行突破，尤其一些先进设备的投入完成了我们人类无法完成的工作，像是机器人的投入，打破了环境的限制，未来的发展将越来越朝着高效的领域发展，不断地打破传统，使得工作的变得更加的全面，打破传统的局限性，更好的进行相关的测量工作，未来的发展将会使我们的生活变得更加的丰富多彩。

3对我国工程测量技术的探索和展望

21世纪是科技高速发展的时期，工程测量技术也处在了一个转型和蓬勃发展的时期，工程测量技术开始向着人工智能的方向发展，全自动的测量机器人将得到研发和应用；随着现代工业流程和工程技术质量要求的不断提高，三维测量技术将会得到进一步的发展，对工程的机械测量会向着人体科学测量的方向发展；多种先进仪器的集成为了测量技术发展的主流，GPS、全站仪、摄影测量仪器和激光扫描仪等的结合和集成发展，将降低测量工作的人力和成本；3S技术和变形监控技术将得到更广泛的应用；工程测量领域和军事国防领域的结合会不断提高；国家各领域的联系也会逐渐紧密。

4全面推动工程测量的几点建设性意见

4.1研究和建立现代工程测量体系。工程测量不仅是一门测量的学问，同时也是进行工业建设施工中的一个服务部门，是组织施工建设的一个前提保障。因此，应该切实的完善工程测量体系，使之逐渐的完善系统起来。要在现有的提高测量技术的前提之下，加大技术研发团队的建设，加大科研立项的鼓励，不断的拓展不同的服务业务，进行技术的全面革新，总之要不断的适应当前的市场经济体系，研究建立起一个完善成熟的体系，使之更好的适应社会发展需求，进而得以快速健康的发展下去。

4.2研发和应用工程测量新技术。工程测量技术的全面发展最终需要依托于科学技术的进步，只有测量的手段和方法得到了不断的提升，才能总根本上改变现有测量技术的现状，全面提高测量的效率和测量的精准度，因此，相关的测量部门应该加大对人员的综合素质培养，并进行一定的资金倾斜，预留出专门的技术研发资金，鼓励更多的技术人员进行全新的工程测量技术的研发，并在侧栏的实际工作中加强对于测量技术的推广和应用。

4.3做好工程测量标准化协调工作。近年来，由于国家经济建设取得了举世瞩目的成果，社会也不断的在发展进步，因此，一些项目的管理都日趋成熟起来，我们国家也因此对工程测量的标准化工作做出了一些积极的努力和改革，但是由于目前的标准化改革还不够全面，缺乏一个统一的监管部门和行之有效的监管方法，所以不同工程的测绘标准也出现了差异，这就给测绘工作带来了压力，因此，需要不断的协调好各个部门之间的关系，争取早日的将工程测量的标准统一化，系统化。

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2矿山测量技术发展的现状

（1）测量仪器的应用。

现在，岩层移动变形检测仪器、全站型仪器、卫星定位技术以及电子经纬仪等，不仅仅应用于测量地面与数据收集上，而且还能够大大提高工作效率以及测量的准确性，从而使得劳动强度大大降低，工作环境不断改善。为能够更好的开发与保护土地与矿产资源等，更好的保护矿区的环境等具有非常重要的作用；

（2）测量技术的应用。

计算机技术、遥感技术、地理信息技术以及卫星空间定位技术等，不单单是整个测绘学科的核心，而且还是整个矿山测量中的重要核心技术，同时这些技术在不断发展的过程中，其理论研究与实际应用也得以不断完善与发展。在当前矿山测量中遥感技术、数字摄影测量、卫星定位技术、机助制图、电子速测仪以及计算机处理技术等都得到了广泛的应用。矿山测量的工作者已经了解到了外业仪器设备智能化、数字化以及自动化的优越性，而对内业数据的处理、输出的一体化、形象化使得信息得以加工与处理，所以对认识资源与改造自然会不断深入，使得现代科学技术对环境保护与资源综合开发的潜力与优势得以充分发挥；

（3）变形观测的应用。

在矿山测量技术学科之中“三下”采矿研究、地表移动规律以及检测是其重要领域，这些研究具备重要的经济效益与社会效益。现在，我国在这上面的研究越来越朝着质复杂、地形复杂条件下发展，因此，对于多技术与多手段的三维空间开展计算机数值模拟、实验室模拟方法研究以及非线性理论等方法研究都予以极大的重视，而且效果显著。

3全面质量管理的探索与实践

3.1全员质量管理的核心内容

3.1.1做好测量人员的思想工作

对矿山测量工作人员开展警示教育工作，定期召开座谈会，对测量事故及其发生原因进行分析讨论，从而使测量人员树立起“质量第一”的思想，质量意识大大提高。

3.1.2测量技术与技术培训

与矿山测量实际工作需要相结合，有计划的组织所有测量工作者学习测量技术，并且交流技术经验，从而使得测量人员的操作技术、业务素质和处理问题的能力不断提高。

3.2全过程质量管理

3.2.1加强外业测量工作

在开展矿山测量工作之前一定要认真的对工具、仪器进行检查与校正，使得检测结果的正确性得以确保。熟悉并检查施工设计图纸，查阅测量资料，在对测量方案开展共同研究之后，施工人员开始下井施测，对工序的各环节进行测量，严格根据《矿山测量规程》的相关规定标准方法进行测量，在测量现场，应该将测量数据记录清楚，不能够存在涂改现象，在测量结束之后，应该对现场记录和计算推导的正确性进行检查，在保证其正确后才能够离开。

3.2.2加强测量内业计算工作

认真的检查与复算原始的记录数据，在矿山观测工作结束之后，应该对外业观测手薄里的计算正确与否进行及时的整理与检查，对检查结果是否符合各项限差要求进行观测，在确定观测结果都与要求相符后，才可以开展计算。要仔细的开展复测复算。在矿山测量工作中，要求绘图人员在计算结果的基础上开展绘图时，一定要根据“对算薄”的最终结果，并且“对算薄”一定要经由相关负责人签字确认之后才可以使用，这就在一定程度上避免了由于资料错误展开绘图而致使绘图出错问题的出现。

3.3全方位质量管理

矿山测量人员因为分工不同、管理层次不同、负责区段与范围不同，因此个作业小组应该增强组织协调，将测量工作做好，还应该把现场工作的质量保证，推广到测量工作与服务工作之中。在矿山测量工作中，都应该对之前测量成果的精确性、可靠性进行检查，根据《矿山测量规程》相关规定决定限差；对工具、仪器定期的进行检核，使得这些器具能够保持良好的状态，对于有问题的工具、仪器，杜绝使用；对设计图纸进行认真检查，在确保其准确无误后，才可以通过对算之后准备测量资料，在对测量方案进行研究之后，施工人员才可以下井施测。测量工序之中的各环节，都应该严格根据《矿山测量规程》中的标准测量方法进行测量，并进行严格把关，及时的对超限资料进行补测及重测。