汽车排放和超声场计量溯源的光电混合技术研究

发布时间：2017-03-27 17:18

  本文关键词：汽车排放和超声场计量溯源的光电混合技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：测量是人类获取信息的最重要来源之一，有效的测量必须是可靠的，是有溯源性的。溯源性是指任何一个测量结果或计量标准的量值，都能通过一条具有规定不确定度的连续比较链与计量基准联系起来，实现单位统一和量值统一。进入新世纪以来，随着和谐社会的建设，计量科学更加关注环保、医疗安全等民生计量，而光电测试技术以其高精度、高速度、远距离、大量程、非接触测量、便于信息的控制和存储、易于实现自动化等优势，成为计量溯源的重要手段。 本论文应用光电测试技术对汽车排气污染物检测用底盘测功机（本文简称排气底盘测功机）的溯源进行了系统研究。首先，提出了校准方法，研制了校准标准设备--基于光电技术的滑行时间测试仪，研究了滑行时间测试仪的计量性能表征参数和校准方法，建立了汽车排气污染物检测用底盘测功机的溯源体系。其次，针对目前我国医用超声设备的输出安全检测的现状和问题，提出采取三维数字光学成像技术研究超声输出的瞬时峰值强度、峰值负声压、输出波束声强等声场参数。设计了三维数字光学成像技术测量声场的装置并作了理论分析，通过实验数据证明了方法的可行性。论文的主要工作包括以下几个方面： 1、通过对汽车排气污染物检测检测用底盘测功机的常用结构及相关技术指标的分析，提出了在用汽车排气污染物检测用底盘测功机周期校准的项目、方法和校准条件。提出了排气底盘测功机基本惯量DIW的恒扭力两次加载法校准滑行时间。为防止在用汽车排气污染物检测用底盘测功机软件作弊，在恒加载滑行时间校准中，提出了预加载法校准加载滑行时间，并通过理论推导给出了表达式。最后，通过实验数据和测量结果不确定度的分析证明了本论文所提出的校准方法的合理性和正确性，且能够满足汽车排气污染物检测用底盘测功机校准和溯源的要求。 2、根据本论文提出的汽车排气污染物检测用底盘测功机的校准方法，特别考虑到方法的溯源性，研制了基于光电技术的滑行时间测试仪作为标准设备。研制了一套在线实时数据采样处理系统，可对底盘测功机的速度、时间、力值等进行实时检测。采用两个高速光隔，对光电编码系统产生的信号进行有效的隔离，提高了抗干扰能力和工作稳定性，采用四倍频电路，提出了三次交叉平均值方法提高了滑行时间测量精度，既满足了速度判定准确性的要求，又消除了速度判定所用时间给滑行时间计时带来的误差。之后，通过试验和数据分析，证明了采取接触式采样器可使滑行时间测量仪和被校准汽车排气污染物检测用底盘测功机的速度同步性优于0.02%，滑行时间的测量误差优于±3ms。滑行时间的校准的测量结果不确定度小于底盘测功机规定的滑行时间的最大允许误差的三分之一，完全满足汽车排气污染物检测用底盘测功机的校准要求。 3、为了完善汽车排气污染物检测的溯源体系，保证滑行时间测试仪的准确性，提出了表征滑行时间测量仪计量性能的校准溯源参数、研究了校准方法和校准条件。通过实验和数据测量不确定度分析，证明了本论文所提出的方法的合理性和正确性，满足校准和溯源的要求。 4、为解决医用超声设备的输出安全的检测溯源问题，提出采取三维数字光学成像技术研究超声声场的方法。研究设计了测量系统，系统首先采取迭代算法由CCD得到的光强度图计算出超声脉冲刚通过声场后的相位图，当超声换能器沿着与入射光脉冲传播方向垂直的轴旋转180度时，通过层析算法重建光相位的三维图，并由相位、折射率和声压分布的关系，获得脉冲超声场的三维声压，通过计算可得到表征医用超声设备的输出安全的参数值。研究了GS迭代算法及其改进理论。研究相位图像的三维重建算法，提出了用Radon滤波反投影算法来进行三维图像重建处理，同时研究了在三维重建算法的数字实现过程中采样频率和滤波器的选择问题。推导计算了折射率和声压的关系式。最后，搭建了三维数字光学成像技术研究超声声场的实验装置，得出了初步实验结果，，并和水听器扫描方法得到的结果进行了比较，数据分析表明结果的一致性好，表明三维数字光学成像技术测量超声场从理论和实际都是可行的，为进一步实现医用超声设备输出安全的光学检测打下了基础。
【关键词】：计量溯源 汽车排气检测 滑行时间 超声场 三维数字光学成像
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U467.48;TN29
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-24
• 1.1 研究背景及意义12-20
• 1.1.1 汽车排气污染物检测溯源现状14-18
• 1.1.2 医用超声源输出安全性溯源现状18-20
• 1.2 本论文的结构和内容20-24
• 第2章 汽车排气污染物检测用底盘测功机的原理24-47
• 2.1 汽车排气污染物检测方法24-26
• 2.1.1 怠速法24
• 2.1.2 ASM 简易稳态工况法24-25
• 2.1.3 简易瞬态工况法（VMAS 工况法）25-26
• 2.1.4 加载减速工况法（LUGDOWN 法）26
• 2.2 汽车排气污染物检测用底盘测功机结构和技术要求26-29
• 2.3 表征底盘测功机计量溯源的参数和要求29-30
• 2.4 静态指标的校准30-34
• 2.4.1 滚筒直径误差的校准30-31
• 2.4.2 滚筒径向圆跳动量的校准31-32
• 2.4.3 速度值的校准32-33
• 2.4.4 扭力值的校准33-34
• 2.5 底盘测功机基本惯量两种测量方法34-37
• 2.5.1 飞轮拆卸测试法34-36
• 2.5.2 恒功率两次加载滑行法36-37
• 2.6 恒加载理论滑行时间计算37-38
• 2.7 实验及验证数据38-41
• 2.7.1 静态力校准38-39
• 2.7.2 速度示值校准39
• 2.7.3 排放底盘测功机速度示值误差的不确定度分析39-40
• 2.7.4 扭力示值误差的不确定度分析40-41
• 2.8 光电编码器测速方法41-46
• 2.8.1 常用的测速方法41-45
• 2.8.2 常用数字测速方法评价45-46
• 2.9 本章小结46-47
• 第3章 汽车排气污染物检测用底盘测功机的溯源47-66
• 3.1 基本惯量的校准与分析47-51
• 3.1.1 恒扭力两次加载滑行法47-50
• 3.1.2 结果分析50-51
• 3.2 恒载荷加载滑行时间51-56
• 3.2.1 恒加载方法51-53
• 3.2.2 预加载滑行试验的方法53-56
• 3.3 变载荷加载滑行时间56-58
• 3.4 内部损耗功率的校准58
• 3.5 加载响应时间的校准58-61
• 3.5.1 加载响应时间的校准58-60
• 3.5.2 加载的速度点和制动力分析60-61
• 3.6 实验结果与分析61-65
• 3.6.1 实验条件61
• 3.6.2 试验项目61-64
• 3.6.3 滑行时间测量的不确定度64-65
• 3.7 本章小结65-66
• 第4章 滑行时间测试仪的研究及溯源66-91
• 4.1 基于光电技术的滑行时间测试仪的研究66-82
• 4.1.1 概述66-67
• 4.1.2 技术方案和指标67
• 4.1.3 滑行时间测试仪的原理和组成67-69
• 4.1.4 光电编码器的测速原理69
• 4.1.5 光电编码器抗振动测速方法69-70
• 4.1.6 抗振动 M/T 测量方法70-71
• 4.1.7 判断转向71
• 4.1.8 速度信号的倍频电路71-74
• 4.1.9 系统功能的设计74-75
• 4.1.10 滑行时间的测量75-82
• 4.1.11 接触式采样器82
• 4.2 滑行时间测试仪的溯源82-86
• 4.2.1 滑行时间检测仪校准指标和方法的确定83-84
• 4.2.2 速度测量误差的校准84-85
• 4.2.3 滑行时间测量误差的校准85-86
• 4.2.4 采样器转动轮直径的校准86
• 4.3 试验数据及分析86-89
• 4.3.1 校准滑行时间测试仪试验数据86-88
• 4.3.2 采样器转动轮直径校准结果不确定度评定88-89
• 4.4 扫频信号发生器扫频时间测量方法89
• 4.5 本章小结89-91
• 第5章 超声场计量溯源的三维数字光学成像研究91-114
• 5.1 概述91-92
• 5.2 光学测量超声场的常用方法92-96
• 5.3 超声场的三维数字光学成像技术检测系统96-98
• 5.4 超声场的三维数字光学成像技术理论分析98-104
• 5.4.1 强度图复原出相位信息的算法分析99-100
• 5.4.2 相位图像的三维重建算法分析100-102
• 5.4.3 超声场中声压和折射率的关系分析102-104
• 5.5 三维数字光学成像技术检测超声场的实验研究104-112
• 5.5.1 实验系统构建与初步结果104-110
• 5.5.2 结果分析110-112
• 5.6 本章小结112-114
• 结论114-117
• 参考文献117-123
• 攻读博士学位期间所发表的学术论文123-124
• 致谢124

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