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测斜探头单轴线性误差标定与补偿方法研究

王理 邱正宇 杨璐 刘丽娟

王理,邱正宇,杨璐,等. 测斜探头单轴线性误差标定与补偿方法研究[J]. 计量科学与技术,2023, 67(3): 12-19 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2022.0232
引用本文: 王理,邱正宇,杨璐,等. 测斜探头单轴线性误差标定与补偿方法研究[J]. 计量科学与技术,2023, 67(3): 12-19 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2022.0232
WANG Li, QIU Zhengyu, YANG Lu, LIU Lijuan. Research on Calibration and Compensation Methods for Single-Axis Linear Errors of Inclinometer Probes[J]. Metrology Science and Technology, 2023, 67(3): 12-19. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2022.0232
Citation: WANG Li, QIU Zhengyu, YANG Lu, LIU Lijuan. Research on Calibration and Compensation Methods for Single-Axis Linear Errors of Inclinometer Probes[J]. Metrology Science and Technology, 2023, 67(3): 12-19. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2022.0232

测斜探头单轴线性误差标定与补偿方法研究

doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2022.0232
基金项目: 湖南省自然科学基金项目(2022JJ90044)。
详细信息
    作者简介:

    王理(1988-),湖南省计量检测研究院工程师,研究方向:几何量计量、精密测量,邮箱:stevewangli@163.com

    通讯作者:

    刘丽娟(1965-),湖南省计量检测研究院高级实验师,研究方向:几何量计量,邮箱:347948057@qq.com

  • 中图分类号: TB921

Research on Calibration and Compensation Methods for Single-Axis Linear Errors of Inclinometer Probes

  • 摘要: 通过分析测斜探头的技术参数、工作原理、特点、使用和标定时的安装方式等,研究了其应用于建筑和工程监测领域测量误差的来源。针对误差来源总结了具体的解决方案,选择最小二乘法对测斜探头单轴线性误差进行补偿。提出了一种基于光学分度头的测斜探头标定方法,通过实验对测斜探头单轴线性误差补偿前后的测量结果进行对比分析,结果表明该方法可有效减小测斜探头单轴线性测量误差。对测量不确定度进行评定及分析,证明该标定方法满足要求,最后通过重复安装对补偿效果进行了验证。
  • 图  1  测斜探头

    Figure  1.  Inclinometer probe

    图  2  倾角传感器工作原理

    Figure  2.  Working principle of the inclination sensor

    图  3  垂直安装使用

    Figure  3.  Vertical installation and use

    图  4  水平安装使用

    Figure  4.  Horizontal installation and use

    图  5  标定时测斜探头的安装方式

    Figure  5.  Installation method of inclination probe during calibration

    图  6  测斜探头安装示意图

    Figure  6.  Schematic diagram of inclinometer probe installation

    图  7  光学分度头显示装置

    Figure  7.  Display device of the optical dividing head

    图  8  测斜探头测量数据软件界面

    Figure  8.  Software interface for data mesurement of the inclinometer probe

    图  9  X轴最小二乘法拟合函数

    Figure  9.  Least square fitting function for the X-axis

    图  10  误差补偿界面

    Figure  10.  Error compensation interface

    图  11  X轴误差补偿后的测量结果

    Figure  11.  Measurement results after X-axis error compensation

    图  12  X轴补偿前后线性测量误差对比

    Figure  12.  Comparison of linear measurement error before and after X-axis compensation

    表  1  标定项目及测量标准装置

    Table  1.   Calibration items and measuring standard devices

    标定项目测量标准装置
    XY轴线性测量误差1.主要测量标准仪器:精密光栅光学分度头;规格型号:SJJF-2;出厂编号:201503;MPE:2″。
    2.配套设备:电源;
    规格型号:GPC-3060D;出厂编号:GER854617;测量范围:电压:0 ~ 30 V;电流:0 ~ 3 A。
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    表  2  X轴向角度测量结果

    Table  2.   X-axis angle measurement results

    序号测量点(°)补偿前测
    量值(°)
    补偿后测
    量值(°)
    序号测量点(°)补偿前测
    量值(°)
    补偿后测
    量值(°)
    序号测量点(°)补偿前测
    量值(°)
    补偿后测
    量值(°)
    1−15.000−14.863−14.99812−4.000−3.965−4.004237.0006.9406.999
    2−14.000−13.869−13.99813−3.000−2.969−3.004248.0007.9328.001
    3−13.000−12.875−13.00114−2.000−1.975−2.004259.0008.9339.002
    4−12.000−11.893−11.99815−1.000−0.986−1.0052610.0009.92210.002
    5−11.000−10.897−11.001160.0000.000−0.0022711.00010.91911.006
    6−10.000−9.909−10.001171.0000.9960.9992812.00011.90312.003
    7−9.000−8.916−9.002182.0001.9901.9972913.00012.89413.005
    8−8.000−7.917−8.004193.0002.9782.9983014.00013.88813.999
    9−7.000−6.935−7.001204.0003.9644.0003115.00014.88815.005
    10−6.000−5.937−6.004215.0004.9574.999////
    11−5.000−4.945−5.003226.0005.9515.996////
    下载: 导出CSV

    表  3  X轴线性测量误差

    Table  3.   X-axis linear measurement error

    序号测量点(°)补偿前测
    量值(°)
    补偿后测
    量值(°)
    序号测量点(°)补偿前测
    量值(°)
    补偿后测
    量值(°)
    序号测量点(°)补偿前测
    量值(°)
    补偿后测
    量值(°)
    1−15.0000.1370.00212−4.0000.035−0.004237.000−0.060−0.001
    2−14.0000.1310.00213−3.0000.031−0.004248.000−0.0680.001
    3−13.0000.125−0.00114−2.0000.025−0.004259.000−0.0670.002
    4−12.0000.1070.00215−1.0000.014−0.0052610.000−0.0780.002
    5−11.0000.103−0.001160.0000.000−0.0022711.000−0.0810.006
    6−10.0000.091−0.001171.000−0.004−0.0012812.000−0.0970.003
    7−9.0000.084−0.002182.000−0.010−0.0032913.000−0.1060.005
    8−8.0000.083−0.004193.000−0.022−0.0023014.000−0.112−0.001
    9−7.0000.065−0.001 204.000−0.0360.000 3115.000−0.1120.005
    10−6.0000.063−0.004215.000−0.043−0.001////
    11−5.0000.055−0.003226.000−0.049−0.004////
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    表  4  重复安装后测斜探头X轴线性测量结果和测量重复性

    Table  4.   X-axis linear measurement results and measurement repeatability of the inclinometer probe after repeated installation

    序号测量点(°)第一次(°)第二次(°)第三次(°)重复性s(i)(°) 序号测量点(°)第一次(°)第二次(°)第三次(°)重复性s(i)(°)
    1−15.000−14.998−14.998−14.9940.00237 171.0000.9960.9950.9920.00237
    2−14.000−14.000−13.997−13.9980.00178182.0001.9951.9972.0000.00296
    3−13.000−13.000−13.003−12.9970.00355193.0002.9962.9992.9980.00178
    4−12.000−11.998−12.000−11.9970.00178204.0003.9974.0024.0000.00296
    5−11.000−11.003−11.003−10.9990.00237215.0004.9994.9994.9980.00059
    6−10.000−10.004−10.000−9.9990.00296226.0005.9975.9965.9960.00059
    7−9.000−9.002−9.004−8.9980.00355237.0006.9997.0026.9970.00296
    8−8.000−8.003−8.006−8.0000.00355248.0008.0048.0027.9980.00355
    9−7.000−7.002−7.002−6.9980.00237259.0009.0019.0048.9980.00355
    10−6.000−6.005−6.005−5.9990.003552610.00010.00210.00210.0030.00059
    11−5.000−5.006−5.001−5.0020.002962711.00011.00411.00511.0050.00059
    12−4.000−4.003−4.006−4.0060.001782812.00012.00312.00411.9980.00355
    13−3.000−3.006−3.003−3.0000.003552913.00013.00313.00713.0050.00237
    14−2.000−2.003−2.005−2.0000.002963014.00013.99513.99814.0010.00355
    15−1.000−1.006−1.006−1.0030.001783115.00015.00615.00315.0080.00296
    160.000−0.002−0.0030.0030.00355//////
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-09-14
  • 修回日期:  2023-04-28
  • 网络出版日期:  2023-05-16
  • 刊出日期:  2023-03-18

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