位移测量精选(九篇)
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第1篇：位移测量范文
数据处理单元包括初级信号调理、数据采集、存储等模块，主要实现以下几个功能：对TCD2703D输出的模拟信号进行调理；对调理后的信号进行数字化处理；对得到的数字信号进行存储以便后续处理。根据TCD2703D输出信号的特性，需要先对每一帧的输出信号进行初级处理，初级信号调理单元主要采用阈值调节，调节后的信号进入到数据采集处理单元。由于TCD2703D的灵敏度很高，受自然光和杂散光等的影响较大，需要精心调节阈值以降低干扰，这对确定CCD输出信号的位置有很大影响。FPGA是数据处理单元的核心元件，FPGA选用ALTERA公司的Cyclone系列的EP1C6Q144。在系统中FPGA主要实现以下功能：1)正确输出TCD2703D的驱动脉冲，实现其正确工作；2)TCD2703D每一帧的输出经过初级信号调理单元，在信号超过阈值后会输出矩形脉冲串，在FPGA中通过计算得到矩形脉冲发生的中心位置，并将该位置数据存储到SRAM中，正常工作时每秒SRAM中记录5000个数据；3)SRAM的I/O端口是复用的，为了防止端口数据之间的读写冲突，使用FPGA控制SRAM中数据的写入和读出；4)在FPGA中用硬件实现中值滤波，所设计的硬件电路能够快速、高效地对算法进行实现，取得良好的滤波效果，使处理后的数据更加准确。经过FPGA处理后，位置数据信息被存储到片外SRAM中，系统使用的数据存储芯片容量为64k16bits。使用片外SRAM基于以下的考虑：首先是增大可连续采样的时间，片外SRAM最大记录时间为12.8s；其次实现了低成本，利于应用，便于扩展。
2网络通信单元
系统通信采用主从结构，主从结构如图4所示，即主机可以和每一个从机进行通信，各从机之间不能进行数据通信。网络通信单元主要由C8051芯片、FT232芯片、RS485芯片等组成，网络通信单元具体结构如图5所示，FT232芯片实现USB接口和RS232、RS485接口之间的转换[8]；485芯片实现RS232接口和RS485接口之间的转换；C8051作为MCU，主要控制这些芯片之间的时序，防止发生总线冲突，造成通信瘫痪。网络通信单元主要有以下作用：1)下行：计算机发出的USB指令经FT232芯片和485芯片后转换成RS485远距离传送到各个CCD单元；2)上行：SRAM中存储的数据在MCU中转成RS232，再由485芯片转成RS485，经过远距离传输后，由FT232转成USB和计算机进行通信；3)使用MCU控制不同CCD单元的时序，防止总线冲突。在CCD单元和计算机之间使用RS485通信，主要实现以下功能：一是实现远程传输；二是实现多站能力。RS-485具有良好的抗噪声干扰性、长传输距离和多站能力等优点，RS-485总线一般最大支持32个节点，如果使用特制芯片，可以支持128或256个节点，最大的可以支持到400个节点。本系统使用的芯片可以支持32个节点[9]，在长线传输数据时要使用阻抗匹配的RS485专用电缆，这样可以减少因衰减和噪声等因素造成的信号失真[10]。RS-485是一种半双工通信，发送和接收共用同一物理信道，在任意时刻只允许一台从机处于发送状态，要求应答的从机侦听到总线上呼叫信号已经发送完毕，并且在没有其它从机发出应答信号的情况下，才能应答。半双工通信对主机和从机的发送和接收时序有严格的要求，如果时序上配合不好，就会发生总线冲突，严重的情况会导致整个系统通信瘫痪。为了防止这种情况发生，可以采用以下措施：1)使用MCU对通信时序做精确控制；2)发送信号和接收信号的宽度要足够宽，保证能够完整地接收一帧数据；3)任意两个从机的发送信号在时间上完全分开，避免总线争端。
3PC控制程序
PC控制程序是在VB6.0的平台下编程实现的，其主要功能包括：采样率的设置、记录时间的设置、触发方式的设置、波形数据显示和振动模拟等，PC控制程序流程如图6所示。通过PC控制程序可以对系统的采样率进行设置，范围是100~5000sps；记录时间调节范围是1~10s；系统有三种触发方式可以选择，包括手动触发、自动触发、外触发，通过对多种模式的触发设置确保对各种特征信号的准确捕捉；波形数据显示和振动模拟对线阵CCD输出信号数据进行分析和处理，以供不同的应用场合选择，PC控制程序的操作界面如图7所示。
4结论
第2篇：位移测量范文
关键词：亚像素位移测量 数字图像相关法 序贯相似法 动态阈值 梯度法
中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（b）-0001-04
光镊（Optical tweezers）又称为单光束梯度力光阱，是一种利用高度聚焦的激光束形成的三维梯度势阱来捕获、操控微小粒子的技术[1]。光镊自1986年由Arthur Ashkin[2]发明以来，以其非接触、地损伤等优点，已被广泛应用于物理学中的激光冷却、胶体化学、生物医学尤其是分子生物学等领域[3]，成为一项重要的研究工具。
光镊的一个重要功能为微小力的测量，对光阱的刚度进行标定是光镊测力的重要环节。标定光阱刚度有许多方法，常用的有流体力学法、热运动分析法、功率谱法和外加周期驱动力法等[4～6]，文献[7]详细分析比较这四种方法的优缺点，其中流体力学法和热运动分析法均需要CCD跟踪微粒运行轨迹，在微粒运行一段期间内拍摄大量的图像，然后再对些图像进行后期处理。由此可知在硬件条件一定的情况下图像亚像素分析对测量精度有着重大的意义。
亚像素位移测量的算法主要有如下几种：亚像素灰度插值法[8]、曲面拟合法[9]、相关系数插值法，牛顿-拉普森[10]（Newton-Rapshon，简称N-R）、基于梯度的方法；频率相关法，后验概率算法，神经网络方法和基于迭代的最小二乘法[11]。这些算法测量精度所称精度能到0.005～0.1pixel。常用的算法就三种，下面就简单的总结这三种算法的优缺性：亚像素灰度插值法，计算量大，精度较低，一般较少直接使用；牛顿-拉普森是基于最优化的思想，建立合理的位移和变形模型后然后进多次迭代后然后求出其中的参数，由于迭代过程中要用到灰度插值，以及灰度的梯度插值，因此目前这个算法是精度最高的，但耗时也最长。相关系数曲面拟合法，有着很强的抗噪性能，但计算精度比相关系数插值法略低。梯度法（又称微区统计特性梯度法），其基本思想是微小物体的近似刚性位移后微小变形前后点对应点的灰度值保持不变。潘兵等人，指出梯度法与曲面拟合法具有相同的效率，且精度优于相关系数曲面拟合[12]。
本文用图像相关法[12]并利用位移场的连续性，设计了一套分步计算整像素位移、压像素位移，最后将两者叠加作为最终的位移，如图1。在具体的计算过程中将集标准化协方差相关法，动态阈值序贯相似法，梯度法众多优点集于一体。最后通过仿真实验验证算法的有效性和实验。
1 本文算法的计算流程
1.1 整像素位移测量
为了提高计算的效率和速度这里采用了动态阈值序贯相似法（SSDA）[13]。下面给出动态阈值SSDA算法大致流程：
（1）定义绝对误差：
其中，，。
（2）在相邻图像中前一幅中取选定一块大小和位置合适的图像作为模板中心坐标为；
（3）确定在后面一幅图像中的搜索范围（即子图的遍历范围）；
（4）在后面一幅图像中，计算模板图像与初始位置子图中所有像素点的的累加值，并将其作为阈值的初始值；
（5）计算模板和一个位置子图中对应点的并累加记作；
（6）在计算并累加过程中比较与的大小，若在计算完每一行或一列后就立刻比较与，若，则停止计算，并将图像子移动到下一个位置，重复（4）计算，加快匹配速度；
（7）若再遍历模板图像与该位置子图的所有像素点后，有，则用T更新，并记录此子图中心点的坐标。
下面给出算法的具体流程如图2所示。
1.2 亚像素位移的测量
为了获取更高的精度，需要在正像素结果的基础上进一步进行亚像素位移的求解，设变形前的图像为，变形后的图像为，分别为对应于原图像中所求位移点在变形的图像中对应点的整像素位移，为对应于整像素位移结果的亚像素位移。
当选物体作微小位移时，且物体表面上任意一点在周围的领域内的元面积足够小，则小面元可以看成近似刚体运动，亦元面内所有的点的均匀相同的位移量。根据数字图像基本假设，在微区内，和有下面的关系：
同时，考虑到相关搜索对应变的不敏感性，设真实位移为：
定义是微区内的刻画与的相似程度函数：
在微区内，和相似程度最大，应该满足（4）式，此时应该取驻值。
将（4）式待入中并进一步表示的函数如下：
对应真实的微小变形应有：
本文中选取了公式（9）作为相似程度函数：
式中，为模板在点点处的灰度值，是变形子区在点处灰度值；分别是模板区域与变形子区的中像素灰度值的平均值。详细的推导过程，见文献[14]。
1.3 位移场的叠加
位移场叠加时考虑相邻图像之间的位置传递。例如，根据图像1和图像2，可以算出图像2相对图像1的位移增量为 ，其中是以图像1为参考系的坐标。同理由图像2、图像3，得出，其中是以图像2为坐标系，简单推导后得到图像3相对图像1的位移场为：
据此类推，可以得到任意一个图像相对于第一副图像的位移。
2 数值模拟
采用斯坦福大学Peng Zhou等人提出的算法[15]，生成标准散斑图如图3，每一幅图大小为512×512，散斑的光强程高斯分布，散斑尺寸大小为4个像素，散斑数为1200，在水平方向移动0～0.1pixel像素内以0.01步长生成9幅图像，在0.1～1像素位移范围内以0.1为步长，生成9幅图像。同时在每幅图像上取上5个不同位置的采用41×41模板，然后经行统计分析，如图4所示。
由图4可以看出，在理想的条件下，本文的亚像素有0.005pixel精度，单从精度要求上，满足光镊光镊中对亚像素速位移精度的要求。同时发现在0～0.5pixel时，计算位移值大于设定位移值，而在0.5～1pixel时计算位移小于设定的位移值。设定位移在0.5pixel时出现反转现象。
第二组实验，生成10幅散斑图像，每幅图像沿y轴上移动移动3.25 pixel，在x轴上外加一个随机0.1*rand的小位移量作为步进电机的运作时的扰动，同时兼顾电磁噪声和其他噪声，在后续的图像中加均值为0，方差为0.01+0.01*rand高斯噪声和噪声密度0.01+rand*0.01的椒盐噪声如图5所示。表1，采用相邻的模板匹配得到的不同帧数上的匹配点的坐标。图5，微粒的不同时刻的相对位置显示。
由第一幅到最后一幅在y轴理论位移量为256+9×3.25=285.250；本文提出的算法最后结果为：285.195，误差值为0.055pixel；而直接用第一幅和最后一幅相关算出的位移为：285.097；与理论值相差为0.1530pixel。显然本文提出的算法有较强的抗干扰性。
第三组实验，是比较在整像素点搜索采用动态阈值的SSDA的和普通的搜索的时间，而亚像素点的计算采用相同算法。对比，实验结果如下表2。表格中的运行时间是在CPU为Intel（R） Core（TM）2 T5870，主频为2.00 GHz处理器，内存大小为2 G，计算5次匹配所画的时间。实际上程序运行的时间取决于程序效率，编程语言、以及计算机硬件设备。本文算法基本比普通亚像素算法快1～2倍。倍数相差不明显的原因是：亚像素计算的时间占整个计算时间很大的部分。
3 结论
由上面的分析可以得出，本文给出一种了利用图像相关分析法通过整数像素位移场计算、亚像素位移计算、和位移场的叠加，来实现大位移场的高精度的亚像素位移测量的方法。在整像素的计算时采的动态的阈值的序贯相似法能使整个匹配过程所花时间节省1～2倍；第二组实验中看出，粒子运动时提高采集图像的频率能的改善测量精度，本文直接用起始位置和终点位置的图像计算出的位移误差是采集多张图像和计算相邻的位移最后按1.3所述叠加后位移出差的近似9倍。此外，虽然本文尽力考虑了各种的干扰影响，步进电机的震动，电磁脉冲的等，但是实际实验中的影响远远不如此，如细胞各自的布朗运动、焦平面的变化、光照的不均匀等。下一步工作应在光镊捕获微粒实验中检验本算法的性能。
参考文献
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第3篇：位移测量范文
关键词：岩体；智能位移测量系统；智能化；相对位移
中图分类号：Tu112.2
文献标识码：A
文章编号：1672-3198(2009)09-0283-02
1 智能位移测量系统的原理与组成
1.1 原理
该设备的工作原理是：以高精度步进电机驱动超铟钢合金轮在导轨中作一次往返运动，作为位移基本测量装置，同时采集差动位置传感器的差动电压，然后把采集到的数据进行数值分析，确定各个位置标志之间的距离，不同时刻的距离之差即为该时间段的位移变化量。
1.2 系统组成
该系统由四大部分组成：系统控制记录部分、位移驱动部分、标志捕捉部分和信号分析部分，系统控制记录部分相当于电脑的CPU，起到对整个系统进行动作控制，采样记录，信号接收与发送等功能，主要通过单片机来实现。位移驱动部分是整个系统的核心之一，其位移控制精度高，温度、震动等变化对其影响较小，对系统的总体误差起主要控制作用。标志捕捉部分是系统的另一个核心部分，它通过差动传感器得到标志点的精确点位。信号分析部分通过数值分析来确定标志点的位移和方向的变化情况。(参数要求(1)1步进电机的步进角至少在0.9°以下，位移控制差在0.01mm／m左右；(2)根据温度、震动及摩擦条件，步进电机位移误差控制在0.25mm／10m以下，步进角位移最大影响误差控制在0.01mm／r左右)。
1.3 该设备具有以下特点
(1)安装准备简单，只需最初在钻孔安装位置标志及带导轨的塑料管即可。
(2)使用简单，在需要测量时把测量仪放入孔中的导轨中，打开开关让其自动运行即可。
(3)位移测量几乎不受限制。
(4)可以测量弯曲路径。
(5)测量设备可以重复使用。
(6)选用超铟钢合金轮系统受温度影响很小。
(7)测量设备体积小，方便携带。
1.4 智能位移测量系统的主要技术创新
(1)充分利用步进电机，步进角误差的无累积性进行长距离的位移测量。
(2)利用差动位置传感器的离散信号来捕捉标志点的位置。
(3)对捕捉信号在理论曲线下进行拟合，寻其峰值，也即标志点的精确位置，利用数值方法大幅度提高位移测量精度。
(4)采取一步的信号措施，利用数理统计，使其在一定置信度下充分满足稳定性要求。
(5)设置自动往返装置，进一步减小其测量误差。
2 智能位移测量系统的使用方法
在位移检测过程中，首先根据工程实际需要，如设计中钻孔的方向(水平钻孔、竖直钻孔、斜钻孔)、深度、地下的温度和地下水等情况来选择不同型号的步进电机和转轮的材料和尺寸。安装导轨前应先固定标识点且选择相应型号的传感器。然后把导轨放入已钻好的钻孔中并且用水泥砂浆将其与孔壁固定成一体。最后打开开关让其自动运行，把系统控制记录部分，信号分析部分的结果与工程允许位移进行比较分析，最终确定岩体的变形程度。
3 室内实验
实验目的：检验相对位移测量仪器的工作性能和精确度。
实验步骤：(1)把实验导轨放置在实验台上，导轨两端固定，保证导轨底部的平稳。(2)把标志点(磁点)，每隔O，15m安置在导轨的侧端，并且标号为1、2、3…11，放置过程中要用角分器进行标志点位置测量，尽量做到标志点之间的距离为0.15m。(3)测量装置放在导轨上，打开开关让其在导轨上做往复运动，并记录标志点未受扰动时的初始位置，取左端为坐标原点。(4)人为的扰动标志点(在轨道中间加压使轨道变形)，然后通过测量装置中的控制记录部分，记录扰动后标志点的位置。(5)通过信号分析部分进行数据的分析，并绘图。(6)通过游标卡尺来确定扰动后各标志点的位置，来检验系统的精确度。
结论分析：(1)相对位移测量系统可以测定两点之间相对位移的变化，说明该设计方案可行，具有实用性。
(2)测量精确度与设计精度差一个数量级，主要有三个原因：①实验时所用步进电机的步进角为1.8度，如果使用0.9度的步进电机效果会更好。②软件方面划分细度比较粗略，要进一步细分。③轨道的加工精度没有达到设计要求，其加工精度有待于进一步提高。
4 结语
第4篇：位移测量范文
一、 工程概况
武钢冷轧厂生产线可轧板宽达2080mm，轧机为德国西马克的五机架连续轧机，辊缝位置测量仪采用的是德国Dr.JOHANES―HEIDENHEIN公司制造的WMC―200型位置传感器。
二、 传感器工作原理
该传感器安装在压下装置液压缸的缸体上，通过一个不锈钢的连杆与液压缸的底板采用接手法兰连接。缸体升降时，带动拉杆移动。拉杆带动传感器内扫描架，扫描架在传感器的精密导轨上移动，而玻璃刻度标尺光栅固定在导轨上。位置传感器利用光栅位移测量原理，把机械位移转换成光电脉冲信号，经信号处理后可得轧辊辊缝。
三、 传感器安装
辊缝位置传感器安装程序图
1、 传感器安装
传感器由玻璃刻度标尺光栅固定在导轨上的拉杆和传感器的光电转换装置两大部分组成。拉杆和光电转换装置分别固定在液压压下缸和活塞台架上，利用接手法兰连接成一体，当缸体移动时传感器的两部分产生相对位移，从而产生光电脉冲，完成辊缝位置的检测任务。
传感器的安装定位很关键，在活塞台架底部和缸体侧面固定两部件时都要找平、找正、钻孔、套丝后才能安装，固定时同心度要特别注意，缸移动是时导轨必须灵活，不偏不倚，一点也不能憋劲，这样测量才准确，在安装时，最好由专家指导，监理人员到场确认。
2、 专用插头的焊接
传感器的信号比较弱，屏蔽要求特别高，而且是双屏蔽电缆，屏蔽层的连接严格按安装指导说明书进行。芯线的焊接要确保接触良好，接线正确，内外屏蔽层（双屏蔽）都要保证接地良好。
3、 接地
辊缝仪内光电转换组件，不得接地，要浮空。因有的控制回路是浮空方式的，否则烧坏设备。除此之外，保护接地、工作接地、防静电接地都必须严格按规范施工。
4、 电缆敷设
指导专家对专用电缆敷设和接头焊接非常重视，对电铬铁焊锡丝亲自检查。电缆按级、按层排列，防止强电对模拟量信号的感扰。
5、 接线
接线前一定要校对准确，电源线、信号线不能接错，除锡焊接头外，其余则使用专用压接钳压紧端子头，并挂好标识牌。
6、检查
全部安装完毕，再一次检查并密封线槽、线箱、线盒等设备，防止尘、碴、水、汽和油的入侵。整理移交技术资料和填写各项安装记录，移交调试，并配合试车。
四、 辊缝位置测量仪的调试
1、调试前检查
（1）调试人员仔细阅读该仪器的作用原理、图纸资料，深入了解仪器在控制系统中的作用。
（2）调试工程师仔细阅读仪表安装调试说明书和有关资料，特别是扫描的光栅和光敏元件相对位移，产生的脉冲都要有深入地了解才能正确测试下图各点的波形。
（3）清点设备
――核对仪表型号、规格和制造厂标牌；
――对照设备清单，清点附件；
――收集设备供货装箱单、资料、说明书、合格证；
――全部设备附件登记备案。
（4）检测接线和接地是否符合施工规范
2、传感器测试
该项测试必须与机械液压传动专业配合，在液压压下动作的情况下，辊缝传感器才能有位移，此时采用存储示波器测量移动时的脉冲波形，并进行分析。
（1）用双线存储砂波器同时测量两侧的两个传感器的输出波形，进行比较，除单台必须符合上图各点波形图外两台还应同步，否则液压缸将有偏移。
（2）用数字万用表测试处理后的微量程的模拟值，应为0~5，DC误差应在规定范围内，误差为±3mm;
（3）线性度测试；
（4）不灵敏感度测试；
（5）方波相位差测试
（6）输出脉冲信号上升下降时间测试
（7）通――断比变化最大值
（8）传感器本身扫描信号幅值
测试完毕应根据整理详细的数据资料以备交付生产
3、调试使用的仪表
――双线存储示波器子 2台
――数字电压表（5位）2台
――笔记本电脑1台
――双通道图形记录仪1台
五、 结束语
第5篇：位移测量范文
关键词：公路隧道，监控量测，数据处理与分析，回归分析
中图分类号：U45 文献标识码：A
1 引言
隧道施工监控量测是保证工程质量的重要措施［1］，也是判断围岩和衬砌是否稳定，确保施工安全，指导施工顺序，进行施工管理，提拱设计信息的主要手段。监测数据的正确处理及分析对于隧道施工安全和变更设计参数具有非凡意义，并于成果的及时性、直观性和科学性有直接的联系。对于监测数据和时程图的回归分析有利于对围岩的稳定性做出直观的判断，有利于及时有效的调整支护参数及施工方案。
2 工程概况
双城隧道为一座左右线分离的四车道高速公路隧道。隧址位于临夏市临夏县尹集镇南侧山梁，右线长975m，左线长945m。最大埋深122m，净宽10.25m，净高5.0m。围岩为 V级，洞身围岩为上第三系临夏组中统的泥岩、泥质粉砂岩，泥质结构，厚层块状结构，层理发育，层面平整，岩层产状接近水平，泥岩、泥质粉砂岩具风化收缩干裂、遇水膨胀崩解特性，岩性软弱，为破碎性软岩。
3.1施工方法简介
双城隧道施工采用两台阶开挖法，示意图如下：
图1 两台阶开挖法施工部序（单位：m）
3.2监控量测方案
周边收敛，拱顶沉降是必测项目。为了准确反映隧道围岩的变化情况，需要在隧道开挖、初次衬砌完成后的24小时内，立即对隧道布点，各类量测点应安设在距离开挖而2m的范围内，并应保证爆破后24h内或下次开挖之前取得初次读数。测点的布设为洞口密中间疏，洞口端以5m为一断面，中间以20m或30m为一测点断面居多［2］。
图2 监测点布置示意图
4 量测数据处理分析
4.1数据处理
根据对每次测量结果数据的整理，运用相关软件（如word）绘出每天测线的收敛-时间或下沉-时间曲线，结合选定的回归方程来推算出周边位移或拱顶下沉的最终值，以此掌握隧道围岩的变形规律。现场每条测线的量测数据处理过程主要分为以下几个步骤：
(1)取得现场量测数据并对此进行整理，输入到电脑，对每个变量进行相应的整理与计算。
(2)结合每条测线的量测数据，画出位移u与时间t的变化曲线图。
(3)对步骤（1）的量测数据或步骤(2)进行回归分析处理，推算出围岩变形的极限值，结合相关规范的要求判定围岩是否达到稳定的条件，以此来判定围岩的稳定状态。
4.2 双城隧道的实例应用
在整个监控量测过程中，发现DZK19+340断面围岩变形最大，因此现选取此断面进行分析。
4.2.1监测数据：
表1双城隧道周边位移监控量测数据
4.2.2 确定回归方程
将上表（表2和表3）中的数据绘制成如下的时间—位移曲线图（图3），并根据曲线图中的数据分布情况，选择合适的函数进行回归分析。
图3双城隧道DZK19+340断面周边位移随时间变化关系图
由规范6.2.5[4]条规定，选取指数函数模型进行分析。即: （1）
对等式两边同时取对数，即: （2）
设：Y=lny，A=lna，B＝b，X=-1/x可得直线形式：Y＝A＋BX
从而可按直线拟合的方法确定所需要的指数曲线。用最小平方法先求出A和B，再求其反对数得到a和b：
其中：（3） （4）
（5）
（6）
利用以上公式可计算可得回归方程。计算过程如下：
表2 双城隧道DZK19+340断面周边位移监测数据回归分析统计表
把表2中数据代入上述公式可得：A=3.35095，B=5.21177，a=28.52983，b=5.21177
故可推得线型方程为：Y＝3.35095＋5.21177X
则回归方程为：
即由上式可知：U max =28.52983
综上可得出隧道周边位移程度：28.48/28.52983=99.82%
隧道周边相对位移值：28.48/12620=0.2257%
同理可得出隧道拱顶沉降程度：25/25.67952=97.35%
拱顶相对位移值：25/10272=0.2434%
由以上数据可得出以下结论：由回归分析推算的隧道周边和拱顶的相对位移值均小于规范要求；周边位移和拱顶沉降的实测值均小于极限值，且均已达到极限值得90%以上。以上结论表明该断面围岩变形一达到稳定状态，初次支护达到预定效果，可以施作二次衬砌。
5 结语
通过对双城隧道长达一年的现场监控量测数据的整理分析可以得出以下结论：
（1）对双城隧道周边位移和拱顶沉降的监测结果分析表明，下台阶的开挖对拱顶沉降和上台阶的周边位移有明显的影响，因此在类似的工程开挖过程中，应采取必要的措施以减小对上台阶和拱顶的影响。
（2）经过对现场采集的数据整理分析后，发现各条测线经过开挖变形阶段后，围岩变形向着稳定状态发展，其变形曲线符合围岩变形趋势。
（3）因为对该隧道实施了全程监测，所以使隧道的围岩变形始终处于监控状态，达到了真正意义上的“安全”状态。
参考文献：
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第6篇：位移测量范文
【关键词】养胃解毒胶囊；微量元素；ICP—AES；彝药
微量元素与人体健康有关。摄入过量、不足或缺乏都会不同程度地引起人体生理功能的异常或疾病的发生。如Mg是细胞内液的重要阳离子，具有参与体内糖代谢及呼吸酶活动的作用，同时细胞外液中的镁离子与Ca 、K、Na协同作用，共同维持着肌肉神经系统的兴奋性。Fe、Cu不仅会影响血红蛋白的合成引起贫血，也会造成体重增长迟缓和骨骼生理功能异常。Zn也是人体中不可缺少的微量元素之一，它是人体内物质代谢中许多酶的活化剂，具有维持肌体生长发育，促进创伤的愈合等作用。缺Zn会导致人体免疫功能下降，生长发育迟缓等 [1]。
中药成分与生长环境土壤中的微量元素有关。不同产地同一品种中药中，微量元素的含量具有共同的特征，而同一元素含量不同，从而导致药效的不同。因此研究和开发中草药内的微量元素是现代临床的重要课题，它对阐述传统的药理，毒理及药品的分类提供种种依据，对鉴定药品的真伪、中草药的种植与综合利用开发提供指导[2]。
彝药养胃解毒胶囊（彝名：嗨诺惰秋齐胶囊）复方制剂，其主要成分为：小青木香、甘草、小儿腹痛草、羊耳菊。其中小儿腹痛草是一味疗效独特的彝药，彝名为阿科卧诺诗，别名为金沙青叶胆。属龙胆科植物斜茎獐牙的全草。古今汉医本草未载，彝医用其治疗胃痛、肋痛、小儿腹痛、牙痛等疗效较好。羊耳菊彝名为为尼图基，别名俄巴沙补、白牛胆、白风菊。为菊科植物羊耳菊的全草或根。彝药以全草入药，主治胆囊炎、胃痛、食积、小儿高热惊风，顺气止痛、消食、散结、止咳之功。汉医未载，是彝医特有之用药[3] 。复方制剂主要功能是温中和胃，理气止痛，用于寒凝气滞所致的胃脘冷痛 ，慢性胃炎及十二指肠溃疡。临床使用疗效较好。
本论文拟采用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP—AES）对其微量元素的种类和含量进行测定并分析。ICP—AES具有快速测定多种元素，灵敏度高等特点。通过此种研究，就可以进一步的了解药物的组成和效用原理，为彝药理论做一些补充。
1．实验部分
1．1 仪器。
ICP—1000Ⅱ型电感耦合等离子体发射光谱仪（日本岛津公司）；高频功率1.2KW、观测高度15mm、冷却气15L/min、净化气3.5L/min、载气1.0L/min、等离子气1.2L/min。
1．2 试剂。
HNO3(AR,成都市联合化工试剂研究所)；HClO4(AR,天津市东方化工厂);H2O230%(AR,天津水化学试剂三厂)；实验用水均为二次水。
1．3 样品的硝化[4] [5] [6]。
准确称取不等量试样四份，分别置于100ml烧杯中，加入不同的酸，静置过夜。将烧杯置于电炉上加热至尽干，冷却后用3%稀HNO3溶液定容至50ml，摇匀放置，同时制备空白。
2．结果与讨论
2．1 ICP—AES测定结果。
从表3中微量元素的测定结果可以看出，养胃解毒胶囊中除常量元素Ca、Mg、P、S等含量较高外，另外还有丰富的微量元素Fe、Zn、Al、B、Mn等，且含量都较高。有毒元素未检出。
2．2 讨论[7] [8] [9]。
Ca和P是人体的主要支撑组织—骨骼的主要成分。人体有99%以上的P存在于骨骼和牙齿中，两种元素在人体内的比例约为2:1，被称为“一对伴侣”。Ca与食物和肠道中的植酸、草酸及脂酸等阴离子形成不容性的钙盐。摄入体内的Ca70%～80%存留于粪便中。钙除维持人体骨骼的功能外，对于血凝、肌肉收缩、心肌功能、正常的神经与肌肉的应激性等方面也起着重要的作用。
Mg不但是植物的必需元素，也是人体的必需元素。人每日摄入的Mg30%～50%在小肠内吸收。Mg是细胞内液的重要阳离子，具有参与体内糖代谢及呼吸酶活动的作用。Mg离子是糖代谢呼吸不可缺少的辅因子，参与蛋白质的合成。同时细胞外液中的Mg离子与Ca、K、Na协同作用，共同维持肌肉神经系统的兴奋性。维持心肌的正常结构和功能，Mg缺乏可引起心肌坏死。
Fe是微量元素的“老大”，人体必需微量元素中Fe的含量最多。Fe的吸收主要在小肠上部，当食物中的Fe被胃酸分解后释放出Fe2+ ,然后与肠壁内容物中的维生素C、某些糖及氨基酸形成络合物。这些络合物在十二指肠及空腔的碱性溶液中仍能维持溶液状态，有利于吸收。缺Fe会影响智力发育，免疫功能下降，消化吸收功能减弱，肌肉运动功能明显降低。一般表现为世界性的缺铁性贫血、青春期女性慢性萎黄病、缺Fe吞咽困难综合征、现代妇女综合征等。
Mn是维持动物和人体健康的一种营养元素，与其他许多金属一样，对人来说没有表现出高效的吸收，摄入的食物中仅有10%的Mn可通过胃—肠壁传递到血液中。被吸收的Mn通过胆汁与粪便排出体外。成年人摄入Mn量的增加会导致吸收和保留量的增加。Mn主要在肠道吸收，以十二指肠吸收量较多。Mn是人体内多种酶的成分，与人体健康的关系十分密切，Mn也被称为“益寿元素”近年来的研究表明，体内的过氧化物歧化酶（SOD）具有抗衰老的作用，而此酶内就含有Mn。养胃解毒胶囊中检测出了适量的Mn元素，有促进胃肠道组织功能的恢复作用。
Zn是人体必需的生命元素，是维持机体正常新陈代谢的要素。1984年研制的甘草酸锌中甘草的有效成分能增加胃粘膜细胞的己糖胺成分，能提高胃粘膜的防御能力，延长胃上皮细胞的寿命，加速粘膜愈合。并对消化性溃疡的治愈率为80%疗效优于丙谷胺。Zn还被称为“不显眼的”营养素。Zn被吸收的很少，食物Zn能被机体吸收的不足10%，主要在十二指肠吸收。养胃解毒胶囊中检测出了大量的Zn元素，它对促进胃肠道组织功能的恢复，起到维持机体生长发育，维持正常的味觉功能及食欲，促进正常的性发育，促进创伤的愈合等作用。
Al在体内分布在所有组织中，其经过呼吸道进入人体后，肺Al含量在各器官中是最高的。通常，胃、肠道是可溶性铝化物的主要吸收通道。一般而言[7]，Al在胃、肠道吸收依赖于如下几种因素，即铝化物的形态；胃液pH；铝络合剂摄入量；小肠运动性以及Al的摄入量。在医药方面，难溶性的Al(OH)3的药理作用有制酸、局部止血、保护溃疡面等作用。所以复方制剂中也表现出药效好的一方面。
从样品中未检测出Hg、Pb等对生命体有害的元素。
3．结论
通过此实验可以得出以下结论：
3．1 采用ICP—AES法测定彝药养胃解毒胶囊中的微量元素，表明该药中含有丰富的Ca、Mg、P等人体必需的元素，还含有Fe、Zn、B、Mn、Al等五种微量元素，不含Hg、Pb等有害元素。其中微量元素Zn含量高（1570ug/g）,在对消化性溃疡的治愈中起到很好的疗效。
3．2 微量元素是中药和彝药的主要组成部分，中药和彝药的疗效不仅与其有机成分有关，还与其所含的无机元素的种类含量有密切关系。同时，这些微量元素还与彝药中显效的有机成分形成配合物，产生协同作用和拮抗作用。同单味药相比，复方制剂效果更佳。
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第7篇：位移测量范文
中图分类号：R54文献标识码：A文章编号：1009_816X （2013）02_0141_04
doi：103969/jissn1009_816X20130223一般来说当冠状动脉狭窄程度≥50%可导致心肌供血不足，临床诊断为冠心病。然而 既往30年来的研究表明，冠脉微循环异常也有可能导致心肌供血不足[1]。微循环 是指微动脉 和微静脉之间的血液循环，是血液与组织细胞进行物质交换的场所。冠脉微循环是指由微动 脉、毛细血管和微静脉构成的微循环系统。冠状动脉主干及其主要分支血管的内弹性膜和中 膜平滑肌发达，具有较强的收缩力，能使管腔明显地缩小或扩大，从而调节和分配心脏各部 位的血流。而小动脉和微动脉（亦称外周阻力血管，特别是直径
1IMR的定义及测量方法
11IMR的定义：IMR为远端冠状动脉压力（Pd）除以最大充血状态下平均传导时间（hT mn）的倒数。换言之，即Pd与hTmn的乘积（mmHgs或U）。早期研究表明，T mn的倒数与冠脉血流量显著相关[8，9]。理论上讲，TMR等于心肌灌注压除以心 肌血流量。因此，在无心外膜狭窄 和侧支血流情况下，IMR等于Pd与hTmn的乘积，并且在动物和体外实验中与TMR有很好的相关 性[5，10]。然而，在出现心外膜狭窄情况下，心肌血流量为冠脉血流量与侧支血流 量之和 ，使用简化公式（Pd与hTmn的乘积）测量得出的IMR值可能会高估TMR，这是因为用 hTmn估计 的血流量反映的是冠脉血流量。在这种情况下，准确测定IMR需要了解冠状动脉契压（Pw ），这时IMR值应该表示如下：IMR=Pa×Tmn×[（Pd_Pw）/（Pa_Pw）][11]（Pd：冠状 动脉狭窄远 端冠脉平均压，Pa：最大扩张时主动脉平均压，Pw：冠状动脉楔压，即冠状动脉完全狭窄或球 囊嵌顿后，该病变远端的平均压力）。所以我们在临床应用过程中，如果不用球囊阻断血流 测量Pw的话，最好在放置完支架后再测量IMR，这样数值更准确。
12IMR的测量：最近，把冠脉温度稀释法测量冠状动脉血流储备（coronary flow rese rve，CFR）和压力导丝测量血流储备分数（fractional flow reserve，FFR）结合起来通过一 根单独导丝来完成测量的新技术通过了实验验证[8]。通常用0014英寸软压力导 丝（Press ureWireTM，StJude Medical）来测量远端冠脉压力和温度，离这种导丝顶端3cm处 有一个微 感应器，它可同步高保真记录冠脉压力和温度（两者分别可精确到1mmHg和002℃）。导丝 的轴（作为一个额外电阻）可用作第二个热敏电阻输入信号，在冠状动脉开口处可记录任何 注入与血液温度不同的液体输入信号。通常，静脉内先注入5000～10000U肝素后，6～7F指 引 导管进入冠状动脉口，接着冠脉内注入硝酸甘油200～300ug，使冠脉血管充分扩张，经指引 导管推送压力导丝至冠脉口，校正经指引导管测定的压力与顶端带有温度感受器导丝的压力 一致，并在同一位置校正温度信号，这意味着冠状动脉口的温度被作为进一步温度测量的参 照。接下来，将压力导丝头端放到犯罪血管远端至少2/3处，保持不动，按照屏幕提示用注 射器从指引导管内弹丸式注射3ml室温生理盐水，导丝杆上的温度感受器探测到温度的变化 会纪录到一条温度曲线，盐水到达距离导丝头端3cm的温度感受器时，会纪录到第二条温度 曲线，通过计算两条温度曲线触发的时间差就可知道盐水从指引导管到达导丝头端温度感受 器运行的时间，这个时间就称之为平均传导时间（transit mean time，Tmn）。重复 测量3次，取其平均值。然后通过静脉内注入腺苷（140ugkg-1min-1）或 冠脉内注入15～20mg罂 粟碱达最大稳定充血状态时，先注射3ml室温生理盐水，把温暖的液体从指引导管内冲出，按 照屏幕提示快速注射3ml室温生理盐水，再次重复测量3次，从而得到最大充血状态下的平均 值，同时可测得Pd。这样，根据定义Pd与hTmn的乘积就可得出IMR值。操作过程中需注 意： ①整个测量过程中，压力导丝的位置不能移动，否则测量的Tmn会出现误差；②注射 生理盐 水的速度要快，在06秒内要注射完成；③在静息状态和最大充血状态测量前，必须把指引 导管内的造影剂和温暖的液体冲出。
2IMR的应用近年来研究表明，相对于冠状动脉血流储备（CFR）而言，IMR评估微循环功能有其优越性， 主要表现在①CFR评估的是整个冠脉系统的血流情况，包括心外膜血管和微循环[12] 。例如 一个有心外膜血管病变而微循环功能正常的患者也可出现CFR异常。因此，当评估微循环状 况时这无形中限制了CFR的应用；而IMR是一种简单、定量且特异的评估微循环的指数；②CF R受血流动力学（如血压、心率等）的影响，在同一个患者重复测量，数值也会有变化。因 此，其重复性受到了影响[13]。Martin等[14]研究了血流动力学状态改 变前后IMR值的变化 ，结果表明包括心率、血压和心肌收缩性的改变对IMR值都不产生影响。IMR表现出比CFR更 稳定的血流动力学状态。
21评估患者是否存在微循环功能障碍：如上所述，IMR可特异性地反映冠脉微循环功能 状况 。因此，IMR在评估患者是否存在微循环功能障碍方面具有指导意义。例如假设糖尿病患者 心外膜血管没有狭窄，或者狭窄解除后仍有缺血症状，这时我们就可以通过测量IMR值来评估 患者是否有微血管病变。
22评估急性心肌梗死患者的预后：为预测急性心肌梗死患者左心室功能恢复情况和临床 预 后，评估患者存活心肌很重要。有研究表明微血管功能完整性是急性心肌梗死后心肌存活和 左心室功能恢复最重要的决定因素之一[15]。因此，我们可以通过测量急性心肌 梗死患者IM R值来评估其预后。Lim等[7]对在症状出现24h内接受PCI术治疗的40例急性前壁 心肌梗死患 者进行研究，结果显示PCI术后IMR值是一项可靠的衡量存活心肌和6个月后左心室功能恢复情 况的指标。IMR与前壁运动评分（anterior wall motion score，A_WMS）的百分比变化呈负 相关（A_WMS百分比变化越大提示左室运动恢复情况越好）。与IMR≤33U组患者相比，IMR> 33U组患者，其前壁运动评分百分比变化明显更低[（12±18）% vs （32±12）%，P32U组其CK峰值明显更高[（3128±1634）ng/ml vs （1201±911） ng/ml，P32U组患者3个月后的室壁运动评 分显著降低[（195±36） vs （279±68），P
23对改善微循环功能的措施提供参考标准：目前已证实，IMR与TMR具有极好的相关性， 并 可以区分正常和异常微循环功能，而不受心外膜血管狭窄的影响[11]。Fearon [6]等研究表 明，与其它传统方法（如PET，超声心动图等）评估STEMI后患者微循环功能相比，IMR为更好 的预测指标。laurent Bonello等[3]对45例STEMI患者研究发现，患者支架置入术 前进行血 栓抽吸，使用糖蛋白IIb/IIIa抑制剂，PCI术时直接接受支架置入术等与低IMR值有相关性 。Noritoshi Ito[18]等对40例STEMI患者进行研究，结果显示冠脉内注入尼可地 尔（nicora ndil）可显著降低21U
24预测急性心肌梗死患者早期心力衰竭：laurent Bonello等[3]对45例PCI支 架置入术后患者进行研究，结果表明IMR值与患者入院时脑钠肽（BNP）呈显著正相关。这一 研究结果表明测量患者IMR值有利于预测STEMI患者的早期心力衰竭，从而可对这部分患者及 早采取临床干预。
3IMR的界值目前，IMR界值尚无统一标准。在对STEMI患者PCI术后进行IMR测量，Fearon等[6] 报道的 IMR均值为39U，Ito等[18]报道的均值为357U，Lim等[7]报道的均值为 34U。然而，在 稳定期 冠心病和无明显微血管功能障碍患者中IMR均值更低（219～23）U[6，14]。根 据既往研究， IMR预测左心室功能恢复情况的最佳临界值范围从32到33U[7，8]。Ito等[18 ]研究表明与21 U
4IMR的局限性IMR局限性主要有：①测量IMR为一项有创性的检查技术。②测量IMR要求达到稳定的最 大充血状态，否则就无法实现最大减少微血管阻力，可能导致高估IMR值。③放入血管内压 力导丝的位置将影响所测量的hTmn和IMR值。④在严重心外膜冠脉狭窄情况下，简化测量IMR 值公式，由于未考虑到侧支血流，可能高估TMR，更复杂的IMR值测量需结合冠状动脉契压（ Pw）。
5展望近年来，血流动力学指标受到越来越广泛的关注；因此，我们除需要了解冠状动脉解剖 参数外，同时也需了解冠状动脉血流动力学参数。自从2003年Fearon等提出了IMR概念以来 ，由于IMR测量简单，快捷，安全性好，不受血流动力学影响等优点，使其成为一种简单、 定量且特异的评估冠脉微循环功能的有创检查技术。同时，FFR和CFR值也可通过同一技术获 得。FFR是一种特异的反映心外膜冠脉狭窄严重程度的指标，而CFR评估的是心外膜血管和微 循环的指标。若FFR与CFR均低，提示心外膜血管狭窄有明显功能性意义；若FFR值较高，而C FR值低，说明有微血管病变存在[20]。相信未来在心脏导管室将三者结合起来将为 冠心病患者的诊治做出更加合理的决策；与此同时，我们的视野也将越来越宽阔，治疗效果 也将越来越好。
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第8篇：位移测量范文
关键词 氧量测量仪；调试；维护；故障排除
中图分类号 TP336 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)071-0220-02
氧量测量仪主要用于测定锅炉烟气中的氧分压即氧气的体积百分数含量（简称氧含量或氧量），通过安装氧化锆氧分析仪，在线实时监测烟气中的氧含量，调节空气和燃料的最佳配比，实现优化燃烧。在节能减排、安全环保诸方面具有重要意义和显著经济、社会效益。
1 氧量测量仪工作原理
氧量测量仪由氧化锆探头（下文简称锆头）和氧量变送器两部分组成，氧化锆探头用于将含氧量转化为mV信号，氧量变送器再由mV信号计算出氧量。锆头的核心部件是氧化锆固体电解质氧浓差电池。氧浓差电池由参比半电池和测量半电池组成，两个半电池间用氧化锆固体电解质连接，实际上就是一根氧化锆管，涂于氧化锆管内外壁上的多孔性铂膜作为两个半电池的电极，供引出氧浓差电势用，在高温下当其两侧气体中的氧浓度不同时即产生氧浓差电势，当温度一定时，仅跟两侧气体中的氧气含量有关，通过测量氧浓差电势，即可测得氧气含量比，只要一侧氧气含量固定，就可求得另一侧氧气含量。
2 氧量测量仪日常维护要点
1）仪器在使用1500-2000小时以后，需要对其准确度进行检查，方法是按正常使用时的操作程序通入氧标准气，观察其指示的读数和标准气氧含量的差值，若大于仪器的规定误差，就需要进行校准。校验的方法是先调好标气（氧含量为4%左右，流量300 mL/min～500 mL/min），再将连接软管与探头“标气入口”相连，校验量程气可采用干燥的空气。若所测值与标气值有差别，可调节本底电势，把氧量值调节到与标气值相同。本底电势一般为负值，绝对值要小于20 mV，否则锆头可能老化。校准过程中，应保证不漏气。校准完毕后，应拧紧“标气入口”螺帽。
2）需对仪器气路的密封性进行检查，检查方法为封死进入仪器取样管道，在变送器侧加压至1 MPa，压力能稳定1-2分钟，则表示取样管道无泄露。
3）由于氧量测量仪是长期在线测量，烟气中的粉尘含量大，锆头陶瓷过滤器和进气孔容易被堵塞，使用一段时间后需定期拆出清理，探头再拆装过程中注意避免剧烈震动，以免损坏。
4）由于锆头锆管长期在高温的环境下工作，容易使得锆管性能破坏，出现锆管内阻增大，误差变大，并反映迟钝。因此，在仪器使用一年后要检查锆管的老化程度。方法是先把仪器升温稳定，通入5分钟空气后关闭流量计调节阀，用电阻计测量锆管电极的热电阻，如果电阻大于（80-100）Ω，说明锆管已经老化，必须进行更换。
5）更换锆头时，要注意保护电极与锆头螺旋接触面，更换锆头后，应校正氧化锆的氧浓度显示值。如不进行此项工作，氧化锆检测的氧浓度可能会与实际浓度产生偏差，从而印象测量。
6）在停炉或者氧量测量仪退出使用时，不能在切断电源的情况下放置在烟气管道内，应保持加热器供电以防止锆头和锆管被腐蚀。
3 氧量测量仪在应用中出现问题的分析及解决
在实际工作中，仪器会出现各类故障，根据故障现象，我们分析出引起仪器故障的原因以及排除方法，如表1所示。
4 氧量测量仪安装应该注意的问题
1）因为测量元件是氧化锆陶瓷，质地脆弱，应选择无振动、无明火燃烧的地点安装，并要防止有害气体流经探头检测点，否则将造成很大的测量误差（示值偏大）。因此，在探头插入烟道安装完毕后，应用密封材料，把探头边缘缝隙堵死。
2）由于锆头必须工作在（750±100）℃的地方，所以直插式探头应安装在（750±100）℃的烟道处，如果所选定的测量点温度过低，测出的含氧量会偏大；温度过高，一方面影响探头使用寿命，另一方面会使氧量变送器的温度补偿精度降低。如果因工艺或设备条件限制，不能采用直插式，可采用旁路插气恒温式，即烟气从烟道抽出，经旁路管，探头安装在旁路管内，并自动恒温在750℃左右。
3）当烟气中含有CO，H2，CH4等可燃气体以及硫化物，且工艺上无法消除或减少上述气体时，可采用旁路式探头，将待测烟气抽出，经水洗处理，减少上述气体，然后再经探头检测，但此测量方法会引起测量误差。
4）由于探头一般是直接插入烟道中，即使是使用比较干净的气体燃料，探头上过滤器的堵塞也是不可避免的。因此，应在探头过滤器表面安装防尘罩。
5）锆头最好能在停炉时安装，如果做不到这一点，则安装探头时，就应该格外小心。因为探头的过滤器是碳化硅材料，其热性能差，遇到温度突然变化时，就容易爆裂、破碎。所以探头安装时，应该缓慢地、逐步地插入测量烟道。
6）锆头最好是垂直安装，同时应安装在可以用法兰固定的炉墙或烟道墙上。锆头安装孔，必须垂直墙的外表面，安装孔的尺寸要留有足够的余量。
7）氧量变送器安装地点，应满足温度和湿度的规定要求，同时由于变送器内部结构为插件式电路板，所以应避免振动和污染，以防插件接触不良。探头至变送器的信号线宜屏蔽，而且宜与电源线分开布线，减少电磁干扰。
5 结束语
氧量测量仪投运初，运行良好。随着时间的推移，由于工艺及其他种种原因导致锆头容易老化和积灰，锆头寿命基本上只有1-2年，如何解决锆头老化以及积灰的问题是我们以后需要思考的问题。
参考文献
[1]章顺增,李仲杰,黄必胜等.氧分析仪常见故障及消除方法[J].在线分析仪表维修工第一版[M].北京:化学工业出版社,2003:163-165.
[2]王森.电化学式氧分析器在线分析仪表维修工必读[M].北京:化学工业出版社,2007:92-108．
第9篇：位移测量范文
关键词：经纬度；测量仪；操作；自制
一、研究背景
应试压力和素质教育的矛盾使很多一线教师充满无奈。虽然，课本中有着众多的“活动”“案例”“读图思考”等来提升学生的知识技能，但在学生动手实践的安排上却比较缺乏。而实际上高中课本中的很多地理现象、地理原理、地理过程的实践、实验都可以通过教师的“信手拈来”来实现，例如，制作经纬度测量仪（下文简称测量仪）。
二、理论基础
1.纬度测量的相关理论
利用北半球当地纬度与北极星之间的关系，即北半球当地地理纬度等于当地北极星的仰角。如图1，从而可以利用测得的当地北极星的仰角来确定当地纬度。
2.经纬测量的相关理论
（1）一天中影子的变化规律
一天之中，太阳东升西落，影子日出时向西，日落时向东，一天中影子的长短和方位关于当地正午影子对称，且当地正午影长为一天最短。因此，可以通过正午前后的相等长度的2个时刻的影子计算出正午影子出现的当地地方时。
（2）地方时的计算
在地球上经度相差15°，时间相差一个小时，即经度相差1°，时间相差4分钟。可以以此为基础，利用之前得出的正午最短影子出现的时间和某个参照经度的时间（如北京时间为120°E的地方时）来计算出当地的经度。
三、实验仪器的制作
测量仪的制作采取了最为简单的结构、最为理想的制作方式、可操作性强的标准。测量仪由标杆、皮尺、教学用圆规、指南针组成。
1.标杆的制作
测量仪的主体部分为标杆。标杆设为利用2截长60 cm的废弃方形钢管来制作，钢管并排焊接，留出2 cm的中缝（测纬度时将北极星置于中缝中），在钢管底部加焊一根长30cm可用于固定在地表的旧钢筋，在标杆顶部安装一个指南针，整根标杆长约90 cm。
2.北极星仰角刻度的刻画
将量角器放大，并将刻度画在一张足够大的白色纸上。将制作好的标杆垂直放置于画好的量角器0°刻线上，此时可以得出量角器上各刻度与标杆的相对位置，从而画出标杆上可用于测量仰角的角度。具体操作时，先画出标杆左边钢管上的刻度，在利用两根钢管对称的关系将左侧钢管上的刻度导致右侧钢管，且右侧钢管采用荧光笔画刻度，有利于夜间观测。而由于标杆离量角器原点的距离不同将影响到标杆上刻度的分布，因此，在刻画刻度时我们将标杆与量角器原点的距离设定为30 cm。如图2：
四、实验操作
1.纬度测量
将标杆垂直放置于地面，利用指南针找出北方，将圆规的一个脚对其标杆底部，并水平，另一只脚指向北方，找出北极星，将北极星置于标杆中缝，即可量出北极星的仰角，确定当地纬度。
2.经度计算
在北京时间12点前将标杆垂直放置于地面，确定出此时的影子及长度，记下北京时间。利用该影长在标杆的有影子的一侧画出一条圆弧，当标杆影子再次落在圆弧上时，记下此时北京时间。先后记录的两个北京时间可以推算出当地正午12点时北京时间。利用两个时间差计算出经度差，从而推算出当地经度。
五、实验操作反馈及测量仪的改进
教师及学生在实验过程中发现了一些问题。一是该实验的精度有限；二是可测得的纬度范围有限，且只能测算北半球；三是实验仪器的制作还是比较麻烦，不够简易；四是圆规一脚的水平不好确定，导致测得的纬度存在误差。
经过一段时间的研究和讨论，我们将测量仪进行了较大幅度改进。首先，不再将量角器的刻度刻画于标杆上，而是利用广告喷绘技术将刻度绘制在长条形纸上形成刻度表。实验操作时可将该刻度表贴在标杆上，同时可以根据实验需求的不同喷绘不同量角器与标杆距离的刻度表。其次，不再利用圆规来寻找测量纬度。而是利用一段绳子代替圆规，绳上刻画出不同长度的刻度。最后，由于刻度表的出现和绳子代替了圆规，对于标杆的要求也进一步降低，我们直接利用用来测量纬度的绳子作为标杆。
