测量系统
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测量系统范文第1篇
针对传统心率测量受专业知识和工作环境的限制，设计一种低功耗心率测量智能穿戴系统。该设计以STC15W401AS单片机为控制核心，采用NJL5303集成收发光电传感采样脉搏信号，经二阶带通滤波放大处理后由微控制器处理得到心率值，通过蓝牙无线通信将结果发送到手机端App软件显示。系统可开发为指套、手环、脚环和耳钉等产品，在不影响使用者日常活动的情况下，可以长时间对心率值进行实时测量，具有较高的实用性。
关键词:
智能穿戴;心率测量;光电传感器;蓝牙通信;单片机
随着国民生活水平的不断提高，人们对健康的意识也不断加强。受专业知识、仪器设备和工作环境等条件的限制，在医院进行检测身体指标的传统方式已经远远不能满足日常生活自我保健的需求。为此提出一种基于智能穿戴的心率测量系统设计方案，以STC15W401AS单片机为控制核心，采用反射式光电传感器为脉搏信号采集方法，通过将传感单元佩戴于手指、耳垂等处，在不影响使用者日常活动的情况下，实时测量心率，并通过蓝牙通信与智能手机互联，将实时的数据结果显示在智能手机上。
1心率检测方法
传统的心率测量方法有心电图信号法、压电法等，受使用条件的限制，这些方法一般只在医院临床方面应用。光电容积脉搏描记法（PPG）是一种新的测量方法，被广泛应用于智能穿戴设备上，传感部件由光电发射器、接收器组成。根据该传感部件与人体接触部位不同有透射式和反射式两种，其中透射式适合安放在人体组织比较薄的耳垂等位置，反射式则无此要求，使用更为灵活。反射式光电积脉搏法的工作原理是当脉搏随心脏的搏动而呈现周期性变化时，动脉血管的容积也随之呈现周期性的变化，利用人体组织在血管搏动时造成吸光率的不同进行心率测量。依据朗伯-比尔定律（Beer-Lambert）,入射波长为λ、光强为I0的线垂直照射人体表皮动脉血管，通过血液的散射、吸收后接收管接收到的光强为（1）其中εa为动脉血液总吸收常数，ca为动脉血液浓度，va为动脉血液容积。当反射区动脉血管容积变化Δv时会引起接收管光强电流ΔI变化，并有（2）藉此可知，当动脉血液容积变化时会导致接收光强成正比变化，从而将动脉容积变化率转化为电流强度变化率，对该变化电流信号拾取可实现心率信号的检测。
2系统设计
若要在不影响使用者日常活动的情况下，能长时间实时测量心率，因此设计上要求结构巧、体积小、重量轻、携带方便，同时由于受使用环境的限制，应采用电池供电，故还要求系统耗电要低。考虑到使用人群的不确定性，操作上应简单明了，测试结果直观。系统设计框图如图1所示。系统通过反射式光电传感器感知人体脉搏信号的变化，并将其转换为电信号，经过后级电路滤波、放大后输入单片机内部进行A/D转换。在单片机内部通过算法计算出人体实时心率、平均心率，并将结果通过蓝牙通信传输智能手机显示，实现人体脉搏心率实时监测。
3硬件设计
3.1光电传感器
使用反射式光电传感器采集人体的脉搏信号并转换成电信号。光电传感器分发射源、受光源两部分。研究表明500~700nm光源光波对动脉血中氧红蛋白有较好的选择性，560nm波长光波能反映皮肤浅部的微动脉信号，适合用于提取脉搏信号。选用JRC公司NJL5303收发一体反射式光电传感器，其发射光源波长570nm，体积尺寸仅为1.9×2.6×0.8mm。NJL5303发射管工作电压设定为2V，工作电流设定为8mA，具体光电检测电路如图2所示。
3.2信号处理电路
光电传感器感知输出的脉搏电信号非常微弱，且容易受到干扰，因此需进行滤波和放大。图3为脉搏信号放大、滤波电路，主要以运算放大器为核心的2级结构完全相同的带通滤波、放大电路构成。选用型号为MCP602运算放大器，其为轨到轨输出的高精度运放，2.7~6V单电源供电，增益带宽为2.8MHz。经过C1、R1组成无源高通滤波器，滤除传感器输出信号VO中的直流分量，U1A、R2、C2组成有源低通滤波器滤除VO中包含50Hz在内的高频干扰并将其放大。该电路高通截止频率fH、低通截止频率fL、增益G分别为（3）U1B为核心组成第二级滤波放大电路，性能参数同U1A。两级放大电路总的增益可达到10201（≈80db）。光电传感器输出的毫伏以下的信号到图3电路后，经U1放大可输出伏特级信号送后级电路处理。
3.3USB充电电路
该设备采用锂电池供电，通过USB口进行充电，设计由MCP73831组成的USB充电电路如图4所示。MCP73831为单芯片锂、锂聚合物电池充电电路，SOT-23-55脚小尺寸封装可选，充电电压4.2~4.5V可选，充电电流通过外接电阻可在15mA~500mA编程设定。
3.4主控电路
主控制电路控制器选用STC15W401AS新型8051内核单片机，该单片机为增强型8051内核单片机，可在2.5~5.5V宽电压范围工作，功耗低。单片机内置512个字节SRAM数据存储器，2KB个FLASH程序存储器，8通道10bitA/D转换器，使用串口IAP在线下载程序，SOP16脚封装，体积小巧。设计主控电路如图5所示，传感器感知脉搏信号Vsensor输入到单片机的P1.0口，该口同时也是ADC0输入引脚。本设备不带显示单元，测量结果通过蓝牙方式传输到智能手机，通过在智能手机上运行App显示测量结果。为实现与智能手机间的无线数据传输，主控电路设计蓝牙接口连接XM-15B蓝牙模块。该蓝牙模块支持蓝牙2.1协议，模块无需编程，控制器通过串口给模块发送AT命令直接配置即可使用。
4软件设计
4.1心率测算方法
心率有瞬时值测量和平均值测量。类似信号频率测量法，通过在单位时间内统计输入脉搏信号的个数并通过公式计算后即可得到心率瞬时值IHR（4）式中T为单位时间1秒，N为单位时间统计的脉搏脉冲个数，单位为bpm(beatperminute)。此法受元件特性及外界干扰较大，可靠性差，统计测量时响应差，故测量精度度和鲁棒性较差。两相邻脉搏波（R波）之间的间隔时间为脉搏周期THR，若f0为频率远大于IHR的脉冲，并以THR为闸门时间对f0进行计数，计数值为N，显然（5）可以得到IHR为（6）对比公式（6）、（5）可以发现，（6）式T0<<T，因此具有更快的测量响应速度，尤其是当测量IHR平均值时。
4.2软件设计思路
依照（6）式编写IHR测量程序，实现思路为启动单片机定时器定时（分辨率1uS），Vsensor脉搏信号输入单片机内部比较器，当输入信号幅度超过比较器设置阀值后比较器状态产生翻转，将其整形为矩形波。比较器每次发生翻转触发中断，通过中断服务读取定时器计数值，并与上一次读取到的计数值相减后得到N，代入（6）式即可得到瞬时心率值IHR，多次累加除权后可得到其平均值，程序流程图如图6所示。
5结语
依据以上原理及电路设计实测模拟信号波形如图7所示。本系统可以实时测量人体心率，结果及时显示在智能手机上，数据信息读取方便。将系统应用于智能穿戴设备之上，可以制作成手环、脚环等产品，亦可以制成耳钉或植入耳塞，具有体积小、成本低、实用价值高等特点。
参考文献
[1]徐礼胜,靳雁冰.多传感器融合的穿戴式心率监测系统[J].哈尔滨工业大学学报,2015,47(05):97-103.
[2]靳雪斌.基于光电容积脉搏波形描记法的智能婴儿脚环设计[D].开封:河南大学,2016:5-6.
[3]龚渝顺,吴宝明,高丹丹等.一种抗干扰穿戴式血氧饱和度监测仪的研制[J].传感技术学报,2012,25(01):6-10．
测量系统范文第2篇
关键词: 城市规划; 测量放样 全球定位系统 RTK测量系统
1 RTK 技术概述
(RTK)测量系统, 是GPS测量技术与数据传输技术的结合, 是GPS 测量技术中的一个新突破。RTK测量技术是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS测量技术, 其基本思想是: 在基准站上设置1 台GPS 接收机, 对所有可见GPS卫星进行连续地观测, 并将其观测数据通过无线电传输设备,实时地发送给用户观测站。在用户站上, GPS 接收机在接收GPS 卫星信号的同时, 通过无线电接收设备, 接收基准站传输的观测数据, 然后根据相对定位原理, 实时地解算整周模糊度未知数并计算显示用户站的三维坐标及其精度。通过实时计算的定位结果, 便可监测基准站与用户站观测成果的质量和解算结果的收敛情况, 实时地判定解算结果是否成功, 从而减少冗余观测量, 缩短观测时间。
2 RTK 技术在城市规划测量中应用
2.1 控制测量
城市控制网具有控制面积大、精度高、使用频繁等特点, 城市Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级导线大多位于地面, 随着城市建设的飞速发展,这些点常被破坏, 影响了工程测量的进度, 如何快速精确地提供控制点, 直接影响工作的效率。常规控制测量如导线测量, 要求点间通视, 费工费时, 且精度不均匀。GPS 静态测量, 点间不需通视且精度高, 但需事后进行数据处理, 不能实时知道定位结果, 如内业发现精度不符合要求则必须返工。应用RTK技术将无论是在作业精度, 还是作业效率上都具有明显的优势。
自引入RTK 测量技术以来, 作者多次对市区原GPS 点及I、II 级导线点进行检验, 其部分检验值较差见表1。
表 1 部分检验较差表
从表1 可以看出, RTK 测量的同一点位相对于静态GPS观测点基本上是一致的, 其坐标差值较小;而对于常规仪器观测的I、II 级导线来说有部分相差较大, 这也可能是常规测量的误差积累所引起的。由此可见, RTK技术可用于常规的控制测量, 它将对传统逐级布网的理念予以更新。
2.2 规划道路中线放线
RTK测量技术用于市政道路中线放样, 放样工作一人也可完成。将线路参数如线路起终点坐标、曲线转角、半径等输入RTK 的外业控制器, 即可放样。放样方法灵活, 即能按桩号也可按坐标放样, 并可以随时互换。放样时屏幕上有箭头指示偏移量和偏移方位, 便于前后左右移动, 直到误差小于设定的为止。
2.3 用地测量
在建设用地勘测定界测量中, RTK 技术可实时地测定界址点坐标, 确定土地使用界限范围, 计算用地面积, 在土地分类及权属调查时, 应用RTK 技术可实时测量权属界限、土地分类修测, 提高了测量速度和精度。
2.4 建筑物规划放线
规划放线既要满足城市规划条件要求, 又要满足建筑物本身的几何关系, 放样精度要求较高, 同时要求工期紧, 作者曾对某小区采用GPSRTK 仪器进行放样, 该小区场地平整, 视野开阔, 有规划建筑12 栋, 在放样的同时, 使用Topcon 全站仪进行检测, 检查结果如表2:
表2 点位、高程检测精度统计表
点位中误差m=0.010, 高程中误差m=0.013.计算公式:m=±([vv]2/n), v, V 分别为点位和高程较差;n 为检查点数。
从以上数据分析表明, RTK 测量结果与全站仪测量结果互差均在厘米级, 其中点位较差最大2.6cm, 高程较差最大为3.2cm, 点位中误差为0.01m, 高程中误差0.013m, 完全满足测量放线的精度要求, 因此, 使用GPSRTK 进行规划放线, 在场地条件好, 保证点位精度收敛高的情况下, 能满足规划放线要求。
3 结论
测量系统范文第3篇
1盘式分流器的设计
1.1盘式分流器的原理设定电阻材料的导磁率为μ，电阻率为ρ。电流从圆盘的中心到达分流器时开始穿过电阻膜，对称地由中心向四周流动，电流密度均匀。这一过程与电磁波沿传输线传播类似。电感分析图见图1。
1.2盘式分流器的结构设计盘式分流器一般为薄膜金属圆盘(环状圆盘)，内外边缘可作为电流的输入端(例如，内外边缘分别连接同轴电缆末端的内外导体)，同时也作为测量端。电流在薄的电阻盘中径向均匀流动，测量信号受杂散电感影响很小，适用于测量快速变化的电流。盘式分流器也可由大量小阻值电阻并联组成，电阻的一端在圆心相连，另一端连接成圆盘的外环。本文采用全金属材料、并联宽频大功率小电阻设计了一种盘式分流器。盘式分流器主要包括依次连接的上面板、紫铜圆盘、电阻和下面板。上面板输入端的丁头正端与紫铜圆盘中心孔通过电路焊接连接;紫铜圆盘边缘与12个电阻电路焊接连接，电阻另一端焊接到下面板边缘;紫铜圆盘中心孔与下面板的输出端N型头的正端电路焊接连接。盘式分流器结构效果图如图2所示。上面板结构如图3所示。上面板由两部分组成，两部分之间为机械螺丝连接，方便组装。上面板整体为长方体，中心凹进为圆柱体。上面板正面连接同轴丁头，丁头的负端与上面板整体导通。上面板圆柱体边缘留有等分的12个凹进去的长方体，为电阻焊接留下足够的空间。紫铜圆盘结构如图4所示。紫铜圆盘的中心孔与上面板丁头的正端、下面板N型头的正端通过铜线电路焊接在一起。紫铜圆盘的边缘有等分的12个圆孔用来固定和电路焊接的12个电阻。紫铜圆盘上还有2个固定通孔，用绝缘螺丝固定在下面板上。电阻的组装方式如图4所示。先在紫铜圆盘和下面板的12个圆孔上螺丝固定紫铜片，再将电阻一边焊接在紫铜圆盘的固定紫铜片上，另一边焊接在下面板的固定紫铜片上。下面板结构如图5所示。下面板正面连接同轴N型头，N型头的负端与下面板整体导通，N型头正端与紫铜圆盘中心孔相连。盘式分流器实物图见图6。其中大电流由前面板的丁头输入，经过丁头正端流到紫铜圆盘，经过12路电阻到下面板，下面板与上面板是相通的，电流回到上面板，即丁头负端，形成回路。下面板的N型头正端从紫铜圆盘电阻端、负端从下面板采取电压信号。此盘式分流器即可实现将大电流转化为电压进行测量。
1.3盘式分流器特点电阻为VISHAY公司的CSM系列电阻，阻值为0.12Ω，可通过最大电流为10A或者功率为20W。此盘式分流器具有以下优点:1)电阻排列及接口设计均用同轴结构，对称性好，外部采用金属圆桶，能减少分布参数影响，屏蔽杂散磁场，趋肤效应好。信号经同轴接口输出，失真度小;2)各部件由紫铜制成，表面镀银，导电性好，整体结构都为金属材料，散热性好，能长时间测量而不影响测量精度;3)采用大功率、频带宽的稳定电阻，长时间通过电流不会因过度发热而导致电阻值发生改变并影响测量数据。
1.4数据采集卡测试系统中的电压频率最高达到10kHz，其波形持续时间短，很难精确测量。为此我们选定美国Dy-namicSystem公司型号为CS1622的高速数据采集卡，其采样速率达到200MS/s，带宽125MHz，分辨力为16位。高速数据采集卡采用SMA接口，由同轴屏蔽线接到阻抗匹配连接器电压端N型接口，减小了高频信号传输的损耗和电磁干扰。测量程序采用多次测量取平均值，同时清除噪声干扰，保证测量数据准确可靠。
2系统组建和测量结果分析
盘式分流器的直流阻值按照直流标准电阻采用直流电流比较仪式电桥校准。其交流电阻采用比较法测量，即标准交流电流源输出稳定电流依次通过盘式分流器和标准分流器A40B，测量两个分流器上电压，因相同电流可由分流器A40B阻值计算得到盘式分流器交流阻值。盘式分流器经计量校准不同频率点阻值如表1所示。其中不同频率下盘式分流器的阻值相对变化最大为1.5×10－4，可以看出盘式分流器频带很宽，符合大电流的校准要求。测试系统由超级大电流源52120A/脉冲电流源LDI-928-25输出大电流，经过盘式分流器由数据采集卡测得电压，计算得到电流值。系统连接图见图7。数据采集卡CS1622有软件GagaScope，可以设置采样速率、耦合方式等，直接测量有效值、幅值、上升时间、周期等量值，见图8。实验中超级大电流源52120A输出100A，10kHz电流，经过分流器转化为电压，在数据采集卡软件中显示的波形如图9所示。经过计算交流电流的数据如表2所示，标准偏差为sn(x－)=7.4×10－5A。交流电流测量不确定度主要有盘式分流器引入的分量、数据采集卡引入的分量、电流源不稳定引入的分量等组成，计算100A，10kHz交流电流测量不确定度为1×10－3。
3结论
测量系统范文第4篇
关键词：综合物性测量系统 应变片 低温 超导带材
中图分类号：O348 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）03（c）-0105-02
美国Quantum Design公司的综合物性测量系统（Physics Property Measurement System，PPMS）提供了一个可以完美控制的低温和强磁场（1.9～300K，0～9T）平台，对于绝大多数常规实验项目，PPMS已经设计好了全自动的测量软件、具有标准测量功能以硬件，如电阻率、磁阻、微分电阻、霍尔系数、伏安特性、临界电流、磁滞回线、比热、热磁曲线、热电效应、塞贝克系数和热导率等等。这些测量方法的可靠性和便捷性在过去的十几年中已经得到世界科学界的认可。
应变是材料和结构设计中一个非常重要的物理参数，超导材料易脆的材料特性和极端的应用条件决定了应变测量在其实际应用中的必要性。现在常规环境下应变测量设备及方法已经发展的极为成熟并得到了广泛的应用，但对于极端条件（如低温、强磁场环境）下的应变测量目前尚欠缺一个令人满意地解决方案，现有的如中子衍射等方案设备昂贵，难以做到普及应用。尤其是目前超导材料相关领域蓬勃发展，其应用的极端条件对应变测量的要求更加迫切。用应变计进行应变测量是非常成熟的测量方法，可以满足在各种复杂环境下（如高、低温、高速旋转、强磁场等环境）的测量要求，并且具有较好的稳定性和令人满意的测量精度。利用应变计测量方法配合PPMS的良好兼容性可以很好地实现应变的简易测量，具有经济适用的特点。
本文通过整合PPMS和应变计的特点，实现了材料在低温、强磁场背景下的应变测量。文中针对低温对应变片的影响在该仪器环境下做了标定，并得出了应变片在该条件下温度补偿[1-3]的统计规律。
1 实验方法及原理
本实验选用中航电测公司生产的卡玛箔式应变片，为适应在PPMS较小的样品腔中测量，我们选用的应变片型号为：BB（BAB）300-1AA-W250（11），灵敏度系数为K=1.87±1%，敏感栅尺寸为：1.1×1.0 mm。贴片胶水采用环氧树脂。
因为应变片小而薄，便于贴在结构材料上，当材料因温度改变而产生应变时，贴在其上的应变片也随之而产生应变，进而应变片的电阻发生变化，则材料应变ε可以表示为：
ε=ΔL/L=ΔR/（K×R） （1）
其中，L为材料初始的长度，ΔL为材料长度的变化，R为应变片的初始电阻，ΔR为应变片电阻的变化，文中设定初始状态为温度为293 K时的状态。
实验中，我们利用综合物性测量系统提供的可以完美控制的低温强磁场环境，以应变片作为传感器，通过直流电桥放大信号，经过数字万用表测量并由电脑采集和处理数据，实现了低温的极端条件下应变的测量。
利用以上方法，我们使用传统的1/2桥进行测量。如图1所示，选取一已知应变参数的参照样品接于电桥AB间，待测样品接于电桥BC间。测试前，先调节电桥平衡使数字万用表显示值为0 mV，测量过程中，通过PPMS程序控制温度以3 K/min的速度从300 K降到10 K以消除残余应力影响，保温10 min使系统达到一个稳定状态，然后以1 K/min的速度升温到300 K，选取升温时的数据为有效数据。则我们可由下式得到待测样品应变为：
ε=[εref×（1-2Vr）]/（1+2Vr）-4Vr/[K×（1+2Vr）] （2）
其中，Vr=Vout/Vin，Vout为数字万用表测得的输出电压，Vin为直流电桥输入电压，εref为参照样品的应变参数。
在实际测量中，应变片的电阻不仅是应变的函数，也是温度的函数。以上方法虽然可以有效地回避了温度对应变片的影响而直接可得到我们所需的结果，但测量时必须同时在PPMS的样品托上接一参照样品，而我们知道，样品托可以同时接三个样品，采取以上方法则每次只能测量一个样品。为使设备资源得到有效利用，我们对以上方法进行了改进，使用1/4电桥，样品接于BC间，则相应的应变公式为：
ε=-4Vr/[K×（1+2Vr）]-εT （3）
其中，Vr=Vout/Vin，Vout为数字万用表测得的输出电压，Vin为直流电桥输入电压，εT为温度对应变片的影响。
即我们只需对系统进行标定，测出温度对应变片的影响，得到温度补偿参数就可实现同时进行三个样品的应变测量。（如图1）
经过大量试验，我们发现测得温度补偿数据后通过公式（3）得到的应变数据与常规方法通过公式（2）得出的数据具有同样的可靠性。然后，我们充分考虑到实用性，对实验进行了进一步的简化，得到了一套直接利用PPMS原有配件的应变测量方法。
由公式（1）可知，我们可以直接通过应变片随温度的电阻改变数据得到材料应变数据，而PPMS原有的基于四引线法的直流电阻测量配件就可实现这一功能。
这是一种全新的测量思路，其测量方法极为简单快捷，理论上只需对选用的应变片进行温度补偿参数标定后就可使用。在这里，材料应变满足关系式：
εm=ε+εT=（RT-R293）/（K×R293） （4）
其中，εm为测得的应变，ε为材料的实际应变，εT为温度引起的干扰信号，RT为应变片在温度T时的电阻，R293为温度为293K时的初始电阻。
此外，由文献可知温度对应变片的灵敏度系数也有一定的影响，研究表明应变片的灵敏系数在4.2 K时比300K时高5%[4]，这一项可根据下式修正：
KT=[1+（T-300）/（4.2-300）×5%]×Kref（5）
其中，KT为温度T时应变片的灵敏系数，Kref为300 K时应变片的灵敏系数。
下面，我们对式（4）提出的方法进行详细的介绍，主要包括测量系统的标定，得出相应的应变片温度补偿参数的具体实施方法，并进行该方法的可行性分析。
2 测量系统的标定
实验中，我们选取铁、铜两种材料对测量系统进行了温度补偿参数的标定，以消除温度引起的干扰，并将最后结果与其他测量方法得到的公认的参考数据进行对比以验证本实验方法的可靠性。选取铁、铜这两种材料主要考虑其常见且廉价，他们的标准应变数据也经过多次验证，可直接在美国国家标准局数据[5]中查得。
我们将铁、铜样品同时测量，以消除仪器环境及测量误差。由（4）式可得，铜的实际应变值可由以下式得出：
ε（Cu）=εm（Cu）-εm（Fe）+ε（Fe） （6）
根据上式我们得出铜的应变-温度曲线，该曲线与标准参考数据曲线如图2所示。由图中我们可以看出，该方法测得的数据与标准数据大致相符，计算得误差为±5%，满足实验测量精度要求。（如图2）
我们在此实验的基础上，分别用两种材料进行了多次重复测量，然后根据式（4），用直接测得的应变减去标准参考值，得出了温度对应变信号的影响，其结果如图3中曲线e，f所示。图中可看出，温度干扰信号曲线基本重合，这一结果进一步表明了测量方法的可靠性。由于单次测量的偶然性具有较大误差，根据统计规律，我们对多种材料样品多次测量的温度干扰产生的应变数据进行统计平均，得到了最终的该应变片对温度干扰信号补偿曲线。在进一步的实验中，数据处理时我们运用直接测得的应变数据减去这一统计温度补偿数据得出应变-温度曲线，如图4所示，与图2进行对比可看出数据曲线误差进一步减小，这说明这一统计平均一定程度上消除了单次测量的偶然误差。（如图3图4）
3 在超导材料应变测量的应用
为了进一步评价该系统的应用性能，我们应用该系统使用这一极其简易的方法对Bi2223（Ag包套）高温超导体带材样品进行了相应的应变测量。此Bi2223（Ag包套）高温超导体带材样品来源于美国超导公司（AMSC），其应变-温度曲线如图5所示，其应变数据与Yamada小组报导的数据[7]相符。这一结果表明该系统可以应用于超导体应变的测量。
4 结论
本实验采用国产应变片和广泛应用的综合物性测量系统较好的实现了低温条件下材料应变性能的测量，并通过不断的实验改进，为超导材料的应变性能提供了一种经济又简单的测量方法，易于推广使用。
参考文献
[1]尹福炎.电阻应变片的温度自补偿及其它[J].衡器，2009，38（9）：40-45.
测量系统范文第5篇
关键字：GPS应用精度
一、GPS概述
GPS系统是美军于上世纪七十年代初，在“子午仪卫星导航定位”技术上发展起来的一种高科技卫星定位系统，具有全球性、全能型、全天候性的优势，能够应用于陆地、海洋、航空、航天的领域的导航定位、定时、测速系统。GPS系统主要有三大子系统所组成：空间卫星系统、地面监控系统、用户接受系统。空间卫星系统由均匀分布于地球六个轨道平面上的24颗高轨道工作的卫星组成，卫星每十二恒星小时延近圆形轨道绕地球运动一周，由星载高精度原子钟控制无线电发射机在低噪声窗口附近发射L1、L2两种载波，向全球用户接受系统连续播发GPS导航信号。地面监控系统由美国本土和三大洋的美军基地上均匀分布的五个监测站、一个主控站和三个注入站构成。地面监控系统用GPS接受系统测量没课卫星的伪距和距离差，采集气象观测数据，并传送给主控站，主控站将各种观测数据和卫星工作状态数据诸如自身的工作状态数据中，及时的编算出每颗卫星的导航电文并传送给注入站控制和协调监测站间，注入时间的工作，检验注入卫星的导航电文是否正确以及卫星是否将导航电文发给了GPS用户系统。
二、GPS系统用户接受原理
（一）GPS接收机
GPS 系统用户接受主要是通过卫星接受机完成，卫星接收机的基本结构是由天线单元和接收单元两部分组成。天线单元的主要作用是:当GPS卫星从地平线上升时起，捕获、跟踪卫星，并接收放大捕获到的 GPS 信号。接收单元的主要作用是:记录GPS接受到的信号并对信号进行解调和滤波等处理，还原出GPS 卫星所发送的导航电文，并解求信号在站星间的传播时间和载波相位差，在此基础上实时地获得导航定位的数据或采用测后处理的方式，获得定位、测速、定时等数据结果。
（二）GPS 数据处理软件
GPS 的数据处理软件是 GPS 用户系统的最重要部分，其主要任务是对GPS 接收机所获取的各种卫星测量记录数据进行“粗加工”和“预处理”，并对所处理得到的结果进行平差计算、坐标转换和分析综合处理。解得测站的三维坐标，测体的坐标、运动速度、方向及精确时刻等各项精确信息。
三、GPS系统应用于公路测量的必要性和可行性
（一）GPS系统的优势
1各测站之间无需进行通视。传统公路测量过程中各测站间相互通视一直是测量学的益达难题。GPS系统应用卫星传授信息技术，解决了这一问题，GPS的这一特点，使得测量工作的选点变得更加灵活方便。
2定位精度较高。一般红外仪标的测量精度为5mm+5ppm，而双频 GPS 接收机基线解的精度达到 5mm+1ppm，GPS的测量精度虽与红外仪相当，但随着测量距离的加大，GPS 测量的优越性就会愈加突出。
3观测时间较短。GPS系统在应用于测量的过程中，在小于 20千米的短基线上，进行快速相对定位一般只需 5分钟的观测时间。
4能够提供三维坐标。GPS 系统在继续测量时，在精确的测定观测站平面位置的同时，还可以精确的测定观测站的大致高程，并提供三维坐标。
5操作简单。GPS 测量就有较高自动化能力，在进行观测中测量员的主要任务是安装并控制开关仪器、量取仪器和监视仪器的工作状态，而其他的观测工作如卫星的捕获、跟踪观测等均可以由仪器自动完成。
（二） 常规测量方法的缺陷
1 常规测量方法的规范对附合导线、闭合导线长及结点导线间的长度等有着严格的规定，一般对于高等级的公路测量均要求达到一级导线的要求。在这样的规定下，导线附合或闭合的长度最长不能超过10千米，结点导线的结点间距不得超过附合导线长度的0.7倍。这种严格的测量要求在实际的测量作业中一般难以达到，往往会出现超规范作业现象。
2 测量过程中所搜集到的用于路线测量控制的起算点间一般很难保证为同一测量系统的测量起算点，国测、军测、城市各种控制点通常混杂一起，这样就存在系统间的严重的兼容性问题，如果在测量中选择了不能兼容的起算点，就会严重影响到测量质量。
3 地面间测量点之间的通视困难往往就影响了常规测量的实施，一般测量路线的控制点要求布设在距路线300米的范围内。由于通视障碍的原因，这一条件在实际测量过程中通常难以满足，甚至在一些大范围的密林、密灌、青纱帐或居民区等地区，根本就无法实施常规控制测量的要求。
四、GPS系统在公路测量中的应用
（一）线路勘测
通常在公路选线的过程中，往往要按照勘测设计的规范，在尽量少占农田、少拆房屋并尽量利用原有路基的原则要求基础上进行线路勘测。为了达到准确符合原则要求线路选择，并设计好道路中线路使其符合设计的整体要求， 我们可以在测量过程中利用 GPS动态RTK 的技术，用GPS动态RTK 接收机做为流动信号接收站接收基站发射信号，沿着原路中线按一定间隔进行采集数据，选择另一个已知点作为参考站，遇到重要的地物，准确的进行定位，最后将观测定位数据传人计算机中，利用 AutoCAD 等计算机应用软件就可以方便的在计算机进行上选线，从而选出最优的线路方案。
（二）道路的中线测设
公路测量设计人员在大比例尺带状地形图上完成定线后，需要将公路在现场地面标定出来。这项工作就可以采用动态的GPS 测量技术进行，应用GPS技术只需要将中线主点的各个坐标全部输入到 GPS 的接收机中，GPS系统就会自动定出放样的各个点位。同时由于每个点位的测量都是独立精确完成的，这样就不会产生累积误差，各点放样精度趋于一致，保证测量精确性。
（三）公路纵、横断面测量
公路中线确定完成后，可以利用中线桩点的坐标，通过计算机绘图软件，就可给出路线纵断面和各桩点的横断面的状态分布。同样，由于所用的数据都是在测绘地形图的过程中所采集来的，因此就不需要再到现场进行再次的纵、横断面测量，从而大大减少了外出测量工作的作业量。此外如果需要进行现场断面的测量时，也可采用动态的GPS 测量方法。这种GPS动态测量方法与传统的测量方法相比，在精度、成本、实用各方面都具有明显的优势。
五、结论
在公路测量中广泛采用GPS 的静态定位技术和动态定位技术相结合的方法，可以更高效、高精度地完成公路平面的测量工作。在测量过程中采用常规方法和GPS系统相结合的测量方法也可以极大地提高测量效率，并保证测量质量。采用GPS进行公路测量,有不受测量作业区地形条件限制、可全天候作业、所需人工较少、数据传递迅速准确等优势。随着GPS系统技术的不断发展,这种先进的测量技术手段会被更广泛地应用到我国公路勘测工作中去,为我国公路测量提供更高的技术支持，同时也会提供更为准确测量结果。GPS系统目前在公路测量中的广泛应用，是公路测量领域的一项革命性技术革新，极大地提高了勘测精度和勘测效率。
参考文献：
[1]JTJ/T 066-98,公路全球定位系统(GPS)测量规范.
[2]贾军. GPS与高等级公路测量.山西能源与节能, 2005, (1)
[3]王彩霞,薛建成. GPS在公路测量中应注意的问题.交通标准化, 2003, (8)
