Luận án Tiến sỹ: Xây dựng chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc - Bùi Quốc Thư

Toàn văn luận án tiến sỹ nghiên cứu xây dựng chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc. Trình bày tổng quan, cơ sở phương pháp và mô hình thực nghiệm.

• Tác giả: Bùi Quốc Thu
• Người hướng dẫn: Vũ Khánh Xuân
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Nghiên Cứu, Xây Dựng Chuẩn Đo Lường Quốc Gia Lĩnh Vực Góc
• Loại tài liệu: Luận án tiến sỹ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc

Chuẩn đo lường góc là một lĩnh vực quan trọng trong hệ thống chuẩn đo lường quốc gia, đóng vai trò thiết yếu trong các ngành công nghiệp hiện đại. Luận án nghiên cứu này tập trung vào việc xây dựng chuẩn đo lường quốc gia cho các phép đo góc với độ chính xác cao. Hệ thống chuẩn góc bao gồm nhiều loại: chuẩn góc nhỏ, chuẩn góc toàn vòng, và các thiết bị đo góc như rotary encoder và thước sin. Việc thiết lập chuẩn đo lường phù hợp giúp đảm bảo độ tin cậy trong các phép đo kỹ thuật và khoa học. Các quốc gia như Mỹ (NIST), Đức (PTB), và Ý (INRIM) đã xây dựng những hệ thống chuẩn tiên tiến.

1.1. Khái niệm góc và hệ thống chuẩn đo lường

Góc là đại lượng cơ bản trong đo lường kỹ thuật. Chuẩn đo lường góc được phân loại thành nhiều dạng khác nhau, bao gồm góc nhỏ và góc toàn vòng. Hệ thống chuẩn cung cấp các phương tiện đo chính xác để hiệu chuẩn các thiết bị đo góc trong công nghiệp.

1.2. Các loại chuẩn góc hiện nay

Các dạng chuẩn góc bao gồm: ống tự chuẩn trực (autocollimator), thước sin (sine bar), và encoder góc quay (rotary encoder). Mỗi loại có ưu điểm riêng trong các ứng dụng đặc thù. Chuẩn góc toàn vòng sử dụng đĩa chia độ mã hóa là công nghệ tiên tiến nhất hiện nay.

II. Cơ sở lý thuyết xây dựng chuẩn góc toàn vòng

Chuẩn góc toàn vòng được xây dựng dựa trên các nguyên lý vật lý và kỹ thuật đo lường tiên tiến. Luận án nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của chuẩn đo lường, bao gồm sai số vị trí vạch chia, sai số hình học, và các sai số hệ thống khác. Phương pháp nội suy nâng cao độ phân giải giúp cải thiện hiệu suất của hệ thống. Việc sử dụng đĩa chia độ kiểu số kết hợp với các thuật toán xử lý tín hiệu hiện đại cho phép đạt được độ chính xác vượt trội. Nguyên lý vòng trơn khép kín và phương pháp hiệu chuẩn chéo được ứng dụng để loại trừ các sai số hệ thống.

2.1. Phương pháp tạo chuẩn góc bằng đĩa chia độ

Đĩa chia độ kiểu số là thành phần chính trong chuẩn góc toàn vòng hiện đại. Phương pháp đọc vạch chia và nội suy dữ liệu giúp nâng cao độ phân giải từ vài phút cung lên tới vài giây cung. Kỹ thuật này đảm bảo độ không đảm bảo đo ở mức thấp nhất.

2.2. Các nguồn sai số và phương pháp khắc phục

Các dạng sai số chính bao gồm sai số góc cục bộ (NA) và sai số góc lớn (WA). Sai số vị trí vạch chia ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác. Phương pháp vòng trơn khép kín và hiệu chuẩn chéo được áp dụng để giảm thiểu các sai số hệ thống.

III. Bộ tạo góc nhỏ và đánh giá độ không đảm bảo đo

Bộ tạo góc nhỏ là thiết bị quan trọng trong hệ thống chuẩn đo lường góc quốc gia. Luận án nghiên cứu ba loại bộ tạo góc: kiểu cơ khí, sử dụng động cơ dịch chuyển nhỏ chính xác, và kiểu cơ quang. Mỗi loại có nguyên lý hoạt động riêng và ứng dụng phù hợp. Độ không đảm bảo đo được đánh giá chi tiết thông qua các phương pháp thống kê loại A và loại B. Việc xây dựng mô hình lý thuyết vững chắc giúp dự đoán hiệu suất của bộ tạo góc. Sai số của bộ tạo góc nhỏ bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như độ chính xác của cơ cấu truyền động, độ cứng cơ học, và các biến thiên nhiệt độ.

3.1. Các loại bộ tạo góc nhỏ

Bộ tạo góc nhỏ kiểu cơ khí sử dụng các bánh răng và cơ cấu dịch chuyển. Bộ tạo góc sử dụng động cơ dịch chuyển cho phép điều chỉnh góc linh hoạt. Bộ tạo góc kiểu cơ quang kết hợp gương quang học cho độ chính xác cao hơn.

3.2. Phương pháp đánh giá độ không đảm bảo

Độ không đảm bảo đo loại A được tính từ các phép đo lặp lại. Độ không đảm bảo đo loại B dựa trên kinh nghiệm và dữ liệu kỹ thuật. Độ không đảm bảo đo mở rộng được xác định từ độ không đảm bảo tổng hợp nhân với hệ số bao phủ.

IV. Thực trạng và nội dung nghiên cứu tại Việt Nam

Hiện tại, chuẩn đo lường góc tại Việt Nam vẫn còn khá hạn chế so với các quốc gia phát triển. Luận án này đưa ra mô hình chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc phù hợp với điều kiện kỹ thuật tại Việt Nam. Nội dung nghiên cứu bao gồm việc xây dựng các bộ tạo góc nhỏ chính xác, thiết lập chuẩn góc toàn vòng bằng công nghệ đĩa chia độ, và phát triển hệ thống đo lường với độ tin cậy cao. Việc áp dụng các phương pháp đo chính xác độ dài cánh tay đòn (L) trong giao thoa kế laser giúp cải thiện độ chính xác của chuẩn một cách đáng kể. Mô hình thực nghiệm được xây dựng để validate toàn bộ lý thuyết và đảm bảo tính khả thi của chuẩn đo lường được đề xuất.

4.1. Hiện trạng chuẩn đo lường góc tại Việt Nam

Viện Đo lường Việt Nam (VMI) đang nỗ lực phát triển chuẩn đo lường cho lĩnh vực góc. Tuy nhiên, các thiết bị và phương pháp hiện có còn chưa đạt tiêu chuẩn quốc tế. Luận án góp phần nâng cao khả năng đo lường quốc gia thông qua các công nghệ tiên tiến.

4.2. Nội dung chính của luận án nghiên cứu

Luận án tập trung vào ba nội dung chính: (1) Xây dựng chuẩn góc toàn vòng sử dụng đĩa chia độ số; (2) Phát triển bộ tạo góc nhỏ độ chính xác cao; (3) Thiết lập hệ thống đảm bảo chất lượng đo lường phù hợp với tiêu chuẩn quốc tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BO GIAO DUC VA DAO TAO TRUONG DAI HOC BACH KHOA HA NOI BUI QUOC THU NGHIEN CU'U, XAY DUNG CHUAN DO LUONG QUOC GIA LINH VUC GOC LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT CƠ KHÍ CHUYEN NGANH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hà Nội 2018 BO GIAO DUC VA DAO TAO TRUONG DAI HOC BACH KHOA HA NOI BUI QUOC THU NGHIEN CU'U, XAY DUNG CHUAN DO LUONG QUOC GIA LINH VUC GOC LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT CƠ KHÍ CHUYEN NGANH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Mã số: 62520103 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:1. VŨ KHÁNH XUÂN Hà Nội -2018 MUC LUC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TÁT. DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ DÔ THỊ. DANH MỤC BẢNG BIỂU.tisererreriee - MG DAU.12 1 Tỉnh cáp thit cũcủa để tài luận án nghiên cứu.

Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu,. Phương pháp ngliên cứu,. so se nttereerirrersrreirsrrrssserrreo, TẾ 4ˆ Nội dung, luận án. se seeetreirerrnrrrreirrerirrrrrreoree, TẾ 5.

¥ ughia khoa học và thực tiỄn của luận ấm. & Các đông gốp mới của luận án. - 15 CHUONG 1 1 ‘TONG QUAN VE HE THONG CHUAN DO LUGNG QUỐC GIÁ LĨNH VỰC GÓC. Góc và chuẩn đo lường 866.

Khải niệm về góc. Hệ thông chuẩn do lường. Hệ thống, chuẩn đo lường. Các dạng chuẩn góc nhỏ - - -.

Ông tự chuẩn trực ( Antocofliator). Thước sỉn (Sine baT).4, Chan goc dang ca mit. Chin géc toan vong - - - a 2D 1. Chuẩn gúc toàn vòng dang dia chia d6 ma hoa (Rolary Encoder — RE).

Tiện chuẩn chuẩn, phương tiện đo - - -. Dộ không đảm bảo đo. Hệ thống chuẩn do hnéng qué gialinh vực góc ti một s quốc gia trên thể giới. Hệ thông chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc của Viện Quốc gia về chuẩn vá công nghệ Mỹ (NIST).

Hệ trống chuẩn đo lướng lĩnh vực góe của PTB. Hệ thống chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc của INRIM. Hệ thông chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc cúa NMH. Hệ thống chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc của Viện đo lường Trang Quốc 38 1.

Chuẩn góc loàn vòng, - 229 1. Chuẩn góc toàn vòng kiểu cơ -. Chuẩn góc loàn vòng sử dựng Ìaszr vòng, 30 1. Chuẩn góc toàn vòng sử dụng đĩa chia độ mã hóa góc quay.

Phương pháp đảm bảo đo tường chuẩn góc toàn vàng. Nguyên lý vỏng trờn khép kín - - - 35 1. Phương pháp hiệu chuẩn chéo. Phương pháp nhiền đâu đọc.

Bồ tạo góc nhỏ. Mô hình lý thuyết 1. Các nguyên Ly tac góc nhỏ. Phân tích nguyên lý tạo góc nhả.

Một số bộ tạo góc nhỏ 40 1. Bộ tạo góc nhỏ kiến cơ khí ( hình 1. Bộ tạo góc nhỏ sử dụng động cơ dịch chuyển nhỏ chính xác. Bộ tạp góc nhỏ kiểu cơ quang.

Thực trạng chuẩn đo lường góc lại Việt Nam và nội dung nghiền cứu của luận án 12 1. Hiện trạng chuẩn đo tường Tĩnh vực óc lại Việt Nam 4 1. Đã xuất mô hình chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc tại Việt Nam 48 1. Nội dung nghiên cứu 44 CHUONG2 - 45 CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG CHUẨN GOC TOAN VONG.

Nguyên lý, phương pháp tạo chuẩn góc toàn vòng bằng đỉa chia độ kiều gia số. Phương pháp đọc vach chia. Phương pháp nội suy nâng cao độ phôn giá. Nghiên cửa các yêu tổ ảnh huông đến đồ chính xác của chuẩn góc toàn vòng sử dụng địa chỉa độ kiểu gia số - - -.

Các dạng sai số của chuẩn góc toàn vòng sử dụng đĩa chia độ kiểu gia số. Sai số vị tí của vạch chủa. 30 DANH MUC CAC KY HIEU VA CHU VIET TAT 1. Danh mục chữ viết tắt, thuật ngữ SIT Kỹ hiệu Tiếng Việt Tiếng Anh Chữ viết tắt 1 BIPM Tổ chức Cân do Quéct®— Burcau International des Poids ol Mesure 2 CIỀM Ủy ban Cân đo Quốctễ Intemational Committee for Weights and Measures 3 CMCs ‘Nang Ive do va bigu chuin Calibration and Measurement Capabilites 4 DFT Biển đổi Fourierrờirae Diserele Forier transform 5 EDA "Trung bình phân đoạn.

Equal division average bing nhau 6 BET Biển đổi touriernhanh Last Eouriertransform H INRIM Vign nghién edu Boluong National Instilule of quốc gia (Italia) Metrologieal Rescarch (Talia) 5 KRISS Viện nghiền cửa chuẩn và Korea Research Institute of khoa học Hản Quốc Standards and Science 9 NA Sai số góc cục bộ Narrow Angle Error 10 NMIs Vién Do hréng Quéc gia National Metrology institutes 1 XIM Viên đo lường quốc gia — National MetolosyIntitulz Trung Quéc 12 NIST ‘Vién chuẩn và Công nghệ National Institute of Standards Quốc gia (LISA) and technology (USA) 13 NIMT Viên Đo lường quốc gia National Institute Mctrology of Thái Lan Thailand 14 RE Thiét bi ma héa gdc quay Rotary Encoder 15 RL Laser vang, Ring Laser 18 PTR Cục vậtlý kỹ thuật Đức — Physikalisch-Tochnische Bundesanstalt 17 ‘VMI Viên Do lường Việt Nam Vietnam Metrology Institute 18 WA Sai số góc lớn Wide angle errors 3. Đảnh gia độ không đăm bảo cimẫn loại A - - 85 3. Dãnh gia độ không đăm báo đo chuẩn loại B. Đảnh gia độ không đăm báo đo chuẩn tổng hợp tụ, 87 3.

Dộ không đám hào đo mở rộng. Dô không đâm báo đo của bỏ tạo góc nhẻ. Nghiên cửu, tỉnh toán xác định các yêu tổ ánh hướng đến độkhông dim bio do của bô tạo góc nhỏ. Đánh giá độ không đâm bảo đo củagiao thoa kế laser tưới) 89 3.

Danh gia46 khéng dam bảo đo chiêu đài cánh tay đòn n(L). Nghiên cứu phương pháp đo chính xác độ đời cánh tay đòn 2. Xây đựng phương pháp đo. Độ không đâm bảo đo của phép đo độ đài cánh tay đồn - 2 95 3.

Xây đựng mô hình thực nghiệm phép đo khoảng cách cảnh tay đồn. Độ không đảm bảo đo của phép đo chiều đài cánh tay đòn trên mô hình thực nghiệm 98 3. Nghiên cửu, thiết kề, chế tạo, tích hợp bộ tạo gỏe nhỏ. Giao thoa kế lasey.4 Phần mềm do 100 3.

Tính loán độ không đâm bảo đo của bộ Iạo góc nhỏ được chế tạo -. Xác định các thành phần độ không đâm bảo đo nh) của giao thoa kế laser.2 Tỉnh toán thành phần đô không đảm bảo đo œa(E) do ảnh hưởng của việc lắp đặt hệ thông -. Xác định thành phần a(1).1 Xác định giá irị n{Lc). Xác định thành phân độ không đảm bao do 0E (L).4 Xae dinh độ không dâm bảo do tổng hợp chuẩn c(8) của bệ tạo góc nhỏ.

Đánh giá bô tạo góc nhỏ bằng phương pháp so sảnh liên phòng 106 3. KếI luận chương ba 108 CHƯƠNG 4 110 XAY DUNG IIR THONG CITUAN BO LUGNG QUOC GIA LĨNH VỰC GÓC 110 41.118 thing chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực gộc - -. Tích hợp hệ thông chuẩn đo lường quốc gia lính vực gúc. Dân xual chudn đo lường Tĩnh vực gúc - -.

Xây dựng phương pháp hiệu chuẩn sử dụng chuẩn đo lường góc được thiết lập. Hệ thống chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc của INRIM. Hệ thông chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc cúa NMH. Hệ thống chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc của Viện đo lường Trang Quốc 38 1.

Chuẩn góc loàn vòng, - 229 1. Chuẩn góc toàn vòng kiểu cơ -. Chuẩn góc loàn vòng sử dựng Ìaszr vòng, 30 1. Chuẩn góc toàn vòng sử dụng đĩa chia độ mã hóa góc quay.

Phương pháp đảm bảo đo tường chuẩn góc toàn vàng. Nguyên lý vỏng trờn khép kín - - - 35 1. Phương pháp hiệu chuẩn chéo. Phương pháp nhiền đâu đọc.

Bồ tạo góc nhỏ. Mô hình lý thuyết 1. Các nguyên Ly tac góc nhỏ. Phân tích nguyên lý tạo góc nhả.

Một số bộ tạo góc nhỏ 40 1. Bộ tạo góc nhỏ kiến cơ khí ( hình 1. Bộ tạo góc nhỏ sử dụng động cơ dịch chuyển nhỏ chính xác. Bộ tạp góc nhỏ kiểu cơ quang.

Thực trạng chuẩn đo lường góc lại Việt Nam và nội dung nghiền cứu của luận án 12 1. Hiện trạng chuẩn đo tường Tĩnh vực óc lại Việt Nam 4 1. Đã xuất mô hình chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc tại Việt Nam 48 1. Nội dung nghiên cứu 44 CHUONG2 - 45 CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG CHUẨN GOC TOAN VONG.

Nguyên lý, phương pháp tạo chuẩn góc toàn vòng bằng đỉa chia độ kiều gia số. Phương pháp đọc vach chia. Phương pháp nội suy nâng cao độ phôn giá. Nghiên cửa các yêu tổ ảnh huông đến đồ chính xác của chuẩn góc toàn vòng sử dụng địa chỉa độ kiểu gia số - - -.

Các dạng sai số của chuẩn góc toàn vòng sử dụng đĩa chia độ kiểu gia số. Sai số vị tí của vạch chủa. 30 DANH MUC CAC KY HIEU VA CHU VIET TAT 1. Danh mục chữ viết tắt, thuật ngữ SIT Kỹ hiệu Tiếng Việt Tiếng Anh Chữ viết tắt 1 BIPM Tổ chức Cân do Quéct®— Burcau International des Poids ol Mesure 2 CIỀM Ủy ban Cân đo Quốctễ Intemational Committee for Weights and Measures 3 CMCs ‘Nang Ive do va bigu chuin Calibration and Measurement Capabilites 4 DFT Biển đổi Fourierrờirae Diserele Forier transform 5 EDA "Trung bình phân đoạn.

Equal division average bing nhau 6 BET Biển đổi touriernhanh Last Eouriertransform H INRIM Vign nghién edu Boluong National Instilule of quốc gia (Italia) Metrologieal Rescarch (Talia) 5 KRISS Viện nghiền cửa chuẩn và Korea Research Institute of khoa học Hản Quốc Standards and Science 9 NA Sai số góc cục bộ Narrow Angle Error 10 NMIs Vién Do hréng Quéc gia National Metrology institutes 1 XIM Viên đo lường quốc gia — National MetolosyIntitulz Trung Quéc 12 NIST ‘Vién chuẩn và Công nghệ National Institute of Standards Quốc gia (LISA) and technology (USA) 13 NIMT Viên Đo lường quốc gia National Institute Mctrology of Thái Lan Thailand 14 RE Thiét bi ma héa gdc quay Rotary Encoder 15 RL Laser vang, Ring Laser 18 PTR Cục vậtlý kỹ thuật Đức — Physikalisch-Tochnische Bundesanstalt 17 ‘VMI Viên Do lường Việt Nam Vietnam Metrology Institute 18 WA Sai số góc lớn Wide angle errors 4.1, Xay dựng phương pháp hiệu chuẩn ống tự chuẩn trục sử đựng bô tạo góc nhỏ + —. Xác định vị trí kiếm ban đẫn (vị trí gốc) 115 4-4. Phương pháp hiệu chuẩn. - e WS 4414 Độ Không đảm đ bảo do của phép hiệu chuẩn dng tr chun tute sit đang bộ tao sóc nhỏ.

Xây đựng phương pháp hiện chuẩn đa điện góc - -.1 Lắp đại thiết trị „. Phương phốp hiệu chuẩn. Tinh toan 46 không đảm bảo do ea phép hiệu chuẩn đa điện góc sử dụng chuẩn góc Toàn vòng 119 4. Kết luận chương bốn.

1 KẾT LUẬN 122 KIÊN NGHỊ 123 TÀI LIỆU THAM KHẢO 124 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CONG BO CỊ 137 2. Sai số chuyển động quay cửa đĩa chia đó. Dệ ấn định cũa tâm qnay. Nghiên cứu giải pháp giám thiểu sai số chuẩn góc toàn vòng gia số.

Phương pháp giảm thiểu sai số do ánh hướng của lệch tâm. Phương pháp giảm thiểu sai số do ánh hướngđộ nghiêng đĩa chía độ .