在评述了科学仪器在现代化生产、信息技术、国民经济发展和科学研究中重要作用的基础上,回顾了科学仪器的发展历程,展望了科学仪 器的发展趋势,提出了近期虚拟仪器与虚拟实验室的发展目标和研究方向.

为解决工业生产中长度测量的问题,设计了基于飞思卡尔单片机的木棒长度测量系统。该系统以飞思卡尔单片机为核心控制器,利用匀速转动的直流电机带动履带,履带两侧等距离放置三组红外发射与接收管。将木棒放在履带上,当木棒通过红外对管时利用飞思卡尔单片机的内部计时器计时,得出木棒的移动时间,从而算出木棒的长度,并用1602显示屏显示出木棒的长度。通过实验验证,该系统的测量误差小于0.05%。

在研究高斯拟合的数学原理基础上,给出了高斯拟合的算法,并将高斯拟合应用于单道扫描ICP-AES(Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry)光谱仪的谱峰扫描中.实际应用效果表明,在保证测量精度的同时,利用高斯拟合法测量谱峰,能使测量时间缩短近一半.研究证明,将高斯拟合应用于单道扫描ICP-AES光谱仪是可行的.

在单色仪的色度测量中,为减少光源对物体直接照射所受外界的干扰,将光纤探头作为光能的收集与传输部件引入测色系统中.该系统利用高压汞灯作光源测试特征波长,系统的测色波长误差小于0.3 nm(国际对测色波长误差要求小于0.5 nm).实验结果表明,这种测色系统波长精度高,并有良好的重复性.由于光纤对光谱的非线性衰减的影响而使颜色的测量产生畸变,通过光纤输出端光场的场强分布函数使色度测量得到校正.为了分析系统的测色效果,通过对标准色卡的颜色测定,并与标准值相比较,结果表明,色坐标误差指标小于0.01.本系统可用于颜色检测的实际应用中.

针对DM-2密度仪存在精度低、显示不便、所测样本种类受限、操作复杂不足等问题，在分析常用固体密度测量方法的基础上，提出了一种基于阿基米德浮力定律测量岩矿石密度的方法，并完成了密度仪硬件电路设计和配套软件编程工作，同时给出了密度仪的技术指标及测量结果的误差分析。密度仪由荷重传感器、放大器、模数转换器、单片机、显示部分及USB（Universal Serial Bus）接口等组成。该密度仪不仅可以用于测量多种岩矿石标本的密度，而且也可用于固体标本的重量、体积、孔隙度和含油或水饱和度等多种参数的检测，同时实现了各种固体密度自动测试和密度值实时显示功能，提高了工作效率，减少了人为误差。本密度仪同DM2型密度仪相比，具有智能化程度高、自动LCD（Liquid Crystal Display）显示密度值、存储测试结果、可同计算机通讯、测量精度高

为克服以往钻机液压系统的性能缺陷,满足大功率钻进以及复杂钻进控制的需要,设计并建立了钻进控制模拟试验台,实现了钻进参数的检测、纪录与控制。采用改进的增量型PID(Proportional Integral and Differential)和Fuzzy-PID复合控制算法,实现了钻压和转速的闭环反馈控制,提高了控制系统的稳定性和准确性。在设定值范围内,其平均误差为10%左右,取得良好的效果。

为解决高超声速飞行器姿态运动之间存在的强耦合问题,针对飞行器的气动耦合进行分析,并在此基础上设计了削弱气动耦合的姿态协调控制器。在分析高超声速飞行器状态三通道气动力矩之间的关系基础上,运用动态方程的耦合分析方法得到三通道之间气动耦合关系,求解出耦合度矩阵,引入耦合熵的概念,根据耦合熵判断耦合是否可忽略,并对飞行器姿态协调滑模控制器进行了设计。仿真结果表明,所设计的控制器可有效削弱飞行器三通道之间的气动耦合,在保证姿态稳定的前提下提高系统的动态响应能力。