Tóm tắt luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu, xây dựng chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc

GIỚI THIỆU LUẬN ÁN<br /> 1.<br /> <br /> Tính cấp thiết của luận án nghiên cứu<br /> <br /> Góc là đại lượng đo thuộc lĩnh vực đo lường độ dài, chuẩn góc<br /> được sử dụng rộng rãi trong các ngành kỹ thuật như cơ khí chính xác,<br /> điều khiển tự động, trắc đạc, giao thông, xây dựng, thiên văn… Nghiên<br /> cứu chế tạo chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc giúp cho Việt Nam<br /> làm chủ về mặt kỹ thuật, tạo tiền đề vững chắc cho việc duy trì và dẫn<br /> xuất chuẩn đo lường góc, nâng cao trình độ nghiên cứu về khoa học<br /> kỹ thuật đo lường, đồng thời giúp cho chúng ta tiết kiệm được chi phí<br /> ngoại tệ để trang bị chuẩn góc nếu nhập khẩu của nước ngoài. Đó chính<br /> là những lý do luận án chọn hướng nghiên cứu:<br /> “ Nghiên cứu, xây dựng chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc ”.<br /> 2. Mục đích đối tượng và phạm vi nghiên cứu<br /> a) Mục đích của luận án<br /> Nghiên cứu xác lập cơ sở khoa học và kỹ thuật để có thể xây dựng<br /> hệ thống thiết bị đo thực hiện được chức năng chuẩn đo lường quốc<br /> gia lĩnh vực góc phẳng bao gồm chuẩn góc toàn vòng gia số và bộ tạo<br /> góc nhỏ đảm bảo việc hiệu chuẩn cho chuẩn, phương tiện đo góc đáp<br /> ứng nhu cầu của cơ sở trong cả nước.<br /> b) Đối tượng và phạm vi nghiên cứu<br /> - Đối tượng nghiên cứu của luận án là xây dựng hệ thống chuẩn<br /> đo lường quốc gia có phạm vi làm việc và độ chính xác đảm bảo duy<br /> trì và dẫn xuất chuẩn lĩnh vực đo lường góc tại Việt Nam. Nghiên cứu<br /> các phương pháp xây dựng chuẩn góc toàn vòng sử dụng đĩa chia độ<br /> kiểu gia số nhiều đầu đọc có khả năng tự hiệu chuẩn đảm bảo độ chính<br /> xác và bộ tạo góc nhỏ theo nguyên lý sin sử dụng giao thoa kế laser.<br /> Xây dựng được các phương pháp duy trì và dẫn xuất chuẩn đo lường<br /> lĩnh vực góc từ chuẩn quốc gia đến chuẩn góc và phương tiện đo góc<br /> có độ chính xác thấp hơn, phù hợp với yêu cầu thực tế của Việt Nam.<br /> - Phạm vi nghiên cứu của luận án giới hạn trong việc nghiên cứu<br /> xây dựng chuẩn góc toàn vòng giá trị độ chia 0,1, sai số ± 0,3.<br /> Nghiên cứu chế tạo bộ tạo góc nhỏ phạm vi đo ± 30' với độ không<br /> đảm bảo đo U = (0,1~ 0,3). Tích hợp các thiết bị chuẩn thành hệ<br /> thống chuẩn, xây dựng phương pháp đánh giá, sao truyền chuẩn.<br /> 3. Phương pháp nghiên cứu<br /> 1<br /> <br /> Phương pháp nghiên cứu là kết hợp giữa lý thuyết và thực<br /> nghiệm kiểm chứng trên thiết bị được chế tạo. Dùng phương pháp<br /> khảo sát phân tích kết quả các công trình nghiên cứu trên thế giới để<br /> xây dựng phương pháp thiết lập chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc.<br /> Luận án sử dụng phương pháp suy diễn lý thuyết để lập mô hình chuẩn<br /> góc toàn vòng và chuẩn góc nhỏ, xây dựng mô hình toán học, phân<br /> tích các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của thiết bị. Thiết lập<br /> phương pháp đánh giá độ không đảm bảo đo của chuẩn góc. Tiến hành<br /> quá trình đo thử nghiệm so sánh kết quả hiệu chuẩn ống tự chuẩn trực<br /> trên bộ tạo góc nhỏ và đa diện góc trên chuẩn góc toàn vòng với kết<br /> quả hiệu chuẩn của Viện nghiên cứu về Chuẩn và Khoa học Hàn Quốc<br /> làm căn cứ đánh giá độ chính xác. Sử dụng các phần mềm để phân tích<br /> xử lý dữ liệu: phần mềm Excel, Matlab xử lý số liệu để nghiên cứu và<br /> thực nghiệm.<br /> 4. Bố cục của luận án<br /> Nội dung chính được trình bày trong 4 chương của luận án:<br /> - Chương 1: Tổng quan về hệ thống chuẩn đo lường quốc gia lĩnh<br /> vực góc;<br /> - Chương 2: Cơ sở phương pháp xây dựng chuẩn góc toàn vòng;<br /> - Chương 3: Cơ sở phương pháp xây dựng chuẩn góc nhỏ;<br /> - Chương 4: Xây dựng hệ thống chuẩn quoocsgia lĩnh vực góc;<br /> - Kết luận;<br /> - Kiến nghị.<br /> 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án<br /> a) Ý nghĩa khoa học<br /> - Xây dựng phương pháp thiết lập hệ thống chuẩn đo lường góc<br /> trên cơ sở xây dựng bộ tạo góc nhỏ và chuẩn góc toàn vòng.<br /> - Đối với chuẩn góc toàn vòng xác lập phương pháp tự hiệu<br /> chuẩn sử dụng kỹ thuật bố trí nhiều đầu đọc và phương pháp trung<br /> bình phân đoạn bằng nhau EDA để đánh giá độ không đảm bảo đo<br /> chuẩn.<br /> - Nghiên cứu phương pháp tạo chuẩn góc nhỏ, đề xuất phương<br /> pháp đo khoảng cách giữa hai tâm ảo của gương góc, tính toán thiết<br /> kế chế tạo bộ tạo góc nhỏ dẫn xuất từ chuẩn đo lường độ dài.<br /> b) Ý nghĩa thực tế<br /> 2<br /> <br /> - Nghiên cứu thiết kế, chế tao chuẩn góc toàn vòng có độ phân<br /> giải 0,1, độ không đảm bảo đo U= 0,3.<br /> - Thiết kế chế tạo bộ tạo góc nhỏ có phạm vi ± 30´ độ không<br /> đảm bảo đo U=0,08.<br /> - Tích hợp thành hệ thống chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực<br /> góc đáp ứng yêu cầu về chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc theo<br /> quy hoạch phát triển chuẩn quốc gia của Viện Đo lường Việt Nam.<br /> Kết quả này có thể dùng làm hệ thống chuẩn đo lường quốc gia lĩnh<br /> vực góc.<br /> 6. Các đóng góp mới của luận án<br /> - Luận án đã xây dựng được thuật toán và chương trình xử lý<br /> số liệu trên cơ sở phương pháp EDA cho phép tự hiệu chuẩn thành<br /> công chuẩn góc toàn vòng gia số đạt độ chính xác 0,3"và khẳng định<br /> khả năng làm chủ phương pháp tự hiệu chuẩn đối với chuẩn đầu góc<br /> phằng. Phương pháp tự hiệu chuẩn có thể xác định chính xác sai số vị<br /> trí của từng vạch chia, sai số lệch tâm và độ nghiêng đĩa chia độ toàn<br /> bộ dự liệu này được dùng để bù sai số chuẩn góc toàn vòng gia số.<br /> Đây là một yếu tố bắt buộc đối với việc xây dựng cơ sở lý thuyết cho<br /> việc chế tạo chuẩn đầu quốc gia lĩnh vực góc. Đã chế tạo thành công<br /> chuẩn toàn vòng sử dụng đĩa chia độ gia số có độ phân giải 0,1″, độ<br /> không đảm bảo đo U= 0,3″.<br /> - Luận án đã nghiên cứu đưa ra phương pháp đo khoảng cách<br /> tâm ảo giữa hai gương góc của cánh tay đòn sử dụng cảm biến vị trí<br /> quang học CCD kết hợp với giao thoa laser. Đây là một trong hai vấn<br /> đề quan trọng quyết định đến độ chính xác của bộ tạo góc nhỏ. Với<br /> phương pháp đo mới được xây dựng đã đạt được độ chính xác đo độ<br /> dài cánh tay đòn đến 2,1 µm. Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến độ<br /> chính xác của bộ tạo góc nhỏ như: độ ổn định tâm quay, vị trí gương<br /> góc, xác lập điều kiện môi trường làm việc của bộ tạo góc nhỏ đảm<br /> bảo độ chính xác theo yêu cầu nhỏ hơn 0,1 . Chế tạo tích hợp bộ tạo<br /> góc nhỏ có phạm vi đo ± 30', độ không đảm bảo đo 0,08″.<br /> - Xây dựng phương pháp đánh giá độ chính xác của chuẩn góc<br /> toàn vòng và bộ tạo góc nhỏ thông qua quá trình tự hiệu chuẩn và tính<br /> toán độ không đảm bảo đo. Độ chính xác của chuẩn góc được kiểm<br /> chứng bằng cách so sánh vòng với KRISS trị số |En | 1 khẳng định<br /> độ chính xác của chuẩn góc đạt yêu cầu kỹ thuật đề ra .<br /> 3<br /> <br /> - Xây dựng sơ đồ dẫn xuất chuẩn đo lường lĩnh vực góc và<br /> phương pháp hiệu chuẩn ống tự chuẩn trực và đa diện góc trên hệ<br /> thống chuẩn mới được thiết lập.<br /> NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN ÁN<br /> CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG CHUẨN ĐO LƯỜNG<br /> QUỐC GIA LĨNH VỰC GÓC<br /> 1.1. Góc và chuẩn đo lường góc<br /> Trong hệ đơn vị quốc tế SI radian là tên gọi của đơn vị góc<br /> được định nghĩa như sau:<br /> “Radian là góc tạo bởi hai tia bán kính của vòng tròn cắt trên<br /> vòng tròn đó một cung có độ dài bằng với bán kính”.<br /> 1.1.2. Hệ thống chuẩn đo lường<br /> Chuẩn đo lường:Theo TCVN 6165, chuẩn đo lường, hay gọi<br /> tắt là chuẩn, được định nghĩa như sau: “Chuẩn đo lường là sự thể hiện<br /> định nghĩa của đại lượng đã cho, với giá trị đại lượng được công bố và<br /> độ không đảm bảo kèm theo, dùng làm mốc quy chiếu”.<br /> Hệ thống chuẩn đo lường: Hệ thống chuẩn đo lường là cơ sở kỹ<br /> thuật quan trọng nhất để đảm bảo tính thống nhất và độ chính xác cần<br /> thiết của phép đo trong phạm vi quốc gia và quốc tế.<br /> 1.2. Chuẩn đo lường góc<br /> Hiện nay người ta nhìn nhận, chia các chuẩn góc thông dụng ra<br /> làm hai loại chính, phổ quát tất cả các chủng loại chuẩn và phương<br /> tiện đo góc trong thực tế, đó là. Chuẩn góc nhỏ, phạm vi góc nhỏ hơn<br /> 1o (chuẩn góc nhỏ) các dạng chuẩn góc nhỏ bao gồm: Ống tự chuẩn<br /> trực; Thước sin (sin bar); Ni vô; Chuẩn dạng căn mẫu. Chuẩn góc có<br /> phạm vi đến 360o hoặc lớn hơn 360o bao gồm: Đa diện góc; Bàn phân<br /> độ ( Indexxing Table); Chuẩn góc toàn vòng dạng đĩa chia độ mã hóa.<br /> 1.3. Hiệu chuẩn chuẩn, phương tiện đo<br /> 1.3.1. Hiệu chuẩn<br /> Hiệu chuẩn là tập hợp các thao tác trong điều kiện quy định để<br /> thiết lập mối quan hệ giữa các giá trị của đại lượng được chỉ bởi<br /> <br /> 4<br /> <br /> phương tiện đo, hệ thống đo hoặc giá trị được thể hiện bằng vật độ<br /> hoặc mẫu chuẩn và các giá trị tương ứng thể hiện bằng chuẩn.<br /> 1.3.2. Độ không đảm bảo đo<br /> Độ không đảm bảo đo được định nghĩa là thông số không âm<br /> đặc trưng cho sự phân tán của các giá trị đại lượng được quy cho đại<br /> lượng đo, trên cơ sở thông tin đã sử dụng, đặc trưng cho sự phân tán<br /> của các giá trị có thể quy cho đại lượng một cách hợp lý<br /> 1.4. Hệ thống chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc tại một số quốc<br /> gia trên thế giới<br /> Hệ thống chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc thường là<br /> chuẩn đầu tức là chuẩn có độ chính xác cao mà giá trị của nó không<br /> dựa vào các chuẩn khác cùng đại lượng. Hệ thống chuẩn góc của các<br /> NMIs là chuẩn góc toàn vòng độ chính xác cao như của NIST, PTB<br /> hay của IRNIM. Hệ thống chuẩn đo lường góc của NMIJ và NIM đều<br /> xây dựng trên cơ sở chuẩn góc toàn vòng kết hợp với bộ tạo góc nhỏ.<br /> Sự kết hợp chuẩn góc toàn vòng và bộ tạo góc nhỏ để đảm bảo duy trì<br /> và dẫn xuất chuẩn đo lường lĩnh vực góc giúp cho việc hoàn thiện hệ<br /> thống chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc được thực hiện một cách<br /> kinh tế vẫn đảm bảo độ chính xác của hệ thống.<br /> 1.5. Chuẩn góc toàn vòng<br /> Trong toán học và thực tế vòng tròn khép kín được coi là chuẩn<br /> tự nhiên của góc phẳng ( Natural Etalon) có giá trị là 2 (360o) không<br /> có sai số. Do đó vòng tròn khép kín là cơ sở để thiết kế chuẩn góc<br /> toàn vòng đạt độ chính xác cao và có khả năng tự hiệu chuẩn. Chuẩn<br /> góc toàn vòng bao gồm các dạng: cơ khí, laser vòng (Ring<br /> laser),chuẩn góc toàn vòng sử dụng đĩa chia độ mã hóa góc quay.<br /> 1.6. Bộ tạo góc nhỏ<br /> Bộ tạo góc nhỏ được nghiên cứu thiết kế, chế tạo trên cơ sở sử<br /> dụng hàm số lượng giác theo nguyen lý sin hoặc tang. Để đảm bảo độ<br /> chính xác của bộ tạo góc nhỏ cần thiết phải nghiên cứu xây dựng<br /> phương pháp đo chính xác khoảng cách cánh tay đòn và tính toán độ<br /> chính xác của thiết bị đo khoảng cách dịch chuyển.<br /> <br /> 5<br /> <br />