光學(xué)垂準(zhǔn)儀一測(cè)回垂準(zhǔn)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)不確定評(píng)定報(bào)告

光學(xué)垂準(zhǔn)儀“一測(cè)回垂準(zhǔn)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)偏差”校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度評(píng)定報(bào)告根據(jù)CNAS_GL05“量不確定度要求的實(shí)施指南”的要求，對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果的測(cè)量不確定度評(píng)定時(shí)要測(cè)量過(guò)程入手對(duì)量方法測(cè)量系統(tǒng)及測(cè)量過(guò)程作詳細(xì)的研究報(bào)告的內(nèi)容包括以下部分。光垂準(zhǔn)儀的校準(zhǔn)裝置的構(gòu)成和測(cè)量原理北京金華大地光電儀器校準(zhǔn)中心為開(kāi)展垂準(zhǔn)儀校準(zhǔn)項(xiàng)目，建立了垂準(zhǔn)儀校準(zhǔn)裝置。校準(zhǔn)裝置由以下兩個(gè)部分構(gòu)成，（1.JSJ精密水準(zhǔn)儀校驗(yàn)儀為垂準(zhǔn)儀校準(zhǔn)裝置提供平準(zhǔn)線的儀以下簡(jiǎn)稱校驗(yàn)儀（2五角棱鏡儀器臺(tái)，它的作用是將垂準(zhǔn)儀的垂直視準(zhǔn)線轉(zhuǎn)換成水平視線；校準(zhǔn)裝置的測(cè)量原理是將被校準(zhǔn)的垂準(zhǔn)儀安置在五角棱鏡儀器臺(tái)中平準(zhǔn)儀整儀器的高度使準(zhǔn)儀的視準(zhǔn)通過(guò)五角棱鏡換成水平方向照準(zhǔn)校驗(yàn)儀的平行光管的分劃板的十字絲中心假垂儀的分劃板十字絲的中心與校驗(yàn)儀十字絲中心重合明垂準(zhǔn)儀的視準(zhǔn)軸是垂直的因JSJ精水準(zhǔn)儀校驗(yàn)儀已經(jīng)經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)所以本準(zhǔn)裝置實(shí)現(xiàn)了量值的溯源。圖一是光學(xué)垂準(zhǔn)儀的校準(zhǔn)裝置的原理圖。圖一光學(xué)準(zhǔn)儀的校準(zhǔn)裝置的原理圖根據(jù)垂準(zhǔn)儀的測(cè)量原理，為了消除各種誤差的影響，實(shí)際作業(yè)中，需要將垂準(zhǔn)儀照準(zhǔn)部在不同的方位上進(jìn)行對(duì)徑量消除水準(zhǔn)軸與儀器旋轉(zhuǎn)軸視準(zhǔn)軸與旋轉(zhuǎn)軸安裝誤差的影響構(gòu)一測(cè)回的垂準(zhǔn)測(cè)量這一組觀測(cè)值的平均值表示一條過(guò)儀器中心的鉛垂線是一測(cè)回垂準(zhǔn)測(cè)量的概念。2.校前，對(duì)光學(xué)垂準(zhǔn)儀的調(diào)整與校正在進(jìn)行光學(xué)垂準(zhǔn)儀“一測(cè)回垂準(zhǔn)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)偏差”的測(cè)定前，因?qū)Υ箿?zhǔn)儀及校準(zhǔn)裝置進(jìn)行以下調(diào)整和校正：2.1垂準(zhǔn)儀的圓水準(zhǔn)器和管狀水準(zhǔn)器安置位置正確性的檢查與校正它的水準(zhǔn)軸平行或垂直于垂準(zhǔn)儀的旋轉(zhuǎn)軸。2.2調(diào)整，校正垂準(zhǔn)儀的視準(zhǔn)軸與垂準(zhǔn)儀的旋轉(zhuǎn)軸重合，當(dāng)垂準(zhǔn)儀的照準(zhǔn)部旋轉(zhuǎn)時(shí)，垂準(zhǔn)儀的十字絲中心始終指向同一個(gè)點(diǎn)。2.3.已進(jìn)行了垂準(zhǔn)儀的調(diào)焦運(yùn)行誤差的檢驗(yàn)。2.4.Jsj精水準(zhǔn)儀校驗(yàn)儀已校正到正確位置。2.5.將垂準(zhǔn)儀安置在儀器臺(tái)上，平，照準(zhǔn)校驗(yàn)儀的分劃板十字絲的中心。2.6.下面按規(guī)范規(guī)定步驟進(jìn)行觀。光學(xué)垂準(zhǔn)“一測(cè)回垂準(zhǔn)測(cè)量標(biāo)偏差通過(guò)室內(nèi)方法用被檢垂準(zhǔn)儀進(jìn)行多測(cè)回的對(duì)徑測(cè)

量，組成一組點(diǎn)位，最后經(jīng)計(jì)算而得。在儀器照準(zhǔn)部的0°45°、90°、135°等8個(gè)置進(jìn)行4個(gè)測(cè)列的個(gè)測(cè)回測(cè)量。分別獲得對(duì)徑位置讀數(shù)

a

ij

和

a

2ij

,(

i

-測(cè)量列的測(cè)回次數(shù)，取1，，――；j-測(cè)量列，取1，，，4)。3.建立測(cè)量過(guò)程的數(shù)學(xué)模型校準(zhǔn)時(shí)，首先用被檢垂準(zhǔn)儀從開(kāi)始的方位進(jìn)行對(duì)徑觀測(cè)，并進(jìn)10次重測(cè)量，按照下計(jì)算點(diǎn)位坐標(biāo)值的平均值，以及坐標(biāo)值的殘差，和標(biāo)準(zhǔn)偏差Xij

ij

2ij

（）式中：

a,1ij

2ij

－在第j測(cè)列第i測(cè)望遠(yuǎn)鏡徑位置的讀數(shù)值ij

在第j測(cè)列第i測(cè)望遠(yuǎn)鏡對(duì)徑位置的坐標(biāo)值的平均值第j測(cè)列10個(gè)測(cè)的位置坐標(biāo)的平均值，j

i10

ij

（）第j測(cè)列第i測(cè)回坐標(biāo)殘差值

ij

為：XXijij

j

（）一測(cè)回垂準(zhǔn)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)偏差S：1

4ijjiji

S=S1/…………---------------------(4)式中：j測(cè)量列的坐標(biāo)殘差ijj－測(cè)量列次數(shù)；i-測(cè)回次數(shù)；ρ--206265″S－一測(cè)回垂準(zhǔn)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)偏差。方和傳播系數(shù)4.1.

2

(

的傳播系數(shù)

c

a由垂儀對(duì)徑位置讀數(shù)值和它的平均值的關(guān)系式1式得出它們的方差的關(guān)系式下式中2a)

----讀數(shù)值的方差

ijij1ijijij1ij44410()ij

---平均值的方差2(X)1ij

u2(a)ij1ij2ij

2()iju(a

u)ij由于

ij

、

2ij

是等精度測(cè)量，故

2(a)(ij

2ij

)2(a)

，則：u)ij

12

u2a

（）所以，傳播系數(shù)

c

ac

4.2

2

()ij

的傳播系數(shù)

c

x由式2)﹑（3得：u

22()u2X)u2()....2)....22(X)3110,4

u2X)10,4由于

XX11ij

10,4

是等精度測(cè)量，故

2()2()11ij

(X),

若令：c

ij

...

10,4

，則有：u2()()

（）式中

2

()

---垂準(zhǔn)測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差S的差經(jīng)嚴(yán)格推算得：c

2x

(X))X111jijj(i2ij

10,4

)

2ji

ijjij(i

v

2ij

j(i

,(jiji

1-21-2因此，

c

c

1)2u

2

2

()

2

()u()(ac總

6

1

2

()

（7）標(biāo)不確定度分量的評(píng)估與計(jì)算5.1測(cè)不定度來(lái)源的分析根據(jù)垂準(zhǔn)儀的校準(zhǔn)裝置的構(gòu)成原理和垂準(zhǔn)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)偏差校準(zhǔn)方法的介紹，光學(xué)垂準(zhǔn)儀“一測(cè)回垂準(zhǔn)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)偏差”校準(zhǔn)結(jié)果的測(cè)量不確定度分量包括（1）JSJ精水儀檢驗(yàn)儀水平準(zhǔn)線偏差的不確定度分；（2）檢驗(yàn)儀測(cè)微器示值差的不確定度分量；（3）五角棱鏡入射光與射光垂直度誤差的不確定度分量；（4垂準(zhǔn)儀安裝、調(diào)整不精確引入的不確定度分量；（5在校驗(yàn)儀的讀數(shù)測(cè)微平行光管中，讀數(shù)誤差引入的不確定度分量；垂準(zhǔn)儀望遠(yuǎn)鏡十字絲照準(zhǔn)目標(biāo)的極限誤差引入的不確定度分量；（7垂準(zhǔn)儀的視準(zhǔn)軸與豎軸的同軸度誤差照準(zhǔn)校驗(yàn)儀時(shí)引入的不確定度分量。以上的測(cè)量不確定度分量中項(xiàng)于垂準(zhǔn)儀的校準(zhǔn)裝置的測(cè)量不確定度引入的確定度分量，后四項(xiàng)屬于垂準(zhǔn)儀校準(zhǔn)觀測(cè)時(shí)的測(cè)量誤差引入的測(cè)量不確定度分量。5.2標(biāo)不定度分量的評(píng)估與計(jì)算5.2.1準(zhǔn)儀校準(zhǔn)裝置引入的測(cè)量不確定度分量

(a)5.2.1.1檢儀水平準(zhǔn)線偏差的測(cè)量不確定度分量

(a)1根據(jù)水準(zhǔn)儀檢驗(yàn)儀的檢定證書(shū)給出的數(shù)據(jù)，檢驗(yàn)儀水平準(zhǔn)線偏差擴(kuò)展不確定度U=0.6″95水平準(zhǔn)線偏差的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

(a)1(a)=0.6/2=.0.31估計(jì)其相對(duì)不確定度為

自由度=

1*2由驗(yàn)儀測(cè)微器示值誤差引入的不確定度分量

u()2檢驗(yàn)儀測(cè)微器的示值誤差,說(shuō)明書(shū)中沒(méi)有給出，參考該儀器平行玻璃板測(cè)微器和水準(zhǔn)儀測(cè)微器，示值誤差一般不超過(guò)示值范圍的百分之一。檢驗(yàn)儀測(cè)微器的示值范圍是

-2-2-2-250，可以將示值的最大允許誤差估計(jì)為″。測(cè)微器示值不經(jīng)修正直接使用，估計(jì)該誤差為半寬等于″的均勻分布，其標(biāo)準(zhǔn)不確定度為u()2

=0.5″

=0.29″估計(jì)其相對(duì)不確定度為20%，自由度ν=

1*=1225.2.1.3角棱鏡入射光與出射光垂直度誤差的不確定度分量

(a)13該項(xiàng)誤差經(jīng)查閱有關(guān)資料垂度的最大允許誤差不超過(guò)″，該值均勻分布估計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)不確定度

(a)13()1

=2.0/

″估計(jì)其相對(duì)不確定度為20自由度=

1*=122將以上三項(xiàng)不確定度分量合成，得垂準(zhǔn)儀校準(zhǔn)裝置引入的測(cè)量不確定度分量((a)u()()

(a)1

(a)0.3

0.29

1.15

有效自由度v

eff

4(a)44(a)4()u4()0.340.2912

4

155.2.2準(zhǔn)儀的校準(zhǔn)時(shí)的測(cè)量誤差引入的不確定度分量

(

。5.2.2.1垂準(zhǔn)儀安裝、調(diào)整不精確引入的不確定度分量

()2根據(jù)垂準(zhǔn)儀校準(zhǔn)規(guī)范的要求，管狀水準(zhǔn)器與豎軸的垂直度誤差不超過(guò).狀水準(zhǔn)器標(biāo)稱角值的，準(zhǔn)儀的標(biāo)準(zhǔn)）定，管狀水準(zhǔn)器標(biāo)稱角值為10″/2mm.，則由此引起的垂準(zhǔn)儀在垂準(zhǔn)方向上的誤差為該半寬的均勻分布故：()21

2.5

″，估計(jì)其相對(duì)不確定度為25％，則v1

12

25)

5.2.2.2校驗(yàn)儀的讀數(shù)測(cè)微器上，讀數(shù)誤差引入的確定度分量

u()2水儀驗(yàn)儀測(cè)微器的格值為1″，按估讀誤差為測(cè)微器格值的的估計(jì)，估讀

222222誤差為0.1″，設(shè)該值其在半寬區(qū)間內(nèi)均勻分布，故：()估計(jì)相對(duì)不確定度為25，則：

″，v

12

5.2.2.3垂儀遠(yuǎn)鏡十字絲照準(zhǔn)校驗(yàn)儀分劃板的分劃的照準(zhǔn)誤差引入的不確定度分量(a)2垂準(zhǔn)儀望遠(yuǎn)鏡十字絲照準(zhǔn)目標(biāo)的照準(zhǔn)誤差可由經(jīng)驗(yàn)公式得出β=γρ/V式中：γ---測(cè)條件系數(shù)，對(duì)室內(nèi)光學(xué)照準(zhǔn)時(shí)，一般取1;ρ照準(zhǔn)方式系數(shù)，在理想的條件下，人眼的瞄準(zhǔn)辨率為″；V---望遠(yuǎn)鏡的放大率，垂準(zhǔn)儀的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為24因此，β=″設(shè)該值在半寬區(qū)間內(nèi)等概率均勻分布，故：(a0.422

"

，估計(jì)其相對(duì)不確定度為25％，則1v(25/100)2

5.2.2.4準(zhǔn)儀的視準(zhǔn)軸與豎軸的同軸度誤差引入的不確定度分量

(a)4根據(jù)垂準(zhǔn)儀校準(zhǔn)規(guī)范的規(guī)定，視準(zhǔn)軸與豎軸的同軸度誤差不超過(guò)″設(shè)該值在半寬區(qū)間內(nèi)等概率均勻分布估計(jì)，()2.02

"

″將以上四項(xiàng)合成，得垂準(zhǔn)儀的校準(zhǔn)時(shí)的測(cè)量誤差引入的不確定度分量((a)

(a)

(a)

(a)

()1.44

0.24

()2.25″有效自由度

eff

(a)2.254(a4()(a)u(a)1.4440.060.24412888

4

28

．合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算將校準(zhǔn)裝置引入的測(cè)量不確定度

(a)

和垂準(zhǔn)儀校準(zhǔn)時(shí)觀測(cè)誤差引入的測(cè)量不確定度(

合成得到垂準(zhǔn)儀垂準(zhǔn)測(cè)量讀數(shù)值的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

()u)(au(a)

(a

2

5