当前课程知识点：光电仪器设计 > 第2章 仪器误差分析和分配 > 2.5 仪器误差分配 > 2.5 仪器误差分配
大家好 这节课我给大家介绍一下
仪器误差分配
对仪器总体设计而言
误差分配是非常非常重要的
虽然有不少误差分配的原则
但是误差分配很多情况下
是一个反复磨合
各个误差环节的一个过程
误差分配主要有等公差法
等影响法和试探法三种
等公差法是各个误差源
给予相同的公差
只有当加工难度一样的时候
系统非常简单的时候
这种方法才适用
等影响法是指
误差源对仪器的总误差贡献相同
对仪器总误差影响小的部件
可以给大一些的公差
对仪器总误差影响大的
需要严格限制其公差
即要考虑传递系数
在很多情况下误差分配
要考虑工艺的难易
因此试探法用得更多
也就是先进行一个初步的分配
然后再根据实验来调整
反复迭代来实现一个优化
下面我们就以水准仪的误差分配为例
来说明一下这样一个分配过程
首先我们要知道这个仪器的工作原理
和允许的总误差
然后将仪器分成部件
了解各个部件的误差范围
在此基础上来进行误差分配
最后根据分配的误差
来购买或者设计关键的部件
水准仪的功能
是通过在A B两个位置安放标尺
测量这两个位置的高度差
测量时水准仪的光轴处于水平位置
读完A位置红色的标尺
然后再旋转180度
读B位置红色的标尺
可以得到两个位置的高度差
然后根据同样的原理读黑色的刻度
得到另外一个高度
因为测量的是同一个量
所以两次读数应该得到相同的数值
两次读数之差
可以认为是测量误差
测量误差如公式所示
水准仪精度要求有两个方面
第一个是工作距离100米
也就是水准仪到标尺的距离
第二个是仪器对标尺红 黑两面观测的误差
小于5毫米 也就是测量误差
Δh在正负5毫米之内
下面我们来看仪器组成
第一个是标尺
刻度的误差记为Δ尺
第二个是环境 大气扰动
所引起的误差记为Δ外
第三个是安平系统
即保持水平仪旋转180度之后
其俯仰不变
因此需要用水平仪来找平
水平角误差用水准仪格值参数τ来表示
对应的高度测量误差即为Δ水
第四个是定向系统
包括瞄准的误差和轴系的误差
这里面涉及
瞄准望远系统放大倍数的选择
以及轴长度的选择
注意 计算的时候需要把所有误差
都换算到物方标尺上
这样可以方便对比
下面来看各部件参数的调研
这儿假设标尺刻度误差是1毫米
空气扰动导致的角度误差一般是2秒
这是一个经验值
换算到位置误差是1毫米
水平仪的格值与安平误差的关系是
Δ水等于0.15倍的τ乘以D再除以ρ
τ是水平仪的格值
D是被测距离
换算到物方就是这个公式
再来看瞄准误差
如果用十字线瞄准
瞄准精度可以达到60个角秒
因为用望远镜瞄准
换算到物方孔径角
就是60去除以望远镜的放大倍数
用这个角度乘以被测距离
就得到了瞄准误差
轴系的误差是指轴的晃动
希望轴向的间隙
造成的望远镜的晃动角
小于水平仪的格值τ
考虑到轴系间隙的
制作经济公差是3到4个微米
就可以根据轴系误差
来计算所需要轴的长度
下面开始误差分配
如果Δh用这个公式表示
而每次读数误差都一样
我们用Δ单来表示每一次的读数误差
可以得到Δ单等于2.5个毫米
这个Δ单由5项误差组成
如果按照等影响来分配
就是每一项误差是1.13个毫米
考虑到标尺和环境
导致的误差没有那么大
分配给标尺和环境的误差
我们可以分配1毫米
这样剩下的再重新分配
得到的其他三项的每项误差是1.2个毫米
有了误差
我们就可以设计或者购买部件了
首先 望远镜的放大倍数
根据这个公式可以知道
望远镜的放大倍数是25倍
而根据这个公式
我们可以选择水平仪的格值是16个角秒
类似 可以选择轴系的长度是50个毫米
最后我们回顾一下误差分配的过程
先了解仪器测量的原理和总的误差
再了解仪器的组成
然后调研各个部件的经济公差
并进行误差的一个分配
最后就可以根据分配的误差来设计
或者购买部件了
这儿只是一个非常简单的一个例子
实际的误差分配比这个要复杂得多
需要在设计的过程当中
来反复地迭代和完善
这节课就讲到这儿
-1.1 为什么要学光电仪器设计
-1.2 课程简介
--1.2 课程简介
-1.3 学习方法和课程要求
-2.1 误差基本概念
-2.2 误差表示方法
-2.3 实验设计方法
-2.4 误差分析实例
-2.5 仪器误差分配
-第2章-仪器误差分析与分配-练习题
-3.1 什么是阿贝误差
-3.2 阿贝误差的补偿
-3.3 工程应用中如何补偿阿贝误差
-3.4 光学自适应原则
-第3章-光电仪器设计原则-练习题
-A1 走进光学实验室
-A2 调整光线与导轨平行
-A3 针孔滤波和光束的扩束准直
-A4 干涉实验
--A4 干涉实验
-A5 光纤耦合
--A5 光纤耦合
-4.1 泰曼格林干涉仪与双频干涉仪
-4.2 双频干涉仪的位相测量方法
-4.3 双频激光干涉仪的组成与使用
-4.4 神奇的角锥棱镜和猫眼反射镜
-4.5 平面镜干涉仪
-4.6 几何量测量用干涉仪
-4.7 干涉仪安装
-访谈 双频激光干涉仪开发过程中的点点滴滴
-4.8 菲索面形测量干涉仪
-4.9 面形测量干涉仪新进展
-4.10 菲索干涉仪使用
-第4章-干涉仪-练习题
-5.1 光谱仪分类与指标
-5.2 与能量相关的指标
-5.3 全息光栅色散型光谱仪
-5.4 中阶梯光栅色散型光谱仪
-5.5 傅立叶变换光谱仪
-5.6 傅立叶变换光谱仪的参数计算
-5.7 外差型傅立叶变换光谱仪
-5.8 空间调制傅立叶变换光谱仪
-5.9 原子吸收分光光度计使用
-5.10 紫外分光光度计使用
-访谈 浅谈国产光谱仪的发展
-第5章-光谱仪-练习题
-6.1 显微镜发展历史
-6.2 典型显微图像及其功能
-6.3 显微镜的基本结构
-6.4 显微镜成像原理、放大率及分辨率
-6.5 物镜和目镜、成像像差
-6.6 光源和滤波片、照明方式
-6.7 显微镜的操作方法
-6.8 超高分辨率受激发射耗损（STED）显微镜技术
-6.9 相衬显微成像技术
-访谈 国产显微镜发展历程
-访谈 显微镜最新发展趋势
-第6章-显微镜-练习题
-7.1 飞秒激光频率梳
-7.2 飞秒光梳测距1
-7.3 飞秒光梳测距2
-7.4 飞秒光梳光谱分析
-7.5 激光跟踪仪原理
-访谈 激光跟踪仪的发展和应用
-7.6 激光跟踪仪的功能演示
-第7章-光电仪器新进展-练习题
-8.1 标准器概述与光波波长
-8.2 标尺和度盘
-8.3 莫尔条纹的几何解释
-8.4 莫尔条纹的衍射光学解释
-8.5 光栅读数头
-8.6 光栅尺参数设计和误差
-第8章-标准器-练习题
-9.1 横纵向瞄准
-9.2 读数测微系统
-9.3 光电瞄准
--9.3 光电瞄准
-9.4 纵向定位概述和共焦法
-9.5 其他纵向定位方法
-第9章-横纵向瞄准-练习题
-B1 相机原理与摄影入门
-B2 相机的变焦和对焦技术
-B3 单反相机的基本操作
-B4 复杂场景下的拍摄技巧
-B5 浅谈构图和后期处理
-课程总结
--课程总结
-期末答疑
-考试--期末考试
