激光垂準儀激光軸鉛垂測量結(jié)果的不確定評定報告

1、激光垂準儀鉛垂度的測量不確定度評定報告 1.測量原理與測量方法 1.1激光垂準儀激光軸的鉛垂度 激光垂準儀是利用激光準直原理測定鉛垂線的 儀器。由于儀器的制造、安裝的原因，它的激光軸或視準軸不可能與重力線 完 全重合。所以垂準儀給出的鉛垂線與標準的鉛垂線會存在一個微 小的夾 角，我們將它稱做垂準儀激光軸的鉛垂度。有的文獻上稱 鉛垂i角。本文稱 標準的鉛垂線為參考鉛垂線，目前這種標準裝置是利用JsJ精密水準儀檢驗 儀來代替。實際上給出的是水平準線。對于激光垂準儀，還沒有見到這種標準 裝置。本實驗室是利用精密水準儀在室外設(shè)立一條水平準線，測定激光垂準儀 激光軸的鉛垂度。 1.2激光垂準儀激光軸鉛垂

2、度的校準方法激光垂準儀激光軸鉛垂度的校準， 需在室外進行。首先，在室外平坦的場地上，選擇一條約50米長的直 線，在直線的兩端安置 兩塊直角坐標板。比如將兩塊直角坐標板安置在相距 約50米的兩 個墻面上。安置坐標板時，要用精密水準儀（ S1級）測量坐標板 中心的高差。使它們的高差等于零，即兩塊坐標板的中心位于同一個水平面 上。 校準作業(yè)時，將激光垂準儀連同五角棱鏡儀器臺安置在兩坐標板之間，并 且靠近某一塊坐標板。由垂準儀可以看到坐標板的網(wǎng)格。 使用以上設(shè)備測量垂準儀激光軸的鉛垂度的原理是用五角棱鏡將激光 束的方向轉(zhuǎn)90度成水平方向。觀測兩塊視距不等的直角坐 標板，根據(jù)激 光光斑在兩塊坐標板上的讀

3、數(shù)之差，就可計算垂準儀 的激光軸鉛垂度。 圖一是鉛垂度校準的原理示意圖 校準的步驟與垂準儀校準規(guī)范JJF1081-2002的6. 9.2節(jié)相似。 (1) 假設(shè)兩塊坐標板的編號為A和 Bo垂準儀設(shè)在靠B板的5 米處，整平儀器，使激光點落在坐標板A上，依光斑中心讀出坐標 值ai,然后照準B板，讀出坐標值bx.設(shè)以上的測量為垂準儀照準部 起 始位置，即0方位觀測值。 (2) 然后將照準部在90,180,270方位重復(fù)測量三組，得到 觀測值 a2, b 2, a 3, b 3, a 4, b 4。 (3) 設(shè)垂準儀距A坐標板的距離為45米，距E坐標板的距離 為5 米。距離之差等于40米。按下式計算四各

4、方位的觀測值之差 Si= (a. i_b i) , S 2= (a 2_b 2)， S3二(a 3_b 3) ,S4二(a 4_b 4)。 2 測量模型的建立 計算垂準儀激光軸的一測回鉛垂度測量值，以秒為單位, 取四各方位的平均值得到垂準儀激光軸的鉛垂度 (a ib 1) + (a 2_b 2)+ (a 3_b 3)+ (a 4_b 4)( 1) 4 40000 式中 p - 206265 4-表示4個方位 400000 表示A,B直角坐標板距垂準儀的距離差 (mm 利用激光垂準儀測設(shè)鉛垂線時，需要在四各方位上觀測，構(gòu)成 一個完整的測回。實際作業(yè)時，需要測定的測回數(shù)，根據(jù)精度的要求決 定。 在

5、激光垂準儀的 校準中，需要重復(fù)測量10個測回。計算激光 垂準 儀激光軸的鉛垂度。以提高校準的精度。 垂準儀激光軸的鉛垂度的校準值 10 S=(、Q)/10 一(2) 1 上式是提供給客戶的校準結(jié)果. 3方差和傳播系數(shù) 3. 1 (a)的傳播系數(shù)Ca 將式代人式得： 10p S= (Q)/10 =(a ib i) + (a 2_b 2)+ (a 3_b 3) + (a 4_b 4) 1 14 匯 40000 + (a i_b 1) + (a 2_b 2) + (a 3b 3) + (a 4_b 4) 2 + (a ib i) + (a2_b 2) + (a 3_b 3) + (a 4_b 4)

6、io)/1O 分析上式，激光垂準儀的鉛垂度 S是10個測回的4個方位的觀測 值的代數(shù)和的平均值。這些觀測值都是獨立的觀測值，可以認為是近似 等精度的觀測值，設(shè)它們的標準不確定度相等，用u (a) 表示。上式寫成方差形式 u 2(S) = ()2 ( 8 Ou2(a) 40 40000 u (S)= 1 . 153 u (a) (3) 4. 不確定度分量的評定 4. 1不確定度分量評估 由垂準儀激光軸的鉛垂度的校準方法分析，影響鉛垂度校準 的不確定度來源有以下幾項： (1) .安置A,B兩塊直角坐標板位于同一水平面誤差引入的標 準不 確定度分量； (2) 五角棱鏡的入射光與出射光的垂直度誤差引入

7、的標準不確定 度分量； (3) 激光光斑形狀不規(guī)則引入的 標準不確定度分量； (4) 直角坐標板讀數(shù)誤差引入的不確定度分量； (5) 垂準儀 自動安置誤差引入的標準不確定度分量； (6) 垂準儀的激光軸與豎軸的同軸度引入的標準不確定度 分量; (7) 垂準儀至直角坐標板之間的距離測量誤差引入的標準 不確定度分量 4. 2.標準測量不確定度分量的計算 4. 2.1安置A,B兩塊直角坐標板位于同一水平面的測量誤差引入 的標準 不確定度分量Ui (a) 用S1級水準儀安置直角坐標板位于同一水平面的過程，實際上就是 用水準儀測量直角坐標板中心位置的高差，所以，安置誤 差是水準儀測 站單次高差的測量標準

8、偏差。根據(jù)水準儀檢定規(guī)程JJG425-2003的規(guī) 定，S1級水準儀的測站單次高差的標準差不超 過0.08 mm。將此值估計 為直角坐標板中心位置的高差的標準不 確定度， u (a)=0. 08 mm 4. 2. 2.五角棱鏡的入射光與出射光垂直度誤差引入的標準不確定 度分量U2 (a) 根據(jù)有關(guān)資料，五角棱鏡的垂直度的誤差不超過1秒。若按該 值為半寬的均勻分布估計，其標準不確定度為 u2 (a) = 1 3 當垂準儀至坐標板的距離為50m時，以毫米表示 u2 (a) = 1 彳 廠泊 50000206265= 0. 14 mm 423激光光斑形狀不規(guī)則引入 的標準不確定度分量us (a)激光

9、垂準儀 的激光束投射到直角坐標板上，形成的光斑的形狀一般是不規(guī)則的，因 此用光斑的中心位置在直角坐標板上讀數(shù)會產(chǎn) 生誤差，根據(jù)實際經(jīng)驗，估計這項誤差最大不超過0.5mm,設(shè)這 項誤差為半寬等于0.5mm的均勻分布，故由激光光斑形狀不規(guī)則 引入的標準不確定度 比) = 0. 5/ 3 二 0. 29mm 424. 由直角坐標板讀數(shù)誤差引入的不確定度分量u4 (a) 規(guī)范規(guī)定直角坐標板的格值最大應(yīng)不超過1mm,小于1mm的值 只能估讀，因為是以激光的光斑估讀，誤差大一些，設(shè)室外校準 時的估 讀誤差為格值的1/4,則估讀誤差等于 0.25mm,設(shè)其在半 寬區(qū)間內(nèi)為均勻分布，故：， u4 (a) =

10、0. 25/ 3=0. 14mm 425. 垂準儀自動安置誤差引入的不確定度分量山(a) 自動補償式垂準儀自動安置誤差為0.5，當垂準儀至坐標板的距 離h二50m時則由此引起的測量誤差為 50000 X 0. 5 / 206265 設(shè)以該值為半寬的均勻分布，故： Us (a) = 50000 0.5/206265/、3 =0. 07mm 4. 2. 6垂準儀的激光軸與豎軸的同軸度的誤差引入的標準不確定 度分量Ue (a) 這項誤差可以用垂準儀照準部旋轉(zhuǎn) 180的方法，觀察激光軸 是否指向一點，判斷兩軸是否同軸，若不同軸，進行校正。規(guī)范 要求同軸度誤差不超過2秒，按均勻分布 估計，標準不確定度

11、比=2/ , 3/ 206265 X 50000=0. 28mm 427垂準儀至直角坐標板之間的距離測量誤差引入的標準不確 定度分量u7 (a) 實際作業(yè)中，坐標板至垂準儀的距離用鋼卷尺測量到毫米，相 對幾十米的距離，相對誤差很小，所以對垂準儀的激光軸鉛垂度 校準影響，可以忽略不計。u7(a) =0 5合成標準不確定度計算 由 4. 2. 1 - 4. 2. 6 得： 2 2 2 2 2 2 2 u (a) = Ui (a) U2 (a)w(a)W(a)U5 C) U6，a) u2(a) =0 . 082 0. 142 0 . 292 0 . 292 0. 072 0 . 282 =0 . 2 1 3 u(a)=0. 46mm 將上式的數(shù)據(jù)代入(3)式 u (S)=l. 153 X u (a) =1. 153 X 0. 46=0. 53