《光电仪器原理与设计》郝群（电子课件）第3章 精度分析.pptVIP

* 第四节　仪器精度设计 根本任务 从仪器总精度指标出发，合理分配各环节的误差，指导单元设计 从技术上为正确设计仪器的各个组成部件结构，制定零部件的公差和技术要求提供依据 方法 以精度分析为基础，利用仪器参数与误差的关系 反推一定精度指标对应的仪器参数 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 * 第四节　仪器精度设计 仪器系统误差的确定 特点 影响较大而数目较少 基本要求 一般根据误差合成得到的系统误差的数值不应大于仪器总误差的1/3 改进方法 如超过1/3，则说明初始数据不合理 应修改设计方案，提高工艺要求，采取补偿措施 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 * 第四节　仪器精度设计 仪器随机误差的确定 特点 数目较多影响不定 等公差法 对各个误差源给予相同的公差 简单，但不合理，因仪器各部分制造难易程度不同，各误差源对仪器总误差的影响系数也不等 等影响法 考虑影响系数，令误差源对仪器总误差具有相同的贡献 较等公差法合理，但仍未考虑工艺条件，需根据实际工艺的难易度，对公差进行调整 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 * 第四节　仪器精度设计 仪器随机误差的确定 试探法 根据设计人员的经验给定误差分配方案，然后进行验算和调整 也可对某些关键性环节做出实验给出数据 优化法 把仪器单次测量的总误差作为目标函数，把仪器测量链上各环节的误差以及构造参数作为设计变量，以各参数变化范围以及公差变化范围作为约束条件，构成有约束极小化问题 精度设计目标 分辨率=1/3—1/5仪器精度 总误差1/3—1/10仪器总使用要求 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 * 第四节　仪器精度设计 仪器误差分配设计实例 立式光学计 光学杠杆原理测量微位移 仪器精度要求?0.2 ?m 量杆 反射镜 物镜 分划板 仪器作用方程式 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 * 第四节　仪器精度设计 仪器误差分配设计实例 立式光学计仪器作用方程式 系统误差 原理误差 制造误差（分划板） 制造误差（透镜） 未定系统误差合成 典型值 典型值 典型值 仪器精度要求? 0.2 ?m 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 * 第四节　仪器精度设计 仪器误差分配设计实例 立式光学计仪器作用方程式 随机误差 量杆间隙误差 读数误差（2次平均） 随机误差合成 总误差合成 仪器精度要求? 0.2 ?m 3次平均 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 * 第四节　仪器精度设计 仪器误差分配设计实例 水准仪的应用 水准网示意图 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 * 仪器误差分配设计实例 介绍：水准仪基本组成 水准仪是测量高度差的常用仪器 组成：具有红黑两面读数的标尺，保持水准仪水平的安平系统，光电瞄准机构和相应的轴系等 第四节　仪器精度设计 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 * 第四节　仪器精度设计 仪器误差分配设计实例 介绍：水准仪工作步骤 通过安平系统调平水准仪 瞄准两个待测位置处的标尺进行读数，低标读数a，高标为b 两处高度差为h=a?b 红黑两面刻线按颜色成对读数得两组测量结果h红和h黑 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 * 第四节　仪器精度设计 仪器误差分配设计实例 水准仪精度分配 问题：若水准仪的设计要求是红黑两面的观测不符值不大于5mm，即 ，请进行仪器的精度设计 待定参数 标尺：?尺 安平系统（水泡）： ?水，选择格值：?（秒） 定向系统 瞄准： ?瞄，选择望远镜放大倍数：? 轴系： ?轴，选择轴的长度：L（mm） 大气： ?气 所有误差都换算到物方标尺上 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 * 第四节　仪器精度设计 仪器误差分配设计实例 思路 误差来源分析 随机误差：标尺刻划误差 随机误差：安平系统误差 随机误差：定向瞄准系统的误差 随机误差：空气抖动的影响 微分法：作用方程式 精度分配与调整 角度误差 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 * 第四节　仪器精度设计 仪器误差分配设计实例 提示 误差作用方程式 单次读数误差?单= ?黑= ?红 标尺刻划误差Δ尺，一般取Δ尺 = ± 1 mm 安平系统误差 安平系统通过水泡实现 Δ水与指示标尺的格值τ关系为Δ水 = ±0.15 τD / ρ D为水准仪常规工作距离D = 100 m，ρ为弧度与角秒的换算关系 北京理工大学 光电仪器原理与设计 课件 * 第四节　仪器精度设计 仪器误差分配设计实例 定向瞄准系统误差 瞄准误差?瞄 十字丝瞄准可达60?精度 ?瞄＝60? D/?/? 轴系晃动误差?轴 轴系间隙造成的望远镜晃动角小于水准器格值 d/L×?＝? 轴系间隙制造经济公差：