激光垂准仪铅垂度测量结果的不确定度评定.doc

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1、激光垂准仪铅垂度的测量不确定度评定报告1.测量原理与测量方法1.1激光垂准仪激光轴的铅垂度激光垂准仪是利用激光准直原理测定铅垂线的仪器。由于仪器的制造、安装的原因，它的激光轴或视准轴不可能与重力线完全重合。所以垂准仪给出的铅垂线与标准的铅垂线会存在一个微小的夹角，我们将它称做垂准仪激光轴的铅垂度。有的文献上称铅垂i角。本文称标准的铅垂线为参考铅垂线，目前这种标准装置是利用JsJ精密水准仪检验仪来代替。实际上给出的是水平准线。对于激光垂准仪，还没有见到这种标准装置。本文建议利用精密水准仪在室外设立一条水平准线，测定激光垂准仪激光轴的铅垂度。1.2激光垂准仪激光轴

2、铅垂度的校准方法激光垂准仪激光轴铅垂度的校准，需在室外进行。首先，在室外平坦的场地上，选择一条约50米长的直线，在直线的两端安置两块直角坐标板。比如将两块直角坐标板安置在相距约50米的两个墙面上。安置坐标板时，要用精密水准仪（S1级）测量坐标板中心的高差。使它们的高差等于零，即两块坐标板的中心位于同一个水平面上。校准作业时，将激光垂准仪连同五角棱镜仪器台安置在两坐标板之间，并且使垂准仪靠近某一块坐标板。由垂准仪可以看到坐标板的网格。使用以上设备测量垂准仪激光轴的铅垂度的原理是用五角棱镜将激光束的方向转90度成水平方向。观测两块视距不等的直角坐标板，根据激光光斑

3、在两块坐标板上的读数之差，就可计算垂准仪的激光轴铅垂度。图一是铅垂度校准的原理示意图校准的步骤与垂准仪校准规范JJF1081-2002的6.9.2节相似。（1）.假设两块坐标板的编号为A和B。垂准仪设在靠B板的5米处，整平仪器，使激光点落在坐标板A上，依光斑中心读出坐标值a1,然后照准B板，读出坐标值b1.设以上的测量为垂准仪照准部起始位置，即0方位观测值。(2).然后将照准部在90，180，270方位重复测量三组，得到观测值a2,b2,a3,b3,a4,b4。（3）.设垂准仪距A坐标板的距离为45米，距B坐标板的距离为5米。距离之差等于40米。按下式计算四各

4、方位的观测值之差S1=(a1-b1)，S2=(a2-b2)，S3=(a3-b3)，S4=(a4-b4)。2．测量模型的建立计算垂准仪激光轴的一测回铅垂度测量值，以秒为单位，取四各方位的平均值得到垂准仪激光轴的铅垂度Q=((a1-b1)+(a2-b2)+(a3-b3)+(a4-b4))---（1）式中ρ–206265″4---表示4个方位400000—表示A,B直角坐标板距垂准仪的距离差（mm）利用激光垂准仪测设铅垂线时，需要在四各方位上观测，构成一个完整的测回。实际作业时，需要测定的测回数，根据精度的要求决定。在激光垂准仪的校准中，需要重复测量10个测回。计算

5、激光垂准仪激光轴的铅垂度。以提高校准的精度。垂准仪激光轴的铅垂度的校准值S=(Q)/10---(2)上式是提供给客户的校准结果.3方差和传播系数3.1的传播系数将式（1）代人式（2）得：S=(Q)/10=（（(a1-b1)+(a2-b2)+(a3-b3)+(a4-b4)）1+（（(a1-b1)+(a2-b2)+(a3-b3)+(a4-b4)）2+……+(((a1-b1)+(a2-b2)+(a3-b3)+(a4-b4)）10)/10分析上式，激光垂准仪的铅垂度S是10个测回的4个方位的观测值的代数和的平均值。这些观测值都是独立的观测值，可以认为是近似等精度的观测

6、值，设它们的标准不确定度相等，用u（a）表示。上式写成方差形式u2(S)=()2(８0u2(a))u(S)=１.153u（a）---------(3)4.不确定度分量的评定4.1不确定度分量评估由垂准仪激光轴的铅垂度的校准方法分析，影响铅垂度校准的不确定度来源有以下几项:(1).安置A,B两块直角坐标板位于同一水平面误差引入的标准不确定度分量；（2）五角棱镜的入射光与出射光的垂直度误差引入的标准不确定度分量；（3）激光光斑形状不规则引入的标准不确定度分量；（4）直角坐标板读数误差引入的不确定度分量；（5）垂准仪自动安置误差引入的标准不确定度分量;(6).垂准仪

7、的激光轴与竖轴的同轴度引入的标准不确定度分量；(7)垂准仪至直角坐标板之间的距离测量误差引入的标准不确定度分量。4.2．标准测量不确定度分量的计算4.2.1安置A,B两块直角坐标板位于同一水平面的测量误差引入的标准不确定度分量用S1级水准仪安置直角坐标板位于同一水平面的过程，实际上就是用水准仪测量直角坐标板中心位置的高差，所以，安置误差是水准仪测站单次高差的测量标准偏差。根据水准仪检定规程JJG425-2003的规定，S1级水准仪的测站单次高差的标准差不超过0.08mm。将此值估计为直角坐标板中心位置的高差的标准不确定度，=0.08mm4.2.2.五角棱镜的入

8、射光与出射光垂直度误差引入的标准不确定