激光垂準(zhǔn)儀“一測回垂準(zhǔn)測量標(biāo)準(zhǔn)偏差”的測量不確定度分析

李海英,陳 遠(yuǎn)

（1廣州計量檢測技術(shù)研究院,廣東廣州,510000；2 廣東省航道測繪中心,廣東廣州,510000）

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激光垂準(zhǔn)儀“一測回垂準(zhǔn)測量標(biāo)準(zhǔn)偏差”的測量不確定度分析

李海英1,陳 遠(yuǎn)2

（1廣州計量檢測技術(shù)研究院,廣東廣州,510000；2 廣東省航道測繪中心,廣東廣州,510000）

摘要：“一測回垂準(zhǔn)測量標(biāo)準(zhǔn)偏差”是反映垂準(zhǔn)儀精度狀況的重要指標(biāo)，本文針對JJF 1081—2002《垂準(zhǔn)儀》校準(zhǔn)規(guī)范中“一測回垂準(zhǔn)測量標(biāo)準(zhǔn)偏差”的室外校準(zhǔn)方法的操作步驟，數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行深入研究，運(yùn)用不確定度評定方法，對其不確定度進(jìn)行分析評定。

關(guān)鍵詞：垂準(zhǔn)儀;一測回垂準(zhǔn)測量標(biāo)準(zhǔn)偏差;不確定度

垂準(zhǔn)儀是以重力線為基準(zhǔn)，給出鉛垂直線的一種測量儀器，它用于建筑施工和設(shè)備安裝中相對鉛垂線的微小水平偏差的測量和鉛垂線的點位傳遞，垂準(zhǔn)儀廣泛用于高層建筑、高塔、煙囪、電梯、大型機(jī)構(gòu)設(shè)備的施工安裝中，垂準(zhǔn)儀的精度決定了高層建筑的鉛垂度，對施工質(zhì)量有至關(guān)重要的影響。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高層建筑以及超高層建筑成為城市現(xiàn)代化水平的標(biāo)志，垂準(zhǔn)儀的應(yīng)用越來越廣泛，為保證測繪工作中，垂準(zhǔn)儀的正常、準(zhǔn)確、穩(wěn)定的使用，計量部門對垂準(zhǔn)儀的校準(zhǔn)和量值傳遞尤為重要，垂準(zhǔn)儀檢測中一項重要指標(biāo)就是“一測回垂準(zhǔn)測量標(biāo)準(zhǔn)偏差”，本文在日常大量的垂準(zhǔn)儀校準(zhǔn)工作的基礎(chǔ)上，以自動安平垂準(zhǔn)儀為例，分析一測回垂準(zhǔn)測量標(biāo)準(zhǔn)偏差室外測量方法的不確定度。

1　測量方法

按照J(rèn)JF 1081-2002《垂準(zhǔn)儀校準(zhǔn)規(guī)范》的要求，激光垂準(zhǔn)儀“一測回垂準(zhǔn)測量標(biāo)準(zhǔn)偏差”的校準(zhǔn)方法如下：將直角坐標(biāo)板垂直置于距儀器中心不小于40m（距離測量不確定度U95不大于20mm）的地方，精確整平儀器，在儀器物鏡上方放置一五角棱鏡使激光束的出射方向轉(zhuǎn)為水平方向，將被測儀器固定在校準(zhǔn)臺上，精確整平被測儀器，打出鉛垂激光束，調(diào)整儀器使激光光斑投射在直角坐標(biāo)板面上，與被測儀器的激光光斑中心重合。在直角坐標(biāo)板上確定激光光板中心位置，讀出儀器0°位置測量值，原位轉(zhuǎn)動儀器（或儀器照準(zhǔn)部）180°，在讀出儀器180°位置測量值，得到一組對徑位置的測量平均值，重復(fù)上述操作10次，完成一個獨立的測量列，得。相對0°位置轉(zhuǎn)動儀器（或儀器照準(zhǔn)部），再在45°和225°，90°和270°，135°和315°的三組對徑位置重復(fù)上述操作，共完成4個獨立的測量列（m=4）。

2　數(shù)學(xué)模型

3　方差和靈敏系數(shù)

根據(jù)公式：

可得：

經(jīng)推算：

4　不確定度一覽表

表1　標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表

5　各分量標(biāo)準(zhǔn)不確定度

設(shè)在半寬區(qū)間內(nèi)呈三角分布分布，故該項不確定度分量為：

激光投射到靶標(biāo)上，因站標(biāo)板讀數(shù)分辨率為1mm，設(shè)估讀誤差其在半寬區(qū)間內(nèi)為三角分布，故：

表2　

通過具體實驗來判斷該項不確定度分量，在實驗室長度40m的距離兩端分別安置三腳架和直角坐標(biāo)板，并在三腳架上方安置轉(zhuǎn)置棱鏡，將一臺型號為JC-100的蘇州第一光學(xué)儀器廠生產(chǎn)的激光垂準(zhǔn)儀安裝在三腳架上，打開激光，經(jīng)轉(zhuǎn)置棱鏡投射到40米外的直角坐標(biāo)板上，調(diào)整轉(zhuǎn)置棱鏡或直角坐標(biāo)板的位置，使得0°時，激光點在直角坐標(biāo)板的中心位置。由同一檢定員進(jìn)行觀測0°和180°時，激光點在直角坐標(biāo)板上的坐標(biāo)，作為一次測量結(jié)果。轉(zhuǎn)動垂準(zhǔn)儀，重新關(guān)機(jī)開機(jī)，調(diào)平儀器，重復(fù)測量10次，記錄如下表2：

試驗結(jié)果得：

合成以上三個分量，得：

JJF 1081-2002《垂準(zhǔn)儀校準(zhǔn)規(guī)范》規(guī)定直角坐標(biāo)板垂直距儀器中心不小于40m且距離測量不確定度U95不大于20mm，實際測量中使用I級鋼卷尺或者手持激光測距儀測量儀器和坐標(biāo)板之間的距離，都能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于此要求，這里取距離值的不確定度為，=10 mm

6　合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

7　擴(kuò)展不確定度

由上述分析過程可以發(fā)現(xiàn)，垂準(zhǔn)儀一測回垂準(zhǔn)測量標(biāo)準(zhǔn)偏差的不確定度的結(jié)果與儀器和站標(biāo)間的距離有很大關(guān)系，JJF 1081-2002《垂準(zhǔn)儀校準(zhǔn)規(guī)范》中規(guī)定精密型垂準(zhǔn)儀的一測回垂準(zhǔn)測量標(biāo)準(zhǔn)偏差為 s＜1/10000，普通型為1/100000 ＜s≤1/40000，簡易型為1/40000＜s≤1/5000，在日常的檢測過程中，大部分的垂準(zhǔn)儀為簡易型和普通型，40米的距離足以滿足檢測要求，但對于一測回標(biāo)準(zhǔn)偏差達(dá)1/100000，1/200000的高精度垂準(zhǔn)儀，要以延長激光傳達(dá)距離的方式來提高檢測精度，減小測量不確定度，當(dāng)檢測場地有限的時候可通過反射鏡反射激光的方法增加激光的發(fā)射距離。

參考文獻(xiàn)

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Analysis of uncertainty in measurement of standard deviation of a measuring and measuring standard deviation of a laser vertical instrument

Li Haiying1,Chen Yuan2
(1.Guangzhou institute of measurement and testing technology，510000; 2.Guangdong Waterway Center of Surveying and Mapping,510000)

Abstract：Standard deviation in one measurement is an important item that reflect the accuracy of the vertical precision instrument.According to the item " standard deviation in one measurement " in JJF 1081 - 2002 the plumbing instrument calibration specification,this text studied deeply the procedures,data processing methods and evaluated the uncertainty.

Keywords：Vertical tester; standard deviation; uncertainty of measurement