第三章光电检测仪器的精度理论

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1、第三章光电检测仪器的精度理论§3—1概述主要内容1.误差分类①按误差源分：原理误差、制造误差、运行误差（方案、理论误差）（工艺）（使用、环境、磨损）②.按数学特征分：系统误差、偶然误差（随机）2.误差源光学：成像误差;机械：机构原理误差、零件及装配误差电子学：运放倍率误差、元器件误差计算机:AD转换误差、计时误差、图像边缘处理误差等3.误差计算方法：微分法、几何法、综合法4.仪器总误差计算一.研究光电系统的误差的基本方法1.精度设计：总误差分配「各部分原始误差例：游标卡尺总误差不超过0.02mm/3

2、,分配到导轨及两测量爪上去。2.精度计算（综合）:分误差（原理误差）合成「总误差。二•光电仪器的精度指标1・误差：实测值与真值之差。仪器对同一尺寸的多次测量值的概率密度为高斯分布曲线（正态分布)：f(x)=e®)卩为数学期望（平均值）；。为均方差;6=x-g为随机误差，示彳落在p-3a

3、条件下，误差的绝对值不会超过一定界限。D・当测量次数足够多时，偶然误差的算术平均值趋于零。利用这一特性，我们经常取多次测量的算术平均值作测量结果，可以减小偶然误差对测量结果的影响。1.精度：平均准确度和精密度的总称。精度=系统误差+偶然误差3・误差分类①.系统误差A数学特征：数值不变或有规律变化。可以掌握其规律并补偿、消除。例1:艾宾斯坦原理，令f=H补偿阿贝误差A=(f—H)a+a2l/2=a2l/2例2:度盘偏心带来测角误差A

4、A®i8°=e/r[sin(

5、速3转动y=ftg2cotV=dy/dt=2(ofsec22(otD=Vdt=2(ofsec22cot•AT^2(ofAT(2o)t很小，sec22cot^l)近似产生理论误差：AD=2(ofAT—2cofsec22(ot=2o)fAT(1—sec22(ot)2.方案原理误差CCD测量，物方远心光路的选择：(1)采用物方远心光路，当物距有误差时，在CCD像面上主光线位置不变，只是B'点变成了以B'为中心的弥散斑。从而保证在CCD像面上像的大小不变。CCD像面(2)不用物方远心光路孔径光阑置于物镜上，

6、CCD探测到的物高变化为：结论：6=Ay，/p=y・Al/(

7、1I-A1)Ay为CCD像面上像高变化量。例：令l=20mm,y=10mm,Al=0.5mm则:8=y•Al/(

8、1

9、—Al)=10X0.5/(20—0.5)=0.25mm公式推导如下：（留作业）已知：yi=y2=y,物距变化A1(+),物距1(-)试证：6=Ay7p=y-A1/(

10、1

11、—A1)证明:AOCBz^AODB/(•••对顶角相等(ZO),yi〃y2,ZA2B2O=Za/DO)同理:aca2o^ab/a/O-Ay7CB2=B,i

12、O/CO=17(I1I-Al)……(1)•••CB2=A2B2-A2C=y-A2C•••⑴式变为：-AyV(y-A2C)=17(I1I-Al)……(1)又・AA1B1OSAA2CO•••A2C/y=/(

13、1

14、-Al)/

15、1

16、y-A2C=Al•y/I1I……(2)⑵代入(1)—Ay，•(-1)/A1•y=f/(

17、1

18、-Al)vp=i/I••・8=Ay7p=y・Al/(

19、1

20、-Al)3・光路原理误差①像差：(球差、彗差、像散、色差、场曲、畸变)球差：轴上点从透镜不同高度的入射的光，所成像不会聚一点。有轴

21、向球差，垂轴球差一一模糊对称弥散斑彗差：轴外平行光成像后，不对称交于主光线上。在理想像面上成彗状光斑，分子午彗差和弧矢彗差。像散：轴外点成像后，成为轴向相距的两条短线。S弧矢焦线t子午焦线场曲:平面成像曲面。子午场曲、弧矢场曲。畸变：轴外直线成像曲线。因放大率随视场角而变。色差：透镜对各色光的焦距（折射率不同）。轴向色差（位置色差）：一点白光在轴向成像多点（各色）。垂轴色差（放大率色差）：不同色光像的大小不同。非希望反射光；都会使图像边沿模糊，都应加以限制（减小光阑T