仪器精度分析与精度设计示例ppt课件.ppt

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1、第三章仪器精度分析与精度设计示例3.1概述3.2误差的基本概念和误差的性质3.3仪器的误差来源3.4仪器的精度3.5仪器的精度计算方法3.6仪器的精度设计3.1概述3.1.1精度分析的意义所谓光电仪器的总体精度分析，就是对整台仪器中光、机、电各部分的误差进行科学的定性、定量分析和综合的过程。总体精度分析的意义并不在于使总误差越小越好。仪器总体精度分析的最终目的是以最低的成本达到仪器所需要的精度。仪器的精度分析意义：一方面可以预估仪器的总精度能否达到技术指标，另一方面找出影响精度的各种误差因素，研究其特征和规律，从而提出获得高精度的方法和途径，所以精度分析往往作为光电仪器设计过

2、程中一个重要环节。3.1.2精度分析的两个过程1.精度分配：从仪器总体精度和给定的技术要求出发进行误差分配，确定光电仪器的结构参数和尺寸；拟定合理的工作方法和零、部件的精度要求；合理地选择配合精度和公差大小；制定零、部件的技术条件，这个过程又称为精度设计。2.精度综合：根据现有的技术水平和工艺条件，尽量采用先进技术，先确定各零、部件的精度，再进行误差的综合而求得仪器的总精度，这个过程又称为误差综合。3.1.2精度分析的两个过程完成总体精度分析的任务可以解决以下一些问题：(1)设计新产品时，可预估该仪器可能达到的精度，避免盲目性，防止不应有的浪费。(2)在某些以精度为主要指标的产

3、品改进设计中，通过精度分析，可以找出影响总体精度的主要误差因素，因而能有效地提高产品的精度。(3)在精密仪器中，精度和稳定性为仪器的基本功能，通过精度分析和成本的计算，为选择最佳方案提供依据。(4)把允许的总误差合理地分配到各误差源，为制定公差、工艺、装调等技术条件提供依据。(5)在鉴定测量仪器时，通过总体精度分析，可以合理地制定鉴定大纲，选用合适的鉴定手段，并由实际测得的仪器中各主要零、部件的误差综合为仪器的总误差。3.1.3测量误差和仪器误差一般光电仪器和精密仪器的精度可分为仪器精度与测量精度。测量精度：包括仪器精度、测量条件、测量方法、测量者本人的状态的影响以及被测对象起

4、始误差等有关的综合精度。仪器误差：指仪器本身的固有误差，它是由于仪器在原理上、结构上、制造与装调等方面的不完善所造成。仪器精度越高，测量精度也越高，但是，仪器精度只是测量精度的一部分。仪器精度有时并不完全决定测量精度。仪器误差与测量误差的主要区别：(1)仪器误差易于控制。(2)仪器误差因素比较清楚。而引起测量误差的因素与测量结果之间的关系不明显。（3）仪器误差的高低一般取决于正确的设计和仪器制造工业的技术水平。而测量误差的大小由多种学科技术水平和操作人员的受训程度来决定。例如，体视测距仪的操作人员必须经过严格训练才能操作，否则将出现大误差，甚至不能使用。(4)仪器精度分析中除研

5、究误差综合外，还进行误差分配。而测量精度分析只需根据各误差的数值综合成总测量误差。3.2误差的基本概念和误差的性质3.2.1误差分类（1）根据误差的性质分为随机误差过失误差系统误差已定系统误差未定系统误差为分析误差方便，把误差分为：系统误差、随机误差两大类。常数误差属于系统误差。（2）按误差的时间特性来分静态误差动态误差3.2.1误差分类1．随机误差误差的单个出现其符号和大小均无一定的规律性，但就误差的群体而言服从统计规律。例如在测量过程中，温度的微量变化，室内气流的不稳定，大气的湍流，外界的振动以及机构内间隙和摩擦力的变化，零件的微量变形等等都属于随机误差。随机误差不能用实验

6、方法加以修正，可以通过多次测量来减小它对测量结果的影响。2．系统误差误差的大小和符号在测量过程中具有一定规律变化称系统误差。系统误差虽然有着确定的规律性，但它的规律性常常不易为我们所认识，多次重复测量不能减少它对测量精度的影响。2．系统误差（1)已定系统误差误差的大小和符号在测量过程中可用明确的函数式表达。它包括：线性的系统误差、非线性系统误差、周期性系统误差。例如，在光学测角仪中，最典型的周期误差是偏心误差：常数误差是已定系统误差的一种。如，在经纬仪中竖直度盘的指标差。常数误差可以发现，也易校正（2)未定系统误差已知误差的变化规律(尚不能用方程式完整表达)，但大小和符号有一个

7、不确定3.2.2误差的性质1.随机误差的性质（1）随机误差的特性最常见的典型的误差分布为正态分布，其曲线方程式为：随机误差具有的几个重要特性：随机误差的对称性；随机误差的单极值性；随机误差的抵消性；随机误差的有界性3.2.2误差的性质（2）随机误差的评定目前世界各国大多趋向于采用作为评定随机误差的尺度。其原因：1)采用正好符合概率论原理，又与最小二乘法相一致。2)对大的随机误差很敏感，因而能更准确地说明测量的精度。3)极限误差与均方偏差的关系明确简单。4)计算比较简便。2.系统误差的性质在多