手持式激光测距仪示值误差测量结果不确定度分析
手持式激光测距仪示值误差测量结果不确定度分析
作者:龚俊庆
手持式激光测距仪是一种以激光为载波,以目 标表面漫反射测量为特点,通过脉冲法、相位法等 测定空间短程距离的便携式计量器具。它广泛应 用于建筑施工测量、起重机变形测量、房产测量和 测绘等方面。因此有必要对手持式激光测距仪示 值误差测量结果不确定度进行分析。依据JJG 966-2010手持式激光测距仪检定规程,对于测量 上限不大于50m的测距仪的示值误差用标准钢卷 尺为主标准器的装置测量。本文以标准钢卷尺为 主标准器,分别对分度值为1mm的手持式激光测距 仪在5m、20m、50m 3个不同距离点进行不确定度 分析。
1测量方法
对于测量上限不大于50m的测距仪的示值误 差用标准钢卷尺为主标准器的装置测量(见图l)o 测量时,先用压紧装置将标准钢卷尺的一端紧固在 检定平台上,在标准尺的另一端施加规定的拉力。 然后将测距仪基准面与标准钢卷尺的零刻线对齐, 标准反射板安装在要求的远点,安置误差应不大于 0. 1mm。接着借助调整机构使激光光轴正对标准反 射板,并保持投射到标准反射板上的光斑中心到钢 卷尺刻线面的距离与激光出射中心到钢卷尺刻线 面的距离大致相等。测距仪安置到位后,以单次测 蕙方式进行测距,取5次读数,以平均值作为测量值 瓦暨上述方法由远及近进行测量,测量点测量平 均值万与经过温度修正的相应标准钢卷尺刻度实际 值Do之差为测量点示值误差e。
2数学模型
e=D-D0£1)式中,e为手持式激光测距仪的示值误差,mm;万为 手持式激光测距仪的5次示值的平均值,mm;Q)为 经过温度修正的相应标准钢卷尺刻度实际值,mm。
3方差和灵敏系数
4计算分量标准不确定度
4.1手持式激光测距仪测董重复性引入的不确定 度分量
"瓦采用A类方法进行评定 按上述测量方法,在重复性条件下对手持式激 光测距仪进行10次测量,得到以下数值。
单次测量实验标准偏差s =」2(" - D)2/(n - 1) = 0. 53(mm)检定时,以5次测量结果取平均值作为测量结 果,故ugj = s/^5 = 0. 24 mm
4.2手持式激光测距仪数字分辨力引入的不确定 度分■
“反采用B类方法进行评定。被检手持式激光测距仪数字分辨力为1mm,其 区间半宽度为0.5mm,该量在此区间均匀分布,取 k=H,故由此引入的不确定度分量为-“沅=0. 5/75*20. 289mm
依据JJF1130-2005《几何量测量设备校准中 的不确定度评定指南》,如果由重复性导出的不确 定度分量小于从测量装置的分辨力引入的不确定 度分量,此时应该由后者代替重复性。因此计算合 成标准不确定度时“孙可略去不计。
4.3标准钢卷尺测量不确定度引入的不确定度分
皈采用B类方法进行评定。依据JJG 741—2005标准钢卷尺检定规程,以 及标准钢卷尺证书,由证书给出的测量不确定度及 包含因子为〃=4呻1 + 3 xlO-6D,k=2(D为测量点 距离,m)
当 D =5m,uDol = U/k = (4 + 3 x 10'6 x5)/2=9. 5 jim =0. 0095mm当 D=20m,%i =(74 = (4+3x10-6x20)/2=38呻=0. 038mm当 D =50m,Mo()I = U/k = (4 +3 x IO'6 x50)/2=95 p,m = 0. 095mm
4.4由测温度误差引入的不确定度
"册釆用B类方法进行评定。标准钢卷尺使用的是经温度修正后的值,由于 测量温度的设备精度为士 1龙,其区间半宽度&为 ,该量在此区间服从均匀分布,取S =有,标准钢 卷尺线膨胀系数a为(11.5 ±1) x 10-气"。a x At x細2 =8当 £> = 5m, 20m, 50m, uD(^ r 0. 0345mm, 0. 138mm,0. 345mm。
4.5由标准板和激光测距仪的安置误差引入 的不确定度
采用B类方法进行评定。由检定规程可知,标准反射板和激光测距仪的 安置误差不大于0. 1 mm,为三角分布,取代=反%3 =。. 1 x ,/5/765=5 0. 071mm;
5合成标准不确定度
各不确定度分量中不存在相关性,将以上各项 合成有:当测量距离D=5m,uc = yo. 2892 +0. 00952 +0. 03452 +0. 0712 ?0. 300mm当测量距离£>=20m,uc = A/0. 2892 +0. 0382 +0. 1382 +0. O712^0. 330mm当测量距离D=50m,uc = yo. 2892 +0. 0952 +0. 3452 +0. 0712R0, 465mm6测量结果扩展不确定度由上述分析得岀:手持式激光测距仪用标准钢卷尺检定距离为 5m、20m、50m时,其示值误差测量结果的扩展不确 定度分别为
U = kuc = 0. 300 x2 = 0. 60mm(k =2)
U = kuc =0. 330 x2 = 0. 66mm(k =2)
U = kuc =0. 365 x2 = 0. 73mm(k =2)
7结束语
依据JJG 966—2010手持式激光测距仪检定规 程,0级手持式激光测距仪的示值误差为± (1.5mm + 5xlO-5D),不同的检测点有不同的示值误差不确 定度。当被测距离为5m时,0级手持式激光测距仪示 值误差为± L8mm,用标准钢卷尺测量其示值误差 的扩展不确定度"=0. 60mm,等于该点示值误差1/ 3即0.60mm;当被测距离为20m时,0级手持式激 光测距仪示值误差为±2. 5mm,用标准钢卷尺测量 其示值误差的扩展不确定度V =0. 66mm,小于该点 示值误差1/3即0. 83mm;当被测距离为50m时,0级手持式激光测距仪示值误差为±4. 0mm,用标准 钢卷尺测量其示值误差的扩展不确定度U = 0.73mm,小于该点示值误差1/3即1.33mm。由此 可见,此方法科学可行。
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