激光垂準儀“一測回垂準測量標準偏差”的測量不確定度分析

李海英,陳 遠

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

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激光垂準儀“一測回垂準測量標準偏差”的測量不確定度分析

李海英1,陳 遠2

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

摘要：“一測回垂準測量標準偏差”是反映垂準儀精度狀況的重要指標，本文針對JJF 1081—2002《垂準儀》校準規范中“一測回垂準測量標準偏差”的室外校準方法的操作步驟，數據處理方法進行深入研究，運用不確定度評定方法，對其不確定度進行分析評定。

關鍵詞：垂準儀;一測回垂準測量標準偏差;不確定度

垂準儀是以重力線為基準，給出鉛垂直線的一種測量儀器，它用于建筑施工和設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，垂準儀廣泛用于高層建筑、高塔、煙囪、電梯、大型機構設備的施工安裝中，垂準儀的精度決定了高層建筑的鉛垂度，對施工質量有至關重要的影響。隨著經濟的發展，高層建筑以及超高層建筑成為城市現代化水平的標志，垂準儀的應用越來越廣泛，為保證測繪工作中，垂準儀的正常、準確、穩定的使用，計量部門對垂準儀的校準和量值傳遞尤為重要，垂準儀檢測中一項重要指標就是“一測回垂準測量標準偏差”，本文在日常大量的垂準儀校準工作的基礎上，以自動安平垂準儀為例，分析一測回垂準測量標準偏差室外測量方法的不確定度。

1　測量方法

按照JJF 1081-2002《垂準儀校準規范》的要求，激光垂準儀“一測回垂準測量標準偏差”的校準方法如下：將直角坐標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為水平方向，將被測儀器固定在校準臺上，精確整平被測儀器，打出鉛垂激光束，調整儀器使激光光斑投射在直角坐標板面上，與被測儀器的激光光斑中心重合。在直角坐標板上確定激光光板中心位置，讀出儀器0°位置測量值，原位轉動儀器（或儀器照準部）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，重復上述操作10次，完成一個獨立的測量列，得。相對0°位置轉動儀器（或儀器照準部），再在45°和225°，90°和270°，135°和315°的三組對徑位置重復上述操作，共完成4個獨立的測量列（m=4）。

2　數學模型

3　方差和靈敏系數

根據公式：

可得：

經推算：

4　不確定度一覽表

表1　標準不確定度一覽表

5　各分量標準不確定度

設在半寬區間內呈三角分布分布，故該項不確定度分量為：

激光投射到靶標上，因站標板讀數分辨率為1mm，設估讀誤差其在半寬區間內為三角分布，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板，并在三腳架上方安置轉置棱鏡，將一臺型號為JC-100的蘇州第一光學儀器廠生產的激光垂準儀安裝在三腳架上，打開激光，經轉置棱鏡投射到40米外的直角坐標板上，調整轉置棱鏡或直角坐標板的位置，使得0°時，激光點在直角坐標板的中心位置。由同一檢定員進行觀測0°和180°時，激光點在直角坐標板上的坐標，作為一次測量結果。轉動垂準儀，重新關機開機，調平儀器，重復測量10次，記錄如下表2：

試驗結果得：

合成以上三個分量，得：

JJF 1081-2002《垂準儀校準規范》規定直角坐標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板之間的距離，都能遠遠高于此要求，這里取距離值的不確定度為，=10 mm

6　合成標準不確定度

7　擴展不確定度

由上述分析過程可以發現，垂準儀一測回垂準測量標準偏差的不確定度的結果與儀器和站標間的距離有很大關系，JJF 1081-2002《垂準儀校準規范》中規定精密型垂準儀的一測回垂準測量標準偏差為 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，但對于一測回標準偏差達1/100000，1/200000的高精度垂準儀，要以延長激光傳達距離的方式來提高檢測精度，減小測量不確定度，當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射距離。

參考文獻

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[6]陸洪波，陳秀忠，激光垂準儀一測回垂準測量標準偏差校準的精度分析 J 北京測繪 2012（1）21-23

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